3D動(dòng)漫心肺復(fù)蘇教育游戲的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

周　靜，江智霞，樓　婷，胡汝均，李　玉遵義醫(yī)學(xué)院護(hù)理學(xué)院，貴州　遵義　563003

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3D動(dòng)漫心肺復(fù)蘇教育游戲的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

周靜，江智霞，樓婷，胡汝均，李玉
遵義醫(yī)學(xué)院護(hù)理學(xué)院，貴州遵義563003

【摘要】：教育游戲作為信息社會(huì)發(fā)展研究的一個(gè)熱點(diǎn)，逐步推動(dòng)了高等教育的改革。文章以心肺復(fù)蘇為游戲案例，介紹了3D動(dòng)漫心肺復(fù)蘇教育游戲設(shè)計(jì)的思路以及元素設(shè)計(jì)和構(gòu)建，以期對(duì)醫(yī)學(xué)教育游戲研究者有所借鑒與助益。

【關(guān)鍵詞】：教育游戲；游戲化學(xué)習(xí)；心腹復(fù)蘇

【DOI】：10.13566/j.cnki.cmet.cn61-1317/g4.201602016

21世紀(jì)，全球?yàn)?zāi)害頻發(fā)，心肺復(fù)蘇（cardiopulmonary resuscitation，CPR）作為搶救心臟驟停首選方法及最基本的急救技能，應(yīng)該被首先普及推廣。青少年是意外傷害的高危人群，應(yīng)成為急救知識(shí)與技能普及的重點(diǎn)人群。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，淺顯易上手的電腦游戲已經(jīng)進(jìn)入人們的日常生活，并吸引了眾多青少年［1-2］。在深刻認(rèn)識(shí)到電腦游戲的無限魅力和教育資源不足的基礎(chǔ)上，不少教育軟件公司逐漸將游戲化思維植入教育軟件設(shè)計(jì)中，開發(fā)出具有電腦游戲特征的教育軟件。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的3D動(dòng)漫心肺復(fù)蘇教育游戲，主要針對(duì)當(dāng)代“00”后青少年喜愛動(dòng)漫游戲的特點(diǎn)，構(gòu)建基于心肺復(fù)蘇教育游戲的急救知識(shí)與技能培訓(xùn)方式，以激發(fā)青少年的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)急救知識(shí)與技能的普及。

1　設(shè)計(jì)思路

情境認(rèn)知理論認(rèn)為：學(xué)習(xí)是在一定情境中發(fā)生，學(xué)習(xí)應(yīng)該在與現(xiàn)實(shí)狀態(tài)相似的情境中進(jìn)行，以解決現(xiàn)實(shí)生活中的真實(shí)性問題為目標(biāo)［3］。該款CPR教育游戲設(shè)計(jì)思路，是讓學(xué)生在玩耍教育游戲的過程中，親自實(shí)踐CPR操作，體驗(yàn)危急時(shí)刻的真實(shí)感受，促進(jìn)急救知識(shí)與技能的學(xué)習(xí)。

1.1服務(wù)對(duì)象特征分析

該款CPR教育游戲服務(wù)對(duì)象為12～18歲青少年，其正處于青春發(fā)育期［4］，常常不滿足于教師、父母或書本中的教授的知識(shí)，求知欲與好奇心極強(qiáng)。當(dāng)面對(duì)新奇的、神秘的、富有挑戰(zhàn)的事物，會(huì)產(chǎn)生主動(dòng)探究的行為。希望學(xué)生在玩耍教育游戲的過程中不斷地摸索、試誤，逐漸找到游戲的技巧，獲得游戲經(jīng)驗(yàn)，從而更主動(dòng)地投入到下一關(guān)卡的知識(shí)探究，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

1.2教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)青少年心理特征，遵循美國(guó)心臟協(xié)會(huì)2010版CPR教學(xué)要求，將心肺復(fù)蘇知識(shí)與技能設(shè)計(jì)為闖關(guān)任務(wù)，使玩家在玩耍游戲的過程中，感知心臟驟?；颊叩拿娌勘砬椤⑸眢w狀態(tài)，潛移默化地熟悉胸外按壓、開放氣道、人工呼吸等心肺復(fù)蘇技能的重要步驟。

1.3設(shè)計(jì)原則

教育游戲的本質(zhì)是電腦游戲［5］，是游戲的一種，具有娛樂的特點(diǎn)。但它又是教育軟件，必須賦予教育功能。只有將教育與娛樂有機(jī)融合，才能提高學(xué)生使用教育軟件的積極性，達(dá)到寓教于樂的目的［6］。因此，該款教育游戲設(shè)計(jì)的首要原則是娛樂性與教育性的兼顧平衡。

