李尋，張丙辰，楊俞玲，顧芮冰，韋懿洋

基于熵權(quán)法的學齡前兒童教育APP角色繪圖方式評價

李尋，張丙辰，楊俞玲，顧芮冰，韋懿洋

（江蘇師范大學 機電工程學院，江蘇 徐州 221116）

以學齡前兒童的視覺認知特點為基礎，探尋教育APP角色繪圖方式的設計評價方法，并對各繪圖方式進行有效評價，為設計師進行角色設計提供參考，激發(fā)兒童的學習興趣，提升學習效率和教育效果。通過文獻分析和專家訪談，提煉興趣性、顯著性和引導性3個維度，結(jié)合眼動數(shù)據(jù)指標構(gòu)建學齡前兒童教育APP角色繪圖方式評價指標體系，運用熵權(quán)法獲取各眼動評價指標的權(quán)重，然后通過加權(quán)計算得到6種繪圖方式的綜合得分和排序結(jié)果，篩選出各維度和綜合3個維度的最優(yōu)繪圖方式。研究發(fā)現(xiàn)，不同年齡段兒童對角色繪圖方式的認知加工存在差異。單色平涂對低齡組兒童的興趣性和顯著性影響較大，明暗平涂對低齡組兒童的引導性作用較明顯。三維渲染對大齡組兒童3個維度的影響有較大優(yōu)勢，同時二維渲染對大齡組兒童的顯著性和引導性也具有較為顯著的效果。將熵權(quán)法應用于教育APP角色繪圖方式設計的研究中，能更有效評價角色的興趣性、顯著性和引導性，使兒童獲得更深層次的交互體驗，為學齡前兒童教育APP角色設計提供參考依據(jù)。

熵權(quán)法；眼動實驗；繪圖方式；學齡前兒童；教育APP；動物角色

聯(lián)合國兒童基金會報告指出，全球互聯(lián)網(wǎng)用戶中1/3是兒童，并逐漸向低齡群體持續(xù)滲透[1]。學齡前兒童作為教育APP的最大用戶群體，80%的父母已經(jīng)為孩子下載了專門的教育軟件[2]。由于其可移植性和交互性等優(yōu)點被視為“現(xiàn)代育兒必不可少的教育輔助工具之一”[3]。目前兒童教育APP角色常被作為一種圖形符號廣泛應用，其通過不同的繪圖方式將APP核心內(nèi)涵外化成生動的造型語言。適宜的APP角色繪圖方式能夠增強兒童對不同教育APP的適應力，并對兒童的認知能力和創(chuàng)新能力產(chǎn)生積極影響[4-5]。研究發(fā)現(xiàn)，兒童在嬰兒時期就已對不同線條、符號和色彩構(gòu)成的各種繪圖方式表現(xiàn)出明顯的視覺認知差異[6]。因此基于學齡前兒童視覺認知特點的教育APP角色繪圖方式設計，有利于其身心健康的發(fā)展和認知能力的提高。

1 相關研究

1.1 學齡前兒童的視覺認知特點

學齡前兒童一般是指正式進入小學教育階段前的3～6歲兒童[7]。相關學者從多角度對學齡前兒童的視覺認知特點展開研究。Noles等[8]指出93.75%的兒童是視覺響應者，當出現(xiàn)交叉模式提示時更依賴視覺提示。3～6歲兒童的視敏度已完全成熟，能對物體作出靈敏的視覺反映，并能表現(xiàn)出明顯的視覺認知特征[9]。Chang等[10]通過向5～6歲兒童呈現(xiàn)不同圖像進行英語詞匯學習時發(fā)現(xiàn)，具有動態(tài)效果和畫面復雜程度較高的圖像能喚起并維持兒童熱情和學習興趣。Fisher 等[11]研究發(fā)現(xiàn)，學前班兒童在視覺信息量較少的低負荷背景環(huán)境中進行結(jié)構(gòu)化學習游戲的記憶表現(xiàn)呈遞增趨勢，認知表現(xiàn)更好。Glore等[12]對兒童的視覺認知特點進行研究，結(jié)果表明使用易于理解的學習材料會引發(fā)其積極情緒，提高學習者的興趣和學習動機。

通過以上學者的研究可以看出，文字、圖畫等視覺媒體是兒童最喜歡接受信息和輸入知識的方式，與聽覺、觸覺等形式的學習相比，學齡前兒童更容易通過視覺形式記住并熟練掌握知識和技能。通過創(chuàng)建符合兒童視覺認知與偏好的教育環(huán)境，配合符號、圖形的有效設計，有助于激發(fā)兒童的學習興趣、提高學習效果，從而使兒童成為更好的學習者。

