多功能，沉浸式，创造性和动态虚拟三维医疗保健学习环境:文献综述

介绍

尽管沉浸式三维(3-D)虚拟世界的发展、应用和采用势头正在加速，但学术界仍将其作为学习创新[1，8，12，15，27，28，33，34，35]，但仍有一些基本问题没有得到解答。毫无疑问，其中讨论最广泛的是与教育医疗/保健专业人员有关的相关性[2，3.，4］．与教育中的大多数基本问题类似，这个问题会带来不同层次的挑战，在医疗保健专业教育中关注采用和实现高度引人入胜的Web 3-D虚拟世界的竞赛时，解决这个问题是有益的。在哲学和认知层面上，与学习相关的价值呈现出影响学术界采用率的变量。虚拟世界的有益特性，如沉浸感、角色扮演机会、模拟和与技术相关的个人互动，以及它对形成性和总结性学习结果的影响，需要分析。因此，罗杰的创新扩散理论[5]和西门子的联结主义理论[6]将作为本文的理论框架。本综述的目的是传达迄今为止关于在医学和卫生专业教育中使用三维虚拟世界的知识和想法，同时描述、总结、评估和澄清当前的文献。

虚拟世界:概述

3-D虚拟世界，也称为大型多人虚拟世界(MMVW)，是Web 2.0/Web 3-D动态计算机应用程序的一个例子。根据Jutecht [7]，模糊的术语“Web 2.0”用于人们所看到的第二种形式的万维网(WWW)体系结构和应用程序，这些应用程序支持社会发布，例如博客和wiki。这种交互式Web的几个例子是播客、YouTube和社交网络，如Facebook、Twitter和TeeBeeDee。穆雷(8]概述了Web上Web 2.0应用程序的许多示例。Eysenbach [9]，发现于巴雷托[10),解释说:

Web 2.0这个术语指的是:a)通过社交网络技术改进了人与人之间的通信和协作;b)通过描述和访问数据的开放Web标准改进了独立软件应用程序(“mashup”)之间的通信;c)改进了在浏览器窗口内模拟桌面应用程序实时响应的Web接口。

目前，最受大众欢迎的虚拟世界是Linden Lab的Second Life (SL) [11］．它描述了MMVW的一般品质，包括但不限于流媒体音频/视频/电视/YouTube收藏、3-D虚拟图书馆、虚拟旅游景点和目的地、多个定制动画角色使用的社交互动场所、健康信息岛、全球准备讨论、讲座、会议和支持小组[12］．目前，它有650万虚拟居民[13来自100多个国家。美国疾病控制中心和国家卫生研究院等机构在SL召开会议，讨论SL的教育潜力[14］．Kusumoto, Shorrock, Heinrichs, Dev和Youngblood [15]描述了一个包含大型多人在线游戏(MMOG)平台的3-D虚拟世界在线模拟，该平台为大规模伤亡事件培训医疗保健专业人员。这是虚拟世界如何提供备灾信息的一个例子。此外，世界各地都有虚拟医学大学[16］．因此，3-D虚拟世界可能包括mmog，这是一种包含教育目标的“严肃游戏”;然而，《地平线报告》的作者17认为虚拟世界不是游戏，而是提供了“纯粹”虚拟世界的例子，其中包括SL。11]，“那里”[18]和“活动世界”[19］．许多程序允许用户创建3-D虚拟世界、社交、购物和参与教育世界，而mmog被认为更“以目标为导向”，可能包括在3-D环境中参与竞争性质的“协作”游戏事件的众多玩家。13，17］．

在虚拟3-D平台中，最终用户从在线菜单中选择一个虚构的名字(例如，作者的笔名是Maggie Waechter)，并有机会创造一个独特的自我(例如，人物，动物或物体)，称为“化身”(图1）.

