虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)特征及對護(hù)理教育啟示的研究進(jìn)展

鄭曉英 張曉宇

黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040

美國護(hù)理學(xué)會調(diào)查表明目前在線護(hù)理教育的數(shù)量有了顯著的增長，很多護(hù)理學(xué)碩士課程都是采用在線授課或采用課堂教育與網(wǎng)絡(luò)教育相結(jié)合的形式[1]。虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（augmented reality，AR）等新技術(shù)的快速進(jìn)步推動(dòng)了護(hù)理教育在線形式的發(fā)展。VR/AR 技術(shù)與在線護(hù)理教育的實(shí)現(xiàn)在增加擁有護(hù)理學(xué)士學(xué)位和高級學(xué)位（如博士學(xué)位和高級實(shí)踐護(hù)理學(xué)位）的護(hù)士人數(shù)這一方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用[2]。目前要將VR/AR 技術(shù)融入護(hù)理教育，必須了解VR/AR 技術(shù)和教師在護(hù)理教育中實(shí)施VR/AR 技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)。本文將闡述可用于護(hù)理教育的新興VR/AR 技術(shù)，討論其對未來護(hù)理教育的啟示。

1 VR/AR 技術(shù)特征

1.1 VR 技術(shù)特征

VR 技術(shù)可使用戶沉浸在一個(gè)人工合成環(huán)境中，其有3 個(gè)特征：沉浸感、感知在一個(gè)環(huán)境中的存在感、及與該環(huán)境的交互感[3]。

VR 技術(shù)可在護(hù)理教育過程中形成一個(gè)與實(shí)際工作環(huán)境相同的虛擬環(huán)境，并借助工具與虛擬世界產(chǎn)生交互，得到感知反饋，從而在虛擬環(huán)境下完成護(hù)理實(shí)踐操作及技能培訓(xùn)。因此，將VR 技術(shù)運(yùn)用于護(hù)理教育實(shí)踐中不但可以節(jié)省實(shí)訓(xùn)場地，而且不受時(shí)間限制。同時(shí)也便于學(xué)生對自身存在的問題不斷自省，并有針對性地進(jìn)行模擬練習(xí)。研究證實(shí)[4-5]，護(hù)理教育中使用VR 技術(shù)，能夠促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力并提高其臨床思維能力。針對目前醫(yī)療環(huán)境中患者病情的復(fù)雜及維權(quán)意識的增強(qiáng)，VR 技術(shù)能使學(xué)生在一個(gè)安全的環(huán)境中接觸臨床情況，這對于護(hù)理教學(xué)工作是非常有必要的。利用VR 技術(shù)可以建立虛擬醫(yī)院、患者和操作過程[6]。Second Life 是由美國林登實(shí)驗(yàn)室在2003 年基于互聯(lián)網(wǎng)建成的一個(gè)虛擬世界平臺，通過免費(fèi)客戶端，用戶可以創(chuàng)建自己的“虛擬化身”。Second Life 可以實(shí)現(xiàn)角色扮演、師生互動(dòng)和模擬教學(xué)，并支持多人協(xié)作的護(hù)理實(shí)踐，可以實(shí)現(xiàn)用戶之間的溝通。2012 年密歇根大學(xué)護(hù)理學(xué)院在Second Life 的虛擬醫(yī)院構(gòu)建出一個(gè)設(shè)備齊全的虛擬病房進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)[7]。鮑爾州立大學(xué)護(hù)理學(xué)院在“健康評估”“精神心理護(hù)理”課程中使用Second Life 訓(xùn)練學(xué)生與患者的溝通和健康評估能力[8]，Second Life 已經(jīng)被護(hù)理教育工作者廣泛應(yīng)用于護(hù)理VR 學(xué)習(xí)體驗(yàn)的創(chuàng)建。有系統(tǒng)評價(jià)表明，Second Life 可以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，提供一種以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)方法，并且縮小護(hù)理實(shí)踐和理論之間的差距，學(xué)生可將課堂教學(xué)中學(xué)到的內(nèi)容直接應(yīng)用到虛擬世界的醫(yī)療環(huán)境中[5]。在護(hù)理教育中可用的VR 技術(shù)包括vSim for Nursing 虛擬案例軟件[9]、Shadow Health Digital Clinical Experience[10]、SimX[11]等。

