情境感知在儿童智能玩具设计中的应用研究

刘金玲　蒋晓

摘要：促使儿童智能玩具从技术驱动型向体验驱动型转化已成为儿童智能玩具设计领域的新兴议题。文章以儿童智能玩具——菲比精灵为例，结合交互设计中的五要素与情境的概念，对儿童-玩具交互情境进行情境因素分析，探讨情境感知技术在儿童智能玩具中的应用可行性。

关键词：儿童智能玩具 情境因素 情境感知技术

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2018）06-0120-02

引言

在信息化高速发展的时代下，科技的不断进步促使儿童玩具更加智能化。高科技的介入，使玩具不再以简单的、静态的面貌出现在人们面前，而是以一种新型的玩具类型——儿童智能玩具的面貌出现。儿童智能玩具不同于传统儿童玩具，它通过将数字化媒体和传统玩具进行整合，提供了一种交互丰富的游戏环境。儿童与智能玩具之间可以通过双向交互完成预先设定的任务，而这样的任务可以促进幼儿的认知及行为目标，从某种程度上来说，这是一种非正式的学习。然而，目前关于儿童智能玩具的设计主要集中在功能和技术的实现上。为了使儿童智能玩具逐渐从技术驱动型向体验驱动型转化，在儿童智能玩具设计中可以引入情境感知的概念，这要求设计时全面地考虑设计对象、产品使用的情境、交互方式和用户体验等诸多因素，使儿童智能玩具不再局限于功能的实现，而是基于儿童生活的真实情境中，使儿童与玩具互动时玩学一体，达到促使儿童全面发展的目的。

一、情境感知

“情境感知”也可称情景感知，这一术语最早是由施利特（Schilit）和泰默（Theimer）在1994年提出。随后，不同的研究者给予了其不同的含义。1999年，Schmidt等人将情境感知定义为“情境感知是关于用户和IT设备状态的知识，包括周围环境、情况和位置”。2000年，戴伊（Dey）在其博士论文中将情境感知定义为“情境感知是系统使用情境为用户提供相关信息和服务，其相关性取决于用户的任务”。2004年，沙勒（Chaari）等人认为情境感知就是感知用户所处的情况，推测用户在此情况下最可能的行为或需求，然后提供相应的信息和服务。2008年，莫埃兹米罗于（Moeiz Miraoui）等认为情境感知是计算系统自动感知和应用情境信息，并根据此作出决策和提供响应或服务。因此，结合儿童智能玩具的使用特点，文章中情境感知可以理解為通过传感器及相关技术自动地感知和获取当前用户情境信息，并可以结合用户特征描述和环境状态，响应用户需要或学习用户操作。

目前儿童智能玩具已经具备了智能性和多技术集成性等特点，可以基本实现对周围环境中光线、声音、温度等感知，各大公司也在致力于开发基于各种传感器技术的儿童智能玩具，例如美国孩之宝公司开发的“菲比精灵”玩具（如图1），它本身藏有5个传感器，并且具有简单的自然语言处理、语义分析能力和理解、知识构建和自学习能力，能与玩家直接进行语音交互，交流培养感情。这些智能玩具的开发为儿童的生活娱乐方式和身心发展提供了个性化的服务模式。除此之外，传感器技术、机器学习技术的快速发展，为情境感知技术更好地应用于儿童智能玩具领域提供了可能性。

二、情境因素分析

在现实生活中，人们获取外界信息除了自身感官获取外，更多是来自于外部设备，特别是智能设备的获取。智能设备如果想在合适的时间、地点以合适的方式传递给用户合适的信息、服务，则需要智能化的情境感知系统。情境感知系统是从智能计算机设备角度来定义其内容的，是对设备收集、处理和传递信息方式的一种描述，也可理解为设备的智能化体现。而情境因素是情境感知系统获取数据的重要来源。情境因素的不同划分方式可以帮助设计师们理解与用户生活息息相关的情境信息，以此转化为设计的依据。

目前关于情境因素的划分，存在着多种划分方式。施力特（Schilit）等人将情境分为计算情境、用户情境和物理情境。其中，计算情境包括网络连通性、通信成本、通信带宽及附近资源等；用户情境包括用户特征和位置等；物理情境包括光线、噪声、交通状况和温度等。随后，Chen和Kotz在此基础上又增加了一类时间情境，包括日、周、月和四季等，从而将情境分为计算情境、用户情境、物理情境和时间情境四种类型。文章以儿童智能玩具为研究对象，其设计重点在于思考儿童与智能玩具之间的交互行为，因此可以将交互设计的要素介入到产品的设计过程中，从而创造出具有良好体验的儿童智能玩具。结合交互设计的五要素（人、动作、工具或媒介、目的和场景）和情境因素的划分方式可以将儿童-智能玩具的交互情境因素划分为社会情境、用户情境、物理情境和时间情境四种类型（如图2）。其中具体包括：

（1）社会情境：儿童在什么背景下发生了与智能玩具之间的交互行为，不同年龄阶段的儿童需求是什么；

（2）用户情境：发生交互行为的客体——儿童人群本身，包括儿童的心理状态和生理状态，以及儿童使用智能玩具时的行为方式和儿童-玩具-其他人间的互动关系；

（3）物理情境：儿童通过什么途径/工具完成与智能玩具之间的交互行为，以及智能玩具通过硬件技术所感知到的环境中的物理变量；

（4）时间情境：儿童在玩智能玩具时的动机，以及不同动机所对应的及时性或非即时性的反馈。

三、情境感知在儿童智能玩具中的应用

基于以“人为中心”的交互设计理念，将情境感知的原理融入儿童智能玩具设计的应用中，从而提高玩具的智能性和用户的满意度。文章以“菲比精灵”为例，描述一个儿童一智能玩具的情境故事，其中把用户、行为、动机以及使用情境作为故事的基本元素，以用户行为为中心，通过设计一个完整的任务流程，从而发现儿童与智能玩具间的触点，为儿童智能玩具设计提供依据。