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“阿凡达”一词是一个古老的梵语词，描述的是一个具有人形的神[21］．用户可以操纵这些动画人物站、坐、飞、跳舞、做手势、吃东西、做爱、冲浪、游泳、移动、穿过门、打开抽屉、说话，并通过电脑键盘“传送”到虚拟世界的各个地区和区域。此外，玩家还可以制作和设计实物，并使用现金(1000林登= 4.85美元)购买飞机、船只、头发、鸟类甚至身体部位等物品。这个色彩缤纷、富有创意的昼夜环境有一个内置的天气系统，它结合了其他Web 2.0社交网络功能，如即时消息(IM)、wiki、用户评级、个人资料、播客，以及分享用户创建的对象，这些对象可以在虚拟世界中查看。根据Boulos的说法[12]，目前的SL程序是语音支持的，并根据角色的物理位置为玩家提供听到其他角色声音的机会。例如，如果一个角色远离另一个角色，角色的声音就会变弱，反之亦然，当你靠近时声音就会变大。新媒体联盟(NMC)举办了一场研讨会，讨论沟通的演变以及如何在SL中使用它。NMC提供了关于在SL教育虚拟世界中创造动作和情感的媒体演示[22］．

另一个想法是嵌入Wii [23]，这是任天堂开发的游戏软件程序。这种结合可能会为所有年龄段的用户提供大量的机会，因为游戏可以激励终端用户登录并在学习的同时获得乐趣。Wii提供了一个“动作感应控制器(Wiimote)”，因此非常适合需要增加手部运动范围，同时增强耐力、力量和协调能力的老年人。24］．使用Wiimote需要的身体动作与传统物理疗法非常相似。患者在玩游戏的同时进行严格的锻炼[24］．此外，Wii医疗游戏《Trauma Center: Second Opinion》让玩家有机会通过使用Wiimote成为一名外科医生。Wiimote的直观特性允许体验式学习，游戏元素可能会激发竞争、乐趣和主动学习。

尽管像SL这样的虚拟世界具有主题公园的氛围或纸娃娃的质量，但用户可以在线进行社交、交流、构建、寻找事实、开展业务和参与其他Web 2.0应用程序。SL的居民可以通过网络从彼此的参与中受益，网络提供了动态的、不断发展的系统，反映了语义网的各个方面[25，26］．研究人员强调要识别和评估对高等教育的教与学有影响的新兴技术，并预测可能在教育中采用的时间框架。17］．虚拟世界目前被用作教育空间[1]，并在世界各地的校园和企业中越来越受欢迎。此外，在网络上访问虚拟世界的版本，如“槌球”、“宇宙”和“多元宇宙”，预计在两到三年内将成为教育的主流。17］．

教学的潜在

许多作者都在阐述虚拟世界和mmog的教育和研究潜力[12，13，15，16，25，27，28];然而，涉及这些创新技术的使用和有效性的教育研究尚处于起步阶段。在采用虚拟世界中的协作相遇之前，需要对教育结果进行更多的研究[28］．尽管如此，据报道，让学生参与这些新兴技术有好处[1］．学习者积极地与与他们的专业相关的内容和角色扮演技能互动。通过让学生有时间在一个安全、模拟的环境中与其他虚拟角色(例如，病人、工作人员和其他医疗保健专业人员)互动，可以减少学生的焦虑，提高学习新技能的能力，并鼓励合作和协作，以及解决冲突。主动学习的发生是由于其他参与者在同一个虚拟世界中，并构建物体来代表可能增强自我反思和知识的想法[1］．如果游戏组件与3d虚拟世界相关联，学生可能会被激励登录。透过网页浏览，可免费获得高质素的3-D娱乐节目，方便市民以真实的方式与个人或团体互动，展现集体智慧[29］．

医疗保健专业教育实例

南昆士兰大学(USQ)的高级学习和沉浸式虚拟环境(ALIVE)是虚拟世界和MMOG体现全球合作和无畏创造力的另一个例子。[30.］．ALIVE团队的潜在目标是为教育工作者提供开发学习内容的机会，这些内容将在3-D虚拟世界中栩栩如生。ALIVE团队在YouTube上提供了如何使用ALIVE同学的视频片段，这是一个在线虚拟教室(图2）.

