幼兒突發衛生事件的預防與處理虛擬仿真實驗

朱惠娟 田 燕 王 艷 王祿杰 姜晨陽

（1.南京理工大學紫金學院，江蘇 南京 210046；2.江蘇第二師范學院，江蘇 南京 210013）

1 引言

隨著時代進步，虛擬現實技術逐漸強大，從高端技術逐漸走向我們的生活，在工業、軍事和教育等多個方面都得到充分的運用[1]，教育領域尤為顯著。國家越來越注重虛擬仿真實驗在教育領域的應用。為推動VR技術在學校教育教學活動中的廣泛運用，教育部已相繼啟動了國家虛擬仿真實驗教學建設項目、全國示范性虛擬仿真實驗實訓基地建設工程等重大項目[2]。

幼兒年齡小，機體免疫能力低，極易受到不良環境的傷害，引起各種疾病。同時，因為幼兒的活動欲望強烈但自我保護意識薄弱，幼兒意外傷害容易發生，這日益引起社會和廣大幼教工作者的關注[3]?！队變簣@教育指導綱要(試行)》指出，幼兒園必須把保護幼兒的生命和促進幼兒的健康放在工作的首位[4]。

對學前教育專業的學生而言，幼兒衛生保健是落實幼兒園保育工作的重要課程，是一門學前教育的專業課，這門課程的教學目標是了解幼兒生理衛生特點，掌握幼兒衛生保健的理論基礎知識，熟悉幼兒簡單外傷的處理辦法及流程，相較于學前教育其他專業課，該課程對學生專業素質要求較高，實踐重于理論，提高學科的實踐性成為衛生保健學課程的重中之重[5]。

傳統教學中，教師會根據學生學習現狀結合具體課程內容講解課程重難點，但此過程中缺少了實踐課程的操作情境[4]。學習者在應對突如其來的問題時，較難顧及全面，一旦處理失誤，對孩子的影響是不可逆的。之所以很難開展實驗，是因為學前教育的相關實驗無法如理工科那樣，通過采購等方式獲得實驗所需用具，這里的實驗對象是一個個幼兒本身，基于倫理學等原則，不能直接開展實驗，急需一種教學方式解決此類問題。將虛擬仿真技術運用到傳統教學中，則使得問題迎刃而解。通過構建典型的幼兒突發衛生事件場景，設置一系列的反饋和交互過程，引導學習者處理沖突事件，運用仿真實驗為學生創造虛擬的實驗環境，輔以仿真的交互操作，從而達到鍛煉學前教育階段學習者處理及預防突發衛生事件的綜合訓練目的[6]。

2 虛擬仿真實驗的系統框架設計

幼兒突發衛生事件的預防與處理虛擬仿真實驗主要受眾對象是學前教育專業的學習者。本次仿真實驗通過搭建一個幼兒園的虛擬環境，以一系列的教學、漫游、交互、評價功能，來提升學習者對幼兒突發衛生事件的預防與處理水平。實驗教學目標包括：①讓學習者無需去現場的情況下，充分了解幼兒園的布局形式；②在虛擬環境中，以高熱驚厥和中毒為例，讓學習者掌握兩種典型衛生事件的特點，事件發生時，可以在較短時間內做出判斷；③使學習者掌握處理突發衛生事件的方法，并能有效阻止事件的傳播。最終提高學習者在幼兒突發衛生事件的處理能力。系統整體技術框架如圖1所示。

圖1 系統框架設計

圖2 幼兒園漫游環境

圖3 突發衛生事件場景選擇

圖4 人機交互操作

根據處理幼兒突發衛生事件所需的一般環節，將本項目分為“幼兒園場景漫游、突發衛生事件的知識性學習、突發衛生事件的仿真處理與評價”三個部分：

（1）幼兒園環境漫游。以全景漫游和角色漫游兩種模式，學習者能夠觀察幼兒園的整個外部和內部環境，以專業的視角觀察幼兒園的物體擺放、布局格式、空間大小、采光等多個要素。根據自己習得的知識判斷對幼兒有著隱藏危險的元素，進行合理的預防。

