虚拟现实技术对护生学习效果影响的Meta分析

虚拟现实技术对护生学习效果影响的Meta分析摘要：虚拟现实（virtualreality，VR）是一种基于计算机图形学和人机交互的仿真技术，可用于构建三维虚拟环境、增强学习体验、促进教学创新，已被广泛应用于医学教育领域。但是虚拟现实教学能否有效提升护生学习效果，答案尚未统一。本研究采用Meta分析的方法探究护理课程中应用虚拟现实技术对护生学习效果的影响，以及学段、学科、VR类型对护生学习成绩影响的差异。研究发现：（1）VR教学法对护生理论成绩（合并效应值为1.01）和操作成绩（合并效应值为1.12）均有显著促进作用。对护生自主学习能力、分析及解决问题能力、临床思维能力方面均有显著正向影响，但对护生提高学习兴趣及团队协作能力两方面影响未达到统计学意义；（2）VR教学对大专和本科段护生理论成绩及操作成绩均有正向影响，且在本科阶段效果更佳；（3）VR教学在基础护理学中对护生理论成绩及操作成绩均有中等正向影响，而在急危重症护理学中正向影响更为显著。但在内科护理学中，VR对护生理论成绩及操作成绩的影响均未达到统计学意义；（4）桌面式VR教学对学生理论成绩及操作成绩均有显著正向促进作用，但沉浸式VR教学对护生理论成绩及操作成绩影响均未达到统计学意义。关键词：虚拟现实；Meta分析；学习效果；护生一、引言虚拟现实技术（virtualreality，VR），又称“灵境技术”“赛伯空间”，是一种采用现代高科技手段生成的视、触、嗅、味觉等一体化的虚拟环境，用户借助设备操作虚拟对象，产生如同在真实环境中操作的感受和体验[1]。VR技术在实际应用中具有交互性、沉浸性和想象性等特点，体验者可通过用户终端（如VR头盔式立体显示器）与输出设备（如操纵杆、数据手套）在视觉、听觉、触觉多感觉中进行沉浸式体验，与虚拟现实系统进行互动，在相互的反应和反馈中达到身临其境的感受，以此实现激发学生学习动机、帮助学生建构和理解知识、提高学习效果的目的。该技术已被广泛应用于医学教育领域，但我国护理虚拟仿真技术起步相对较晚，研究结果也不尽相同。如李红梅[2]等发现，相对于传统多媒体教学，交互式VR可有效提高护生的理论成绩和技能成绩，并有助于激发学生学习的兴趣和主动性。但是，王莉萍[3]等发现VR教学仅在增强被动学习能力和与他人沟通能力方面对护生有积极影响，在增加护理职业认同感、提高文献资料查阅能力及分析问题能力等方面却没有表现出显著优势。此外，VR开发成本高，存在晕眩体验、人机交互不足等缺陷[4]，国内有关VR技术在护理教学中应用效果的研究样本量小，实验结果难有普适性[5、6]。部分研究还存在“重描述性数据，轻实验考证”“实验设计有余，变量操纵不足”等问题，也在一定程度上降低了VR教学效果，影响了研究结果的科学性和可信度[7]。Meta分析中文译为"荟萃分析"，是一种综合多项研究结果得到平均效应值来考察文献总体效应的统计分析方法。Meta分析法的主要作用有增加统计学检验效能、定量估计研究效应以及发现既往研究的不足三个方面[8]。该方法弥补了传统研究不足之处，也常用于解决研究结果不一致的问题。本研究采用Meta分析方法对国内近五年相关研究逐个进行严格评价和分析，再用定量合成的方法对资料进行统计学处理以探究护理课程中VR对护生学习效果的影响。同时，分析VR教学对护生成绩影响是否在学段、课程、VR技术类型等调节变量上存在显著差异？二、研究设计（一）文献检索本研究以“虚拟现实、虚拟仿真、VR、virtualreality；护生、护理教学、nursing”为检索词，以主题词结合自由词的形式，电子检索PubMed、中国期刊全文数据库(CNKI)、中文科技期刊全文数据库维普(VIP)、中国生物医学文献数据库（CBM）、万方科技期刊全文数据库。同时追查相关灰色文献（http://www.kb.nl/infolev/eagle/frames.htm）和纳入文献的参考文献。检索时限均为从2015年1月至2020年5月。文献筛选纳入标准第一，研究主题必须是国内VR在护理教学中对护生学习效果的影响；第二，研究设计必须是实验研究或准实验研究；第三，研究对象中实验组通过VR技术进行教学干预，对照组没有利用VR技术进行教学干预，或者包括前测与后测，前测为使用VR教学前，后测为使用VR教学后；第四，统计方法恰当，有原始数据且数据质量可靠，包括样本量(N)、平均数(M)、标准差(SD)、t值或者p值；第五，对同一作者、研究同一人群的重复发表文献，选择质量最高的一篇作为研究文献。