基于人工智能的虚拟现实模拟技术，用于提升护理学生的同理心：一项随机对照研究中的自动评分与评分者间一致性分析

《Nurse Education Today》：AI-enhanced virtual reality simulation for nursing students' empathy: Automated scoring and inter-rater reliability in a randomised controlled study

同理心沟通培训中虚拟现实与人工智能融合系统的有效性及评分一致性研究。通过随机对照混合方法，实验组使用VR-AI-ECS系统，对照组采用360度视频训练，结果显示实验组在干预后即时（T1）和两周后（T2）同理心沟通评分显著提升（Cohen's d分别为0.96和0.60），AI评分与教师评分强相关（ICC=0.81）。研究证实VR-AI系统能增强护理学生沉浸式学习体验，促进多维度同理心发展，且AI评分具有较高信度。

　　

亚洲东科技大学医疗与管理学院护理系，台湾新北市板桥区四川路2段58号，220303

摘要

背景

同理心是一项基本的护理能力，它支持有效的沟通和高质量的护理。在产科环境中，分娩的情绪强度和不可预测性对高级同理心沟通提出了更高的要求。然而，传统的教学方法往往缺乏沉浸感和互动性，限制了学生在高压临床情境中作出同理心反应的能力。

目的

评估虚拟现实结合人工智能的同理心沟通模拟（VR-AI-ECS）在提高护理学生同理心沟通方面的有效性，并检查人工智能生成的评价与教育者评价之间的一致性。

方法

采用随机对照混合方法设计，将学生分为实验组（VR-AI-ECS，n=40）和对照组（360°视频与标准化患者互动，n=40）。实验组体验了包含人工智能引导的对话和实时反馈的第一人称模拟。使用同理心沟通表现评分量表在T0、T1和T2时刻测量同理心沟通情况，由人工智能和教育者共同评估。定量数据通过广义估计方程和组内相关系数（ICC）进行分析，定性见解则通过焦点小组收集。

结果

实验组在T1（p<.001，Cohen's d=0.96）和T2（p=.010，Cohen's d=0.60）时的同理心沟通得分显著更高。人工智能和教育者的评分高度相关（ICC=0.81）。学生报告称，双重视角和人工智能反馈增强了他们的意识和沟通能力。

结论

VR-AI-ECS有效地提高了护理学生的同理心沟通和自我反思能力。人工智能生成的评分与专家判断高度一致，支持其在可扩展、标准化和个性化同理心培训中的应用。

引言

同理心被广泛认为是护理教育中的核心能力，涵盖认知、情感和行为维度（Davis, 1983; Hojat et al., 2013）。它使护士能够理解患者的情感和观点，适当回应他们的需求，从而加强护患关系，同时提高护理质量和满意度（Lacle-Melendez et al., 2025）。在临床实践中，同理心整合了认知理解、情感共鸣和有效沟通，这些共同增强了互动，减少了焦虑，并支持治疗结果（Hojat et al., 2013; Nembhard et al., 2023; Zhou, 2025）。让学生从患者的角度看待疾病的体验可以促进同理心，通过增加动机和参与度，特别是在其认知和情感方面（Levett-Jones et al., 2019）。

在产科护理教育中，以患者为中心的护理和基于情景的学习被强调，以发展学生的专业知识、临床判断力和同理心行为，从而促进安全分娩和母婴健康（Aktas and Pasinlioglu, 2020; Temple et al., 2024）。然而，分娩的情绪强度和即时性带来了独特的挑战，需要高级同理心沟通技巧（Chen, 2025）。传统的讲座和角色扮演往往缺乏沉浸感和真实性，限制了深度情感参与和反思的机会（Alieldin et al., 2024; Juniarta et al., 2024）。研究还表明，由于学术负担和临床压力，护理学生的同理心往往会下降，这突显了需要结合引导性反思的创新性、基于情景的模拟（Juniarta et al., 2024）。

虚拟现实（VR）技术的进步为护理中的同理心教育创造了新的机会（Pira et al., 2025）。基于研究发现，同理心在临床培训期间往往会下降，基于VR的学习在情感和认知上重新吸引了学生参与复杂的护理情境。虚拟患者提供了安全、标准化且可重复的情景，并通过实时反馈得到增强，支持同理心沟通和情感理解的发展（Yamada et al., 2025）。VR的第一人称视角允许学习者直接体验患者的情况，加强了同理心的认知和情感维度（Ferran, 2024; Jiang et al., 2025; Koivisto et al., 2025）。例如，全景VR分娩模拟提高了学生对母亲需求的理解，并增强了同理心反应（Chen and Liou, 2023），而痴呆症护理模拟同样增加了情境同理心和以患者为中心的态度（Tan et al., 2025）。除了沉浸感之外，教学设计元素如角色扮演、叙事情景、感官参与和互动反馈对于激励学习者、促进情感投入、情境理解和专业响应至关重要（Ferran, 2024; Jiang et al., 2025; Pira et al., 2025）。这些元素支持具身同理心的发展，使学习者通过多感官模拟与他人经验产生联系，引发更深层次的情感共鸣和临床相关的同理心行为（Ferran, 2024; Jiang et al., 2025）。Nembhard et al.（2023）指出，将VR模拟与感官线索和实时反馈结合可以增强真实感和学习效果。同样，多感官技术如触觉反馈和运动追踪进一步增强了沉浸感、感官整合和学习者在基于模拟的教育中的参与度（Eidenberger, 2018; Jung et al., 2012; Melo et al., 2020; Wang et al., 2019）。

