在高中使用虚拟世界中的虚拟形象进行心肺复苏训练:一项国际可行性研究

简介

心脏骤停是最常见的死亡原因之一[1］．在心脏骤停患者的初始复苏中，社会在很大程度上依赖外行。为了传播必要的技能，心肺复苏(CPR)培训在许多学校系统中是强制性的。然而，标准CPR培训在非专业人员中的有效性[2-4]及医护专业人员[5]受到质疑，主要原因是学员的技能留存能力差，自我效能感低。此外，目前的CPR计划侧重于对个人的培训。如果有多名救援人员在场，缺乏团队协作可能会影响心肺复苏的效果。6，7］．

人们需要易于交付、所需物质资源少、具有高度吸引力的方法。尽管指导方针和培训方法都很简单，但长期留存率是培训的一个理想目标。为了寻找新的和更有效的心肺复苏训练解决方案，在过去十年中提出了几种可供选择的交付方法[8-12］．基于屏幕或模拟器的方法已经发展成为传统的基于人体模型的技能培训的替代方案。这些替代方案主要采用有指导意义的视频演示或全尺寸模拟。

大型多人虚拟世界(MMVW)技术起源于用于娱乐的电脑游戏和视频游戏。自20世纪90年代以来，电子游戏已被用于包括医学在内的各个领域的教育目的。这些应用已被命名严肃的游戏［13］．对于心肺复苏术的培训目的，到目前为止还没有对虚拟世界的培训进行研究。一项试点研究的一些令人鼓舞的结果表明，使用虚拟世界对创伤团队负责人进行初始培训的潜力[14］．

在最近的一项研究中，我们发现一种用于心肺复苏训练的MMVW严肃游戏对医学生来说是可行的。虽然没有证据表明心肺复苏术过程的刺激回忆，但参与者在训练期间表现出热情，并报告说注意力有所提高。此外，参与者的自我效能在训练后有所提高[15］．个体感知效能指对某人在特定水平上学习或表现行为的能力的信念[16］．萨拉斯和伯克[17的观点认为，要想进行有效的培训，就必须进一步阐明学员的个体特征，自我效能感就是其中之一。自我效能感被强调为医疗模拟训练的一个重要特征[18］．布鲁索等[19也指出了在电子游戏训练中自我效能感的重要性。

信息和计算机技术(ICT)正日益融入年轻一代的日常生活。有人认为这对学习有影响。20.-23］．虽然学校正在对儿童和青少年实施基于信息和通信技术的新教学方法，但关于这种培训在医疗领域的有效性的知识有限[24］．利用当今青少年在严肃游戏方面的ICT技能带来了潜在挑战[25-27］．有人讨论过，基于信息通信技术的教学方法在非母语语境或环境中实施时往往面临文化挑战[28，29］．在开展跨国培训项目时，绝不能忽视这一事实。30.］．

通过使用刻意练习模型[31]，这项前瞻性国际研究(在美国和瑞典)的目的是检验使用MMVW训练高中生对需要心肺复苏术团队合作的医疗紧急情况作出适当反应的可行性，并检查他们的经验、自我效能和注意力。比较结果将表明这些结果是否适用于两个不同的学生群体。

方法

招聘及样本

该研究在两个研究地点均经机构审查委员会批准后进行。在获得知情同意后，12名来自瑞典哈丁高中自然科学课程的高中生和24名来自美国加利福尼亚州伍德赛德高中的高中生被招募并在自愿的基础上注册。招募工作由他们的老师进行，并通过有关研究的公告进行征集。在实践之前，所有学生都在过去六个月内在各自的学校参加了强制性的常规CPR培训。所有研究参与者的人口统计数据显示在表1．两组之间玩游戏的平均频率没有明显差异，但瑞典组中低频和高频玩家的比例更高。

干预与课程内容

这项研究是合作计划和实施的，尽管它没有在完全相同的时间实施。根据之前的工作，一个虚拟世界平台与院前CPR团队培训能力联合开发(Forterra系统公司，圣马特奥，CA，美国;OLIVE游戏开发平台现在是SAIC的财产，McLean, VA, USA)。虚拟世界环境是根据现实世界的例子量身定制的。在虚拟世界中，每个参与者都有一个由电脑鼠标和键盘控制的化身。参与者可以通过麦克风和耳机进行实时交流(图1而且2)．