1.4娛樂性

第一，可玩性。教育游戲的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)知識(shí)與技能的傳遞，但切忌生硬地將游戲元素與知識(shí)嫁接［7］。該款游戲?qū)PR重要步驟胸外按壓、開放氣道、人工呼吸轉(zhuǎn)換為游戲項(xiàng)目，玩家通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊完成連貫操作，實(shí)現(xiàn)可玩性。

第二，挑戰(zhàn)性。游戲遵循美國(guó)心臟協(xié)會(huì)2010版心肺復(fù)蘇指南CPR流程的建議［8］，將游戲由簡(jiǎn)單到復(fù)雜設(shè)計(jì)成多個(gè)關(guān)卡，玩家可以由簡(jiǎn)單到困難依次通關(guān)，以此實(shí)現(xiàn)游戲的挑戰(zhàn)性。

第三，真實(shí)感。游戲場(chǎng)景物體的建模使用3Ds Max造型軟件和API繪制工具進(jìn)行場(chǎng)景建模，使村寨、天氣、人物栩栩如生，具有逼真、身臨其境的藝術(shù)感，讓游戲玩家具有浸入其中的臨場(chǎng)感。

2　元素設(shè)計(jì)

游戲元素是玩家與教育游戲進(jìn)行交互的虛擬物體，游戲元素設(shè)計(jì)是否豐富可直接影響游戲的可玩性。該款3D動(dòng)漫心肺復(fù)蘇教育游戲以突出主題、明確作用、相互關(guān)聯(lián)為原則，對(duì)游戲場(chǎng)景、人物進(jìn)行元素設(shè)計(jì)。

2.1場(chǎng)景設(shè)計(jì)

場(chǎng)景設(shè)計(jì)必須為游戲服務(wù)，應(yīng)充分配合故事情節(jié)和角色造型。場(chǎng)景設(shè)計(jì)成功與否直接影響游戲的整體風(fēng)格和藝術(shù)美感。該游戲場(chǎng)景以黔西南苗族民居為風(fēng)格，運(yùn)用二維圖案，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)及游戲進(jìn)程設(shè)計(jì)了節(jié)慶場(chǎng)景、課堂場(chǎng)景、120調(diào)度中心場(chǎng)景、CPR場(chǎng)景以烘托游戲不同環(huán)節(jié)的氣氛。

2.2人物設(shè)計(jì)

該游戲共有主要角色4人。包括CPR施救者、心臟驟?；颊?、撥打急救電話的學(xué)生、120調(diào)度人員。為了統(tǒng)一人物風(fēng)格，避免動(dòng)畫從2D圖像過渡到3D圖像反差感覺，3D角色的設(shè)計(jì)始終依照2D角色的特性，由3DS Max建模完成。

2.2.1CPR施救者 CPR施救者是游戲的核心人物，通過完成CPR步驟及回答CPR知識(shí)闖關(guān)。操作的過程、施救者手型的變化，是學(xué)生掌握CPR操作的關(guān)鍵。因此，必須立體展示CPR施救者手部按壓、上提等細(xì)節(jié)動(dòng)作，學(xué)生才能清楚理解心肺復(fù)蘇操作步驟。如只用二維圖像無法實(shí)現(xiàn)立體成像，該游戲運(yùn)用3Ds Max軟件設(shè)計(jì)完成CPR實(shí)施者手部模型，實(shí)現(xiàn)了按壓、上提等精細(xì)動(dòng)作的立體展現(xiàn)，其按壓如圖1所示。

2.2.2心臟驟?；颊?心臟驟停患者是CPR實(shí)施的對(duì)象。為患者實(shí)施CPR胸外按壓時(shí)，需要在患者前胸進(jìn)行按壓體表定位，胸骨下限及回彈的動(dòng)態(tài)過程。因此，患者的胸部細(xì)節(jié)也必須清楚、立體。該游戲仍然運(yùn)用3Ds Max軟件設(shè)計(jì)患者模型，展示患者前胸兩乳頭、胸骨的體表投影，當(dāng)施救者按壓胸部中央時(shí)，患者胸骨會(huì)隨施救者按壓的頻率下陷并回彈。

圖1　胸外按壓

2.2.3120調(diào)度員與撥打急救電話的學(xué)生 120調(diào)度員與撥打急救電話的學(xué)生，是教會(huì)學(xué)生如何撥打急救的教育者。主要通過調(diào)度員與撥打電話者的一問一答，教會(huì)學(xué)生如何快速、簡(jiǎn)短、清楚地求救。

3　教育游戲的構(gòu)建

游戲故事背景運(yùn)用2D環(huán)境，當(dāng)患者突發(fā)心臟驟停后進(jìn)入3D環(huán)境。心肺復(fù)蘇中胸外按壓定位、胸外按壓速率、胸廓回彈、人工呼吸時(shí)間控制整個(gè)過程均在3D環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。

