虛擬仿真技術(shù)在中學(xué)災(zāi)害教育培訓(xùn)中的應(yīng)用研究

李梓涵，吳鴻岳，張明璐，何倩，李浩

（1.四川大學(xué)電氣工程學(xué)院，四川 成都 610005；2.四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川 成都 610005；3.四川大學(xué)災(zāi)后重建與管理學(xué)院，四川 成都 610207）

0 引言

國家正處于全面建設(shè)小康社會的關(guān)鍵時期，加強安全保障顯得尤為重要。然而，研究表明，各類自然災(zāi)害頻發(fā)對人民生命財產(chǎn)安全造成了巨大威脅，聯(lián)合國國際減災(zāi)組織和國家安全主管部門都提倡以預(yù)防為主的災(zāi)害教育是防災(zāi)減災(zāi)的有效手段。然而，我國災(zāi)害教育研究與實踐尚有不足，部分省市師生防災(zāi)意識不足，防災(zāi)技能不佳[1]。隨著計算機與電子技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)理論研究不斷完善，為社會發(fā)展帶來了不容忽視的變革。將虛擬現(xiàn)實引入防災(zāi)教育，一方面將抽象知識形象化，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，另一方面通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行虛擬預(yù)演，培養(yǎng)學(xué)生的災(zāi)害應(yīng)變能力[2]。本研究選取位于地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的四川省成都市，普查當(dāng)?shù)刂袑W(xué)生防災(zāi)能力現(xiàn)況，并通過對比傳統(tǒng)宣講培訓(xùn)方式和虛擬仿真技術(shù)培訓(xùn)方式對中學(xué)生防災(zāi)教育的影響，探索適應(yīng)于我國教育現(xiàn)狀的學(xué)校災(zāi)害教育教學(xué)模式。

1 以虛擬仿真（Virtual Reality，VR）游戲軟件為主的災(zāi)害教育培訓(xùn)

本次災(zāi)害教育培訓(xùn)于11 月24 日在四川省成都市雙流區(qū)西航港第一中學(xué)初中部開展，研究招募了335名中學(xué)生作為本次培訓(xùn)調(diào)查的對象，將其分為觀察組（132 人）、游戲組（80 人）和講學(xué)組（123 人）3組平行觀測，通過完成防災(zāi)知識問卷調(diào)查的方式評估調(diào)查對象應(yīng)對災(zāi)難的能力。觀察組為空白對照組，直接進行問卷調(diào)查；傳統(tǒng)教學(xué)組采用大學(xué)生志愿者入班，通過宣講、播放視頻的方式對學(xué)生進行傳統(tǒng)教學(xué)式培訓(xùn)，之后進行問卷調(diào)查收集培訓(xùn)效果；游戲組事先與校方協(xié)商將VR 逃生游戲（Escapeproject）安裝到學(xué)校微機課計算機上，讓80 名同學(xué)前去體驗練習(xí)，之后進行問卷調(diào)查。虛擬仿真災(zāi)害教育培訓(xùn)流程，如圖1 所示。

1.1 防災(zāi)知識問卷

知識和技能問卷設(shè)計主要是根據(jù)災(zāi)難逃生的基本知識點、自救和互救的關(guān)鍵技能要求以及相關(guān)常用儀器的使用方法等內(nèi)容，制定了5 道判斷題、8 道選擇題和2 道簡答題，主要包括以下3 個維度：

（1）防火知識和火災(zāi)現(xiàn)場逃生：①防火知識；②滅火基本流程；③逃生方法。

（2）地震逃生：①室內(nèi)室外地震逃生注意事項；②室外逃生方向；③室內(nèi)躲避方法。

（3）CPR（Cardiopulmonary Resuscitation）急救：①心肺復(fù)蘇救援啟動流程；②心肺復(fù)蘇技能以及關(guān)鍵技術(shù)；③除顫儀的使用方法。

