虚拟现实/增强现实技术特征及对护理教育启示的研究进展

郑晓英 张晓宇

黑龙江中医药大学临床医学院，黑龙江哈尔滨 150040

美国护理学会调查表明目前在线护理教育的数量有了显著的增长，很多护理学硕士课程都是采用在线授课或采用课堂教育与网络教育相结合的形式[1]。虚拟现实（virtual reality，VR）和增强现实（augmented reality，AR）等新技术的快速进步推动了护理教育在线形式的发展。VR/AR 技术与在线护理教育的实现在增加拥有护理学士学位和高级学位（如博士学位和高级实践护理学位）的护士人数这一方面发挥了关键作用[2]。目前要将VR/AR 技术融入护理教育，必须了解VR/AR 技术和教师在护理教育中实施VR/AR 技术的经验。本文将阐述可用于护理教育的新兴VR/AR 技术，讨论其对未来护理教育的启示。

1 VR/AR 技术特征

1.1 VR 技术特征

VR 技术可使用户沉浸在一个人工合成环境中，其有3 个特征：沉浸感、感知在一个环境中的存在感、及与该环境的交互感[3]。

VR 技术可在护理教育过程中形成一个与实际工作环境相同的虚拟环境，并借助工具与虚拟世界产生交互，得到感知反馈，从而在虚拟环境下完成护理实践操作及技能培训。因此，将VR 技术运用于护理教育实践中不但可以节省实训场地，而且不受时间限制。同时也便于学生对自身存在的问题不断自省，并有针对性地进行模拟练习。研究证实[4-5]，护理教育中使用VR 技术，能够促进学生的学习能力并提高其临床思维能力。针对目前医疗环境中患者病情的复杂及维权意识的增强，VR 技术能使学生在一个安全的环境中接触临床情况，这对于护理教学工作是非常有必要的。利用VR 技术可以建立虚拟医院、患者和操作过程[6]。Second Life 是由美国林登实验室在2003 年基于互联网建成的一个虚拟世界平台，通过免费客户端，用户可以创建自己的“虚拟化身”。Second Life 可以实现角色扮演、师生互动和模拟教学，并支持多人协作的护理实践，可以实现用户之间的沟通。2012 年密歇根大学护理学院在Second Life 的虚拟医院构建出一个设备齐全的虚拟病房进行教学活动[7]。鲍尔州立大学护理学院在“健康评估”“精神心理护理”课程中使用Second Life 训练学生与患者的沟通和健康评估能力[8]，Second Life 已经被护理教育工作者广泛应用于护理VR 学习体验的创建。有系统评价表明，Second Life 可以促进学生学习，提供一种以学生为中心的学习方法，并且缩小护理实践和理论之间的差距，学生可将课堂教学中学到的内容直接应用到虚拟世界的医疗环境中[5]。在护理教育中可用的VR 技术包括vSim for Nursing 虚拟案例软件[9]、Shadow Health Digital Clinical Experience[10]、SimX[11]等。

1.2 AR 技术特征

AR 是VR 的一种变体，是广义上VR 的扩展。AR允许用户看到真实世界及融合于真实世界之中的虚拟对象，因此AR“增强”了现实中的体验，而不是替代现实。AR 技术的主要特征有虚拟和现实的融合、实时交互、三维注册[12]。目前，AR 的定义也得到了扩展，包括与现实世界无缝衔接的虚拟图像。

AR 技术可以在现实情境下生成虚拟物体以增强现实。AR 技术与VR 技术一样，在护理教育中扮演着相当重要的角色。如在护理教育中某些设备难以携带，或是设备稀缺、昂贵，较难获得，教师只能通过图片或是言语描述让学生感受，教学的直观性差，不利于学生理解教学内容。利用AR 技术就可以在现实环境下增加这一设备的虚拟图像，使学生有一个更为形象和生动的观察，同时也可以对虚拟设备进行局部和整体的展示，使学生充分理解设备的构造以及原理，为实践操作打下牢固基础。虽然AR 在护理教育中的应用和研究少于VR，但是AR 能够有效表达护理内容，具有很大的应用前景。在护理中使用AR 的研究主要是在实施的早期阶段进行试点研究和测试原型[13]。AR在护理教育中的应用包括Body Explorer[13]、“Floating heart”3D 成像[14]和M-learning 移动设 备（如 智 能 手机），如Garrett 等[15]在临床技能实验室中使用快速反应（quick response，QR）码来实现M-learning，这样可以方便学生访问超链接信息，使学生能够学习到额外的内容。

1.3 VR/AR 技术的关系

Milgram 等[16]定义了真实环境和虚拟环境的连接关系，见图1。从字面上理解，在真实环境上叠加虚拟的对象，就好像把现实环境要展示的内容“增强”了，所以称“AR”，反之即是“增强虚拟”。

