基于Web of Science护理教育领域虚拟现实研究的知识图谱分析

刘蓓蓓,陈文清

广州医科大学附属第三医院,广东 510000

虚拟现实(virtual reality,VR)是指借助各种现代科技手段创造的集视、听、触觉于一体的虚拟环境,让学习者产生身临其境的感受,给予全方位的学习体验,具有安全、重复、不受时间和空间限制、经济成本效益等特点[1]。虚拟现实教育历经30余年,已成为全球各国发展核心素养的重要战略。北美和欧洲等国家从教育层面提出将虚拟现实作为推动教育改革的重要技术。近年来,我国虚拟现实教育进入发展阶段。2018年教育部发布《关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知》,坚持“以能力为先”的人才培养理念,通过虚拟仿真实验教学项目助推高等教育教学变革和质量提升[2]。虚拟现实在医学和护理教育中发挥的优势日益凸显。本研究旨在绘制国外护理教育虚拟现实科学知识图谱,对该领域的研究现状、热点和前沿趋势进行分析和预测,以期为国内的实践和发展提供可供参考的计量学依据。

1 资料与方法

本研究数据来源于Web of Science(WOS)核心合集,采用主题词检索方式,虚拟现实检索词为:"virtual reality" OR "VR" OR "virtual simulation" OR "virtual patient" OR "reality-virtuality continuum" OR "virtual technology" OR "virtual environment" OR "virtual situation" OR "immersive simulation" OR "screen-based simulation" OR "web-based simulation" OR "serious game" OR "head mounted display" OR "HMD";教育检索词为:"education" OR "educational" OR "training" OR "learning" OR "student";学科领域为Nursing。检索时限为2012年1月—2022年1月,语种为英文,文献类型:article,最终得到519篇文献。研究借助CiteSpace 5.8.R3软件,对样本文献进行合作机构、作者、关键词及文献共被引等可视化分析,直观展现国外护理教育虚拟现实研究的现状、热点与趋势。

2 结果

2.1 发文量

通过观察每年发文量可直观反映研究领域发展概况,这是衡量领域研究热度的重要指标。本研究显示每年发文量呈不断上升趋势,2012年—2019年论文数量增幅平缓;2020年论文数量增加开始明显,为2019年发文量的1.67倍;2021年论文数量突增,为2020年发文量的1.87倍,占总文献量的26.59%。详见图1。国外护理教育领域对虚拟现实的研究热度大增,得到学者的高度关注。

图1 国外护理教育虚拟现实研究发文量

结合时间背景分析,自2019年末全球新型冠状病毒感染以来,在线远程教育承担起了史无前例的“停课不停学”重任。但是,即在线教学解决了基本教学需求之后,还能否实现同面对面教学相当甚至更优的教学效果?基于二维网络技术的在线教育似乎遇到了瓶颈,而能够实现多终端三维沉浸式感知环境的多通道体验式交互的虚拟现实技术则可以重塑在线教育,从根本上改变远程教育的学习场域与教学方法。虚拟现实可以在没有教师的情况下提供非接触式学习,通过提供客观和即时的虚拟指导反馈。在偏向表现、操作型在线课程的开发中应用潜力巨大,因此,可以预见,在未来一段时间内虚拟现实在护理教育中的应用研究将会继续呈现增长态势。

2.2 研究机构

从国外护理教育虚拟现实研究发文机构的合作网络图谱机构名称可以发现,该领域研究的主要力量集中在高校。标签字体越大,代表机构发文量越多。发文量≥10篇的机构按照降序排列分别为:瑞尔森大学(18篇)、百年理工学院(16篇)、圣保罗大学(12篇)、蒙纳士大学和女王大学(各11篇)、渥太华大学(10篇),说明这些高校在虚拟现实研究领域具有很高造诣,国内学者可以有目标性地进行交流学习。中介中心性排名居前4位且>0.03的机构为Univ Sunshine Coast(阳光海岸大学)、Federat Univ Australia(澳大利亚联邦大学)、Boise State Univ(博伊西州立大学)、Monash Univ(蒙纳士大学),表示这些机构在沟通和连接其他机构中起到桥梁作用。详见图2。