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ALIVE DX编辑器[32是一个简单易用的3-D多用户或单用户互动和严肃的游戏创造者。个人可以从图库中“拖放”3d场景，并创建3d学习环境，以便通过网络或CD-ROM进行分发。卡里克基金会为ALIVE项目和南昆士兰大学副校长战略发展基金提供资金，并继续让不同学科的学者参与进来[30.］．De Byl [28]表示，教育工作者需要涉足3d虚拟世界和游戏应用，作为促进互动学习的一种方法。开放的、非专有的AliveX3D程序基于社交网络的Web 2.0精神，并举例说明了创建一个Web 2.0- web3d混合平台，该平台是“可互操作的”，包含可重用的3D学习对象，其总体意图是“1)数据源的重用;2)高性价比的可扩展性;3)用户控制数据;4)关于电子学习可能性的集体智慧”(第6页)[28］．此外，与SL和Active Worlds的专有3d环境相比，AliveX3D作为一个电子学习应用程序，具有扩展的能力，并允许教育工作者有机会控制内容。它的安装和使用相对便宜，因为程序没有附加许可费用[28］．

谁能想象在虚拟世界里上医学院?多年来，医疗保健教育工作者为医学和护理学生开发了在线学习机会。斯托特(33报道称，大学正在转向SL的虚拟世界，鼓励学生以“赛博哥特人”的身份“飞”进3d讲堂。考文垂大学临床管理课程的问题导向型学习小组在SL会面，并受雇为SL学生建造下学期的学习设施。这门管理课程教学生管理医疗保健设施，据报道，这是第一个使用SL作为学习环境的医疗保健相关课程。另一个使用SL的医学院的例子是伦敦的圣乔治医学院。这项技术使学生能够在模拟世界中与病人的化身进行互动，此外，来自世界各地的学生可以听SL的特邀客座讲师。将医学模拟与游戏技术相结合的新想法正在发生，Forterra Systems和斯坦福大学医学院峰会小组的合作者正在开发展示生命迹象的人类化身，希望学习者的积极参与能够鼓励意识。团队合作和决策能力[15］．

伦敦帝国理工学院的工作人员与英国国家物理实验室合作开发的另一个虚拟世界项目是“第二健康项目”[34］．当医生、作家、摄像师、动画师、设计师和建造者聚集在一起，创建一个设备齐全的高科技医疗保健系统时，一个详细的医院就会出现在SL中，该系统主要侧重于健康促进，同时提供一些详细的动画来模拟疾病过程，如心脏病发作和其他医疗条件。这座社区医院的设计体现了现代英国城市的现实生活。目前，该医院用于医疗和其他卫生保健相关的培训。Mesko [35]展示了SL排名前十的虚拟医疗站点。例如，SL的Ann Myers医疗中心是一个医科学生可以练习进行身体检查和分析放射片以及学习如何检测心脏缺陷的环境。布洛斯(36在第二人生中开发了性健康SIM卡。虚拟化身可以在一个美观的“虚拟世界”环境中与不同的物体互动，并学习安全性行为和性健康主题(图3）.

三维虚拟世界在护理教育中的开发和应用日益增多。例如，学生可以学习如何通过SL为患有胸痛的患者提供分步护理。1］．根据米勒的说法[1]，学生搭建SL“物品”来展示他们所学的知识。此外，学生与来自不同国家的其他学生和其他医疗专业人员合作。米勒在SL的“Centralia”岛教护理学生(图4）.

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代表肺部的物体连接到大气道物体，说明学生学习的各种肺部疾病。米勒声称，这些代表身体部位的3d物体很容易制作。为参观“Centralia”的学生提供学习目标，并与解剖对象一起提出批判性思维问题。学生的化身可以在三维地板上走在不同的心电图(ECG)上，然后命名所代表的节奏。这是一个沉浸式互动学习的例子。该网站允许学生一起查看SL中的对象，并以团队的方式讨论不同的医疗条件。

另一个认知、体验式3d学习工具的例子是PULSE!!［38］．PULSE的研究人员!!州立大学的学生积极响应使用虚拟世界作为一种学习临床技能和增加诊断思维过程的方法。在调查中，80%的参与者表示该平台引起了他们的兴趣，82%的人对PULSE表示积极的看法!!美国海军研究办公室为该项目提供资金，国会为该项目的可持续性拨款1200多万美元。