中显示了该协议的概述图3．在培训开始阶段，学员排练并更新了心肺复苏术知识。在瑞典小组中，通过一个简短的(10分钟)讲座来完成，而美国小组则在虚拟环境中排练心肺复苏术过程。对虚拟世界的熟悉，以及在虚拟世界中操作和交流的训练，都是在心肺复苏训练开始之前完成的。

在CPR场景中，参与者以3名学生为一组进行混合训练。在瑞典研究组中，心肺复苏术在4个场景中进行，其中第一个被视为熟悉场景。在美国组中，对虚拟世界的熟悉包括指导练习，心肺复苏在3个场景中进行了训练。培训课程的总时间(包括数据收集)为90至120分钟。

受训者被指示接近他们在虚拟世界中目睹的受害者(由教练控制的化身)，采取正确的诊断步骤，并根据美国心脏协会2005年的指导方针，共同执行与基本成人生命支持相关的认知和程序措施。32］．这包括:(1)移动到受害者身边，(2)检查受害者是否有意识，(3)宣布受害者失去意识，(4)检查受害者的气道和呼吸，(5)呼救，(6)按照CPR协议进行胸外按压和人工呼吸，(7)解救救援人员，(8)协助到达的护理人员并向他简要报告。虚拟世界场景设置在教室和室外停车场。在每个场景之后，与指导方针相比，教练对他们的CPR表现进行了简短的反馈。

最初计划在这两个地方进行后续研究，但由于很难重新组建研究小组，在美国不得不放弃。在瑞典研究组中，可以使用前瞻性测试-再测试探索性设计。这包括第一次训练后6个月(177-203天)的第二次训练。根据文献，我们选择6个月作为两次培训之间的间隔时间[33］．第二节课和第一节课一样，只是心肺复苏的讲座被排除了。在这两次训练期间，瑞典组没有参与者退出。

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仪器和测量

自我效能，基于班杜拉社会认知理论的建构[16]，已被发现能很好地预测实际表现。因为我们最近发现，在MMVW严肃游戏中训练心肺复苏后，医学生的自我效能有所提高[15，我们检查了这些结果是否可以在一组年轻的外行(即高中生)中复制。自我效能感在每次训练之前和之后进行自我评估，使用5个项目的问卷，每个项目在7级李克特量表上打分。自我效能的价值是按这些项目的平均值计算的，如其他地方所述[34］．

在同一项研究中[15]，医学生的注意力在训练过程中有所提高。从理论上讲，注意力集中与执行任务时的内在动机概念密切相关。注意力集中程度越高，说明你被某项活动吸引住了，并且更有可能继续做下去。在本研究中，我们以高中生的专注度作为训练任务动机的指标。自我效能感越强，努力就越积极。16］．为了评估浓度，我们使用了来自已验证仪器的8个项目[35，36］．在瑞典亚组中，在两次实验中，在第一、第二和第四种场景后，都对注意力进行了自我评估。在美国的研究小组中，在第一和第三个场景后对注意力进行了自我评估。

所有个人对培训可行性的看法都在培训结束后发放的退出问卷中进行了评估。这包括对虚拟世界的感知沉浸程度、涉及技术方面的问题(即技术困难、易用性)以及培训的有用性。这些评估采用5级李克特量表进行。关于自信的控制性问题，瑞典参与者也被问及这种培训模式是否可以在未来的教育中发挥作用;两个问题均采用李克特5级量表。

在退出问卷中，瑞典参与者被要求具体评论场景的优势和劣势。意义-承载单位[37]在这些评论中被识别出来，并由其中一位作者(JC)进行分析、分类和分类。如果一个参与者多次给出相同的答案，则在分析过程中仅将其计算为正确加权的1次。所有参与者都被问及培训是否以及如何改变了他们对在紧急情况下必须采取行动的感受/看法。在这些评论中，作者之一(JC)还对具有意义的实体进行了识别、分析、分类和分类。

尽管自我效能感信念对人类行为有着强大的影响[16]，许多其他的心理过程也会影响这种关系的强度。本研究假设参与模式可能对自我效能感信念与行为之间的关系强度有不同的潜在影响。参与模式是与新资讯科技互动的不同方式[35]以及在本研究中，学生对MMVM中使用虚拟形象进行心肺复苏训练的不同想法、感受和目的。我们计算了消极参与模式的指数(挫折/焦虑和犹豫/逃避模式的得分总和)，如Hedman和Sharafi [36，因为他们可能与较低的自我效能感有关。消极参与模式在每次会议前进行评估，使用5点李克特式量表进行15项问卷调查。

