基于儿童认知发展理论的科技馆互动装置设计研究

徐红蕾 申梦圆

摘要：科技館的科普教育功能日渐重要，学龄期儿童作为科技馆重要的参观群体，与科技馆的展示装置尤其是互动装置有着密不可分的关系。文章从儿童认知发展理论出发，侧重研究6～12岁学龄期儿童认知发展状态，提出科技馆互动装置设计策略。从用户认知发展模型、装置内容与形式、互动体验三方面寻找贴合儿童认知发展的科技馆互动装置设计策略，以期提升我国科技馆展陈设计水平，增强儿童思考能力。

关键词：儿童认知发展理论;科技馆;互动装置;互动体验

中图分类号：G315 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2021）19-0-03

随着社会的不断进步和科技的迅速发展，我国科技馆逐渐成为全民科普教育的前沿阵地。互动装置是科技馆系统中最小但却最重要的单元，是科普教育的主要工具之一，互动性是其显著特点。儿童在日新月异的数字化环境下成长，逐渐成为科技馆的主流人群。在科技馆互动装置的研究中，需要针对儿童认知发展进行相关研究与设计策略探析，以达成提升儿童科学素质的目的。

1 儿童认知发展理论与科技馆互动装置

联合国《权利公约》将儿童定义为“18岁以下的任何人”[1]，我国法律规定未成年人是未满18周岁的公民。瑞士心理学家皮亚杰将儿童的心理阶段划分为四个阶段，其中7～12岁为具体运算阶段[2]，具体特征为可独立组织各种方法进行正确的逻辑运算，但离不开具体事物或形象的帮助。我国将儿童6～12岁划定为学龄期，儿童6岁进入小学接受教育，开始系统化学习，因此，本次研究侧重于6～12岁的儿童。

1.1 儿童认知发展理论

生活中无处不有认知活动存在，儿童天真无邪、活泼自由，儿童的心理和行为在成长过程中不断成熟，为成人后的心理和行为打下了牢固的基础。研究儿童全面发展离不开对儿童认知发展理论的研究。儿童认知心理学主要研究儿童认知过程如何影响其行为。互动装置提取的信息具有代表性、特征性，有利于巩固儿童的记忆，影响儿童的行为体验。

儿童认知内容包含感知觉、注意、表象、记忆、学习、思维、语言、情绪、行为及对应各种形式活动。

感知觉发展状况：人们和世界进行交流通过感觉实现。感官器官通过视、听、味、嗅、触觉感知外界信息，整体反映客观事物，形成对于感知到的信息的解释，是接受刺激的起始过程。知觉是感觉的高级认知形态。儿童在多种装置构成的环境中主要通过感官和知觉体验获取、处理、加工多种信息。

注意发展状况：注意是心理活动对客观事物的聚焦和集中。互动装置所包含的声像、造型等信息都会对儿童产生注意活动。敏锐、力量、准确三种特征会率先引起儿童注意，所以装置需要在短时间触发与儿童的交互活动。

表象发展状况：表象是感知进入思维的中间环节，具有直观性、概括性的特点。

记忆发展状况：在儿童认知客观世界中，有意识记和无意识记结合发展。

学习发展状况：利用儿童认知装置能够有目的、计划、系统地掌握知识、技能和行为规范，但将认知到的事物运用到生活中尤为重要，还需多加练习与巩固。

思维发展状况：思维能力展现了用户如何理解图像、认识图形和创造性思考。儿童在成长的过程中，会充分发挥色彩想象力，认知色彩时容易联想到现实中具体的事物。

语言发展状况：随着年龄的增长，儿童语言表达能力提升。

情绪发展状况：儿童情绪具有不稳定等特点，在现实生活中需要满足儿童的社会性需求，充分给予其尊重与爱。

行为发展状况：社会、家庭、展陈环境等多种因素都会对儿童行为产生影响。

1.2 科技馆互动装置

新媒体技术的迅速发展，完善、丰富了互动装置的展示形式，赋予了其新的审美模式。随着时代的进步，互动装置成了集技术性和艺术性于一体的展示装置，有助于增强其艺术性和参与性。互动装置从本质上说是艺术家创作出来的艺术作品，需要在保证安全性的基础上满足功能性需求。