实际和有用的理论表达的使用三维学习环境

罗杰的创新扩散理论

当一个学者或学习者被介绍到一种可能影响他们智力的特定创新时，可能会假设这种创新具有固有的特征，例如创造了增强学习的机会、多功能性、简单性以及增强的、自我调节的学习。许多学者都没有时间，而掌握一种新的电子学习工具的想法，据称是为了提高学生的学习，可能会带来更多的压力。由于缺乏学习和理解如何使用新工具的时间，教育者和新的学习工具之间开始出现障碍。通常，很少有证据表明，当一项创新刚刚被引入时，会产生积极的结果。可以介绍新技术的优点;然而，关于创新的“为什么”、“是什么”和“关于什么”的问题需要回答，以便技术被接受、实验和采用。罗杰斯(5解释了影响个人决定采用一项创新的五个因素。这包括a)创新相对于被其取代的理念的相对优势;B)兼容性，或创新如何满足潜在采用者的需求;C)复杂性，即创新的理解和使用难度;D)可试验性，或如何及时测试创新;e)可观察性，换句话说，与创新相关的结果对其他人是可见的。

拨款基金和大学发展基金支持与教育虚拟世界有关的开发费用[39］．Wright表示，如果由商业机构建造，SL虚拟校园的开发成本约为25,000美元[39］．尽管高等教育对游戏、动画和3d视觉空间的需求在增加，但需要向学生、学者和雇主清楚地解释虚拟世界的好处。专业技能，如推理、团队合作和角色扮演，需要转移到工作场所，然后才容易被接受。17，29］．

从历史上看，三维学习环境的开发需要复杂和高度涉及的软件工程和计算机科学元素[40］．对于许多教育工作者来说，在线3d学习环境不会被视为一种优势，因为与虚拟世界相关的“可塑性”，或者换句话说，在教育者玩和实验虚拟世界之前，他们不会理解构建和改变学习环境的便利性。27］．3-D系统中内置的有价值的通信工具，以及与学习区域相关联的提供指导和帮助的便利性，可能还没有完全实现。此外，一些教育工作者仍然没有把电子学习看作是学习管理系统之外的东西，也没有接触过虚拟世界(例如，在其中玩游戏)。因此，在学术环境中出现了低兼容性问题。罗杰斯(5]解释了与采用创新相关的三种类型的决策:a)系统是“可选的”，个人可以采用或拒绝正在考虑的技术，b)集体做出采用或拒绝技术的决定，或c)一个掌权的个人做出决定，并认为团队将遵循该决定。这些类型的决定对个人采用者和整个社会系统的结果有很大的影响。然而，随着谷歌公司(Google Corporation)发布“Lively”软件，这种趋势正在发生变化。40]，其中个人可以很容易地创建自己的化身和个人空间嵌入在网络上的选择位置(例如，博客，社交网站，或网页)。谷歌的目标是创造一个巨大的虚拟世界，谷歌账户持有人的虚拟形象可以随时访问并相互互动。也许教育工作者可以利用这个新的社交网络工具来创建课堂“教室”，并利用在虚拟等离子屏幕上嵌入YouTube视频的能力。也许由于Web 2.0先进的技术，创建3d学习环境的想法不再被视为一项艰巨的任务。

西门子连接主义:数字时代的学习理论

西门子(6连接主义学习理论是关于“连接”的形成，以及如何从这些连接中建立“网络化”学习。个人不断地形成社会网络，并在进出这些网络的同时，被他人所影响或被他人所影响。“生活”是一个动态的学习过程，我们不断发展新的联系，走向更大的网络或分解成更小的群体，因为我们彼此互动。此外，在与我们周围的世界互动的同时，适应和学习的手段也在不断变化。学习理论试图解释学习的复杂性，许多教育工作者正在从静态的知识发展或知识的“目的地”转向接受一种范式转变，即“在不同程度上与动态环境保持一致的过程”(第1页)。6］．因此，连接主义与虚拟3-D学习环境支持交流、社区和共享的论点非常吻合。沟通是有效团队合作的一个方面，而在医疗保健和教育中必不可少的团队合作的另一个重要方面是成员“如何”彼此互动或发展形成实践社区的联系。霍布斯、布朗和戈登[40]说明在虚拟世界环境中发展实践社区的好处，以便转移技能，增强工作环境中的协作工作。此外，人们普遍认为，如果学生在学习环境中参与并继续发展与同龄人的关系，他们会对自己的课程工作感到更满意。虚拟世界环境允许技能从虚拟世界转移到工作场所，也许是终身技能的发展。

