学龄前儿童合作行为养成系统游戏化设计研究

邱杰，胡康，陈丰

学龄前儿童合作行为养成系统游戏化设计研究

邱杰1，胡康2，陈丰1

（1.安徽科技学院 机械工程学院，安徽 滁州 233100；2.武汉科技大学 艺术与设计学院，武汉 430065）

当前儿童合作行为主动发生及持续发生率较低，通过产品设计促进儿童合作行为养成。通过观察、深入访谈和问卷调研的方式分别对儿童、教师和家长进行需求调研，结合儿童发展心理学总结出学龄前儿童合作行为养成难点并提出解决策略；对行为养成相关产品进行市场调研，产生设计定位，结合机制元素和组建元素调研排序结果，进行游戏化设计实现；通过八角行为分析法框架对产品信息架构进行分析及优化，进而进行产品UI界面设计和学龄前儿童课堂交互机器人设计。构建了基于DMC的游戏化设计流程，完成了学龄前儿童合作行为养成系统游戏化设计，得到被测试者认可。将设计方案进行用户测试并针对评价结果提出优化方案，验证了基于DMC的游戏化设计流程在学龄前儿童合作行为养成系统设计中的可行性和有效性。

工业设计；游戏化设计；DMC；八角行为分析法框架；合作行为养成系统；学龄前儿童

游戏化设计目前应用于行为养成方向的研究仍处于起步阶段，但其作为一种有趣的、高效的、导向型的驱动方式，在引导和促进行为养成中具有一定的发展潜力。游戏化设计理论对引导用户行为有较好的效果，然而应用于儿童合作行为养成的设计研究较少[1-4]。对于学龄前儿童行为养成，有学者基于DMC系统进行设计研究及实践，但单纯使用DMC系统较难检验游戏化设计程度，需要增加检验设计架构的工具。然而，八角行为分析法框架可以对产品信息架构进行定性分析，以便优化。因此，本研究在国内外学者研究的基础上，以学龄前儿童为目标用户群体，结合DMC系统和八角行为分析法框架指导行为养成类产品设计，从而引导学龄前儿童行为养成。

1 游戏化设计方法

“游戏化”于2003年被提出，2010年被广泛使用，对于其定义，至今不同学者仍有不同的说法，其中认同度最高的是凯文·韦巴赫（Kevin Werbach）的说法，他认为“游戏化是指在非游戏情境中使用游戏元素及游戏设计技术”[5]。国外对游戏化的应用研究起步早且较广泛，起初运用在企业管理研究领域，然后扩展到了教育研究领域[6-9]。游戏化设计最早是从电子游戏设计中提取重要的游戏机制，然后应用在管理系统等设计中，提升管理系统用户的兴趣和动力。大量的企业设计实践形成了一些游戏化设计方法，如PBL、DMC系统等。目前国内外游戏化设计多应用于交互设计中，也有部分应用于展示设计[10]中，但在产品设计中应用较少。

1.1 游戏化DMC系统

游戏化DMC系统由凯文·韦巴赫提出，又称为游戏化金字塔结构系统。DMC依据游戏元素在系统中的作用，自上而下，在金字塔中将它们分成三个结构层次，即动力层（Dynamics）、机制层（Mechanics）和组件层（Components）[11]，每层中又包含多个子元素。

1.2 八角行为分析法框架

Yu-kai Chou创建了八角行为分析法框架，可以根据不同系统来建立游戏吸引力模型[12]。依据八大核心驱动力，对游戏化产品动机进行定性分析，以便优化。

1.3 基于DMC的游戏化设计流程构建

通过文献研究和设计调研总结并提出基于DMC系统和八角行为分析法框架的游戏化设计流程，见图1。第一步，对相关产品进行市场调研，同时通过产品需求问卷面向相关用户进行线上和线下调研，然后结合两者调研结果，总结并提出设计原则及设计方向。第二步，制定动力元素，通常包含叙事、约束、情感、关系和进展五个方面。从这五个方面出发，结合问卷方式选择机制元素，如挑战、竞争和奖励等。

接着，对应选出的机制元素再选择组件元素，如徽章、排行榜和任务等。最后，针对选择的组件元素设计创新且合理的实现方式。第三步，进行产品信息架构设计，通过建立八角行为分析法框架对信息架构进行调整和完善。若其中的八大核心驱动力有所缺失，则需要完善产品信息架构；若其基本满足八大核心驱动力，则可以进行接下来的产品设计。第四步，将设计的产品进行用户测试，检验产品设计的可行性，以便后续完善设计。其中，为确保设计的合理性，第二步和第三步都需在设计原则的指导下进行。