1.2 學齡前兒童教育APP角色繪圖方式的現(xiàn)狀研究

教育APP主要通過角色的引導，以不同場景的形式在移動終端進行知識教授[13]。教育類APP是蘋果App Store中下載量最高的類別，而學齡前兒童教育產(chǎn)品在教育類APP中的占比達到80%，是輔助兒童學習的有效工具[14-15]。Falloon[16]將嵌入式教學法和教育APP巧妙結(jié)合，發(fā)現(xiàn)具有互動性、引導性的教育APP可以使學生保持較高的參與度。Huber等[17]指出學齡前兒童有能力將教育APP中所學的知識技能應用于現(xiàn)實生活，這表明教育APP可以培養(yǎng)其正遷移能力。Lucrezia[18]通過研究學齡前兒童與教育APP交互時的反應與行為，發(fā)現(xiàn)教育APP可以促進兒童積極情緒的表達，增加社會互動行為。Ralph[19]認為在學齡前兒童教育中，APP可以促進兒童以非互惠目的使他人收益，與他人共享的親社會行為。

學齡前兒童教育APP中的角色是通過想象設計主觀創(chuàng)作出來的虛擬形象，通過用戶界面將枯燥的知識運用生動的形象展示給大眾[20]。根據(jù)角色的作用和目的，可以將兒童教育APP中的角色分為虛擬用戶角色和虛擬動畫角色；根據(jù)角色形態(tài)相似性原則又可將虛擬動畫角色分為動物、人物和幾何三種造型。國內(nèi)外學者對角色設計在學齡前兒童教育APP中的應用也展開了研究，Li等[21]通過VOD APP中的典型任務比較兒童在有無動畫角色的用戶界面中的表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)動畫角色可以對兒童的理解力、記憶力、效率，以及與用戶界面的交互產(chǎn)生積極影響。張奇[22]指出，擬人可愛、積極向上的動物角色更能喚起兒童的興趣，并使他們得到感官上的愉悅，滿足精神需求。王靜梅等[23]通過眼動實驗對不同角色繪圖方式的吸引力進行研究，發(fā)現(xiàn)角色的繪圖方式顯著影響學齡前兒童的吸引力及認知水平。Beaucage等[24]運用尺寸變更卡排序（Dimensional Change Card Sort，DCCS）對學齡前兒童進行實驗，結(jié)果顯示不同繪圖方式會產(chǎn)生不同的感官刺激，對兒童注意力、感知力的提升效果具有明顯差異。

從相關研究可以看出，教育APP中的角色通過運用有趣的視覺符號使兒童的創(chuàng)造性與想象力得到釋放，激發(fā)了兒童的求知欲，增加了親和力和認同感。角色繪圖方式設計在兒童的學習教育中發(fā)揮著重要作用，有助于提高學齡前兒童的學習積極性，促進他們的智力發(fā)育和健康成長。

2 基于熵權(quán)法的學齡前兒童教育APP的角色繪圖方式評價流程

2.1 熵權(quán)法

熵權(quán)法是一種根據(jù)同一指標觀測值間的差異程度確定指標權(quán)重的客觀賦權(quán)方法，能充分反映數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律和信息量，有效避免指標權(quán)重計算中的主觀性和隨機性。Deypir[25]基于熵權(quán)法提出一種簡單有效的APP安全風險度量方法，風險評分與惡意軟件感染率成正相關，為用戶安裝APP提供有效判斷。Zhu等[26]將熵權(quán)法與移動端APP的相關上下文信息特征相結(jié)合，構(gòu)建APP分類模型，并驗證了該分類方法可有效和高效地提高移動應用分類的性能。田波等[27]采用熵權(quán)法與網(wǎng)絡分析法綜合確定指標組合權(quán)重，建立APP用戶隱私信息泄露風險評價指標體系，為各平臺、部門及用戶采取措施提供科學有效的途徑。

熵權(quán)法可以減少人為因素造成的誤差，科學精確的獲取各項評價指標的權(quán)重值與評價結(jié)果，將熵權(quán)法和眼動數(shù)據(jù)結(jié)合可以更有效解析兒童對教育APP角色繪圖方式的視覺加工特點。因此提出一種將熵權(quán)法與眼動實驗相結(jié)合的評價方法，利用熵權(quán)法對眼動數(shù)據(jù)指標進行客觀賦權(quán)，通過加權(quán)計算得到學齡前兒童教育APP角色繪圖方式設計的客觀綜合評價。

