3D动漫心肺复苏教育游戏的设计与实现

周　静，江智霞，楼　婷，胡汝均，李　玉遵义医学院护理学院，贵州　遵义　563003



3D动漫心肺复苏教育游戏的设计与实现

周静，江智霞，楼婷，胡汝均，李玉
遵义医学院护理学院，贵州遵义563003

【摘要】：教育游戏作为信息社会发展研究的一个热点，逐步推动了高等教育的改革。文章以心肺复苏为游戏案例，介绍了3D动漫心肺复苏教育游戏设计的思路以及元素设计和构建，以期对医学教育游戏研究者有所借鉴与助益。

【关键词】：教育游戏；游戏化学习；心腹复苏

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

21世纪，全球灾害频发，心肺复苏（cardiopulmonary resuscitation，CPR）作为抢救心脏骤停首选方法及最基本的急救技能，应该被首先普及推广。青少年是意外伤害的高危人群，应成为急救知识与技能普及的重点人群。随着信息技术的快速发展，浅显易上手的电脑游戏已经进入人们的日常生活，并吸引了众多青少年［1-2］。在深刻认识到电脑游戏的无限魅力和教育资源不足的基础上，不少教育软件公司逐渐将游戏化思维植入教育软件设计中，开发出具有电脑游戏特征的教育软件。该项目设计的3D动漫心肺复苏教育游戏，主要针对当代“00”后青少年喜爱动漫游戏的特点，构建基于心肺复苏教育游戏的急救知识与技能培训方式，以激发青少年的学习兴趣，促进急救知识与技能的普及。

1　设计思路

情境认知理论认为：学习是在一定情境中发生，学习应该在与现实状态相似的情境中进行，以解决现实生活中的真实性问题为目标［3］。该款CPR教育游戏设计思路，是让学生在玩耍教育游戏的过程中，亲自实践CPR操作，体验危急时刻的真实感受，促进急救知识与技能的学习。

1.1服务对象特征分析

该款CPR教育游戏服务对象为12～18岁青少年，其正处于青春发育期［4］，常常不满足于教师、父母或书本中的教授的知识，求知欲与好奇心极强。当面对新奇的、神秘的、富有挑战的事物，会产生主动探究的行为。希望学生在玩耍教育游戏的过程中不断地摸索、试误，逐渐找到游戏的技巧，获得游戏经验，从而更主动地投入到下一关卡的知识探究，提高学生学习的兴趣。

1.2教学目标

根据青少年心理特征，遵循美国心脏协会2010版CPR教学要求，将心肺复苏知识与技能设计为闯关任务，使玩家在玩耍游戏的过程中，感知心脏骤停患者的面部表情、身体状态，潜移默化地熟悉胸外按压、开放气道、人工呼吸等心肺复苏技能的重要步骤。

1.3设计原则

教育游戏的本质是电脑游戏［5］，是游戏的一种，具有娱乐的特点。但它又是教育软件，必须赋予教育功能。只有将教育与娱乐有机融合，才能提高学生使用教育软件的积极性，达到寓教于乐的目的［6］。因此，该款教育游戏设计的首要原则是娱乐性与教育性的兼顾平衡。

1.4娱乐性

第一，可玩性。教育游戏的最终目标是实现知识与技能的传递，但切忌生硬地将游戏元素与知识嫁接［7］。该款游戏将CPR重要步骤胸外按压、开放气道、人工呼吸转换为游戏项目，玩家通过鼠标点击完成连贯操作，实现可玩性。

第二，挑战性。游戏遵循美国心脏协会2010版心肺复苏指南CPR流程的建议［8］，将游戏由简单到复杂设计成多个关卡，玩家可以由简单到困难依次通关，以此实现游戏的挑战性。

第三，真实感。游戏场景物体的建模使用3Ds Max造型软件和API绘制工具进行场景建模，使村寨、天气、人物栩栩如生，具有逼真、身临其境的艺术感，让游戏玩家具有浸入其中的临场感。

2　元素设计

游戏元素是玩家与教育游戏进行交互的虚拟物体，游戏元素设计是否丰富可直接影响游戏的可玩性。该款3D动漫心肺复苏教育游戏以突出主题、明确作用、相互关联为原则，对游戏场景、人物进行元素设计。

2.1场景设计

场景设计必须为游戏服务，应充分配合故事情节和角色造型。场景设计成功与否直接影响游戏的整体风格和艺术美感。该游戏场景以黔西南苗族民居为风格，运用二维图案，根据教学目标及游戏进程设计了节庆场景、课堂场景、120调度中心场景、CPR场景以烘托游戏不同环节的气氛。