情境故事：刘小宝是一名5岁的儿童，今年儿童节妈妈给她买了一款菲比精灵作为儿童节礼物。刘小宝总是每天8点带着菲比精灵一起去幼儿园，10点-11点的自主游戏时间内，刘小宝喜欢和菲比精灵玩耍，有时候她也会和同班的小朋友一起进行角色扮演游戏——娃娃家。刘小宝希望菲比精灵能学会更多语言，和她一起成长。

在刘小宝与菲比精灵的情境故事中，共涉及到社会情境、用户情境、物理情境和时间情境4种情境因素，（如图3）所示，每个情境下的用户需求也具有差异性。

（一）社会情境

信息时代下，儿童的生活方式发生了改变，他们接受的教育也不再单纯是书本知识的学习，而且随着人们对儿童早期教育的不断重视，儿童智能玩具出现在人们的视野中。智能玩具占据了儿童大部分的闲暇时光，儿童使用智能玩具的场景也有很多，基本上可以分为两大类，一类是家庭，另一类是社会场所。家庭又包括室内、庭院等；社会场所如社区、公园、幼儿园、游乐场等。故事中刘小宝和菲比精灵玩耍的主要场景是幼儿园，因为菲比精灵作为一款外形小巧的智能玩具，很方便儿童携带，这就为儿童使用它的场景带来了更多可能性。

（二）用户情境

刘小宝是一名5岁儿童，这一时期的儿童在生理上已基本完成了各器官的发育；在心理上，情感丰富，情绪容易受到外界因素的影响而产生波动。同时，这一时期儿童的社会性开始显露，儿童有了基本的社交能力，在玩耍的过程中喜欢对周围的人、活动进行模仿。所以，在这个阶段，周围的人，环境对他们成长的影响非常显著。而菲比精灵作为智能玩具，其最突出的功能就是语言习得性，它的母语是菲比语，在与人类交流的过程中会渐渐学会中文及英文两种语言，在儿童与它交流的过程中，不仅能锻炼语言沟通能力，也能让菲比精灵更加智能化。

（三）物理情境

儿童智能玩具强调儿童和玩具之间的互动，由于玩具本身具有一定的感知能力，能够根据儿童的操作进行回复；而兒童也能够识别玩具表达的信息，根据提示进行相关操作。在通常情况下，儿童智能玩具主要通过两个渠道实现和儿童的互动。一，儿童和智能玩具的互动；二，儿童借助智能玩具和其他人发生互动。菲比精灵其柔软的外表下藏着5个传感器，可以感知外界的光线、声音、拉拽、抚摸等因素，进而通过电动马达和齿轮系统让眼镜、嘴巴和耳朵等部位作出不同的反应。因此当儿童挠它的头顶、后背、胃或者尾巴会让它大笑，它的眼神表情也会随之而改变。同时内置处理器让菲比精灵具备一定的思考能力，它不仅可以通过与主人的接触交流感情，还可以和其他菲比精灵相互沟通。因此，儿童除了和菲比精灵玩耍，还可以和玩伴以及他的菲比精灵一起玩耍。

（四）时间情境

儿童成长的过程有一个基本的需要即学习的需要，而儿童最初的学习方式是通过游戏习得的。儿童在游戏中探索和发现周边事物，对新事物形成初步认知，并通过感知系统在大脑中构建一个外部世界的“影像”，从而加深认知并形成概念，由此获取经验。因此，在幼儿园的课程设置中都会安排游戏时间，这一时期的儿童语言能力、自主动手能力都有了快速发展，所以老师不再引导，主要是小朋友们自己组织游戏。一般教室里会提供不同的区域活动，如建构区、绘画区、娃娃家等，儿童根据自己的兴趣选择想参与的区域活动。刘小宝热衷于角色扮演，所以她一般会选择娃娃家，和小伙伴以及菲比精灵等各种道具扮演不同角色，构建属于自己的梦想家园。

基于对情境故事中不同情境因素的分析，可以帮助设计师了解不同情境下的感知，从而完善用户需求分析。同时，以不同情境下的用户行为为中心，可以促使设计建立在真实的情境中，实现科技与人的高度结合，这种基于情境感知的用户体验才能由“被动满足”转化成“主动服务”。

结语

基于情境感知设计的儿童智能玩具与普通玩具有很大不同，其主要的特点是可以通过传感器等技术获得用户所处情境的相关信息，从而提供相应服务。情境感知的加入可以帮助儿童增强对自己周围环境的感知和理解，调动儿童参与的积极性，通过儿童智能玩具实现与周边环境和人的联系，达到儿童-儿童智能玩具-环境-他人之间交互更自然顺畅的目的。文章综合情境感知及情境因素研究，以“菲比精灵”智能玩具为例，分析儿童一智能玩具情境故事中的情境感知，验证情境感知在儿童智能玩具设计中的可行性。研究发现通过情境感知技术的加入，可以提高儿童持续参与的积极性，让儿童在游戏的过程中有效地接受知识信息，真正地达到寓教于乐的目的。