图2 国外护理教育虚拟现实研究机构合作网络图谱

2.3 研究作者

表1 国外护理教育虚拟现实研究作者发文量排名居前16位作者分布

从作者合作联系情况来看,已形成若干个凝聚力较强的群体,并维系着较稳定的合作关系;其他学者大多数处于独立状态,作者节点密度为0.005 7,说明该领域作者合作关系较稀疏。以Verkuyl M为主的研究群体广泛研究了虚拟现实课程学生不同反思类型的设计、对比及效果分析,在学生反思领域进行深入剖析。其他合作群体暂未形成深耕的研究方向。详见图3。

图3 国外护理教育虚拟现实研究作者合作网络图谱

2.4 关键词

2.4.1 高频关键词

关键词是高度提炼文献研究内容的名词性术语,通过考察某一研究领域文献的关键词出现频次,以此反映该领域的研究热点。数据文献共有关键词351个,频次≥15次的高频关键词有20个(见表2)。对同义关键词进行合并后,按频次进行排序。排名居第1位的是education,频次93次,首次出现于2012年,中介中心性0.11;频次居第2位至第5位的关键词分别是:nursing education、student、simulation、virtual reality、virtual simulation,这些关键词出现频次高与本研究的检索策略有关,也是本研究的基础。

表2 国外护理教育虚拟现实研究高频关键词(频次≥15次)

从时间维度来看,对关键词首次出现年份进行统计,并按照频次高低排序。2012年的研究热点包括教育、护理教育、学生、模拟/仿真、照护、技能、护士、策略、虚拟病人、健康,所涉及的领域较为广泛;从2013年开始,研究热点聚焦在影响、体验、环境、健康照护4个方面;2014年研究热点围绕虚拟现实和有关技术开展;2015年重点关注虚拟现实对知识和表现的影响;2016年研究热点关注新的虚拟现实技术,如虚拟仿真和严肃游戏。中心性排名居前3位的是:care、impact、management,说明照护、影响、管理在连接不同关键词时起到了重要的中介作用。

2.4.2 关键词聚类

经LLR算法对关键词进行聚类,图谱中共显示17个聚类,见图4。模块值(modularity,Q值)和平均轮廓值(silhouette,S值)为评价聚类结果的主要指标。本研究中Q值=0.803 2>0.3,趋近于1,说明聚类结果具有显著性。S值=0.939 5>0.7,表示每个聚类内的成员具有高同质性,聚类结果具有可信度。聚类标签#0～#16表示聚类的大小,#0为最大聚类,所含文献数量最多,以此类推,#16为最小聚类。

图4 国外护理教育虚拟现实研究关键词聚类图谱

2.4.2.1 虚拟现实类型及定义

在国外护理教育中应用较为广泛的虚拟现实技术包括3种类型:①基于计算机平台的虚拟现实系统,学习者通过计算机屏幕来观察虚拟界面,并能利用鼠标、触摸设备或控制器等工具与虚拟现实情境进行交互;②沉浸式虚拟现实系统,头盔装置通过视觉和听觉刺激提供沉浸感,触觉装置模拟现实世界的触觉,如佩戴触觉感觉手套模拟导尿过程[3]、利用腕力反馈模拟导管插入阻力[4];③严肃游戏,是指那些主要不是为了娱乐,而是为了一个明确和深思熟虑的教育目的而设计的游戏。从聚类标签“computer simulation””virtual simulation””virtual reality”“ serious game”可发现,不同学者对虚拟现实的理解和定义不完全相同,目前对虚拟现实尚无统一定义。随着相关术语数量的不断增长和发展,对虚拟现实精确定义的需求越来越迫切[5]。有学者建议,要从3个方面对虚拟现实技术进行详细描述,包括保真度水平(高、中或低)、虚拟仿真是否为交互式或沉浸式,病人的身体形态(病人模型或由计算机生成的化身)[6]。通过阐述更多的细节,可以了解技术设计组件,并衡量这些与学习者效能的相关性,提高研究的严谨性。