2.2 學齡前兒童教育APP的角色繪圖方式眼動評價指標

多位學者將眼動指標與設計評價維度相結(jié)合，如Tarnowski等[28]在情緒識別的研究中，將瞳孔直徑、掃視幅度和掃視持續(xù)時間等眼動指標用于測量情緒的喚醒度。Wang等[29]采用眼動追蹤技術研究教育APP對學生的視覺注意力時發(fā)現(xiàn)，注視次數(shù)、總注視時間和首次注視時間等指標可以有效反映他們對學習材料的關注度。

通過相關文獻的研究可知，首次注視時間、注視時間比、目標注視率和注視頻率等眼動數(shù)據(jù)指標可以反映事物被覺察后受到的關注程度，主要與用戶的興趣性相關[30]。首次注視前時間和首次注視前次數(shù)等眼動數(shù)據(jù)指標可以反映事物被察覺的容易程度，與事物的顯著性關聯(lián)較大[31]?；匾暣螖?shù)、回視時間、再注視比和回看時間比等眼動數(shù)據(jù)指標可以反映用戶視線變化的頻繁程度，是引導性指標測量的有效方式[32]。

在此基礎上，融合阿加·博伊科[33]和李晶等[34]提出的基于眼動指標的界面設計評價模型，參考學齡前兒童的生理、心理訴求和教育APP設計特點，通過焦點小組法對評價模型加以修正，確定教育APP角色繪圖方式設計的評價指標為3個維度和10項眼動數(shù)據(jù)指標，將相關眼動數(shù)據(jù)指標分成3個維度，并根據(jù)其對用戶的影響分別命名為興趣性、顯著性和引導性。構(gòu)建的評價指標體系如圖1所示。

2.3 使用熵權(quán)法確定評價指標的權(quán)重及方案綜合評價

運用熵權(quán)法獲得角色繪圖方式的綜合評價主要包括6個步驟：構(gòu)建原始數(shù)據(jù)矩陣、標準化處理、計算指標比重值、獲得熵值、確定評價指標權(quán)重，以及繪圖方式的綜合評價。

圖1 評價指標體系

1）針對個繪圖方式評價方案進行實驗，將項眼動數(shù)據(jù)指標作為眼動評價指標，其中第個評價方案的第項眼動評價指標的原始數(shù)據(jù)為，由此形成原始數(shù)據(jù)矩陣。

2）各項眼動評價指標由于量綱不同，數(shù)量級會相差較大，因此對原始數(shù)據(jù)矩陣進行標準化處理，眼動評價指標與維度評價指標呈正相關用式（1），即眼動評價指標數(shù)值越大越好；呈負相關用式（2），即眼動評價指標數(shù)值越小越好[35]。得到標準化矩陣。

∈[1,],∈[1,] (1)

i

∈[1,

m

],

j

∈[1,

n

] (2)

3）利用式（3）計算第項眼動評價指標下第個評價方案的指標比重值，得到指標比重值矩陣。

∈[1,],∈[1,] (3)

4）根據(jù)式（4）計算第項眼動評價指標的熵值，得到各眼動評價指標的熵值為。

(4)

，(5)

6）熵權(quán)法著重看各眼動評價指標的權(quán)重值，對繪圖方式的整體效果評價不夠充分，引入加權(quán)法可以得到更為全面的評價結(jié)果[36]。加權(quán)是將各個數(shù)值乘以相應的權(quán)重，然后求和，反映不同評價方案的重要程度。根據(jù)計算出的眼動評價指標權(quán)重與標準矩陣，運用加權(quán)計算進行各繪圖方式的綜合評價。得到第個評價方案的評分。

(6)

3 眼動實驗

通過整理各應用市場的學齡前兒童教育APP，共篩選出302款產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)動物角色在教育APP中的應用比例達到71.5%。因此從兒童教育APP中的動物角色入手，結(jié)合熵權(quán)法與眼動實驗探究繪圖方式對角色吸引力的影響。研究過程主要包括實驗樣本收集編制、眼動實驗、熵權(quán)計算以及結(jié)果分析四個階段，實驗研究具體流程見圖2。

3.1 實驗對象

實驗選取徐州市鼓樓區(qū)實驗幼兒園和一所教育機構(gòu)的學前班兒童共42名，由于部分被試者在眼動實驗過程中不能持續(xù)保持注意力，導致實驗數(shù)據(jù)不準確，經(jīng)過篩選得到最終有效被試者36名。參考教育部頒布的《3～6歲兒童學習與發(fā)展指南》[37]，將學齡前期的兒童分為3～4歲組和5～6歲組；所有被試者視力或矯正視力正常，無色盲，無其他疾病史。兩組兒童性別和年齡的具體情況如表1所示。

