基于自闭症儿童认知能力发展的互动装置设计研究

郑思思，陈卫东

（苏州科技大学，江苏 苏州 215011）

1943年Leo Kanner 通过对11名儿童的长期临床诊查，将自闭症作为一种诊断分类提出，并明确儿童自闭症患者的一系列特征。自2007年联合国大会将每年的4月2日定为自闭症宣传日后，自闭症逐步被大众所认知。在中国，已有超过1000万的自闭症人群，且以每年20万的数量不断增长。近年来，随着医教结合的推动与新型教育技术的发展，在特殊教育领域，出现了许多数字化的互动式教育应用产品。互动装置以其动态化、可参与性的特点展现出了良好的治疗与教育能力，为自闭症数字化、多媒体化教育与治疗方式提供了新思路。

一、自闭症谱系障碍的研究现状

（一）自闭症谱系障碍的定义

自闭症谱系障碍（Autism Spectrum Disorders，ASD）是一种严重影响儿童成长的广泛性发展障碍（Pervasive Developmental Disorder，PDD）。其核心症状主要表现为社会沟通与交流障碍；兴趣狭窄，进行重复、刻板行为等，严重影响儿童的学习与生活。目前的研究者们主要在生物学、教育学、心理学等方面对自闭症病因进行研究，但仍未能完全解读。

（二）自闭症谱系障碍的主流治疗方式

1.药物治疗

在医学领域，药物治疗通常仅用于辅助缓解自闭症患者的情绪行为异常，如情绪上的易怒、焦躁；行为上的自我伤害、多动等症状。药物多为抗精神病药、抗抑郁药等，尚未出现对自闭症进行直接治疗的特效药物。

2.干预疗法

干预治疗是目前ASD的主要治疗方式，感觉统合训练（SI）、行为治疗（Behavioral Therapy）、结构化教学法（TEACCH）及游戏疗法（Game Therapy）等均显现出良好的治疗的效果。

ASD儿童感觉统合系统大多处于失调状态，无法将视、听、触、前庭功能等感觉进行统合的处理，本体感不佳，常常出现动作不协调等表现。感统训练多样化的训练器材可有效刺激患儿多重感官，增强脑部的统合协调能力，进而促进脑神经与认知行为的进一步发展。

>图1 设计草图

>图2 互动装置原型

行为治疗法是目前ASD中运用最为广泛的干预方式。通过高度结构化的、密集的行为训练来帮助ASD儿童发展社会交往和语言沟通等技能，本质上是通过不断强化患儿对事物作出的正常反应以弱化或取代患者的异常行为。

TEACCH是ASD最有效的方式之一，该疗法指在自闭症儿童面对外部事件的刺激并作出正确的反应时，治疗人员则给出积极的、鼓励式的反馈；若患者作出来错误的反应，通常不给出任何反应，并展示正确的做法对患儿进行引导。

游戏疗法也是治疗ASD的常见疗法。游戏教育治疗对自闭症儿童具有推动认知发展能力、增进人际相处技巧与社会进行互动等多元疗效。如在感知觉能力游戏中，增加玩具的使用可以刺激患儿的感官，有助于提升患儿反应的敏捷性、正确性，增进其动作能力水平的发展。需注意的是，在游戏环节中，要注重对患儿的引导及渐进性教授。游戏过程中引入与他人互动的行为，还能提升儿童的社会交往能力。

二、自闭症儿童群体认知行为特征

（一）心理理论的缺失

心理理论的缺失会导致ASD患儿无法感受到他人的心理状态，缺乏归因能力，造成情感认知缺陷，因此在对外沟通中难以理解他人的意图，影响社交。

（二）中央统合性薄弱

ASD儿童在加工或认知事物时，通常将注意力集中于物体细节，而忽略事物的整体性，因此其较难理解统合的、具有情境性的信息，也难以建立起社会联系，也致使其在注意的持续、转移以及选择等方面存在障碍。而注意力的障碍会导致患儿对事物关联性、深层次含义理解困难。另一方面，在中央统合测量实验中，发现ASD儿童多为视觉优位型，具有较强的视觉空间能力，在图片信息加工上有良好表现。

（三）执行功能障碍

执行功能指个体在实现某一特定目标时，以灵活、优化的方式控制多重认知加工过程协同操作的神经认知机制。对ASD儿童而言，首先其存在抑制控制能力受损，在进行事物加工时对于环境中所存在的干扰因素难以抑制，注意力很容易被转移。其次，ASD儿童还存在认知灵活性受限，有思维定式的情况，这样的问题使其表现出固执、冲动，组织能力差、难以进行计划，而散在机械记忆能力方面表现出色。

三、自闭症儿童认知发展的互动装置设计原则及应用优势

ASD患儿表现出较差的认知、感知及思考等能力，但是视觉加工及机械记忆能力较强，因此在设计创作互动装置时，需统筹多方面要素，以其优势填补其弱势。

（一）设计原则

1.设计简约化

ASD儿童自我抑制统合能力弱，容易被不相干因素干扰。因此，互动装置的设计尽可能减少不相干的元素的存在，让患儿在使用时，将注意力最大程度集中于装置所提供的具体内容中。在功能应用上，简约的设计也能快速让患儿掌握使用方法，理解学习内容。

2.应用个性化

据目前研究可见，高、中、低功能的ASD儿童在各个方面表现出不同的能力水平，且个体在不同年龄段之中，也具有不同的认知状态、感知状态。因此互动装置的设计应具有丰富性并且能针对ASD儿童当前的学习与认知发展水平进行适应性、个性化的调整与更新。