1.2 AR 技術(shù)特征

AR 是VR 的一種變體，是廣義上VR 的擴(kuò)展。AR允許用戶看到真實(shí)世界及融合于真實(shí)世界之中的虛擬對象，因此AR“增強(qiáng)”了現(xiàn)實(shí)中的體驗(yàn)，而不是替代現(xiàn)實(shí)。AR 技術(shù)的主要特征有虛擬和現(xiàn)實(shí)的融合、實(shí)時(shí)交互、三維注冊[12]。目前，AR 的定義也得到了擴(kuò)展，包括與現(xiàn)實(shí)世界無縫銜接的虛擬圖像。

AR 技術(shù)可以在現(xiàn)實(shí)情境下生成虛擬物體以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。AR 技術(shù)與VR 技術(shù)一樣，在護(hù)理教育中扮演著相當(dāng)重要的角色。如在護(hù)理教育中某些設(shè)備難以攜帶，或是設(shè)備稀缺、昂貴，較難獲得，教師只能通過圖片或是言語描述讓學(xué)生感受，教學(xué)的直觀性差，不利于學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容。利用AR 技術(shù)就可以在現(xiàn)實(shí)環(huán)境下增加這一設(shè)備的虛擬圖像，使學(xué)生有一個(gè)更為形象和生動(dòng)的觀察，同時(shí)也可以對虛擬設(shè)備進(jìn)行局部和整體的展示，使學(xué)生充分理解設(shè)備的構(gòu)造以及原理，為實(shí)踐操作打下牢固基礎(chǔ)。雖然AR 在護(hù)理教育中的應(yīng)用和研究少于VR，但是AR 能夠有效表達(dá)護(hù)理內(nèi)容，具有很大的應(yīng)用前景。在護(hù)理中使用AR 的研究主要是在實(shí)施的早期階段進(jìn)行試點(diǎn)研究和測試原型[13]。AR在護(hù)理教育中的應(yīng)用包括Body Explorer[13]、“Floating heart”3D 成像[14]和M-learning 移動(dòng)設(shè) 備（如 智 能 手機(jī)），如Garrett 等[15]在臨床技能實(shí)驗(yàn)室中使用快速反應(yīng)（quick response，QR）碼來實(shí)現(xiàn)M-learning，這樣可以方便學(xué)生訪問超鏈接信息，使學(xué)生能夠?qū)W習(xí)到額外的內(nèi)容。

1.3 VR/AR 技術(shù)的關(guān)系

Milgram 等[16]定義了真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境的連接關(guān)系，見圖1。從字面上理解，在真實(shí)環(huán)境上疊加虛擬的對象，就好像把現(xiàn)實(shí)環(huán)境要展示的內(nèi)容“增強(qiáng)”了，所以稱“AR”，反之即是“增強(qiáng)虛擬”。

圖1 真實(shí)環(huán)境到虛擬環(huán)境的連接關(guān)系

2 VR/AR 對護(hù)理教育的啟示

VR/AR 技術(shù)促進(jìn)了以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)并不是通過VR 技術(shù)來傳遞信息，而是通過VR技術(shù)來增強(qiáng)和促進(jìn)教學(xué)效果[17]。以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)方法能使學(xué)習(xí)過程更具有目的性和意義性，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。這種教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變對護(hù)理教育者更具有挑戰(zhàn)性，這要求教師重新進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，并讓學(xué)生積極地參與到學(xué)習(xí)過程中[18]。同時(shí)，在學(xué)生教育期間接觸新技術(shù)有助于其對新技術(shù)興趣的培養(yǎng)和使用[16]。