图1 基于DMC的游戏化设计流程

2 学龄前儿童合作行为养成难点及解决策略

2.1 学龄前儿童合作行为

儿童合作行为是指两个及以上的儿童互相协同，一起去完成某项具有共同目标任务的行为，且儿童处于学龄前阶段，合作行为也是亲社会行为的重要组成[13]。当前大多数学龄前儿童与伙伴交往的机会不多，导致孩子合作意识较淡薄，常以自我为中心，合作行为较少。学龄前儿童将来要在社会上立足并充分实现其自身价值，理应学会与人合作，通过合作的形式去发现问题和解决问题，因此，引导学龄前儿童合行为并培养其能力，已经成为幼儿园教育面临的一个严峻问题。研究表明，儿童进入学龄期后，随着社交经验增加，竞争意识也随之产生，于是儿童合作行为发生率随年龄增长存在下降趋势，且幼儿园中班是学龄前儿童合作行为培养的关键期[14-15]。因此本研究将儿童界定为3～5岁的学龄前儿童。

2.2 学龄前儿童合作行为养成难点

通过儿童发展心理学理论研究和观察学龄前儿童在幼儿园期间的合作行为，从合作行为发生前、发生中、发生后3个角度总结了学龄前儿童合作行为养成的主要难点，见图2。合作行为发生前，幼儿园里学龄前儿童存在独自玩玩具、独自做事情、不主动合作等问题，需要在教师的引导下才愿意与伙伴合作。合作行为发生中，学龄前儿童最容易发生争抢玩具等冲突，在教师的劝导下合作行为可以继续，否则合作行为会终止，将独自玩玩具或做事情。合作行为发生后，学龄前儿童对行为的再次发生并没有意识，所以合作行为并不一定会持续下去。从以上可以看出，较多学龄前儿童的合作行为是需要在教师的引导下进行的，这种引导以鼓励、激励或表扬为主，所以学龄前儿童合作行为养成的难点主要是动力不足。

图2 学龄前儿童合作行为养成主要难点

2.3 解决策略

从学龄前儿童合作行为养成的主要难点出发，运用游戏化方式解决学龄前儿童合作行为养成问题，见图3。从心理学理论和实际调研可看出，对于学龄前儿童合作行为养成，运用合作游戏的方式效果明显且儿童最喜欢。本研究将合作游戏分为线上和线下，教师和家长更愿意通过合作玩玩具、合作画画、合作手工等线下合作游戏来培养儿童的合作行为。然而幼儿园里儿童合作类产品很丰富，如何高效使用众多合作类产品将成为本课题的研究方向。目前是教育信息化发展的关键时期，幼儿园和学校信息化设备已基本建立，但教育及管理系统尚不健全，特别是幼儿园课堂教育及管理系统方面，所以幼儿园教育及管理系统的设计研究势在必行。本研究通过运用游戏化设计方法来指导学龄前儿童合作行为养成系统设计，将线下合作活动转移到线上平台进行管理，同学间形成有益竞争，激励儿童合作行为的发生。完成合作行为的团队可以获得奖励，以激励儿童持续发生合作行为，从而养成合作行为。

图3 解决策略分析

3 基于DMC的游戏化设计流程实现

3.1 设计原则

针对3～5岁学龄前儿童开展设计时，应关注儿童独有的特征，并针对这些特征为他们进行设计。设计原则的提出主要针对本次研究主题，因此包括系统设计和硬件设计两个方面。

3.1.1 系统设计原则

1）信息安全方面。在产品设计及研发过程中，要严格保密儿童及监护人的调研信息；产品使用过程中，减少信息传播功能，降低儿童信息的公开度，儿童信息只有监护人查看，确保用户信息安全。

2）视觉方面。视觉等级清晰，明确显示可以互动的元素，不同元素间设置强烈的视觉区分；避免种类多的明亮色彩，会分散儿童的注意力；使用具象图标，该年龄段的儿童阅读能力较弱，应该用有代表性的、通识的图片和图标来传达用意。

3）交互方面。操作行为方便，界面应适应手势大幅度操作，放大屏幕上的元素以便确保儿童的小手可以掌控视觉元素，尽可能采用全手掌操作手势，代替仅用拇指和食指配合的操作手势[16]；反馈强化信息，该年龄段儿童不能长时间保持注意力，更好的解决方式是设置相应的反馈机制，鼓励儿童继续使用。

3.1.2 硬件设计原则

1）安全方面。电源要设计在隐蔽位置或有保护壳遮挡；造型应饱满圆润，防止儿童划伤，避免易拆卸的小尺寸零件，防止儿童误食；产品材料无毒性，绿色环保。

2）造型方面。应具备较高的认可度和识别性，特征明显、色彩鲜艳的自然生物形态会给儿童带来丰富的感官体验，符合该年龄段儿童知觉发展现状[17]；智能产品的操控按键应符合儿童的尺寸，3～5岁儿童手掌长约105～119 mm、宽约50～55 cm（除大拇指），所以尽可能将按键做大一些，减少儿童错误操作。