2.4.2.2 应用领域

主要探讨国外虚拟现实在护理教育领域应用场景。①根据教育目标将场景分类。获得程序性知识或技能,如导尿[3]、伤口换药[7]、正确使用个人防护装备[8]等;应急演练,训练学习者的综合能力,包括知识、技能、自信、行为表现等[9-10];素质培养,如沟通技能、临床推理能力、文化共情能力、跨专业合作实践能力等[11-14]。②创造学习体验。通过虚拟医院,了解医院的空间结构和内部环境,以及护士一天的日常工作[15];在进入临床危重症区受限的情况下,虚拟现实给予护生一个安全的临床实习体验[16];通过让学习者遭受痴呆症折磨的生活体验,以教授其同理心。③对病人及照顾者的健康指导。如解决儿童肥胖问题[17]、教授和强化癌症、心力衰竭老年人关键症状的自我管理策略[18-20]、为痴呆病人照顾者提供咨询和健康教育[21]。

2.4.3 突变词

通过突发性探测,得到突变词信息图。突变词表示在短时间内受到大量关注,突然变成热点,对前沿研究具有潜在影响的热点因素。强度越大,表示突变程度越强,成为研究前沿的可能性越大。红色线条表示突变开始和结束的年份。大致可分为3个时期,第1个阶段为2012年—2015年,范围集中在第二人生和技术;第2个阶段为2016年—2019年,聚焦在学生;第3个阶段以2021年为始,虚拟仿真和虚拟学习是当前国外护理教育虚拟现实领域的研究前沿。详见图5。

图5 国外护理教育虚拟现实研究突变词信息

2.5 文献共被引

2.5.1 高被引文献与聚类

在科学研究中,学者通过互相引用来显示学科之间知识流动的方向。研究前沿代表学科最新的发展状况,其相应的引文则是该学科的研究基础。文献共被引分析产生476个节点、1 091条连线,形成16个聚类。节点大小(即半径)代表文献被引用的频次,节点越大说明被引次数越多。两节点之间连线的颜色表示共被引第一次发生的年份,颜色越深代表共被引出现时间越早,颜色越浅则相反。详见图6。图中左侧标签显示的是国外2012年—2022年护理教育虚拟现实研究领域被引次数排名居前10位的文献。节点内红色部分代表突现引文,是指该文献的引用量在时间维度上出现突然增加,突现性高的文献表示在相应时间区间内受到较多的关注,一定程度上代表该学科在相应时间区间里的研究热点。

图6 国外护理教育虚拟现实研究高被引文献和聚类图谱

2.5.2 文献被引次数

被引次数最高文献《INACSL standards of best practice:simulationSM simulation design》,是2016年由国际临床仿真学习护理协会发布的标准化仿真设计最佳实践标准,包含需求评估、构建教学目标、仿真形式、设计场景、使用各类型的仿真技术、保持以参与者为中心的促进方法、学习前后的复盘、多方评价、准备材料、预实验等11项标准[22],对虚拟仿真设计具有重要的指导意义。有效的设计不仅促进结果的一致性,且能提升整体价值。《Clinical virtual simulation in nursing education:randomized controlled trial》被引次数排名居第2位,该随机对照试验结果显示,在护理教育中应用临床虚拟仿真,可提高学习初期和2个月后的知识保留率以及学习满意度[23]。被引次数排名居第3位的《Virtual versus face-to-face clinical simulation in relation to student knowledge,anxiety,and self-confidence in maternal-newborn nursing:a randomized controlled trial》,通过比较2种虚拟仿真技术在母婴护理教学中的应用效果,发现学生知识和自信心改变并无统计学意义,提示实践中需慎重考虑临床仿真教学成本和收益风险比[24]。

现对具有高突现性聚类进行阐述,聚类#0被引居前3位的文献,Shandra和Kidd主要考察2nd-life在护生教学、多学科教育中的应用效果[25-26];Foronda聚焦虚拟仿真对护生沟通技能的影响[27]。排名居前3位的施引文献也是考察虚拟现实技术的应用研究,但所涉及的技术包括vSIM、gaming等,且设计场景更为丰富,如处理病人病情恶化[28]、灾害分类[29]及儿科领域[30]。聚类#1被引居前2位的文献研究主要探讨护理教育虚拟仿真的特点及效能[31-32];排名居前3位的文献讨论开发更多的应用场景,如替代真实临床体验[33]、加深对疾病知识的正确认知[34]、运用复盘的有意义学习[35]。聚类#4被引居前3位文献主要探索网络仿真[36]、虚拟病人[37]、仿真学习的应用[38];排名居前3位施引文献研究面对面仿真和电子仿真[39]、行动过程分析评估学生处理病人病情恶化能力[40]以及严肃游戏的教育价值[41]。详见表3。

