学龄前儿童陪护机器人交互设计研究

朱婧璇 高娃

摘要：探索和研究面向学龄前儿童的陪护机器人交互设计。通过调查学龄前儿童的基本行为和心理特征，对儿童操作界面的功能层级、使用场景等进行分析，并进行学龄前儿童陪护机器人的交互界面和交互行为设计研究。提出具有可行性的、且易于学龄前儿童使用的陪护机器人交互设计方案。可为学龄前儿童陪护机器人交互设计的深入研究提供参考。

关键词：学龄前儿童;陪护机器人;交互设计

中图分类号：TB472

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2020）03-0145-03

引言

儿童的成长需要陪护，尤其是3～6岁的学龄前儿童。他们的自我保护意识较弱，独自玩耍容易发生意外。如果缺乏有效的陪伴，儿童容易产生孤独低落的情绪。随着信息技术、机器人技术等不断发展，陪护机器人的出现大幅度地减少了这样的风险。陪护机器人不仅可以帮助儿童消解不良心理与情绪，还可以采用寓教于乐的形式激发孩子的学习兴趣，有助于养成良好的生活习惯。为此，本文着重分析学龄前儿童、陪护型机器人、使用环境之间的互动关系，面向学龄前儿童进行陪护机器人交互设计，提出学龄前儿童陪护机器人人机交互界面方案，可为该类产品的深入研究提供有益参考。

一、设计调研

根据中国教育部对中国儿童的划分，学龄前儿童的年龄是3～6岁。这一阶段，儿童具有了基本的认知行为和行动能力，记忆力由无意识记忆到由兴趣培养的有意识记忆，想象力由无意想象到以再造想象[1，2]。学龄前儿童在家玩耍时，如无人陪护很容易发生意外伤害。同时，如果家长缺乏时间和精力提供有效陪伴，儿童容易产生焦虑、孤独和其他负面情绪[3]。有研究表明，亲子情感与游戏的互动是孩子模拟的社会行为，有助于孩子形成正常的社会人格[4]。

人机界面是决定用户与机器沟通是否良好的关键。易于理解的人机界面必然在尊重用户个性化追求的基础上充分贯彻“以人为本”设计理念，这与后现代设计风格中提出的对个性化的追求有相通性[5，6]。在人机界面的设计过程中，充分把握认知负荷、合理控制认知容量与认知次序能够有效提高用户学习和理解的效率[7，8]。学龄前儿童识字有限，对声音、图像等更为敏感。因此，在面向学龄前儿童进行人机界面设计时，要尽量减少文字的使用，以语音、图像、视频为主。此外，还要更多地关注儿童热衷重复性行动的习惯特征，给予他们更多的时间和自我操作机会[2]。

目前市场上的儿童机器人大多以教育、游戏和陪护功能为主。在市场调查中选择了六款不同品牌、价格基本相持平的兒童机器人进行分析，分别为艾猫、Luka、好而优、智伴、好帅大头、阿尔法小蛋。

1.外观设计与交互方式调研：对六种儿童机器人的外观造型均倾向于小巧、可爱的设计风格。从交互方式调研发现大部分都需要语音或动作唤醒后才能接受指令，同时，普遍功能键设计使用感较差。对比分析如表1。

二、用户需求及使用场景分析

在上述设计调研及分析基础上，分别从隐性要素和显性要素探索用户需求，并分析学龄前儿童陪护机器人的使用场景。

（一）隐性要素

在学龄前儿童陪护机器人交互设计中，隐性要素主要来自于提升儿童认知的一些要素。例如，学龄前儿童具有好奇心强、情绪支配行动、喜欢模仿的心理特性，对于形象记忆的效果优于抽象记忆的特点。面向学龄前儿童的陪护机器人设计应考虑的隐性要素包括：a）交互方式生动有趣;b）操作简易性;c）安全性;d）事物应建立联系，有助于形象记忆;e）满足儿童的感官期望;f）条理分明，逻辑清晰。

（二）显性要素

学龄前儿童陪护机器人交互设计中的显性元素主要来自于能够吸引儿童注意力的色彩、形状等。例如，人机界面设计中需要考虑形状特征，通过增大形状特征及其属性差异可以增强目标形状的突显性[9]。程度强的颜色更容易被视觉感知，其视觉感知层次越近，视觉搜索速度越快[10]。面向学龄前儿童的智能陪护机器人设计的显性要素应具有如下特点：a）界面视觉效果保持一致;b）仿生造型，情感性、趣味性浓;c）可使用明度高、纯度高的颜色;d）外形浑圆可爱、拟人风格;e）满功能层级简洁、易上手，利用图片与动画形式播放，直观且生动有趣;f）文字信息简洁，图文并茂;g）错误选择时有信息提示。