3.1系統(tǒng)開發(fā)工具

游戲采用Adobe Flash軟件開發(fā)，編寫語言為Action Script 3.0，集成環(huán)境為FlashPlayer中的AVM2虛擬機(jī)，用FlashPlayer封裝成了exe版本客戶端，另可輸出為swf文件格式版，可以嵌入PC端網(wǎng)站平臺(tái)，用Flash Player插件打開使用。

3.2運(yùn)行環(huán)境

游戲共有兩種運(yùn)行環(huán)境：一種可放于服務(wù)器上，只需將“data”文件夾跟“index.html”上傳即可，從index.html打開，要求瀏覽器的Flash播放器插件版本為9.0以上，可以在微軟系統(tǒng)（XP，Vista，Win7，8）跟OS系統(tǒng)（mac機(jī)）下運(yùn)行，不可以在iOS（比如Ipad）系統(tǒng)下運(yùn)行；另一種是把“data”文件夾跟“本地觀看.exe”一起在本地使用，直接打開“本地觀看.exe”即可。這種情況只能在微軟系統(tǒng)下運(yùn)行，如果在OS系統(tǒng)下本地?zé)o法打開“本地觀看.exe”文件，則可以用“index.html”代替打開，可以將“data”文件夾及“本地觀看.exe”文件一起打包，上傳網(wǎng)頁(yè)下載使用。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3D動(dòng)漫心肺復(fù)蘇教育游戲由CPR教育游戲介紹、故事背景、CPR急救和知識(shí)總結(jié)四部分組成（如圖2所示）。游戲以白色及藍(lán)色為基色調(diào)，布局簡(jiǎn)潔大方，富有立體感，避免過于艷麗、復(fù)雜的界面分散學(xué)生注意力。

圖2　游戲介紹界面

3.4聲音素材制作

游戲場(chǎng)景的氣氛渲染不能缺少聲音及配樂。當(dāng)有人突發(fā)心臟驟停時(shí)，緊急狀況的體現(xiàn)，施救者按壓胸骨的滴答聲，答對(duì)或答錯(cuò)問題的提示音都需要合適的聲音素材體現(xiàn)。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，環(huán)境氣氛、按壓動(dòng)作等聲音素材，運(yùn)用谷歌、百度等搜索引擎尋找；人物聲音，由專業(yè)配音師根據(jù)角色特點(diǎn)進(jìn)行配音，配音音質(zhì)清晰、標(biāo)準(zhǔn)，以確保人物活靈活現(xiàn)。

3.5交互實(shí)現(xiàn)

交互是游戲設(shè)計(jì)的靈魂，是隱藏在游戲背后真正驅(qū)動(dòng)玩家與游戲操作互動(dòng)的原動(dòng)力。該款游戲以CPR操作流程為主線，通過彈出窗口、動(dòng)畫、鼠標(biāo)移動(dòng)、單擊雙擊鼠標(biāo)跟隨事件等方式，實(shí)現(xiàn)玩家與游戲的交互，促進(jìn)玩家潛移默化地學(xué)習(xí)知識(shí)與技能。

3.5.1評(píng)估頸動(dòng)脈搏動(dòng)、確定胸外按壓部位 為讓學(xué)生主動(dòng)熟悉頸動(dòng)脈的體表位置，加強(qiáng)學(xué)生記憶，CPR游戲通過鼠標(biāo)找點(diǎn)的方法，查找正確的體表位置，點(diǎn)錯(cuò)部位會(huì)提示位置錯(cuò)誤；找點(diǎn)正確，頸動(dòng)脈體表位置顯示紅點(diǎn)，促使玩家牢記正確部位。

3.5.2胸外按壓 玩家通過點(diǎn)擊跟隨出現(xiàn)的對(duì)話框，選擇正確的按壓深度。按壓過程，玩家有節(jié)律地點(diǎn)擊鼠標(biāo)，模擬真實(shí)的按壓節(jié)奏。按壓頻率反饋，通過記錄玩家兩次按壓的時(shí)間差值實(shí)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)間差值在450～600毫秒段，視為正確的按壓頻率；時(shí)間差值≥450毫秒，游戲界面通過聲音文字提示“按壓過快”，時(shí)間差值＞600毫秒，游戲界面通過聲音文字提示“按壓過慢”，以確保玩家掌握正確的按壓節(jié)律。按壓過快或過慢出現(xiàn)文字及聲音提示（如圖3所示）。

3.5.3開放氣道 運(yùn)用鼠標(biāo)拖拽，控制患者頭部后仰的角度。假定下頜骨與水平方向所成角度為v，v的初始值為76°，最大值為95°，中間的角度跨度變化則為一段逐幀動(dòng)畫。根據(jù)玩家鼠標(biāo)拖拽的距離，畫面呈現(xiàn)患者頭部后仰不同角度。拖拽距離正確，游戲提示氣道已打開，拖拽距離過小，游戲提示氣道未打開，以此固化玩家大腦中開放氣道的正確角度。