我们假设高度的精神紧张可能是另一个可能危及自我效能感的因素。只有在瑞典亚组中，在每次会议的第一、第二和第四种场景后，可以自我评估精神压力。精神压力用Borgs ' CR10量表测量(0 =完全没有精神压力;10 =精神高度紧张)每次治疗后[38］．

数据分析

只有单一数据缺失的参与者被排除在特定的分析之外。时间相关数据(浓度)采用重复测量分析，变量间依赖关系采用回归分析。专注力与自我效能的相关性，采用Spearman等级相关(ρ)。使用Mann-Whitney检验或Student进行统计比较t在使用Shapiro-Wilk检验验证正态分布后进行检验。显著性水平设置为P< . 05。计算使用SigmaStat 3.5版(Systat软件公司，Point Richmond, CA, USA)。根据分布类型，数据以均值和标准偏差(SD)或中位数和四分位范围(IQR)形式表示。

结果

瑞典和美国的汇总数据作为一组进行分析，但两组间浓度差异较大。

控制因素

瑞典研究组的消极参与模式出现在第1阶段(平均5.4,SD 1.1)和第2阶段(平均5.4,SD 1.1)。在美国研究组中，平均值为3.4(标准差为0.3)。两组间差异显著(P<措施)。仅在瑞典组中测量的精神紧张的平均值较低(平均3.4,SD 1.7)，随着时间的推移没有显著变化。

自我效能和专注力

与训练前相比，训练后自我效能感显著提高(图4)．在瑞典小组中，在第二次训练中也重复了这一过程。

总体而言，注意力(任务动机)水平处于中高水平。然而，美国组的结果明显高于瑞典组(P<措施);后者的平均浓度分数随时间显著增加(会话1场景1:mean 52.4, SD 9.8;会话2的场景4:平均值62.7,SD 8.9;P< . 05)。在美国组中，平均浓度分数从70.8 (SD 7.9)显著增加到82.5 (SD 4.7)。P<措施)。

在训练前和训练后，自我效能感与注意力正相关(训练前的自我效能感和第一种情况下的注意力:ρ = 0.49，P= .006;在最后一个场景中，训练和专注后的自我效能:ρ = 0.60，P<措施)。

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对培训的认知和态度

退出问卷包含了参与者对虚拟世界技术方面的体验以及他们对MMVW CPR团队培训的看法。参与者的评分显示培训后信心有了显著变化(P<措施)。数值评级总结于表2．表3总结感知的优势和劣势与模拟场景，调查在瑞典亚组。

36名参与者中的28人(78%)同意MMVW经历改变了他们对应对医疗紧急情况的感觉或看法，研究组之间没有任何差异(表4)．

讨论

在这项可行性研究中，我们的目标是有选择地分析年轻的外行团队，化身为化身，如何在虚拟世界中做出反应和互动，以教授如何适当地应对需要心肺复苏的医疗紧急情况。我们的研究样本是国际环境下的高中生。在这项研究中，我们改进并使用了一个虚拟世界，用于先前在医学生中研究的CPR团队训练[15］．高中生们清楚地认识到训练可以在几个方面影响现实世界的行为，而且这与两国的自我效能感增加有关。我们的结果与之前在一组医学生身上的发现一致[15］．这些发现表明，这种全新的CPR训练方法在年轻外行中也是可行和可靠的。

学生自我效能感的增强有两个重要的含义。首先，它说明了学员的信念(即所需技能的控制水平提高了)。我们将这一发现与退出问卷中关于参与者自信心的对照问题进行了三角对比，这些问题也因为训练而增加了。其次，对于心肺复苏术的团队合作来说，这可能是特别重要的，它表明受训者实际上会在真实世界的心肺复苏术事件中感到更有准备。这一假设应该在未来的研究中得到验证。

我们发现自我效能感与注意力(作为训练任务中动机的一个指标)呈正相关，这与Bandura的[16自我效能信念影响认知、动机、情感和决策过程的社会认知理论。然而，自我效能感和专注力之间的过程效应关系应该通过控制组设计来阐明。电脑游戏的特点是集中注意力和沉浸感，这是非常重要的，因为这是学员如何参与培训的标志。高水平的任务投入是主动学习的先决条件。专注与有效的教与学呈正相关[39］．目前的CPR培训似乎在这些方面存在问题，这可能会导致对受训者的影响程度较低，从而导致留用率较低。