3）功能方面。既要满足系统交互功能，也要保持趣味性。

3.2 行为养成相关产品调研

通过调研教师、家长APP使用情况和APP Store平台，找到与儿童行为习惯养成相关的产品，从评分较高的APP中选择9款进行综合分析，优先选择评分高的产品，见表1—2。

3.2 设计定位

依据调研结果，得到设计方向。儿童合作行为养成系统包括教师电脑端、儿童团队移动端和家长移动端，见图4。教师电脑端的目标用户是幼儿园授课教师，通过触屏电脑对儿童合作行为养成过程进行可视化管理，儿童能看到老师的操作过程，使系统管理透明化。儿童团队移动端的目标用户是幼儿园的儿童，每个团队3～5人共用一个移动端。为配合儿童团队移动端的使用，还设计了儿童课堂交互机器人，简化操作流程，提高儿童和教师的沟通效率。家长移动端的目标用户是学龄前儿童家长，用于了解孩子的行为养成进度，及时向教师反馈，同时监督行为养成规则的合理性。

图4 客户端关系图

3.3 基于DMC的游戏化设计流程实现

在设计原则指导下，基于DMC完成学龄前儿童合作行为养成系统游戏化功能的实现。先制定学龄前儿童合作行为养成系统的动力元素（Dynamics），选择约束、情感、叙事、进展和关系五个方面，其中情感方面又细分为竞争力、好奇心、幸福感和挫折感四个子方面。结合对教师、家长问卷和同儿童交流的方式，从这五个方面出发，选择机制元素（Mechanics），同动力元素相对应。通过同样的方式对应选出组件元素（Components）。调研结果低于0.5%的舍去，见图5—6。

最后，设计实现方式。收集组件通过行为打卡的方式实现，儿童小组在规则的约束下成功完成合作行为可点亮一颗星；若小组失败，有机会解锁其他的加星方式，否则扣除一颗星；任务、等级、内容解锁组件通过解锁任务等级来实现，小朋友们喜欢一些小小的障碍和挑战，面对不同关卡的挑战，可以让儿童充满好奇心；竞赛组件通过游戏棋的形式来实现，在合作的同时，小组间又存在和谐的竞争关系；徽章、商品通过获胜小组成员用虚拟徽章或星星换取实体奖品的方式来实现，从而满足儿童的幸福感；成就组件可以在叙述故事的背景下通过角色化的形式来实现，比如蚂蚁等级的晋升；排行榜、点数组件通过团队、班级、幼儿园等排行榜来实现，直观反馈进展；团队、头像组件通过组队合作、可视化用户形象的方式实现，展示团队，凝聚团队，见图7。

图5 机制元素调研结果及排序

图6 组件元素调研结果及排序

图7 基于DMC的游戏化设计流程实现

4 设计实践

4.1 八角行为分析法框架分析

根据前期用户和产品调研及游戏化实现方案，进行产品信息架构设计，分为教师电脑端、儿童团队移动端和家长移动端。通过八角行为分析法框架对学龄前儿童合作行为养成系统的主要功能点进行定性分析，见图8。将产品三个用户端的核心功能对应八大核心驱动力，发现每种核心驱动力都有涉及，产品信息架构满足游戏化理念，可以进行接下来的产品UI界面设计。其中驱动力8亏损方面涉及较少，在后面设计过程中可以加强。

图8 八角行为分析法框架分析

4.2 方案设计

综合教师端、儿童端和家长端，实现三方互联体系，为培养学龄前儿童合作行为养成提供有力支持，形成较完整的系统服务流程，见图9—10。

图9 方案效果图

图10 系统服务流程简图

4.2.1 产品交互界面设计

教师端是课堂中教师进行儿童行为管理的系统，主要功能有打卡、排行、奖励等，见图11。教师可在iPad上操作，也可投屏到教师触屏电脑上操作。儿童端UI*界面尺寸按照儿童课堂交互机器人显示屏设计，此次界面设计包含交互界面和交互表情两部分，为儿童提供更人性化、更有趣的服务，让儿童和机器人成为好朋友，促进儿童合作行为的养成，见图12。家长端为手机APP，供家长实时了解孩子在幼儿园期间的行为表现，并及时和老师沟通，主要功能为排行榜、消息、小友圈和账号等，界面尺寸按照iPhone X设计，见图13。

图13 家长端部分界面设计

4.2.2 学龄前儿童课堂交互机器人设计

为配合儿童团队移动端的使用，设计了儿童课堂交互机器人，简化操作流程，提高课堂上儿童和教师的沟通效率。

1）主造型：选取LOGO的蚂蚁主形象进行设计，形态简洁、憨厚，倒角圆润，颜色以品牌形象中的明黄色为主，利用Rhino5.0对造型进行建模。

2）造型细节：蚂蚁触角设计成了指示灯；蚂蚁尾部设计成了影藏充电口，翻起圆形壳后进行充电，防止儿童触碰电源；散热孔设计在机器人底端，且孔成长方形；按键尺寸大，完成和未完成用表情和颜色进行明显区分；显示屏部分可以翻转，调整角度。