（2）突發衛生事件的知識性學習。通過動畫的形式展示高熱驚厥和中毒這兩種突發衛生事件的特點，相比傳統的文字、圖片，動畫學習更加生動、形象，便于提升基礎理論和知識點的學習效果，為接下來處理幼兒突發衛生事件打下基礎。

（3）以人機交互的方式進行幼兒突發衛生事件的仿真處理與評價。學習者分別進入高熱驚厥和中毒的故事場景，通過鍵盤和鼠標等人機交互方式與場景中的幼兒進行互動，每個人操作的不同將導致仿真實驗中的實驗對象出現不同的處理結果，學習者可以及時看到交互反饋。通過反復多次的實驗，提升認知，獲得正確處理這兩種突發衛生事件的方式。

3 核心模塊的設計

3.1 突發衛生事件的知識性學習

學習者通過該模塊的學習，了解高熱驚厥和中毒這兩種突發衛生事件的特點和一般處理方式。根據學習的進階性特點，從技術上將該模塊分為以文本形式呈現的文本學習子模塊和貼合場景的情境學習子模塊。兩個子模塊的具體設計如下：

（1）文本學習。以文本的方式讓學習者了解常見突發衛生事件的類型，為后期交互打下基礎。系統開發前，首先要收集現實中存在的高熱驚厥和中毒事件的相關信息，并進行整理。先給出高熱驚厥和中毒的定義以及進行預防和處理的意義，再對高熱驚厥和中毒進行劃分，并配上一些情景案例的介紹，能夠讓學習者更好地進行學習記憶。文本學習模塊的設計流程如圖5所示。

圖5 文本學習模塊開發流程

（2）情境學習。情境學習主要是讓學習者能夠以虛擬的方式去體驗高熱驚厥和中毒這兩種突發衛生事件。這是本次虛擬仿真實驗中較為關鍵的地方。首先對兩種衛生事件發生的場景進行確定；隨后要對每個情景出現的情況，用動畫的形式播放出來，在適當的地方添加幼兒的對話，了解具體情況。通過進行一些情景問答的設計，針對每個情景設計幾個問題，并且給出相應的答案以及解析，讓學習者能夠學習到碰到此類事件應該做些什么。比如，當幼兒發生高熱驚厥時，第一時間應該采取什么措施？學習者可以在對應答案和流程下做出自己的選擇，并不斷調整結果，這相較于傳統教學，更具趣味性。情景學習模塊的設計流程如圖6所示。

圖6 情境學習模塊開發流程

3.2 幼兒突發衛生事件的仿真處理與評價

本模塊是讓學習者在經過一系列的觀察學習后，能夠對自我的水平有一個充分的認識，系統會根據完成情況給出綜合評分。與傳統的書面紙質考核方式不同，以虛擬仿真的形式通過將學習者帶到真實發生的情景中去，讓學習者切身的感受這些問題的出現，這樣能夠增強學生的實際能力，而不只是局限于口頭上的闡述。

首先向學習者介紹本次測試的原因以及意義，學習者準備好了就選擇“開始測試”。通過動畫的形式來展示高熱驚厥的情景，適當添加對話以及選擇以供學習者判斷，使學習者更加真實地投入到情景中。學習者根據虛擬場景中發現的問題，做出相應的動作。系統將對學習者回答的正誤進行判斷并打分。如果學習者某項操作失誤，系統不會給予提示，但是會給予相對應的結果。

完成高熱驚厥場景的任務后，將直接進入中毒場景。在中毒場景中，學習者依舊是根據已學知識對仿真環境中的幼兒進行急救操作，操作步驟出現錯誤，系統不會給予提示，但是后臺會記錄并最終給出評分。

整個實驗完成后，每個學習者將根據自己的操作得到分數，并看到自己在哪一步出現錯誤。學習者可以根據自己的情況選擇是否重新實驗，系統會記錄實驗的次數，并記錄每次的評分。