2.1 VR/AR 技術(shù)在教學(xué)實(shí)施過程中遇到的問題

護(hù)理教育中關(guān)于VR 或AR 的文獻(xiàn)有限，且主要集中在VR 技術(shù)上。Englund[18]研究發(fā)現(xiàn)，授課教師在教學(xué)過程中實(shí)施VR 技術(shù)時(shí)面臨了諸多挑戰(zhàn)。首先，教師和相關(guān)機(jī)構(gòu)需要投入大量的時(shí)間、財(cái)力和資源來開發(fā)和應(yīng)用VR 技術(shù)；其次，為了使教師在應(yīng)用VR 技術(shù)進(jìn)行授課時(shí)感到輕松和自如，需要對授課教師進(jìn)行VR 技術(shù)的培訓(xùn)。這些都是護(hù)理教育開展VR 技術(shù)的必要前提，因?yàn)槭谡n教師的準(zhǔn)備度會影響學(xué)生在使用VR 時(shí)的感受和教育結(jié)果[19]。研究表明[20]，如果VR 技術(shù)在教學(xué)環(huán)境中的應(yīng)用不當(dāng)，并不比傳統(tǒng)的教學(xué)模式好，如視頻和音頻質(zhì)量差、互聯(lián)網(wǎng)連接不良等問題，都會導(dǎo)致虛擬體驗(yàn)的降低，因此充分的VR 技術(shù)培訓(xùn)可更好地防止授課教師出現(xiàn)VR 技術(shù)困難。同時(shí)，這些技術(shù)上的困難會打斷學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，并降低VR 在學(xué)習(xí)過程方面的潛力[21]。此外，學(xué)生在用戶端使用VR技術(shù)可能會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)病或數(shù)字暈動(dòng)病（迷失方向感、頭暈和惡心等）及眼睛酸痛等癥狀[22]。所以，教師和學(xué)生應(yīng)共同考慮空間意識和身體承受問題[23]。VR 技術(shù)在進(jìn)行護(hù)理教育使用之前，需要有專業(yè)教員進(jìn)行指導(dǎo)[24]。研究發(fā)現(xiàn)，專業(yè)教員指導(dǎo)的學(xué)生對自己的臨床技能和VR 體驗(yàn)的評價(jià)要高于由護(hù)理研究生指導(dǎo)的學(xué)生[24]。以上研究表明，教師在使用VR 技術(shù)方面的專業(yè)知識、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及教學(xué)指導(dǎo)是實(shí)現(xiàn)學(xué)生最佳VR 體驗(yàn)和教育結(jié)果的前提。同時(shí)，教師應(yīng)調(diào)整和制訂教學(xué)評價(jià)方式和方法，以適應(yīng)VR 技術(shù)教學(xué)設(shè)計(jì)和最終目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[17]。

AR 技術(shù)在護(hù)理教育中應(yīng)用的研究較少，但教師將AR 技術(shù)應(yīng)用到護(hù)理教育課程中時(shí)也會面臨類似VR 技術(shù)的挑戰(zhàn)。如在臨床技能實(shí)驗(yàn)室使用QR 碼進(jìn)行移動(dòng)學(xué)習(xí)時(shí)，教師應(yīng)注意到一些技術(shù)問題，如QR碼掃描問題、互聯(lián)網(wǎng)連接問題及移動(dòng)應(yīng)用程序不穩(wěn)定等問題。學(xué)生們很喜歡AR 教學(xué)形式，但其不能向Mlearning 提問，所以在某些情況下學(xué)生仍更喜歡臨床教師。目前，教師們一致認(rèn)為AR 技術(shù)的M-learning應(yīng)用程序是對臨床教學(xué)的有益補(bǔ)充，而不是取代。AR 技術(shù)與VR 技術(shù)相同，都需要對護(hù)理教育者進(jìn)行充分的技術(shù)培訓(xùn)，并且及時(shí)為處于技術(shù)困難的教師提供幫助[14]。然而，AR 技術(shù)也面臨著一些特殊的挑戰(zhàn)，如在臨床模擬中使用Google Glass 將數(shù)字對象覆蓋到現(xiàn)實(shí)上時(shí)，有學(xué)生反饋在現(xiàn)實(shí)和虛擬對象之間存在轉(zhuǎn)換問題，在看或讀虛擬物體方面，學(xué)生可能會過度關(guān)注VR 技術(shù)而沒有注重患者[15]，這可能與AR 技術(shù)的新穎性和使用可穿戴式耳機(jī)經(jīng)驗(yàn)不足有關(guān)。