（三）使用场景分析

通过隐性要素和显性要素的分析，明确了学龄前儿童陪护机器人的用户需求。在此基础上，将学龄前儿童陪护机器人的典型场景分为陪伴、沟通、学习、游戏四个场景。在这些场景下，用户可以通过界面控制学龄前儿童陪护机器人，通过语音、动作等交互方式实现人与机器人的交互。在上述四个场景下，用户的基本使用情况分析如下。

1.陪伴场景。学龄前儿童独自玩耍时，陪护机器人应保证其能够安全，遇到危险应该发出警告。例如，儿童在家具的尖角附近玩耍应当及时制止，用身体挡住儿童的前进路线，以防儿童受伤。机器人无法解决时，先了解孩子状态，而后向家长发送状态信息，并启动报警装置。

2.沟通场景。学龄前儿童相较于一般用户更需要呵护，当儿童独自玩耍产生孤独甚至悲观的情绪时，儿童智能陪伴机器人需要及时发现问题，并立即做出反应。例如，通过游戏分散注意力，必要时可以通过视频或语音电话联系家长，进行沟通，消除儿童不良心理。

3.学习场景。成长教育对于学龄前儿童而言至关重要，机器人要正确有效地引导儿童主动学习。由于学龄前儿童具有强烈的好奇心和模仿欲，儿童机器人在此场景下的言行必须有严格的规范。在面向学龄前儿童进行教学过程中，要注意教学方法，避免学龄前儿童对学习产生抵触情绪。

4.游戏场景。游戏寓教于乐的方式能够吸引学龄前儿童关注，让学龄前儿童主动学习。游戏的奖励机制也更容易培养学龄前儿童的生活习惯。在此情境下，机器人可以通过语音指令和音乐提示为儿童布置游戏任务，通过奖励机制，促进和引导儿童形成良好的生活习惯。

三、交互行为分析

（一）功能菜单设计

1.主界面功能层级设计：学龄前儿童陪护型机器人主界面分为注册登录界面与功能操作界面。功能操作界面从智能场景和交互方式展开。其中，智能场景界面是在不同场景下，为了满足用户需求，对功能进行的细分并完善;交互方式则是针对不同智能场景，完成多种交互方式结合的交互过程。学龄前儿童陪护型机器人的基本功能层级如图1所示。

2.智能场景菜单设计：陪伴和培养习惯是学龄前儿童陪护型机器人智能场景菜单设计的重要目标。由于學龄前儿童正处于对事物充满好奇、模仿心理强烈这一成长阶段，学龄前儿童陪护型机器人通过陪伴时刻保持监控，关注孩子的言行，规避风险，并对孩子的言行进行有益疏导，对学龄前儿童的身心健康具有重要作用。与此同时，通过游戏制定目标，引导学龄前儿童主动学习，也能够促进学龄前儿童养成良好习惯的养成。学龄前儿童陪护型机器人的智能场景菜单设计如图2所示。

（二）不同使用场景下的交互行为设计

1.陪伴场景：学龄前儿童陪护型机器人通过摄像头实时观察儿童行动，陪伴儿童的场景下的产品行为如图3所示。该机器人观察儿童状态，如果儿童状态良好，开心玩耍、亦或是认真看书、学习，机器人处于待机状态，安静陪伴儿童。如果儿童表现出不安情绪，例如，丧失耐心、烦躁、哭泣，该机器人尝试用讲故事、与儿童对话、播放音乐或视频、切入游戏场景等方式分散儿童注意力从而缓解学龄前儿童的不安情绪。

2.游戏场景：在游戏过程中，通过游戏规则潜移默化影响儿童能够有效促进儿童良好习惯养成。在游戏场景下该机器人人机界面的信息架构如图4所示。在游戏场景下，为学龄前儿童设计三种游戏方式，包括倒垃圾、喂食小动物和刷牙。这三种游戏方式的设计目的在于让儿童逐渐产生环境保护、爱护动物、健康卫生等意识。

大多数儿童在游戏过程中并不会对游戏结果有预判，而是在了解游戏规则后直接开始游戏。这是学前儿童特有的直觉性游戏行为。根据这一特征，可将游戏场景由全展示改变为模块化展示[11]。每完成一个阶段分类后，当前情境切换为下一个新的场景，最终拼成完整地图。以倒垃圾游戏模式为例，这种模块化展示既能够提高游戏场景的规模，也能够打破屏幕的局限，同时还能够锻炼儿童的记忆里，以及测试儿童对垃圾分类的了解程度。