一个重要的方面是虚拟世界训练的真实感和存在感。当然，参与者可能会觉得训练环境很尴尬，并体验到与现实世界缺乏相似之处。在过去的几年中，虚拟世界训练已广泛用于精神病学的网络治疗，其中这些方面是至关重要的。这一领域的研究表明，这种类型的训练具有沉浸式和积极参与的潜力[40，41］．此外，我们的研究结果表明，为我们的研究开发的学习场景和技术对大多数学生实现“暂停怀疑”是有效的。

虽然心肺复苏术培训的需求是普遍的，但不同的国家和文化对电脑使用习惯、教学方法和对电子学习的态度有很大差异[42，43］．在虚拟环境中，人们对团队互动的态度似乎非常重要，也可能有所不同。阿汉钦和麦考密克[28他基于霍夫斯泰德的文化维度框架创建了一个框架，以帮助理解文化差异。考虑到这一点，我们将研究扩展到另一个背景和文化背景，以分析MMVW作为一种基于团队的CPR培训的新教学方法的普遍性。两个不同国家的参与者的电子游戏习惯略有不同。尤其值得一提的是，瑞典研究小组的参与者中电脑游戏活动较少的人数更多。尽管文献中存在一些差异，但与美国的大样本相比，参与者的电子游戏习惯似乎并不高于平均水平[44，45］．黄(29]指出了在多元文化环境下进行电子学习的潜在困难，在这种环境下，文化影响可能会影响人们对学习的看法及其有效性。这些问题的根源主要是文化敏感问题，比如人们对在电子学习环境中应该如何表现的态度，或者学习者应该有多主动、多自主。在目前的MMVW中，参与者之间的唯一互动是在虚拟世界中通过直接的语音互动，与教师或指导员的互动要么是在现实世界中(通过使用虚拟角色)，要么是在真实的教室中。因此，虚拟世界本身不会受到文化问题的影响，除了物体的外观(如建筑物、虚拟形象)和用于检查和治疗受害者的互动按钮上的文本。另一方面，Uzuner [46他在一篇综述中指出，不同文化对远程教育的态度可能存在很大差异，特别是在所谓的集体主义文化和个人主义文化之间。没有来自我们国际研究的进一步数据，我们无法就文化如何影响我们的发现得出任何结论。然而，我们的目的是研究我们的发现是否在这两个国家相似，因此更具有普遍性。与休闲游戏MMVW一样，我们的数据清楚地表明，不同国家的用户在MMVW CPR团队培训中享受着类似的参与度。

两国在培训期间个人经验的主要差异在于集中度，总体而言，美国样本的水平要高得多。在这一群体中，人们与信息技术相关的消极参与模式也相当低。这种对培训方法态度的差异，表明美国样本对ICT持更放松和开放的态度，反映了参与低频电脑游戏活动的参与者比例较小，这可能解释了注意力的一些差异。另一个合理的解释可能是，当时的教育软件比较发达和稳定，技术和教育支持也比较容易获得。在美国培训期间，开发人员和技术专家随时都在场。

个人评论表明，MMVW团队CPR培训因其团队性和易于反复练习从而获得更好的知识和信心而受到赞赏。另一方面，在瑞典参与者中，有人认为任务太简单，互动的选择太少。这些迹象值得进一步调查。严肃游戏的一个吸引人的特点是它们能够改变难度级别，让用户保持高度的沉浸感——这些评论表明，在这些方面可以完成更多工作，可能会导致更高的注意力。

这两组的结果与我们在研究一组医学生时的发现是一致的[15］．这意味着MMVW用于心肺复苏团队训练的概念是可行的，可以很容易地进行，并得到受训者的良好接受。个人观察、评价、口头和书面评论表明，这种新的学习技术受到高中参与者的高度赞赏。虽然CPR是本研究的培训内容，但虚拟世界可能用于其他医疗培训目的。帕特尔和同事[47]使用交互式虚拟世界会议向新手介绍手术室环境。与标准的现实世界介绍相比，他们发现虚拟世界的介绍对获得知识、技能和态度同样有益。然而，当涉及到团队活动的训练时，医学文献中很少有报道。