三维虚拟世界的优势

虚拟世界多年来一直在电影和文学作品中被描绘出来，并且可能在教育、商业和医疗保健教育中发挥作用，因为这项技术可能会改变人们未来的学习和生活方式[13，17，29］．与虚拟世界相关的主要优势是人们能够设计和构建独特的环境，然后以协作的方式与他人分享。教育工作者可能会为学生制定具体的学习目标，让他们完成，而学习者则会在促进创造力和社交网络的环境中积极建立和互动。Sibbet [21概述了虚拟世界如何“重塑”学习、交流、社会互动和认知。此外，Sibbet还围绕跨代交流、身份探索、跨文化交流、问题解决、深度对话和仪式等主题提出了有趣的问题。所有这些问题对医疗保健专业发展和教育，甚至医疗保健服务都有影响。

由于在线虚拟世界是全天候可用的，因此远程教育学生可以随时随地受益。还有其他优点，例如虚拟培训方法可以产生结果，对医疗保健专业人员来说是非常宝贵的，而且对于医疗保健消费者来说，登录并从SL发生的事件(例如2006年健康博览会)中学习还有一个优点。如果个人处于物理距离，这尤其有用。这种媒体对于提高学生进入其他难以到达的地方的机会是极好的。该技术使空间表征对动手学习和提高学生参与度很有用，因为实时社交互动和游戏方面刺激了“以发现为基础和以目标为导向的学习”的机会[29］．

与三维虚拟世界相关的挑战

对于任何创新的技术支持的教学工具，都会有批评者争论应用程序的有用性[4］．然而，人们回想起批评家质疑Laennec在1816年发明的听诊器的有效性和可靠性，以及今天如何使用这种评估工具成为第二天性。因此，在进行更多的研究并实现教育成果之前，使用虚拟模拟来教授医疗保健学生可能是值得怀疑的。与教育中的虚拟世界相关的两个主要挑战是在虚拟环境中创建学习空间所涉及的时间以及所涉及的成本。Blake认为，由于虚拟世界游戏是实时进行的，远程学习工具的灵活性没有实现。通过虚拟角色共享文本、图像和视频的效率与在电脑桌面上共享标准格式的效率相比值得商榷(Adam Blake，书面交流，2007年10月19日)。在学习环境中，人类对其他虚拟角色的负面反应是可能的;然而，这也可能存在于传统的学习环境中。动态丰富多彩的外语环境的诱惑可能会分散学生对学习目标的注意力。当然，这些都是有待商榷的观点。 Clearly empirical research is needed for future use of virtual worlds in healthcare training and general education. Striking challenges facing developers of virtual worlds and serious gaming for educational purposes are ownership of collaborative work and certification of authorship. Both of these issues pose a problem for evaluation for learning outcomes [29］．

研究工作

目前缺乏关于三维虚拟世界及其对学习效果影响的教育研究。然而，班布里奇[13国家的科学家和学者们正在推进对虚拟世界的研究，并鼓励这项研究及时完成，因为当前虚拟世界的转换是时间敏感的，未来的检索可能具有挑战性。Ackermann在Schneider [41他解释说，互动性是学习的关键。“越来越多的软件设计师、认知科学家和教育工作者已经认识到，经验是通过与世界的直接互动而被积极地构建和重建的，而且，的确，知识就是经验”(第1页)。41］．伯恩(42进行了一项实验前和实验后的研究，研究了虚拟现实(VR)作为一种教育工具的使用，发现高中生(N=38)在VR体验前后对原子和分子结构的了解对“互动性”有显著影响，但对“物理沉浸感”没有显著影响。没有提出上述研究的统计结果。查普曼，斯通，纳尔逊[43]表明，在三维虚拟学习环境中提供模拟呈现出增强学习的潜力。文献中引用了增加与学习材料的互动性，提供自主和沉浸式学习体验，以及学生与其他学生和教师共同创造学习内容[43］．同样的研究人员[43在定义明确的教育理论基础上，如建构主义、体验式学习、成人学习理论、社会存在和情境学习，解释模拟和基于案例的情景。研究人员确定的考虑因素是:a)开发虚拟世界的资源，b)可用的技术支持，c)伦理考虑，d)可访问性，e)可用性问题，f)内容所有权，g)同行评审。需要更多的研究来确定学生的满意度、能力和知识获取。