3.感官多样化

互动装置设计还需遵循多感官参与互动设计的原则。色彩等视觉要素输入方式是不可或缺的，ASD儿童良好的视觉空间能力能够帮助其很好地感知并准确表达空间中的色彩、形状、线条等视觉元素，且动态的色彩鲜艳的物体更能吸引其注意力。同时，在设计时还需融入触觉与听觉等感官通道，利用多种材质为ASD儿童创造不同的触觉体验，可以极大程度上拓宽认知范围，增加其本体感。而听觉方面，音乐教学更容易被ASD儿童所接受，且能够提升其神经细胞的兴奋性，促进其注意力、想象力等能力的发展。感官多样化能够有效训练患儿的手眼协调能力、帮助统合感知，放松情绪，增强ASD儿童的认知与学习行为的参与感。

（二）应用优势

互动装置可有效对ASD儿童进行统合训练，激发感知能力。具有“动态”特征的装置教具能够进行及时的交互与反馈，更能吸引患儿的注意力，唤起正向情绪。互动装置多样化的交互手段，能充分刺激患儿的感知器官，教学也能以更为丰富的形态展现，有效提升患儿的兴趣，增强其对知识的理解、转化与运用。

四、面向自闭症儿童认知发展的互动装置设计实践

（一）设计思路

首先，目前市面上大多数的ASD教具多为单一感官的孤立性体验，因此ASD儿童获得的刺激与信息多是离散的，不利于提升其认知水平。其次，通过完成一系列的子任务，以达成终极目标的分解式操作方式在多方研究中被证明可有效提高ASD儿童使用物体的程度。最后，ASD儿童具有急需满足的共性。因此需在认知活动中给予及时的、正向的反馈能减少其不良情绪的产生。

（二）设计说明

1.具体构思

>图3 教师／家长演示

>图4 共同完成认知活动

>图5 开始描绘路径

>图6 描绘路径结束

该装置通过描绘路径调动ASD儿童的手、眼、脑三部分锻炼其感官协调能力，同时对其专注力、敏捷力及视觉辨别能力进行训练（图1）。但由于ASD儿童的行为意外性高、可控性较低，具有一定感官寻求倾向，因此利用光、声等外部媒介设备吸引患儿的注意力，可帮助教学或治疗活动的顺利进行。且多种感官刺激可在一定程度上缓解患儿的感知觉障碍，助其提升认知技能。社交能力也是在患儿认知行为培养方面不可忽视的一点。有社交障碍的自闭症儿童通常会忽视旁人，无法用正确的方式与旁人进行交往。通过合作完成某项活动能使患儿产生“旁人意识”与“交往意识”。

视觉设计上，多采用冷色调。冷色调可使自闭症儿童在认知活动过程中大脑的皮质层活跃度保持稳定，可在一定程度上提升自闭症儿童的阅读与识别速度。颜色搭配也需和谐柔和，对比过于强烈的色彩会引起患儿的兴奋感，导致情绪失控。在认知元素的选择上，几何图形、简笔画等，也更容易被自闭症儿童进行视觉加工。

材料选择上最需重视安全性，ASD儿童存在攻击行为，设计时需避免坚硬与尖锐的形态。装置主要以加厚纸板为主，不易对人体造成伤害，且造价低，能减少ASD儿童的家庭负担。另外，带有图画路径的载体材质可根据需求进行选择，如纸张、棉布等，多层次刺激自闭症儿童的触觉神经，打破感知局限，提升认知能力。

2.功能介绍

该装置旨在通过固定路径的描绘来帮助自闭症儿童发展脑部加工、信息提取等认知功能。（图2）

可重复描绘的图形路径，有效地利用了ASD儿童机械记忆能力的优势，帮助患儿正确认识事物，建立事物与脑部的联结。当ASD儿童用手正确地描绘给定的油墨路径时（如教学所需的数字、几何或动物等图案），装置给予灯光及音乐的正向反馈。若手离开了规定的路径，灯光、音乐均会停止，该方式能使患儿在认知活动中保持集中的注意力并正确地完成任务。该装置可依据教学以及自闭症儿童的能力发展需求更换路径，且有两大交互方式：

交互方式一：模仿学习。面对较为复杂的认知内容，可采取教师或家长先行描绘，患儿后续模仿描绘，二者均描绘完成后，共同将手指放于识别区域完成认知任务。（图3、图4）

交互方式二：分解式教学。该通能模式下由自闭症儿童独自完成。通过分解式操作由局部到整体进行路径描绘，贯彻渐进式教学理念，帮助自闭症儿童更好地认知事物，进而建立起整体的、全局的认知意识。（图5、图6）

将该装置运用于ASD儿童日常训练与治疗活动中，首先可集中患儿的注意力，提升认知效率。其次，在训练其手眼脑协调能力的同时，还能在数个维度上调动起患儿的多重感官并共同作用于认知活动，有效增强其本体感与认知参与感。最后模仿及协作学习的模式能够有效提升自闭症儿童的外在意识与社交能力。

五、结语

自闭症儿童是一个特殊的儿童群体，认知行为能力的提升，能对其未来发展道路起到帮助和促进作用。ASD儿童有其自身独特的认知方式与信息加工方式，在互动装置设计时，考虑视觉、听觉、触觉等要素对患儿的影响，合理地设计多感官体验方式，利用多样化的互动形式，以趣味性为前提加强自闭症儿童的活动参与度，从而提升其认知水平。但是由于自闭症儿童个体差异较大且变化因子多，因此装置的使用还需教师、家长从旁协助。