圖2 實驗研究流程

表1 被試者年齡分布表

Tab.1 Age distribution of subjects

3.2 實驗儀器

實驗儀器包括七鑫易維公司生產(chǎn)的采樣率為120 Hz的aSee Glasses眼鏡式眼動儀一副，通過三點校準進行雙眼追蹤；分辨率為1 920*1 080的54.61cm的惠普顯示器一臺；分辨率為2 650*1 600的31.242cm微軟Surface Pro 7一臺。實驗數(shù)據(jù)通過aSee Glasses Studio軟件進行記錄，并利用SPSS22.0和Excel2010軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

3.3 實驗材料

以APP Store、華為應用市場、小米應用商店和各大APP網(wǎng)站作為樣本來源，參考幼兒園、教育培訓等相關機構(gòu)的建議，排除內(nèi)容明顯與兒童教育無關且重復的應用程序，共篩選出84種較典型的APP動物角色樣本圖片。對收集的樣本圖片進行整理，并參考相關學者對兒童APP中角色的分類[38-39]，按照表現(xiàn)手法可大致分為三維模型（以3D立體模型為主），為三維渲染、二維渲染；二維平涂（線描與平涂著色）為明暗平涂、單色平涂；簡筆手繪（高度概括為基本幾何圖形）為尺規(guī)手繪、涂鴉手繪。在后續(xù)實驗中分別以X1、X2、X3、X4、X5、X6作為繪圖方式代號。

相關研究指出，兒童對熊類、鳥類和魚類等動物表現(xiàn)出較大興趣[40]。通過對篩選出的84張APP動物角色樣本圖片整理歸納，發(fā)現(xiàn)以貓頭鷹、恐龍、小熊、熊貓為代表的陸生動物，以青蛙為代表的兩棲動物和以魚為代表的水生動物在兒童APP界面中出現(xiàn)頻率最高，結(jié)合各繪圖方式的不同形態(tài)特征，最終篩選出6張分別以貓頭鷹、恐龍、小熊、熊貓、青蛙和魚為基礎造型的不同繪圖方式的角色圖片，每個動物對應一種繪圖方式。6種繪圖方式主要通過三維模型、光照陰影、透視效果、圖形線條，以及色彩紋理等方式區(qū)分體現(xiàn)。樣本角色造型設計的主要特點見表2。

在前期收集篩選基礎上，再次去除風格相似、角度不佳、畫質(zhì)不清晰及下載量偏低的動物角色圖片，最終選定36張正面或接近正面角度的高質(zhì)量角色圖片，為避免背景、尺寸、動作特征的影響，將初步篩選后的角色圖片統(tǒng)一尺寸規(guī)格，進行背景處理，分別以Y1～Y36作為樣本代號。以問卷的形式對30名學齡前兒童和20名有兒童產(chǎn)品設計背景的研究生走訪調(diào)查，收回有效問卷42份。最終得出投票數(shù)前3名的動物角色圖片Y12（貓頭鷹）、Y21（熊貓）、Y26（魚），并作為本實驗的代表性動物角色樣本。

將3種代表性動物角色樣本去掉服裝、飾品等外部干擾因素，通過CorelDRAW X7、Rhino5.0軟件對3種代表性動物角色樣本分別進行6種繪圖方式的制作，并統(tǒng)一進行灰度處理，采用直方圖進行亮度調(diào)整[41]，最后生成不同繪圖方式的動物角色實驗樣本圖片共計18張。為避免樣本位置、順序等因素的影響，此實驗對實驗樣本以拉丁方形式排列（見圖3），并畫出興趣區(qū)，興趣區(qū)編號與繪圖方式編號一致，以圖3左上貓頭鷹樣本為例，即X2、X4、X1、X6、X3、X5，組合后的圖片尺寸的像素為2 079×1 440。

表2 樣本信息介紹表

Tab.2 Sample information introduction

圖3 代表性動物角色樣本

3.4 實驗程序

采用6（繪圖方式：X1～X6）×2（年齡：低齡組、大齡組）兩因素混合實驗。實驗在兒童學校安靜且光線充足的獨立房間內(nèi)進行。實驗前主試者向被試者告知實驗要求及程序，被試者放松舒適地坐在距離顯示器約50 cm的可調(diào)節(jié)座椅上，調(diào)節(jié)座椅高度，由測試人員幫助被試者佩戴眼動儀器，確保眼鏡位置及光斑數(shù)量合適，使被試者盡量保持頭部不動，通過眼球轉(zhuǎn)動進行三點校準，校準成功后在設備上記錄被試者基本信息。為保證實驗順利進行，先播放兩組其他圖片讓被試者進行預實驗，確保被試者適應實驗環(huán)境并完全熟悉實驗流程。前期準備工作結(jié)束，開始正式實驗。在實驗過程中，首先出現(xiàn)指導語，接著依次隨機播放和切換18張刺激材料，每張圖片刺激時長為10 s，在每2張刺激材料間放置一張兒童短暫放松的綠底空白圖片，駐留時間為3 s，每位被試者完成整個實驗的平均用時為6 min，實驗場景見圖4。