在设计CPR训练方法时，重要的问题是成本和适应性[48，49］．不仅重要的是要找到一种吸引人的和受欢迎的培训形式，它还必须与合理的成本相关联，并具有容易被不同目标群体采用的优点，以及CPR指南的未来变化。此外，从教师的角度来看，所使用的系统和方法易于操作也是非常重要的。一个复杂的方法需要很高的计算机兴趣和教师方面的技能，可以预期是很难实施的。

在社会上，在突发医疗紧急情况下采取行动取决于旁观者的警惕性。为所有公民提供这一领域的最新教育和培训的问题是巨大的。通过经常性培训来解决留用问题可能更具挑战性。尽管有证据表明学龄儿童在接受常规训练后记忆力良好[50，许多报告都令人沮丧。

如今，以人体模型为基础的心肺复苏术训练已成为常态。这种培训有几个缺点(例如，可获得性、成本、学员的参与度、缺乏团队方面的内容以及长期效力低)。其中一些问题可以通过使用MMVW CPR团队培训来解决。此外，这种培训的独特性不仅在于互动和传播的媒介不同，而且还在于在“现场”环境中进行心肺复苏培训的可能性，在这种环境中，医疗紧急情况被置于背景中。此外，与标准CPR培训相比，虚拟环境、救援人员数量以及难度和复杂性的灵活性都有所增加。另一方面，使用虚拟世界进行培训产生了新的需求，例如计算机硬件和互联网连接，学员的计算机技能，以及学习软件和熟悉虚拟环境的时间。

当前的教学训练理念提倡在基础训练中将复杂任务划分为其所包含部分的训练[51］．CPR包括认知技能、团队技能和精神运动技能。因此，在不同的模式和不同的时间学习和训练CPR的不同方面可能是有益的。当独立的部分被掌握后，它们就可以被整合和训练。在目前的形式中，MMVW CPR只包括整体、认知和团队方面的一些部分，而精神运动技能没有包括在内。为了覆盖旁观者CPR(或其他形式的CPR)的全部范围，这种培训模式必须进一步发展。

这项研究的主要目标不是验证或测试一个特定的虚拟世界，而是探索概念和研究可行性方面。尽管以人体模型为基础的训练仍然是学习心肺复苏术基本精神运动技能的主流方法，但这项研究证明了MMVW对于情境和基于团队的学习的潜在附加价值，在这种学习中，外行能够练习适当应对不同医疗紧急情况所需的一系列动作。虚拟世界训练最明显的优势之一是它几乎无穷无尽的可变性。虚拟环境、设备和情境的变化为实践各种医疗任务创造了潜在的手段，其中许多在现实世界中通常难以实践。

这项工作的局限性是样本量。原计划在美国进行的后续研究由于退出率接近50%而被放弃。发生这种情况是因为后续研究必须安排在下一学年进行。学生们要么离开了该地区，要么换了学校，要么在不允许他们缺席的课堂上，这就妨碍了他们参与后续研究。它当然把重点转向进行多国实地研究的困难，在这些研究中，由于文化和课程环境限制了对最初议定书的遵守。在今后的研究中，必须与学校管理人员和工作人员密切合作，认真解决这个问题。我们的目的是在心肺复苏培训是他们正常课程的一部分的时候研究这些样本。此外，这项研究是在位于两个高收入西方国家的学校进行的。虽然我们在这两个国家的结果中发现了相同的模式，但如果研究更多的群体(即不同的文化和年龄)，这些结果将更容易推广。未来的研究应调查培训后的心肺复苏术保留和转移到真实世界的心肺复苏术。 Also, more data on the teachers’ perceptions are warranted.

结论

这项可行性研究的数据支持使用mmvw教授高中生对需要心肺复苏团队合作的医疗紧急情况做出适当反应。它是可行的，可靠的，并且为瑞典和美国的数字原住民所喜欢。这项研究证明了MMVW在情境学习中的潜在附加价值，在这种学习中，年轻的外行能够练习适当应对不同医疗紧急情况所需的一系列行动。

即使在高中和CPR训练领域对新的训练方法有很大的需求，MMVW严肃游戏也必须仔细研究，不仅从学生的角度，而且从教师和组织的角度，以澄清实施所需要的挑战和需求。