2.2人物设计

该游戏共有主要角色4人。包括CPR施救者、心脏骤停患者、拨打急救电话的学生、120调度人员。为了统一人物风格，避免动画从2D图像过渡到3D图像反差感觉，3D角色的设计始终依照2D角色的特性，由3DS Max建模完成。

2.2.1CPR施救者 CPR施救者是游戏的核心人物，通过完成CPR步骤及回答CPR知识闯关。操作的过程、施救者手型的变化，是学生掌握CPR操作的关键。因此，必须立体展示CPR施救者手部按压、上提等细节动作，学生才能清楚理解心肺复苏操作步骤。如只用二维图像无法实现立体成像，该游戏运用3Ds Max软件设计完成CPR实施者手部模型，实现了按压、上提等精细动作的立体展现，其按压如图1所示。

2.2.2心脏骤停患者 心脏骤停患者是CPR实施的对象。为患者实施CPR胸外按压时，需要在患者前胸进行按压体表定位，胸骨下限及回弹的动态过程。因此，患者的胸部细节也必须清楚、立体。该游戏仍然运用3Ds Max软件设计患者模型，展示患者前胸两乳头、胸骨的体表投影，当施救者按压胸部中央时，患者胸骨会随施救者按压的频率下陷并回弹。

图1　胸外按压

2.2.3120调度员与拨打急救电话的学生 120调度员与拨打急救电话的学生，是教会学生如何拨打急救的教育者。主要通过调度员与拨打电话者的一问一答，教会学生如何快速、简短、清楚地求救。

3　教育游戏的构建

游戏故事背景运用2D环境，当患者突发心脏骤停后进入3D环境。心肺复苏中胸外按压定位、胸外按压速率、胸廓回弹、人工呼吸时间控制整个过程均在3D环境中实现。

3.1系统开发工具

游戏采用Adobe Flash软件开发，编写语言为Action Script 3.0，集成环境为FlashPlayer中的AVM2虚拟机，用FlashPlayer封装成了exe版本客户端，另可输出为swf文件格式版，可以嵌入PC端网站平台，用Flash Player插件打开使用。

3.2运行环境

游戏共有两种运行环境：一种可放于服务器上，只需将“data”文件夹跟“index.html”上传即可，从index.html打开，要求浏览器的Flash播放器插件版本为9.0以上，可以在微软系统（XP，Vista，Win7，8）跟OS系统（mac机）下运行，不可以在iOS（比如Ipad）系统下运行；另一种是把“data”文件夹跟“本地观看.exe”一起在本地使用，直接打开“本地观看.exe”即可。这种情况只能在微软系统下运行，如果在OS系统下本地无法打开“本地观看.exe”文件，则可以用“index.html”代替打开，可以将“data”文件夹及“本地观看.exe”文件一起打包，上传网页下载使用。

3.3系统结构

3D动漫心肺复苏教育游戏由CPR教育游戏介绍、故事背景、CPR急救和知识总结四部分组成（如图2所示）。游戏以白色及蓝色为基色调，布局简洁大方，富有立体感，避免过于艳丽、复杂的界面分散学生注意力。

图2　游戏介绍界面

3.4声音素材制作

游戏场景的气氛渲染不能缺少声音及配乐。当有人突发心脏骤停时，紧急状况的体现，施救者按压胸骨的滴答声，答对或答错问题的提示音都需要合适的声音素材体现。该项目设计过程中，环境气氛、按压动作等声音素材，运用谷歌、百度等搜索引擎寻找；人物声音，由专业配音师根据角色特点进行配音，配音音质清晰、标准，以确保人物活灵活现。

3.5交互实现

交互是游戏设计的灵魂，是隐藏在游戏背后真正驱动玩家与游戏操作互动的原动力。该款游戏以CPR操作流程为主线，通过弹出窗口、动画、鼠标移动、单击双击鼠标跟随事件等方式，实现玩家与游戏的交互，促进玩家潜移默化地学习知识与技能。

3.5.1评估颈动脉搏动、确定胸外按压部位 为让学生主动熟悉颈动脉的体表位置，加强学生记忆，CPR游戏通过鼠标找点的方法，查找正确的体表位置，点错部位会提示位置错误；找点正确，颈动脉体表位置显示红点，促使玩家牢记正确部位。

3.5.2胸外按压 玩家通过点击跟随出现的对话框，选择正确的按压深度。按压过程，玩家有节律地点击鼠标，模拟真实的按压节奏。按压频率反馈，通过记录玩家两次按压的时间差值实现，当时间差值在450～600毫秒段，视为正确的按压频率；时间差值≥450毫秒，游戏界面通过声音文字提示“按压过快”，时间差值＞600毫秒，游戏界面通过声音文字提示“按压过慢”，以确保玩家掌握正确的按压节律。按压过快或过慢出现文字及声音提示（如图3所示）。