1.2 虛擬仿真逃生游戲

虛擬仿真VR 的逃生培訓(xùn)軟件可在手機端、計算機上使用，通過游戲方法將難以運用實際的災(zāi)害場景進行虛擬仿真學(xué)習(xí)方法，一方面身臨其境災(zāi)害現(xiàn)場學(xué)習(xí)，另一方面可以節(jié)約成本。它的培訓(xùn)內(nèi)容主要包括火災(zāi)逃生、地震自救和急救CPR 共3 部分。學(xué)生通過控制虛擬人物解決各個關(guān)卡問題獲得加分從而通關(guān)，最終總成績會上傳至云端保存，如圖2 所示。

1.2.1 火災(zāi)現(xiàn)場滅火器使用及逃生

火災(zāi)逃生部分設(shè)置了滅火器的正確使用、開放空間火災(zāi)逃生和密閉空間火災(zāi)自救3 個場景，可以讓體驗者在輕松的游戲中學(xué)會滅火器的使用、火災(zāi)逃生技巧和撥打火警電話注意事項等防火自救知識，如圖3和圖4 所示。

1.2.2 地震避難及現(xiàn)場逃生

地震自救部分由封閉式空間地震避難、樓道避難和戶外避難3 個場景組成，如圖5 和圖6 所示。

1.2.3 虛擬CPR 技術(shù)

該部分內(nèi)容最豐富，通過視屏交互的方法，涵蓋了人工呼吸、心肺復(fù)蘇和除顫儀正確使用等多方面的CPR 自救互救知識，如圖7 所示。

2 培訓(xùn)結(jié)果和討論分析

從調(diào)研選取部分有代表性的問題進行整理和數(shù)據(jù)顯示，見表1 ～表3?？梢姡骱礁鄣谝恢袑W(xué)學(xué)校學(xué)生通過培訓(xùn)防災(zāi)基礎(chǔ)知識較好，但在應(yīng)災(zāi)技能和現(xiàn)場災(zāi)害應(yīng)對等方面仍有不足，部分欠缺技能和知識在通過VR 災(zāi)難游戲的學(xué)習(xí)之后有所提高[3]。

（1）防火知識與火災(zāi)現(xiàn)場逃生技能方面，對比觀察組發(fā)現(xiàn)，講學(xué)組培訓(xùn)效果不明顯，而游戲組培訓(xùn)后有明顯提高。

表1 火災(zāi)知識問卷調(diào)查的三組的正確率統(tǒng)計對比表

（2）地震逃生方面發(fā)現(xiàn)與理想數(shù)據(jù)有出入，對比觀察組發(fā)現(xiàn)，講學(xué)組和游戲組的作答情況在培訓(xùn)后產(chǎn)生了反效果。

表2 地震知識問卷調(diào)查的三組的正確率統(tǒng)計對比表

（3）CPR 急救方面，對比觀察組發(fā)現(xiàn)，講學(xué)組和游戲組均有培訓(xùn)效果，但是講學(xué)組的培訓(xùn)效果更明顯。

表3 心肺復(fù)蘇知識問卷調(diào)查的三組的正確率統(tǒng)計對比表

針對所得數(shù)據(jù)，結(jié)合教育現(xiàn)狀、調(diào)查環(huán)境、學(xué)生以往安全教育經(jīng)歷以及學(xué)生心理等因素進行進一步分析。（1）防火知識與火災(zāi)現(xiàn)場逃生方面，教學(xué)組培訓(xùn)效果不明顯，可能是由于學(xué)生在以往的安全教育培訓(xùn)上曾接受過相關(guān)培訓(xùn)，具有一定的理論知識，故講學(xué)組培訓(xùn)前后數(shù)據(jù)變化不大，但游戲組的學(xué)生在擁有一定理論知識的基礎(chǔ)上進行虛擬仿真演練培訓(xùn)，對其進一步理解理論知識有提高[4]。（2）地震逃生方面是由于部分地震逃生技巧易混淆，部分注意力不夠集中的學(xué)生在防災(zāi)培訓(xùn)的影響下，對安全逃生運用知識有概念但理解不到位，導(dǎo)致部分較為復(fù)雜的知識點出現(xiàn)混淆。比如：游戲過程中有一段封閉走廊逃生場景，需要在規(guī)定時間內(nèi)跑到安全位置，如果災(zāi)難發(fā)生逃生時間有限，高樓撤離逃生時間緊迫，理解不足的同學(xué)可能誤認(rèn)為高樓撤離時不能走安全通道[5]。（3）CPR急救方面，同學(xué)都未做過CPR 急救方面的培訓(xùn)。游戲組的學(xué)生在培訓(xùn)前對CPR 相關(guān)的理論知識薄弱，學(xué)習(xí)時間短，因而沒有達(dá)到理想的培訓(xùn)效果。