四、界面设计

界面卡片分为三种类型，一是图片卡片、二是视频卡片、三是计划表卡片。采用卡片化的形式，分步学习。将大的知识点拆分成块，由易到难，逐个击破，并一一掌握，最终串联到一起，融会贯通。

图片与视频都是儿童喜欢并易于掌握的教学形式，音频可以根据用户需要，无限次数播放。采取计划表的方式，每次完成一项内容，就会在其所对应的计划后打钩。通过记录所用时间，对每次完成情况有所掌握，并根据完成情况及时合理地调整规划。有利于儿童更好地掌握知识点，培养儿童有意识的养成做事有计划的良好习惯。中、英文学习的低保真界面如图5a）所示。

由于卡片在图5a）界面中过于狭小，因此图5b）将图片、视频的内容展开，满足了屏幕的局限性，使用户更好地使用跟读模式。跟读的低保真界面如图5b）所示，在图5a）点击图片或视频，进入图5b）跟读模式。

两种方法均可以完成跟读训练，儿童可以根据需要进行选择。一种是图片法，首先观察图片，接着播放录音，最后让儿童跟读所听得到单词。另一种是视频法，儿童先播放视频，在认真观看视频后，回答视频最后所提出的问题，回答完毕后，系统会对儿童的回答内容进行判定并打分。同时，与历史记录分数作对照，对比前后两次的成绩，透明直观地了解儿童的真实情况。采用识图与视频相结合的学习方式，使儿童更好地掌握知识点。且每次学习成绩有记录，更能督促孩子学习。

根据保留的历史数据，通过智能算法及时调整学习计划，针对艾宾斯浩曲线记忆法，在特定时间节点进行复习，让儿童对知识点的掌握更加牢固。学龄前儿童对于图片、视频的认知远高于文字，因此，在跟读时，把文字转化成图片、视频，更有利于儿童学习掌握。

为了让视频观看有更好的用户体验，设计的界面尺寸为长30.5cm、宽25.4cm的12.1英寸屏幕。界面的设计是扁平化风格，左右滑动进行界面切换，简单易操作。由于儿童对文字辨识有限，以动作结合语音交互方式为主，设计出生动形象的图片更有利于识别。主界面的高保真界面如图6所示。

明艳、跳跃的色彩对于儿童而言更具吸引力，同时，科学研究表明：程度强的颜色更容易被视觉感知。因而主色调采用黄色，活泼而充满朝气。复杂的界面并不适合儿童，且容易误操作，因此，主界面的设计布局简单明了，功能包括状态栏、图标和帮助。

传统的界面设计过于方正，且图标中规中矩过于呆板。所以，从儿童角度考虑，界面图标的外轮廓采用圆圈形状，俏皮可爱。图标造型是夏日主题，有冰激凌、花朵、猫咪等造型，猫咪造型根据不同图标有不同的造型，生动有趣，深得儿童喜爱，从外观、操作等多方面让儿童愿意主动使用儿童智能陪护机器人。

结论

通过调查学龄前儿童的基本行为和心理特征，对学龄前儿童陪护机器人进行交互设计，对儿童操作界面的功能层级、使用场景等进行分析，并进行学龄前儿童陪护机器人的交互界面和交互行为设计研究。

儿童陪护型机器人作为陪伴儿童成长的伙伴，很大程度上解决了家长因工作繁忙无法陪伴孩子的难题。同时保护了学龄前儿童的身心健康，看护儿童使他们远离危险，关心儿童心理健康，远离孤独、忧郁、焦躁等不良情绪。

随着现代人对心理问题的重视，陪伴型儿童智能机器人将逐渐普及到每个家庭中。为了让儿童更好地使用交互界面，需要设身处地从儿童考虑，设计每个场景下的儿童行为流程设计图，并通过实地调研不断完善。构建学龄前儿童机器人的交互界面系统，并通过评估与设计实践验证，对学龄前儿童陪护型机器人的界面设计具有一定的指导性。

基金项目：江苏高校品牌专业建设工程项目（PPZY2015B150“木材科学与工程”）。

参考文献

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[3]林昱川.儿童陪护机器人远程亲子交互设计应用研究[D].华侨大学，2017，6-8.

[4]宋慧.3～6岁幼儿亲子互动的缺失调查及应对策略[J].新课程研究旬刊，2014（8）：68-69.

[5]靳晓佳，郁舒兰.构建诗意化生活——当代家电产品设计的艺术化研究[J].设计，2016（15）：124-125.

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