（三）文献编码编码主要内容包括：作者信息、发表年份、样本量、实验研究学段、研究课程、VR应用类型及学习效果。其中实验研究学段包括中专、大专、本科三个学段。研究课程包括基础护理学、急危重症护理学、内科护理学、解剖护理学、妇产科护理学、中医护理学。文献中涉及到的VR技术类型包括两类：桌面式VR系统和沉浸式VR系统[9]。学习效果分为理论成绩、操作成绩以及学习兴趣、自主学习能力、分析及解决问题能力、临床思维能力、团队协作能力。以上数据邀请两名评价员采用统一的数据提取表，独立提取资料，而后交叉核对。如遇分歧由第三位研究者协助解决。（四）统计学分析本文通过STATA15.1软件计算整体效应值以此探究VR教学对护生学习效果的影响，同时进行亚组分析，评估不同学段、课程、VR类型对学习成绩的影响。评估发表偏倚采用Egger法，P＞0.05表示无偏倚，反之存在发表偏倚。异质性检验采用χ2检验和I2来估计研究之间的异质性。以P＜0.10为多个研究有异质性，I2=25%～<50%，为轻度异质性；I2=50%～<75%，为中度异质性；I2=75%～100%，为高度异质性[10]。若各文献间同质采用固定效应模型（inversevariancemethod），反之则采用随机效应模型（DerSimonianandLaird）并应用事后敏感性分析（Post-hocsensitivityanalysis）[11]探究异质性来源。三、结果与讨论（一）纳入文献的情况通过中英文数据库对检索词检索，初步筛选后获得相关文献62篇，进一步排除综述类文献34篇，数据不全文献2篇[12、13]，无实验对照组文献2篇[14、15]，未使用VR软件1篇[16]，实验数据重复1篇[17]，最终纳入19篇有效文献。其中，中文文献18篇，英文文献（香港）1篇。（二）发表偏倚检验发表偏倚指有显著意义的阳性研究成果比没有显著意义的阴性研究成果的发表可能性更大[18]。若存在发表偏倚可能影响Meta分析结果的可靠性，因此有必要进行发表偏倚的检测及分析[19]。本研究采用Egger法检验文献的发表偏倚情况，回归检测结果显示，有关理论成绩纳入的文献中，t=1.38，P=0.206＞0.05，表明研究样本不存在发表偏倚（如图1所示）；有关操作成绩纳入的文献中，t=1.60，P=0.134＞0.05，表明研究样本也不存在发表偏倚（如图2所示）。图1理论成绩纳入的文献的发表偏倚图图2操作成绩纳入的文献的发表偏倚图（三）Meta分析结果1.VR对学习效果影响的整体效应分析（1）VR教学对护生理论成绩的整体影响异质性结果显示，P=0.000、I2=92%，表明各研究间存在异质性，故本研究运用随机效应模型进行评估（如图3所示）。10篇（准）实验研究的合并效应值（SMD）为1.01（95%CI：0.67-1.36），Z=5.73，P=0.000，差异有统计学意义。CohenJ.[20]认为当效应值为0.2左右，可以认为影响较小；当效应值在0.5上下时，被认为有中等影响；当效应值在0.8左右时，被认为是影响显著。本研究SMD＞0.8，可认为VR教学对护生理论成绩有显著影响。图3VR教学对护生理论学习成绩的整体影响森林图（2）VR教学对护生操作成绩的整体影响异质性结果显示，P=0.000、I2=96.4%，表明各研究间存在异质性，故运用随机效应模型进行评估（如图4所示）。15篇（准）实验研究的合并效应值（SMD）为1.12（95%CI：0.69-1.55），Z=5.06，P=0.000，差异有统计学意义。结果表明，VR教学对护生操作成绩有显著正向影响。图4VR教学对护生操作成绩的整体影响检验森林图（3）学习效果中其他5个维度统计分析除理论成绩及操作成绩外，本研究综合纳入的文献数据，又将学习效果分为5个维度，包括学习兴趣、自主学习能力、分析及解决问题能力、团队协作能力以及临床思维能力。5项Meta分析均存在不同程度异质性，采用随机效应模型进行分析。