互动装置的基本形式有触控式、转动式、按压式、手动式或身体局部操作式，信息传播单向性和强制性明显。以大屏投影互动为主的多媒体沉浸式互动装置[3]，如纽约科学馆用波浪形墙壁展示具有交互式的数字虚拟生态系统，人们探索这个虚拟环境中的自然规律，感受万物互联互通。空间场景呈现型互动装置由场景搭建等相关展示陈列装置组成，允许用户根据自身认知和理解体验场景情境，真实性强。例如，有关历史人物的科技发明的展陈通常利用舞台、道具、布景等装置营造特定环境，创造“与科学家面对面”的情境。

中国科学技术馆内的月球漫步展示利用一系列交互设备构造虚拟现实环境，观众通过完成月球探索任务获得沉浸式感官体验。给观众带来全方位沉浸式体验的球幕、巨幕、动感影院，在体量方面能有效烘托环境气氛，会引起用户的视觉量感效应。互动装置的基本形式有其自身技术方面的协调性，受用户体验需求的影响，结合型互动装置的应用程度越来越高。

1.3 科技馆互动装置与儿童体验

儿童在认知互动装置时，对互动装置的界面、色彩、尺度等方面进行认知是一个单独的、分解的任务处理过程：互动装置直接展示需要包含能够引起儿童关注的信息、画面甚至声音等;儿童外部“输入指令”与装置形成“通信”;装置内部处理指令信息，形成反馈;儿童接收信息，影响儿童大脑映像，重复动作。互动装置传递展示信息体现了客观环境与用户机体内部处理的结构。外部环境、互动装置形式、传达的信息等被儿童感官系统感知，在儿童脑内转译、记忆，中枢神经思考信息，转换为儿童的外部行为，进而影响下一次操作[3]。

多感官性的互动设计可以丰富儿童体验的方式和途径。注重运用多种感官体验方式帮助儿童理解陈列语言，有助于科技教育文化知识潜移默化地影响儿童。用户的行为是复杂多样的，互动行为参与由主题诱导产生，参与的行为由肢体行动层到观念交互层。用户行为受所处环境、教育背景、社交人群等的影响，儿童所处环境、空间、装置等状态应符合儿童活动安全性要求。空间中的互动装置应作为儿童探索行为的操作对象，引导儿童组织行为。陕西科技馆内儿童认知小球运动装置使知觉产生，互动装置吸引儿童注意力，儿童从远处看到装置色彩，在脑中形成视觉表象;在参与过程中持续注意装置状态，近处形状表象进入儿童大脑促进思考;儿童思考结果并付诸实践，转动轮盘操作装置细部完成（见图1）。

2 基于儿童认知发展理论的科技馆互动装置设计策略

2.1 认知发展模型框架的建构

信息时代更重视用户在展示活动中的地位及其生理、心理需求。如何梳理与整合多样且庞杂的信息？信息蕴含于儿童认知发展模型中，条理清晰的流程是使儿童思维清晰的重要步骤。儿童根据先前经验对互动装置信息进行理解，产生情绪、情感等显性输出反应，执行操作与装置产生互动。儿童置身于互动装置构成的展陈环境中接收信息，多感官系统受到环境信息的刺激，大脑对接收到的信息保持持续性注意。认知过程进入记忆模块后，大脑接收到的信息由感觉记忆向临时记忆发展，再次转化为长时记忆的信息形成知识长久保存。中枢处理器指导儿童输出动作，做出相应的语言、动作、表情等[4]。