图1 真实环境到虚拟环境的连接关系

2 VR/AR 对护理教育的启示

VR/AR 技术促进了以学生为中心的学习，学生的学习并不是通过VR 技术来传递信息，而是通过VR技术来增强和促进教学效果[17]。以学生为中心的学习方法能使学习过程更具有目的性和意义性，从而提高学生的学习体验。这种教学模式的转变对护理教育者更具有挑战性，这要求教师重新进行教学设计，并让学生积极地参与到学习过程中[18]。同时，在学生教育期间接触新技术有助于其对新技术兴趣的培养和使用[16]。

2.1 VR/AR 技术在教学实施过程中遇到的问题

护理教育中关于VR 或AR 的文献有限，且主要集中在VR 技术上。Englund[18]研究发现，授课教师在教学过程中实施VR 技术时面临了诸多挑战。首先，教师和相关机构需要投入大量的时间、财力和资源来开发和应用VR 技术；其次，为了使教师在应用VR 技术进行授课时感到轻松和自如，需要对授课教师进行VR 技术的培训。这些都是护理教育开展VR 技术的必要前提，因为授课教师的准备度会影响学生在使用VR 时的感受和教育结果[19]。研究表明[20]，如果VR 技术在教学环境中的应用不当，并不比传统的教学模式好，如视频和音频质量差、互联网连接不良等问题，都会导致虚拟体验的降低，因此充分的VR 技术培训可更好地防止授课教师出现VR 技术困难。同时，这些技术上的困难会打断学生的学习体验，并降低VR 在学习过程方面的潜力[21]。此外，学生在用户端使用VR技术可能会出现网络病或数字晕动病（迷失方向感、头晕和恶心等）及眼睛酸痛等症状[22]。所以，教师和学生应共同考虑空间意识和身体承受问题[23]。VR 技术在进行护理教育使用之前，需要有专业教员进行指导[24]。研究发现，专业教员指导的学生对自己的临床技能和VR 体验的评价要高于由护理研究生指导的学生[24]。以上研究表明，教师在使用VR 技术方面的专业知识、教学经验及教学指导是实现学生最佳VR 体验和教育结果的前提。同时，教师应调整和制订教学评价方式和方法，以适应VR 技术教学设计和最终目标的实现[17]。

AR 技术在护理教育中应用的研究较少，但教师将AR 技术应用到护理教育课程中时也会面临类似VR 技术的挑战。如在临床技能实验室使用QR 码进行移动学习时，教师应注意到一些技术问题，如QR码扫描问题、互联网连接问题及移动应用程序不稳定等问题。学生们很喜欢AR 教学形式，但其不能向Mlearning 提问，所以在某些情况下学生仍更喜欢临床教师。目前，教师们一致认为AR 技术的M-learning应用程序是对临床教学的有益补充，而不是取代。AR 技术与VR 技术相同，都需要对护理教育者进行充分的技术培训，并且及时为处于技术困难的教师提供帮助[14]。然而，AR 技术也面临着一些特殊的挑战，如在临床模拟中使用Google Glass 将数字对象覆盖到现实上时，有学生反馈在现实和虚拟对象之间存在转换问题，在看或读虚拟物体方面，学生可能会过度关注VR 技术而没有注重患者[15]，这可能与AR 技术的新颖性和使用可穿戴式耳机经验不足有关。

2.2 VR/AR 在护理教育中的应用及展望

VR/AR 技术为护理教育改革提供了重大的机遇。对于教师来说，在教学过程中接受VR/AR 技术很重要，但应注重实现技术的自身特点，不能将其作为当前教育方法的附加部分[7]。为了掌握实施这一新技术，教师需要进行技术培训并得到相关机构的支持才能保证课程设置的顺利实施。另外，护理学院要大力支持和鼓励使用VR/AR 技术，因为相关机构的参与度是决定新技术能否成功实施的关键因素[25]。此外，要将VR/AR 技术完全融入护理教育，就要改变原有的对学生的评估方法。但目前的评价标准不全面，教师需要建立评估学生成绩和能力的最佳指标[26]。同时，在护理教育中采用和实施VR/AR 技术时，必须使用其标准化概念和定义，并且阐述VR/AR 技术教育的具体干预措施，以利于该技术在护理教育中的科学化实施。此外，护理教育者需要多学科团队共同开发VR/AR 技术，这就需要跨学科的概念和定义。本文涉及的研究中使用了各种术语来引用VR/AR 技术，如虚拟患者、虚拟世界和虚拟模拟，缺乏标准化的术语和定义可能会导致解释研究结果和新的护理教育干预的混乱。但因VR/AR 技术来源于计算机领域，建议护理教育者采用计算机科学领域的概念和定义。

3 小结

尽管目前VR/AR 技术面临诸多问题和挑战，但该技术有助于促进学生学习过程的充实和现有在线教育方式的加强，为护理教育的发展拓宽了道路。利用VR/AR 技术的交互性、多感知性、自主性、多元性等特点，将VR/AR 技术引入护理教育，将对加速现代护理教育思想的发展、提高护理教学的效益、提升教师的科技素养产生重要影响，但其最大的特点就是以学生为中心，使学生成为知识建构的主动者，这对增强护理学专业学生的学习主动性和创新实践能力提供了广阔的发展空间，该技术强有力的支持将促进护理学未来教育的发展。