2.2 VR/AR 在護(hù)理教育中的應(yīng)用及展望

VR/AR 技術(shù)為護(hù)理教育改革提供了重大的機(jī)遇。對于教師來說，在教學(xué)過程中接受VR/AR 技術(shù)很重要，但應(yīng)注重實(shí)現(xiàn)技術(shù)的自身特點(diǎn)，不能將其作為當(dāng)前教育方法的附加部分[7]。為了掌握實(shí)施這一新技術(shù)，教師需要進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)并得到相關(guān)機(jī)構(gòu)的支持才能保證課程設(shè)置的順利實(shí)施。另外，護(hù)理學(xué)院要大力支持和鼓勵(lì)使用VR/AR 技術(shù)，因?yàn)橄嚓P(guān)機(jī)構(gòu)的參與度是決定新技術(shù)能否成功實(shí)施的關(guān)鍵因素[25]。此外，要將VR/AR 技術(shù)完全融入護(hù)理教育，就要改變原有的對學(xué)生的評估方法。但目前的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不全面，教師需要建立評估學(xué)生成績和能力的最佳指標(biāo)[26]。同時(shí)，在護(hù)理教育中采用和實(shí)施VR/AR 技術(shù)時(shí)，必須使用其標(biāo)準(zhǔn)化概念和定義，并且闡述VR/AR 技術(shù)教育的具體干預(yù)措施，以利于該技術(shù)在護(hù)理教育中的科學(xué)化實(shí)施。此外，護(hù)理教育者需要多學(xué)科團(tuán)隊(duì)共同開發(fā)VR/AR 技術(shù)，這就需要跨學(xué)科的概念和定義。本文涉及的研究中使用了各種術(shù)語來引用VR/AR 技術(shù)，如虛擬患者、虛擬世界和虛擬模擬，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的術(shù)語和定義可能會導(dǎo)致解釋研究結(jié)果和新的護(hù)理教育干預(yù)的混亂。但因VR/AR 技術(shù)來源于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，建議護(hù)理教育者采用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的概念和定義。

3 小結(jié)

盡管目前VR/AR 技術(shù)面臨諸多問題和挑戰(zhàn)，但該技術(shù)有助于促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的充實(shí)和現(xiàn)有在線教育方式的加強(qiáng)，為護(hù)理教育的發(fā)展拓寬了道路。利用VR/AR 技術(shù)的交互性、多感知性、自主性、多元性等特點(diǎn)，將VR/AR 技術(shù)引入護(hù)理教育，將對加速現(xiàn)代護(hù)理教育思想的發(fā)展、提高護(hù)理教學(xué)的效益、提升教師的科技素養(yǎng)產(chǎn)生重要影響，但其最大的特點(diǎn)就是以學(xué)生為中心，使學(xué)生成為知識建構(gòu)的主動(dòng)者，這對增強(qiáng)護(hù)理學(xué)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)新實(shí)踐能力提供了廣闊的發(fā)展空間，該技術(shù)強(qiáng)有力的支持將促進(jìn)護(hù)理學(xué)未來教育的發(fā)展。