4 核心模塊的開發

根據上文的需求分析、設計方案以及對真實幼兒園的調研，本系統采用3DS Max軟件進行場景中幼兒園整體環境的建模、所有教室的建模以及人物角色的建模，并且對其全部進行對應的貼圖處理，全部導出為.fbx 格式文件，再導入到項目中去。但是以這種方式導入，容易丟失貼圖，所以選擇將模型與貼圖文件同時放入Asset 文件夾中，接著將這些模型放置到在Unity3D 中的Scene 窗口中進行合適的布局，從而完成整個幼兒園的搭建。最后在整個場景的外部添加平行光Directional Light，在幼兒園大樓的內部添加區域光Directional Light，來對場景的燈光效果進行布置。設置天空盒，烘托整個場景的氛圍，這樣一個完整的幼兒園場景就搭建完成了。下面以快速移動模塊、情景測試模塊為例講述交互開發過程。

（1）場景漫游——快速移動模塊

通過主菜單的快速移動按鈕點擊進入到快速菜單，快速移動菜單如圖7所示。在菜單中設計了5個button，通過點擊能夠對應跳轉到上文場景設計中的幼兒園大門、保健室、隔離室、活動室、專用活動室、廚房、室外活動場所這7個地方，實現學習者位置的快速移動效果。

圖7 快速移動菜單（點擊前）

以專用活動室這一按鈕為例，點擊該按鈕可以快速跳轉到對應的位置，并可以看到該位置在現實幼兒園中的照片。圖8為點擊“專用活動室”后的效果。

圖8 快速移動菜單（點擊后）

（2）突發衛生事件——高熱驚厥

實驗開始會給出相關知識點的提示，使用者在了結相關知識點后，將依照Image 中的提示，進行虛擬仿真實驗的操作，系統會根據案例庫隨機生成一個案例，案例分為幼兒意識喪失狀態、幼兒意識未喪失狀態、幼兒牙齒咬緊狀態、兒牙齒尚未咬緊等多種情形。如圖9所示，需要使用者根據案例的情景，給出對應采取的措施，使用者不同的操作會觸發不同的事件，包括加重病情、減輕病情等。

圖9 采取措施

其中關鍵代碼如下：

（3）突發衛生事件——中毒

幼兒常見的中毒種類分為口服中毒，接觸中毒和吸入中毒，系統通過動畫的形式播放幼兒口服中毒的過程，使用需要在規定的時間內，對幼兒采取急救。急救方式包括：盡快聯系醫生或急救中心，告訴他們幼兒的中毒情況，以便他們能夠給出更好的建議和治療方案；如果幼兒出現嘔吐癥狀，需要將他們的身體側臥，避免嘔吐物堵塞呼吸道；如果幼兒出現抽搐、呼吸困難等嚴重癥狀，應立即進行急救，如進行人工呼吸、心肺復蘇等。如圖10所示，為不易催吐的情形下，應該采取的措施。

當完成所有正確的流程時，系統會通過動畫的形式，更加生動形象地展示急救過程，讓使用者更容易理解和掌握。此外，系統還會提供語音解說和文字提示，讓使用者更加清晰地了解每個步驟和注意事項。如圖11所示，為急救動畫。

圖11 急救動畫

圖12 評價得分

其中關鍵代碼如下：

所有情景完成后，點擊右下角提交按鈕彈出總結界面，給出學習者所得的分數以及總分，讓學習者能夠進行自我總結。

5 結語

通過虛擬仿真的形式將園內突發衛生事件的預防與處理展現出來，有助于學習者以更加真實的感受去處理幼兒可能發生的一系列事件，能夠更有效地應對在現實情況中所發生的各類情況。這種方式開拓了實驗教學的新視野，進一步豐富了虛擬仿真教學的應用領域，深化了虛擬仿真教學實驗的理論體系[6]。通過虛擬仿真的形式，未來還能開發更多典型的突發衛生事件、同伴沖突事件等教學實驗，能包含更為全面的幼兒教育實踐問題，讓學習者了解并處理營養膳食衛生、心理衛生、常見疾病等常見問題的預防與處理，減少因處理不當對幼兒的心理、思想、身體等造成的影響。此類仿真實驗不但可以使學習者重復進行實驗，不斷復習專業知識、強化實踐操作，提高學習者的參與度和興趣，還可以極大范圍地共享，不斷優化實驗教學資源，降低教學成本，提高教學的效率和質量。