3.5.3开放气道 运用鼠标拖拽，控制患者头部后仰的角度。假定下颌骨与水平方向所成角度为v，v的初始值为76°，最大值为95°，中间的角度跨度变化则为一段逐帧动画。根据玩家鼠标拖拽的距离，画面呈现患者头部后仰不同角度。拖拽距离正确，游戏提示气道已打开，拖拽距离过小，游戏提示气道未打开，以此固化玩家大脑中开放气道的正确角度。

图3　按压效果

3.5.4人工呼吸 运用鼠标拖动气量槽指示正确吹气量。吹气过程，根据玩家选择的吹气量值，胸部呈现不同的抬起高度，促进玩家理解吹气量与胸廓上台幅度的正相关逻辑关系。

3.5.5游戏得分 根据美国心脏协会2010版CPR考核标准，将100分值折算到CPR游戏各步骤跟随事件中，回答问题及操作正确即可得分，反之则扣分。每5分为一个等级，96～100分为一等，90～95分为二等，依次递减。游戏通关或失败，界面会自动显示玩家得分及技能等级，让学生直观了解学习成果。

4　游戏运用效果

选取遵义市某中学七年级148名学生为使用对象。超过70%的学生游戏得分在80分以上（如表1所示）。玩耍CPR教育游戏后，43.9%的学生勾选胸外按压为游戏最有趣的环节，34.5%的学生勾选人工呼吸为最有趣的环节（如表2所示）。参照教学目标，胸外按压、人工呼吸环节是教育重点。兴趣是最好的教师，越有趣味性的内容，越能激发学习者的兴趣，吸引他们的注意力。既然学生认为胸外按压、人工呼吸较为有趣，必然会沉浸其中玩耍，势必在玩耍过程中潜移默化地掌握到相关知识，从而实现教育游戏娱乐性与教育性兼顾的价值。

表1　心肺复苏教育游戏得分构成比（n =148）

表2　心肺复苏教育最有趣环节评价（n =148）

教育游戏的讨论、研究和应用开发在教育界、产业界、学术界正如火如荼的展开。教育游戏的仿真功能，能模拟大量的技能训练环境，游戏者能在虚拟环境中进行技能训练，并获得接近实体训练的体会与感受［9］，促进实际操作训练中技能的熟悉与掌握。国内运用教育游戏对青少年进行急救技能培训还处于探索阶段，还没形成一套成熟的标准体系。该实例依据需要层次理论、认知发展理论设计开发教育游戏，使学生在游戏过程中获得CPR知识与技能，有利于激发青少年的学习动机，促进教学目标的实现，对提高我国心肺复苏普及率有一定的积极意义。

参考文献

［1］王燕.基于认知发展理论的Flash教育游戏设计模型构建［J］.中国电化教育，2012（8）：92-96

［2］罗一帆，查晓瑜.将游戏软件与教育结合测评其教育效果［J］.中国电化教育，2009（5）：108-110

［3］李伟，赵蔚，马杰.基于Flash + XML的中学物理教育游戏的设计和开发［J］.中国电化教育，2013（7）：86-90

［4］林崇德，李庆安.青少年期身心发展特点［J］.北京师范大学学报：社会科学版，2005（1）：48-56

［5］周浩慧.教育游戏一种寓教于乐的新方式［J］.计算机教学与教育信息化，2009，5（8）：1958-1959

［6］卞云波，李艺.国外电子游戏教育应用的理论研究综述［J］.开放教育研究，2009，15（1）：93-97

［7］John MF，Mary FH，Michael RS，et al.Part 1：Executive Summary 2010 American Heart Association Guideline for Cardiopulmonary Resuscitation and Emergency Cardiovascular Care ［J］.Circulation，2010，122（suppl 3）：640-656

［8］Kiili K.Foundation for Problem-based Gaming［J］.British J of Edu Technol，2007，38（3）：394-404

［9］魏婷，李艺.Second Life教育应用的现状、问题与趋势［J］.开放教育研究，2009，15（6）：82-87

电话：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，贵州遵义人，教授，硕士，主要研究方向：急危重护理、护理教育。

作者简介：周静（1982-），女，重庆人，主管护师，硕士，主要研究方向：急危重症护理、老年护理。

收稿日期：2015-11-09

基金项目：贵州省科技厅软科学项目“多元化途径提升青少年紧急避险自救互救能力实证研究—以贵州省为例”（黔科合体字［2013］2039号）与2011年贵州省社科规划课题一般项目“贵州省民族地区公众灾害救护能力建设”（11GZYB42）研究成果之一。

【中图分类号】：G434

【文献标志码】：A

【文章编号】：1004-5287（2016）02-0170-04