此外，在與學(xué)校師生溝通中發(fā)現(xiàn)，學(xué)校師生對引入虛擬仿真技術(shù)的災(zāi)害安全教育具有濃厚興趣，且調(diào)查問卷統(tǒng)計，在335 名問卷調(diào)查對象中，有近75%的同學(xué)愿意通過虛擬演練的方式參與災(zāi)害安全教育培訓(xùn)。

3 總結(jié)和啟示

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，將虛擬仿真技術(shù)引入災(zāi)害安全教育模式能夠激發(fā)師生教學(xué)興趣，但是僅通過短期虛擬培訓(xùn)進行知識學(xué)習(xí)存在一定的局限性，提倡建立一種長期的、系統(tǒng)的基于虛擬仿真技術(shù)的復(fù)合性學(xué)校災(zāi)害教育模式[6]。它具有如下特點。

3.1 理論與演練結(jié)合

虛擬仿真演練不能完全替代傳統(tǒng)宣講教學(xué)，由于虛擬仿真演練的培訓(xùn)更側(cè)重實踐培訓(xùn)，但實踐需要理論知識指導(dǎo)，若實踐過程中沒有足夠的理論知識支撐，所獲學(xué)習(xí)效果不明顯。然而，在已有理論知識的基礎(chǔ)上通過虛擬仿真技術(shù)進行實踐培訓(xùn)，可以進一步內(nèi)化理論知識，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。此外，在我國現(xiàn)有教育模式下，學(xué)生的知識體系塑造主要通過傳統(tǒng)教學(xué)實現(xiàn)，故提倡建立“理論為基，實踐內(nèi)化”的輔助性學(xué)校災(zāi)害教育模式，通過傳統(tǒng)講學(xué)方式建立知識體系，通過虛擬仿真演練提供學(xué)生實踐場所，將實踐所學(xué)知識反哺理論學(xué)習(xí)。

3.2 系統(tǒng)性重視技能培養(yǎng)

研究還發(fā)現(xiàn)，短期培訓(xùn)方式雖然能增強學(xué)生的防災(zāi)意識，但對于一些比較復(fù)雜的逃生過程和應(yīng)急救援過程，若不能建立系統(tǒng)的防災(zāi)自救互救知識體系，可能導(dǎo)致在實際的災(zāi)害應(yīng)對中產(chǎn)生不好的效果，故提倡建立VR“系統(tǒng)性+關(guān)鍵技術(shù)”的綜合能力培養(yǎng)災(zāi)害教育模式，希望各中小學(xué)校能加強對防災(zāi)教育的重視，建立長期的、系統(tǒng)的安全教育課程。

4 結(jié)語

在自然災(zāi)難頻繁的我國西部地區(qū)，應(yīng)當(dāng)重視災(zāi)害預(yù)防和提高防災(zāi)教育，開展以預(yù)防為主的災(zāi)害教育。隨著計算機科學(xué)技術(shù)的不斷革新，越來越多的學(xué)校開始嘗試將新媒體技術(shù)融入傳統(tǒng)教學(xué)，憑借虛擬防災(zāi)技術(shù)的形象化和交互性打造浸潤式教育模式，使高校防災(zāi)減災(zāi)宣傳教育更具吸引力。但是，比起新型虛擬教學(xué)模式的完全替代，新型教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式的融合更具實踐意義。為了提高中小學(xué)生的防災(zāi)減災(zāi)自救互救能力，學(xué)校應(yīng)當(dāng)重視安全教育，建立長期的、系統(tǒng)的安全課程，同時打造基于虛擬仿真技術(shù)演練與傳統(tǒng)理論講學(xué)有機結(jié)合的復(fù)合性學(xué)校災(zāi)害教育模式。