幼儿突发卫生事件的预防与处理虚拟仿真实验

朱惠娟 田 燕 王 艳 王禄杰 姜晨阳

（1.南京理工大学紫金学院，江苏 南京 210046；2.江苏第二师范学院，江苏 南京 210013）

1 引言

随着时代进步，虚拟现实技术逐渐强大，从高端技术逐渐走向我们的生活，在工业、军事和教育等多个方面都得到充分的运用[1]，教育领域尤为显著。国家越来越注重虚拟仿真实验在教育领域的应用。为推动VR技术在学校教育教学活动中的广泛运用，教育部已相继启动了国家虚拟仿真实验教学建设项目、全国示范性虚拟仿真实验实训基地建设工程等重大项目[2]。

幼儿年龄小，机体免疫能力低，极易受到不良环境的伤害，引起各种疾病。同时，因为幼儿的活动欲望强烈但自我保护意识薄弱，幼儿意外伤害容易发生，这日益引起社会和广大幼教工作者的关注[3]。《幼儿园教育指导纲要(试行)》指出，幼儿园必须把保护幼儿的生命和促进幼儿的健康放在工作的首位[4]。

对学前教育专业的学生而言，幼儿卫生保健是落实幼儿园保育工作的重要课程，是一门学前教育的专业课，这门课程的教学目标是了解幼儿生理卫生特点，掌握幼儿卫生保健的理论基础知识，熟悉幼儿简单外伤的处理办法及流程，相较于学前教育其他专业课，该课程对学生专业素质要求较高，实践重于理论，提高学科的实践性成为卫生保健学课程的重中之重[5]。

传统教学中，教师会根据学生学习现状结合具体课程内容讲解课程重难点，但此过程中缺少了实践课程的操作情境[4]。学习者在应对突如其来的问题时，较难顾及全面，一旦处理失误，对孩子的影响是不可逆的。之所以很难开展实验，是因为学前教育的相关实验无法如理工科那样，通过采购等方式获得实验所需用具，这里的实验对象是一个个幼儿本身，基于伦理学等原则，不能直接开展实验，急需一种教学方式解决此类问题。将虚拟仿真技术运用到传统教学中，则使得问题迎刃而解。通过构建典型的幼儿突发卫生事件场景，设置一系列的反馈和交互过程，引导学习者处理冲突事件，运用仿真实验为学生创造虚拟的实验环境，辅以仿真的交互操作，从而达到锻炼学前教育阶段学习者处理及预防突发卫生事件的综合训练目的[6]。

2 虚拟仿真实验的系统框架设计

幼儿突发卫生事件的预防与处理虚拟仿真实验主要受众对象是学前教育专业的学习者。本次仿真实验通过搭建一个幼儿园的虚拟环境，以一系列的教学、漫游、交互、评价功能，来提升学习者对幼儿突发卫生事件的预防与处理水平。实验教学目标包括：①让学习者无需去现场的情况下，充分了解幼儿园的布局形式；②在虚拟环境中，以高热惊厥和中毒为例，让学习者掌握两种典型卫生事件的特点，事件发生时，可以在较短时间内做出判断；③使学习者掌握处理突发卫生事件的方法，并能有效阻止事件的传播。最终提高学习者在幼儿突发卫生事件的处理能力。系统整体技术框架如图1所示。

图1 系统框架设计

图2 幼儿园漫游环境

图3 突发卫生事件场景选择

图4 人机交互操作

根据处理幼儿突发卫生事件所需的一般环节，将本项目分为“幼儿园场景漫游、突发卫生事件的知识性学习、突发卫生事件的仿真处理与评价”三个部分：

（1）幼儿园环境漫游。以全景漫游和角色漫游两种模式，学习者能够观察幼儿园的整个外部和内部环境，以专业的视角观察幼儿园的物体摆放、布局格式、空间大小、采光等多个要素。根据自己习得的知识判断对幼儿有着隐藏危险的元素，进行合理的预防。