结果表明，VR教学对护生自主学习能力、分析及解决问题能力、临床思维能力三个方面均有显著正向影响（P＜0.05），但在护生提高学习兴趣及团队协作能力两方面影响未达到统计学意义（P＞0.05），如表1所示。表1VR对护生5种维度学习效果的影响学习效果样本量纳入文献数量异质性效应值及95%置信区间Z值P值实验组对照组SMD95%CI学习兴趣2112022P=0.000、I2=92.2%0.34-0.39-1.080.920.357自主学习能力2351913P=0.099、I2=56.8%0.680.38-0.994.440.000分析及解决问题能力3944065P=0.000、I2=96.8%1.560.63-2.503.270.001团队协作能力3633634P=0.000、I2=97.8%0.68-0.37-1.731.270.204临床思维能力3042834P=0.000、I2=97.4%2.620.69-3.362.980.003VR教学对护生成绩影响的亚组分析（1）VR教学对护生理论成绩影响的亚组统计分析a.按学段进行亚组分析分为大专组和本科组，两组均存在异质性（大专组P=0.000、I2=94%；本科组P=0.000、I2=90.1%），故均用随机效应模型计算。结果显示，大专组合并效应值（SMD）为0.89（95%CI：0.36-1.42），Z=3.31，P=0.001；本科组合并效应值（SMD）为1.14（95%CI：0.65-1.63），Z=4.54，P=0.00（如图5所示）。结果表明，VR教学对大专及本科学段学生理论成绩均有显著正向促进作用。图5VR对不同学段护生理论成绩影响的亚组分析森林图b.按课程进行亚组分析分为急危重症护理学、内科护理学和基础护理学。其中急危重症护理学和内科护理学两组均存在异质性（危重症护理学组P=0.000、I2=92.1%；内科护理学组P=0.000、I2=96.5%），故用随机效应模型计算。基础护理组间不存在异质性（P=0.435、I2=0%），采用固定效应模型计算。结果显示，急危重症护理学组合并效应值（SMD）为1.32（95%CI：0.74-1.89），Z=4.50，P=0.000；内科护理学组合并效应值（SMD）为1.55（95%CI：-0.05-3.15），Z=1.89，P=0.058；基础护理学组合并效应值（SMD）为0.54（95%CI：0.39-0.69），Z=6.91，P=0.000（如图6-8所示）。结果显示，基础护理学中VR对护生理论成绩有中等正向影响，而在急危重症护理学中正向影响更为显著。但是在内科护理学中，VR对护生理论成绩的影响未达到统计学意义（P＞0.05）。图6VR应用于急危重症护理学对理论成绩影响的森林图图7VR应用于内科护理学组对理论成绩影响的森林图图8VR应用于基础护理学对理论成绩影响的森林图c.按VR类型进行亚组分析纳入文献仅涉及两类，分为桌面式及沉浸式。两组均存在异质性（桌面式P=0.000、I2=90.0%；沉浸式P=0.000、I2=97.5%），故用随机效应模型计算。结果显示，桌面式合并效应值（SMD）为0.92（95%CI：0.58-1.25），Z=5.40，P=0.000；沉浸式合并效应值（SMD）为1.45（95%CI：-0.35-3.24），Z=1.58，P=0.114（如图9所示）。结果表明，桌面式VR教学对学生理论成绩有显著正向促进作用，然而沉浸式VR教学对护生理论成绩影响并未达到统计学意义（P＞0.05）。图9VR类型影响护生理论成绩的亚组分析森林图（2）VR教学对护生操作成绩的亚组统计分析a.按学段进行亚组分析分为本科组、大专组和中专组，由于中专组只涉及1个文献，这里只分析本科组和大专组研究。两组均存在异质性（本科组P=0.000、I2=97.9%；大专组P=0.034、I2=61.5%），故均用随机效应模型计算。结果显示，本科组合并效应值（SMD）为1.82（95%CI：1.01-2.63），Z=4.39，P=0.000；大专组合并效应值（SMD）为0.73（95%CI：0.53-0.94），Z=7.01，P=0.000（如图10所示）。结果表明，VR教学对本科及大专学生操作成绩均有较显著正向促进作用，对本科学生操作成绩影响更佳。图10VR对不同学段护生操作成绩影响的亚组分析森林图b.按课程进行亚组分析分为急危重症护理学、内科护理学和基础护理学。