圖3　按壓效果

3.5.4人工呼吸 運(yùn)用鼠標(biāo)拖動(dòng)氣量槽指示正確吹氣量。吹氣過程，根據(jù)玩家選擇的吹氣量值，胸部呈現(xiàn)不同的抬起高度，促進(jìn)玩家理解吹氣量與胸廓上臺(tái)幅度的正相關(guān)邏輯關(guān)系。

3.5.5游戲得分 根據(jù)美國(guó)心臟協(xié)會(huì)2010版CPR考核標(biāo)準(zhǔn)，將100分值折算到CPR游戲各步驟跟隨事件中，回答問題及操作正確即可得分，反之則扣分。每5分為一個(gè)等級(jí)，96～100分為一等，90～95分為二等，依次遞減。游戲通關(guān)或失敗，界面會(huì)自動(dòng)顯示玩家得分及技能等級(jí)，讓學(xué)生直觀了解學(xué)習(xí)成果。

4　游戲運(yùn)用效果

選取遵義市某中學(xué)七年級(jí)148名學(xué)生為使用對(duì)象。超過70%的學(xué)生游戲得分在80分以上（如表1所示）。玩耍CPR教育游戲后，43.9%的學(xué)生勾選胸外按壓為游戲最有趣的環(huán)節(jié)，34.5%的學(xué)生勾選人工呼吸為最有趣的環(huán)節(jié)（如表2所示）。參照教學(xué)目標(biāo)，胸外按壓、人工呼吸環(huán)節(jié)是教育重點(diǎn)。興趣是最好的教師，越有趣味性的內(nèi)容，越能激發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣，吸引他們的注意力。既然學(xué)生認(rèn)為胸外按壓、人工呼吸較為有趣，必然會(huì)沉浸其中玩耍，勢(shì)必在玩耍過程中潛移默化地掌握到相關(guān)知識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)教育游戲娛樂性與教育性兼顧的價(jià)值。

表1　心肺復(fù)蘇教育游戲得分構(gòu)成比（n =148）

表2　心肺復(fù)蘇教育最有趣環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)（n =148）

教育游戲的討論、研究和應(yīng)用開發(fā)在教育界、產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界正如火如荼的展開。教育游戲的仿真功能，能模擬大量的技能訓(xùn)練環(huán)境，游戲者能在虛擬環(huán)境中進(jìn)行技能訓(xùn)練，并獲得接近實(shí)體訓(xùn)練的體會(huì)與感受［9］，促進(jìn)實(shí)際操作訓(xùn)練中技能的熟悉與掌握。國(guó)內(nèi)運(yùn)用教育游戲?qū)η嗌倌赀M(jìn)行急救技能培訓(xùn)還處于探索階段，還沒形成一套成熟的標(biāo)準(zhǔn)體系。該實(shí)例依據(jù)需要層次理論、認(rèn)知發(fā)展理論設(shè)計(jì)開發(fā)教育游戲，使學(xué)生在游戲過程中獲得CPR知識(shí)與技能，有利于激發(fā)青少年的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，對(duì)提高我國(guó)心肺復(fù)蘇普及率有一定的積極意義。

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電話：0851-28608576；E-mail：jzxhl@126.com

Design and realization of CPR educational games with 3D animation

Zhou Jing，Jiang Zhixia，Lou Ting，Hu Rujun，Li Yu
Nursing School，Zunyi Medical College，Zunyi 563003，China

【Abstract】：As a hotspot in research on the development of information society，educational games are gradually promoting the reform of higher education.Taking the case of cardiopulmonary resuscitation （CPR）games for example，the paper introduces the design ideas，elements and structure of CPR educational games with 3D animation in order to provide some helpful advice for researchers of medical educational games.

【Key words】：educational game；game-based learning；cardiopulmonary resuscitation（CPR）

通信作者：江智霞（1967-），女，貴州遵義人，教授，碩士，主要研究方向：急危重護(hù)理、護(hù)理教育。

作者簡(jiǎn)介：周靜（1982-），女，重慶人，主管護(hù)師，碩士，主要研究方向：急危重癥護(hù)理、老年護(hù)理。

收稿日期：2015-11-09

基金項(xiàng)目：貴州省科技廳軟科學(xué)項(xiàng)目“多元化途徑提升青少年緊急避險(xiǎn)自救互救能力實(shí)證研究—以貴州省為例”（黔科合體字［2013］2039號(hào)）與2011年貴州省社科規(guī)劃課題一般項(xiàng)目“貴州省民族地區(qū)公眾災(zāi)害救護(hù)能力建設(shè)”（11GZYB42）研究成果之一。

【中圖分類號(hào)】：G434

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：A

【文章編號(hào)】：1004-5287（2016）02-0170-04