（2）突发卫生事件的知识性学习。通过动画的形式展示高热惊厥和中毒这两种突发卫生事件的特点，相比传统的文字、图片，动画学习更加生动、形象，便于提升基础理论和知识点的学习效果，为接下来处理幼儿突发卫生事件打下基础。

（3）以人机交互的方式进行幼儿突发卫生事件的仿真处理与评价。学习者分别进入高热惊厥和中毒的故事场景，通过键盘和鼠标等人机交互方式与场景中的幼儿进行互动，每个人操作的不同将导致仿真实验中的实验对象出现不同的处理结果，学习者可以及时看到交互反馈。通过反复多次的实验，提升认知，获得正确处理这两种突发卫生事件的方式。

3 核心模块的设计

3.1 突发卫生事件的知识性学习

学习者通过该模块的学习，了解高热惊厥和中毒这两种突发卫生事件的特点和一般处理方式。根据学习的进阶性特点，从技术上将该模块分为以文本形式呈现的文本学习子模块和贴合场景的情境学习子模块。两个子模块的具体设计如下：

（1）文本学习。以文本的方式让学习者了解常见突发卫生事件的类型，为后期交互打下基础。系统开发前，首先要收集现实中存在的高热惊厥和中毒事件的相关信息，并进行整理。先给出高热惊厥和中毒的定义以及进行预防和处理的意义，再对高热惊厥和中毒进行划分，并配上一些情景案例的介绍，能够让学习者更好地进行学习记忆。文本学习模块的设计流程如图5所示。

图5 文本学习模块开发流程

（2）情境学习。情境学习主要是让学习者能够以虚拟的方式去体验高热惊厥和中毒这两种突发卫生事件。这是本次虚拟仿真实验中较为关键的地方。首先对两种卫生事件发生的场景进行确定；随后要对每个情景出现的情况，用动画的形式播放出来，在适当的地方添加幼儿的对话，了解具体情况。通过进行一些情景问答的设计，针对每个情景设计几个问题，并且给出相应的答案以及解析，让学习者能够学习到碰到此类事件应该做些什么。比如，当幼儿发生高热惊厥时，第一时间应该采取什么措施？学习者可以在对应答案和流程下做出自己的选择，并不断调整结果，这相较于传统教学，更具趣味性。情景学习模块的设计流程如图6所示。

图6 情境学习模块开发流程

3.2 幼儿突发卫生事件的仿真处理与评价

本模块是让学习者在经过一系列的观察学习后，能够对自我的水平有一个充分的认识，系统会根据完成情况给出综合评分。与传统的书面纸质考核方式不同，以虚拟仿真的形式通过将学习者带到真实发生的情景中去，让学习者切身的感受这些问题的出现，这样能够增强学生的实际能力，而不只是局限于口头上的阐述。

首先向学习者介绍本次测试的原因以及意义，学习者准备好了就选择“开始测试”。通过动画的形式来展示高热惊厥的情景，适当添加对话以及选择以供学习者判断，使学习者更加真实地投入到情景中。学习者根据虚拟场景中发现的问题，做出相应的动作。系统将对学习者回答的正误进行判断并打分。如果学习者某项操作失误，系统不会给予提示，但是会给予相对应的结果。

完成高热惊厥场景的任务后，将直接进入中毒场景。在中毒场景中，学习者依旧是根据已学知识对仿真环境中的幼儿进行急救操作，操作步骤出现错误，系统不会给予提示，但是后台会记录并最终给出评分。

整个实验完成后，每个学习者将根据自己的操作得到分数，并看到自己在哪一步出现错误。学习者可以根据自己的情况选择是否重新实验，系统会记录实验的次数，并记录每次的评分。