表3 国外护理教育虚拟现实研究被引次数排名居前10位的文献

2.5.3 突变文献

突现强度排名居第1位的文献是Padilha JM的2019年的研究,主要探讨临床虚拟仿真对学习者的影响[23],其突现开始于2020年,直至2022年,说明该文献在未来将持续受到关注。最后4篇突现文献也是该领域当前的热点论文[22,32,42-43],对后续的研究实践具有参考价值。详见图7。

图7 国外护理教育虚拟现实研究突变文献信息图

3 讨论

3.1 热点

高频关键词是反映研究领域热点的重要指标,高中心性关键词在整个知识网络中具有桥梁中介作用。从前面的分析可知,近年来,国外护理教育虚拟现实研究主要围绕学习者知识、技能、表现、体验、健康照护及虚拟现实技术类型等多个热点进行。虚拟现实技术巧妙地融合视、听、触觉,学习者通过清晰地观察可视化模型,加深对抽象知识的理解和掌握。护理学专业具有较强的实践性,传统教学手段缺失互动和立体感,难以给予学习者高效指导。虚拟现实技术使技能操作训练过程更具真实性和反馈性,且可反复练习,为学习者提供了一个安全的环境。通过模拟不同场景,沉浸式体验促使学习者学会观察、分析、判断、决策和团队协作意识,以培养学习者的综合能力。虚拟现实技术凭借其独特的优势在护理教育各方面展示出广阔的应用前景,但虚拟现实尚处于起步阶段,其设计方面仍存在不足,如大部分虚拟现实系统开发缺乏理论框架指导[44],关于课程提供的内容、学习者参与程度及性质描述有限[6],使用专用设备导致晕动症及其他不良反应[9],成瘾、隐私被侵犯等伦理隐患[45-46]。因此,与之匹配的平台标准研制和教学设计理论建构、教学资源体系、教学组织模式亟待开发。

3.2 趋势

CiteSpace通过突现词探测算法考察词频的时间分布,依靠词频的变化来确定学科的研究前沿。突现词的突现程度越高,越能代表该时期内最新的研究动态及其发展趋势。结合前面的突现词分析,虚拟仿真和虚拟学习在2021年成为国外护理教育领域的重点与前沿,并持续突变至2022年,这说明虚拟仿真和虚拟学习仍是未来的研究趋势。本研究突现词的突现时间都比较短,基本为2～3年的时间,说明国外护理教育虚拟现实研究领域主题丰富、内容多样、迭代速度快。

目前在线教育效果不甚理想,主要停留在浅层学习上,无法促使学习者在情感、行为和认知上的有效参与并形成深度学习。在未来,需抓住5G契机,深化虚拟学习,通过虚拟仿真教育打造在线深度学习共同体构建。在虚拟学习社区可通过远程互动和信息融合打破时间、空间限制,促进校际间学习者的沟通与交流,调动学习者的情感参与、行为参与和认知参与,最终促进深度学习共同体形成。

4 小结

本研究分析了近10年国外护理教育虚拟实现研究的现状、热点和趋势,并纵深剖析此领域的基础与前沿文献。当前该领域文献数量呈上升趋势,并形成多个研究热点,可见虚拟现实研究正经历着从工程技术领域向人文社会领域的融合过程,打通学科边界进而构建交流平台,促进护理人文学科发展战略落地,为提升整体护理教育质量贡献力量。但本研究未纳入国内相关研究,未能全方位呈现护理教育虚拟现实发展状况是本研究的局限性,今后将进一步扩大文献检索范围,概览领域全貌。在护理教育虚拟现实的研究上,本研究初衷是借助国外数据研究抛砖引玉,为以后开展相关研究和实践提供一些线索与思考。