3）尺寸：交互机器人长宽高为26 cm×16 cm× 26 cm，满足在课桌上操作的习惯。

4）材质：主体外壳为环保的非光滑塑料，降低移动机器人时的滑落风险。

5）主要功能：课堂完成或未完成行为打卡、桌面投影、摄像记录等，辅助儿童合作行为养成。

4.3 产品可行性测试

首先，将教师端、儿童端存放在iPad中，家长端存放在iPhone X中，寻找到5个适龄儿童家庭（儿童6人、父母10人）和6名幼儿园教师或管理人员进行产品可行性测试。然后，将儿童课堂交互机器人效果图展示给儿童，询问其喜好。最后，对测试反馈及意见进行收集和整理，以便后续对涉及的设计方案进行优化调整，见表3。用户评价平均分为4.0，结果表明用户对学龄前儿童合作行为养成系统游戏化设计总体满意度较高，设计上具有一定的可行性。

结合用户反馈意见，方案可进行以下优化。儿童端可提供更多蚂蚁人物形象供儿童选择；游戏棋盘界面可增加3D视角；操作界面色彩和交互机器人外壳色彩应有所区分。家长端可增加儿童教育知识学习和分享板块。教师端打卡界面可切换其他风格，吸引儿童参与；增加儿童锁界面。儿童课堂交互机器人应根据儿童操作方式进行造型细节优化。

表3 测试反馈统计

Tab.3 Test feedback statistics

5 结语

通过研究儿童合作行为和游戏化设计文献资料，梳理现有游戏化设计方法及应用领域，得出应用在教育领域居多，面向学龄前儿童较少，而系统地对游戏化设计方法进行梳理和总结性的研究也较少。针对学龄前儿童合作行为养成难点，提出合作行为养成系统游戏化设计的解决策略。通过问卷调查、访谈教师和家长、观察儿童的方式，得出用户游戏化需求，从而产生设计方向。本研究着重构建了基于DMC的游戏化设计流程，同时对行为养成相关APP进行市场调研，展开设计定位，结合之前的游戏化需求调研及排序结果进行基于DMC的游戏化设计实践。利用八角行为分析法框架对产品信息架构设计进行分析和优化，然后进行产品UI界面设计和学龄前儿童课堂交互机器人设计。最后进行用户测试，收集反馈并提出优化方案。研究还存在一些不足，在实地调研方面，调研地点主要在安徽、湖北部分城市，调研覆盖面较窄，且学龄前儿童用户调研方式有限，调研结果可能有所偏差；在产品测试方面，测试次数较少，无法得到学龄前儿童合作行为养成的长周期数据。

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Gamification Design of Preschool Children's Cooperative Behavior Development System

QIU Jie1, HU Kang2, CHEN Feng1

(1. School of Mechanical Engineering, Anhui University of Science and Technology, Anhui Chuzhou 233100, China; 2. School of Art and Design, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430065, China)

At present, the rate of active and continuous occurrence of children's cooperative behavior is low, while the development of children's cooperative behavior can be shaped through product design. Through such methods as observation, in-depth interview and questionnaire survey, the needs of children, teachers and parents were investigated respectively. Combined with child development psychology, the difficulties of preschool children's cooperative behavior cultivation were summarized and the solutions were put forward. Furthermore, the market research of behavior cultivation related products was carried out, the product design positioning was produced, and the game design was carried out combined with the investigation and ranking results of mechanism elements and construction elements. Moreover, through the octagonal behavior analysis framework, the product information architecture is analyzed and optimized, and then the product UI interface design and preschool children classroom interactive robot design are carried out. The game design process based on DMC was constructed, and the game design of cooperative behavior formation system for preschool children was completed, which was approved by the test. In conclusion, the design scheme is tested by users, and the optimization scheme is put forward according to the evaluation results, so as to verify the feasibility and effectiveness of the game design process based on DMC in the design of preschool children's cooperative behavior development system.

industrial design; game design; DMC; octagonal behavior analysis framework; cooperative behavior development system; preschool children

TB472

A

1001-3563(2022)18-0112-10

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.18.015

2022–04–12

安徽省高校协同创新项目（GXXT-2019-003）；安徽科技学院机械工程学院院长培育基金（2020jxxy05）

邱杰（1994—），男，助教，主要从事产品创新设计研究。

胡康（1980—），男，副教授，主要从事工业设计与产品创新设计研究。

责任编辑：马梦遥