未来在医学和保健专业教育中的应用展望

人们可能会将在线虚拟世界和严肃游戏视为对采用和购买高保真计算机化病人模拟人体模型的威胁，这些模型目前是为医疗保健专业培训而购买的。例如，护士可以登录SL并在方便时学习Advanced Cardiac Life Support，护士几乎不需要花费任何费用，而开发人员可能需要支付象征性的费用。既然互联网上已经存在这样的培训机会，为什么教育者还要重新创造甚至提供这样的培训机会呢?当然，有人可能会说，它缺乏过程中必不可少的触觉质量，或者缺乏对技能习得的一对一评估。SL中的教育机会可能不能取代医生或护士-患者的互动或关系，但SL可以作为辅助或前或后学习工具。负责Educause地平线报告的顾问委员会[29表示，与一年前相比，如今在虚拟世界中进行的协作学习体验更容易找到，当时作者预测虚拟世界在一到两年之后才会被采用。

讨论

与用于医疗保健培训教育的在线虚拟世界的开发、采用和评估相关的关键挑战确实存在。然而，高等教育有一种潜在的推动力，即采用这些协作工具，并将传统的苏格拉底式教育方法转变为一种具有更积极和互动性质的教育模式[29］．虚拟世界是我们现在存在的一部分，为所有年龄的在线用户提供了探索、创造、想象、合作、角色扮演、互动、社交、学习和体验时刻的机会，以安全和生动的方式。当你在一个安全的空间里享受乐趣、积极参与做出选择、决定和与他人互动时，还有什么比这更好的学习方式呢?让我们展望未来，确定研究方法，如实验或定性设计，以评估虚拟世界与教学、学习和创造性表达的相关性。研究将证实我们怀疑对学习者记忆、搜索和记忆知识的能力有影响的因素。教育者要看学习者是谁，学习者真正想从他们的学习经历中得到什么。是什么激励Y代和Z代学习?他们每天都习惯做些什么?为什么不研究、调查和尝试这个社交网络和虚拟现实工具，并在真正的“现在”世界中创造学习时刻呢?

结论

虚拟三维学习环境可以鼓励学生主动学习，同时创造和探索类似于“实地考察”的活动，而不是静态的课堂环境。在审美环境中接触和结识新的虚拟角色，练习沟通技巧，可能有助于保持当今学生对学习的兴趣，并提供宝贵的经验，提高学生的参与度，促进参与，并激励自主学习。在高等教育中看到“前沿技术”的教育工作者为今天的学习者提供了一个探索传统课堂之外令人兴奋的世界的机会，并展示了对当前学生使用技术的理解。此外，参与或玩虚拟世界对学习者来说可能是愉快的，鼓励创造性表达，拓宽社交技能，促进独立解决问题，提供自学的机会，并为小组工作奠定基础。教育工作者有机会与已经在开发、实施和研究3d虚拟世界作为学习空间的联盟建立联系。1，21，27，28，38］．因此，技术的车轮不需要被个别教育工作者重新发明，因为正如本文所概述的那样，教育工作者有机会遇到志同道合的人。实证研究结果将有助于确定是否通过提供这种类型的教育工具来实现学习目标。一些教育工作者可能不愿意采用这种技术，因为使用3d虚拟世界需要学习曲线。值得注意的是，要了解教育教育者的必要性，以便使有意愿的个人加快如何操作三维虚拟世界的速度。然而，有一些非常流行的网络3d程序，如Lively [40]，这可能会减少学习曲线，并激励教育者开发课堂“房间”空间。让我们玩得开心，探索这些迷人的世界和游戏，并与他人建立联系，同时尊重终身学习的各种方式和当前研究人员的发现。