Kolb（2014）的体验学习理论强调通过具身体验和反思进行学习，将抽象概念转化为实际行动。这一框架与结合人工智能的沉浸式虚拟现实特别契合，使学生能够真正理解临床情境并内化同理心行为。人工智能的整合扩展了基于模拟教育的潜力（Ma et al., 2025）。自然语言处理（NLP）和生成对话模型可以产生符合情境的、自然的响应，允许学习者在临床模拟中练习实时、个性化的沟通（Be?uli? et al., 2024; Bo?i?, 2024; Chan and Colloton, 2024）。人工智能驱动的对话减少了评估焦虑，促进了积极参与，并提供了标准化且可重复的互动体验，这对于高压或敏感情境下的沟通培训尤其有价值。例如，Chen and Liou（2025）证明，将基于ChatGPT的语音互动整合到虚拟产房中提高了学生的沟通信心、参与度和同理心表现。

尽管有越来越多的证据支持沉浸式和人工智能辅助学习，但大多数同理心培训系统仍然局限于视觉或听觉模拟，缺乏全身沉浸、双重角色视角和多感官反馈等体验元素（Cho and Kim, 2024; Ferran, 2024）。在分娩等情感负荷重的情境中，单一感官刺激往往不足以引发全面的角色内化和情感共鸣（Chen and Liou, 2025）。此外，检查人工智能生成的评价与专家评估之间一致性的实证研究仍然很少，限制了人工智能在同理心教育中的广泛应用（Cho and Kim, 2024; Ferran, 2024）。尽管如此，人工智能提供了实时、标准化和个性化的反馈的巨大潜力，使学习者能够识别沟通盲点，同时减少教育者在大规模教学环境中的评估工作量（Be?uli? et al., 2024; Chen and Liou, 2025; Ma et al., 2025）。为了解决这些差距，本研究调查了AI-VR同理心模拟在产科护理教育中的应用。

本研究基于Kolb（2014）的体验学习理论，该理论将学习视为一个包含四个阶段的循环过程：具体体验、反思观察、抽象概念化和主动实验。在本研究中，VR-AI-ECS提供了来自孕妇和护士的第一人称沉浸式体验，对应于具体体验。这些体验得到了实时人工智能反馈的支持，以促进反思观察，互动对话以促进抽象概念化，以及重复练习以实现主动实验。此外，Davis（1983）的多维同理心模型指导了干预的设计，将同理心概念化为认知、情感和行为成分的整合。这些理论框架共同塑造了系统的互动和反馈机制的设计，旨在培养学生的情感意识、情感投入和同理心沟通。此外，评估工具与这些理论基础保持一致，以确保干预设计和结果评估之间的连贯性。总体而言，这些框架提供了将体验沉浸与护理教育中同理心多维发展的教育学依据。

部分摘录

目的

本研究的目的是评估虚拟现实结合人工智能的同理心沟通模拟（VR-AI-ECS）的有效性，该模拟整合了触觉反馈、运动追踪和人工智能驱动的语音互动，以实现第一人称角色转换和实时沟通练习。在体验学习理论（Kolb, 2014）和Davis（1983）的多维同理心模型的指导下，本研究探讨了这种沉浸式方法是否能够提高护理

人口统计和健康特征

共有80名护理学生参与，平均年龄为21.36岁（标准差=0.52）。两组在年龄或性别上没有显著差异。所有参与者均报告没有影响学习表现的重大健康问题。

基于人工智能的评分和评分者间可靠性

表1显示了评分者之间以及AI系统与临床教育者之间的ECP-RS评分者间可靠性。在基线（T0）时，实验组的单次测量ICC为0.86，对照组为0.88，表明一致性良好。

讨论

本研究评估了一种结合了触觉反馈、运动追踪和人工智能驱动的语音互动的沉浸式VR同理心培训干预，并检查了人工智能生成的评价与教育者提供的评价之间的一致性。与我们的假设一致，实验组的学生在干预后立即（T1）和两个月后的随访（T2）时，其同理心沟通得分显著高于对照组。这些结果表明

结论

本研究表明，结合了触觉反馈、运动追踪和人工智能语音互动的沉浸式VR干预可以提高护理学生的同理心沟通能力，且效果可持续两个月。多感官沉浸和实时人工智能反馈的结合支持了标准化和个性化的学习体验。基于人工智能的评分系统达到与专家评估相当的一致性水平，表明其有助于教育者

CRediT作者贡献声明

Pao-Ju Chen：撰写——审稿与编辑，撰写——原始草稿，可视化，验证，监督，软件，资源，项目管理，方法论，研究资助，正式分析，数据管理，概念化。

伦理声明

在招募参与者之前，已获得国立成功大学研究伦理委员会的伦理批准（NCCU-REC-202306-E068）。

资金来源的作用

本研究获得了国家科学技术委员会（NSTC）的资助，用于数字材料的开发和护理技能资源的获取。

资助

本研究获得了台湾国家科学技术委员会（NSTC）的资助，项目编号为NSTC 113-2637-H-161-001。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

作者衷心感谢护理学生的参与和贡献。特别感谢Wei-Kai Liou教授及其团队在开发和整合本研究中使用的人工智能和VR技术方面所起的关键作用。