2.2 展示内容与展示形式设计

对比研究和实地调研发现，国内科技馆展示内容具有普适性和滞后性的特点，互动装置的造型新颖性、造型感还需深入研究。展示策划本质上是艺术与科技融合的展览，需要考虑科技发展趋势、当代科技整体状况以及艺术风格与潮流。

互动装置从本质上来看是一件艺术作品，艺术作品的设计离不开时代背景、用户认知、地域因素。只有这样创造出的艺术作品才是有共鸣、有归属感的作品。一般来说，凝聚了时代背景、民族地域精神和用户认知的艺术作品具有突出的文化传播价值。科技馆需要在新时代新科技革命浪潮下，贴合地域特色，结合现状分析与调研问卷策划展示内容。大众媒体在向公众传播科技信息的过程中，需要明确反映科学规律的深刻本质，考虑用户的可接受程度，带给用户新认识、新感受。

在展示形式方面，因为儿童本身好奇心强，所以对操作型互动装置的体验仅是出于一时新鲜。多媒体沉浸式互动装置可以通过氛围营造，调动用户多感官系统，突出科学的内涵和主题。空间场景型互动装置具有参与性、互动性强的特点，儿童参与体验过程能增强空间叙事性。可以结合型互动装置为主要展示形式，从造型、色彩、材质入手，用基本元素构成装置形体作为“展台式”装置的补充，强调提高装置的趣味度、美观性，提高儿童的美学修养。装置的可视部分为系统表象，需要有条理、恰当且易于操作，使儿童在展示空间中的审美观念转变为“以人为本”的参与展示。装置造型的色彩需要有整体规划，材质需要环保无毒，保证儿童安全（见图2）。

2.3 儿童互动体验感的增强

科技与文化的融合体现在科技馆中，要求展示装置具备趣味性、参与性与互动性。心理学研究表明，人接收外界信息主要依靠视觉感受，以听觉、味觉、嗅觉和触觉感受为辅。装置设计应建立在展品与儿童感官的交流联系上，让互动装置从多感官系统上影响儿童心理，促进儿童身心发展[5]。儿童在空间中会选择性体验装置，在没有其他因素干扰的情况下完全依赖自身感觉。通过视、触觉感知到的信息在儿童脑中建构成完整的原理与模型，影响儿童认知。在互动体验中，视觉和听觉信息的反馈同样重要，愉悦的声音有助于人们缓解压力，营造轻松愉悦的氛围。味、嗅觉在我国科技馆互动设计中运用极少，但运用在互動设计中对于儿童来说是一种很好的认知世界的方式。

为了增强装置的互动性与儿童体验感，对筛选到的内容进行信息层级划分，构建符合儿童认知任务的模型，描述体验互动装置的过程，把需要体验的任务概念化、过程化，帮助儿童体验、增强记忆。

3 结语

科技馆互动装置多感官交互的能力将用户真正纳入展品中。儿童认知发展框架的构建、互动装置的展示内容和形式以及儿童互动体验感的增强是互动装置设计需要考虑的重点，优化儿童与科技资源之间的互动，增强儿童用户群体体验感，有助于塑造儿童科学观，促进儿童全面发展。

参考文献：

[1] 儿童权利公约[EB/OL].联合国公约与宣言检索系统，https：//www.un.org/zh/documents/treaty/files/A-RES-44-25.shtml，1999-09-02.

[2] [瑞士]皮亚杰，[瑞士]英海尔德.儿童心理学[M].吴福元，译.北京：商务印书馆，1980：70-72.

[3] 姜在新.互动装置艺术的特征研究[J].美术大观，2006（11）：146.

[4] [美]奈瑟.视觉认知心理学[M].章明，译.上海：华东师范大学出版社，1967：8-12.

[5] 谢悦.关于新媒体互动装置艺术的探索[J].大众文艺，2017（5）：64.

作者简介：徐红蕾（1975—），女，陕西西安人，硕士，副教授，研究方向：艺术设计。

申梦圆（1995—），女，山西长治人，硕士在读，研究方向：设计学。

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