三组均存在不同程度的异质性（危重症护理学组P=0.000、I2=94.2%；内科护理学组P=0.000、I2=99.5%；基础护理学组P=0.080、I2=49.2%），故用随机效应模型计算。结果显示，急危重症护理学组合并效应值（SMD）为1.31（95%CI：0.74-1.89），Z=4.47，P=0.000；内科护理学组合并效应值（SMD）为12.62（95%CI：-11.18-36.42），Z=1.04，P=0.299；基础护理学组合并效应值（SMD）为0.72（95%CI：0.56-0.88），Z=8.61，P=0.000（如图11所示）。结果显示，基础护理学中VR对护生操作成绩有中等正向影响，而在急危重症护理学中正向影响更为显著。但是在内科护理学中，VR对护生操作成绩的影响未达到统计学意义（P＞0.05）。图11VR应用于不同课程对操作成绩影响的亚组分析森林图c.按VR类型进行亚组分析分为桌面式及沉浸式。两组均存在异质性（桌面式P=0.000、I2=93.0%；沉浸式P=0.000、I2=99.5%），故用随机效应模型计算。结果显示，桌面式合并效应值（SMD）为0.79（95%CI：0.48-1.10），Z=4.96，P=0.000；沉浸式合并效应值（SMD）为12.62（95%CI：-11.19-36.43），Z=1.04，P=0.299（如图12所示）。结果表明，桌面式VR教学对学生操作成绩有显著正向促进作用，然而沉浸式VR教学对护生操作成绩影响并未达到统计学意义。图12VR类型影响护生操作成绩的亚组分析森林图（四）敏感性分析在上述VR教学对护生理论成绩和操作成绩影响的Meta分析中，采用敏感性分析探究异质性来源。如图13、14所示，纳入文献效应值均在置信区间内，并未发现异质性来源，说明本次Meta分析研究结果较为可靠。图13VR教学对护生理论成绩影响效果的敏感性分析图14VR教学对护生操作成绩影响效果的敏感性分析四、研究结论本文采用Meta分析法对国内近五年有关护理VR教学对护生学习效果的实验或准实验研究进行分析，主要得到如下研究结论：第一，VR教学对护生理论成绩和操作成绩均有显著促进作用。对护生的自主学习能力、分析及解决问题能力及临床思维能力方面均有显著正向影响（P＜0.05），但对护生提高学习兴趣及团队协作能力两方面影响未达到统计学意义（P＞0.05）。VR技术可模拟不同病例、不同病情的患者，设计不同的虚拟护理方案，护生置身于场景中可体验在传统教学情况下无法体验到的临床情境和过程，通过综合临床护理环境的演练，有助于提升学习效果，提升综合临床护理经验[21]。但由于我国目前广泛应用的VR软件中的患者多为不生动的模拟人形象，学生在操作中只见物不见“人”，缺乏真实性，可能会造成在使用过程中易出现厌倦而失去学习兴趣[22]。而且大多数护理类VR软件仅将教材上的实验流程照搬到屏幕上，护生只需记忆操作顺序，在电脑上拖曳鼠标即可完成操作，缺乏团队协作及与患者沟通方面的培训，这些可能是导致护生这两项能力未出现正向影响的原因[23]。可见，应用于护理课程的VR教学效果不是绝对的，其推广和普及还需综合更多教学成果，深入分析VR教学对护生学习效果的正向影响机理。第二，VR教学在大专和本科阶段都有正向显著效果，且在本科阶段效果更佳，无论是理论成绩还是操作成绩均达到了高度显著作用。可能原因是由于医学专业性较强，大部分VR技术人员不熟悉医疗护理领域，因此编写虚拟病例软件时往往不能正确划分重点和难点，而且大部分病例需要结合多学科知识点进行分析，需要学生具备扎实的基础知识和较强的临床综合分析能力[24]，这些方面本科生往往更能体现出优势。第三，从学科看，VR教学在基础护理学中对护生理论成绩及操作成绩均有中等正向影响，而在急危重症护理学中正向影响更为显著，表明VR的虚拟教学更适合急危重症护理学这类课程。但是在内科护理学中，VR对护生理论成绩及操作成绩的影响均未达到统计学意义（P＞0.05）。笔者认为可能原因在于该学科课程教学内容的特殊性，对VR教学功能的使用更有深度，对学生某一维度的能力要求更高些。为深入验证VR应用于内科护理学是否能够促进学生成绩，未来仍需加入更多相关教学成果。第四，从VR类型看，桌面式VR教学对学生理论成绩