4 核心模块的开发

根据上文的需求分析、设计方案以及对真实幼儿园的调研，本系统采用3DS Max软件进行场景中幼儿园整体环境的建模、所有教室的建模以及人物角色的建模，并且对其全部进行对应的贴图处理，全部导出为.fbx 格式文件，再导入到项目中去。但是以这种方式导入，容易丢失贴图，所以选择将模型与贴图文件同时放入Asset 文件夹中，接着将这些模型放置到在Unity3D 中的Scene 窗口中进行合适的布局，从而完成整个幼儿园的搭建。最后在整个场景的外部添加平行光Directional Light，在幼儿园大楼的内部添加区域光Directional Light，来对场景的灯光效果进行布置。设置天空盒，烘托整个场景的氛围，这样一个完整的幼儿园场景就搭建完成了。下面以快速移动模块、情景测试模块为例讲述交互开发过程。

（1）场景漫游——快速移动模块

通过主菜单的快速移动按钮点击进入到快速菜单，快速移动菜单如图7所示。在菜单中设计了5个button，通过点击能够对应跳转到上文场景设计中的幼儿园大门、保健室、隔离室、活动室、专用活动室、厨房、室外活动场所这7个地方，实现学习者位置的快速移动效果。

图7 快速移动菜单（点击前）

以专用活动室这一按钮为例，点击该按钮可以快速跳转到对应的位置，并可以看到该位置在现实幼儿园中的照片。图8为点击“专用活动室”后的效果。

图8 快速移动菜单（点击后）

（2）突发卫生事件——高热惊厥

实验开始会给出相关知识点的提示，使用者在了结相关知识点后，将依照Image 中的提示，进行虚拟仿真实验的操作，系统会根据案例库随机生成一个案例，案例分为幼儿意识丧失状态、幼儿意识未丧失状态、幼儿牙齿咬紧状态、儿牙齿尚未咬紧等多种情形。如图9所示，需要使用者根据案例的情景，给出对应采取的措施，使用者不同的操作会触发不同的事件，包括加重病情、减轻病情等。

图9 采取措施

其中关键代码如下：

（3）突发卫生事件——中毒

幼儿常见的中毒种类分为口服中毒，接触中毒和吸入中毒，系统通过动画的形式播放幼儿口服中毒的过程，使用需要在规定的时间内，对幼儿采取急救。急救方式包括：尽快联系医生或急救中心，告诉他们幼儿的中毒情况，以便他们能够给出更好的建议和治疗方案；如果幼儿出现呕吐症状，需要将他们的身体侧卧，避免呕吐物堵塞呼吸道；如果幼儿出现抽搐、呼吸困难等严重症状，应立即进行急救，如进行人工呼吸、心肺复苏等。如图10所示，为不易催吐的情形下，应该采取的措施。

当完成所有正确的流程时，系统会通过动画的形式，更加生动形象地展示急救过程，让使用者更容易理解和掌握。此外，系统还会提供语音解说和文字提示，让使用者更加清晰地了解每个步骤和注意事项。如图11所示，为急救动画。

图11 急救动画

图12 评价得分

其中关键代码如下：

所有情景完成后，点击右下角提交按钮弹出总结界面，给出学习者所得的分数以及总分，让学习者能够进行自我总结。

5 结语

通过虚拟仿真的形式将园内突发卫生事件的预防与处理展现出来，有助于学习者以更加真实的感受去处理幼儿可能发生的一系列事件，能够更有效地应对在现实情况中所发生的各类情况。这种方式开拓了实验教学的新视野，进一步丰富了虚拟仿真教学的应用领域，深化了虚拟仿真教学实验的理论体系[6]。通过虚拟仿真的形式，未来还能开发更多典型的突发卫生事件、同伴冲突事件等教学实验，能包含更为全面的幼儿教育实践问题，让学习者了解并处理营养膳食卫生、心理卫生、常见疾病等常见问题的预防与处理，减少因处理不当对幼儿的心理、思想、身体等造成的影响。此类仿真实验不但可以使学习者重复进行实验，不断复习专业知识、强化实践操作，提高学习者的参与度和兴趣，还可以极大范围地共享，不断优化实验教学资源，降低教学成本，提高教学的效率和质量。