圖4 實驗場景

Fig.4 Experimental scene

4 實驗數(shù)據(jù)與分析

不同的眼動指標體現(xiàn)被試者不同的視覺注視特征和認知特點，為了更加準確有效地解析實驗過程中被試者的視覺認知行為，通過前期研究，主要采用以下10個眼動數(shù)據(jù)指標度量[42-43]。即首次注視前時間（Time to First Fixation，TFF）、首次注視前次數(shù)（Fixation Before，F(xiàn)B）、首次注視時間（First Fixation Duration，F(xiàn)FD）、注視時間比（Fixation Time Ratio，F(xiàn)TR）、目標注視率（Target Fixation Rate，TFR）、注視頻率（Fixation Frequency，F(xiàn)F）、回視次數(shù)（Regression in Count，RC）、回視時間（Regression Time，RT）、再注視比（Regaze Ratio，RR）和回看時間比（Regression Time Rate，RTR），各眼動指標的內(nèi)涵見表3。

4.1 眼動數(shù)據(jù)

通過對眼動實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，得到低齡組兒童和大齡組兒童對實驗樣本興趣區(qū)域的眼動數(shù)據(jù)，詳見表4—5。

4.2 分析

為了便于研究學齡前兒童的視覺認知加工特點，Wilson等[44]基于教育APP交互技術對兒童英語學習的興趣性維度展開研究。Woodward等[45]通過兒童的觸摸手勢數(shù)據(jù)，研究兒童教育APP的視覺元素對界面顯著性的影響。Sobel等[46]從兒童的需求和特點出發(fā)，在APP不同基本指令的提示下，對其引導性進行分析。在此研究基礎上，將對興趣性、顯著性和引導性分別進行賦權(quán)計算，以及結(jié)合3個評價維度再次進行綜合計算，旨在更有效、更清晰地分析各維度對學齡前兒童教育APP角色繪圖方式的影響。

表3 眼動指標及內(nèi)涵

Tab.3 Eye movement indicators and meaning

表4 低齡組兒童眼動數(shù)據(jù)

Tab.4 Eye movement data of young children

表5 大齡組兒童眼動數(shù)據(jù)

Tab.5 Eye movement data of older children

在實驗中，學齡前兒童教育APP角色繪圖方式共6種，評價維度共3個，眼動評價指標共10項。使用熵權(quán)法對各眼動評價指標進行客觀賦權(quán)，通過加權(quán)計算得到各繪圖方式在不同評價維度下的評價結(jié)果，以及在3個維度中的綜合表現(xiàn)，進而篩選出最優(yōu)方案。

4.2.1 興趣性分析

興趣性反映了繪圖方式的持續(xù)性視覺吸引力強弱，常伴隨著較長時間的視覺注視行為，體現(xiàn)了被試者較為愉悅的心理狀態(tài)，主要與首次注視時間、注視時間比、目標注視率和注視頻率4項眼動評價指標相關。以興趣性評價維度為例，角色繪圖方式的個數(shù)為6，眼動評價指標的項數(shù)為4。根據(jù)表4—5的低齡組兒童及大齡組兒童的眼動數(shù)據(jù)構(gòu)造興趣性評價維度的原始數(shù)據(jù)矩陣。

4項眼動評價指標與興趣性評價指標呈正相關，故采用式（1）。根據(jù)式（1）對原始矩陣進行標準化處理，得到標準化矩陣。

根據(jù)式（3）計算第項眼動評價指標下的第個評價方案的指標比重值，得到指標比重值矩陣。

表6 興趣性指標權(quán)重

Tab.6 Interest index weight

表7 興趣性指標評價結(jié)果

Tab.7 Interest index evaluation results

由表7可知，從與興趣性維度正相關的4項眼動指標評價結(jié)果來看，低齡組兒童的繪圖方式興趣性評分排序為X4>X1>X3>X2>X6>X5，大齡組兒童的繪圖方式興趣性評分排序為X1>X3>X2>X4>X6>X5?？梢钥闯?，對低齡組兒童來說，單色平涂和三維渲染對于興趣性維度的作用較為明顯，對大齡組兒童來說，三維渲染和明暗平涂對于興趣性維度的作用較為明顯。

從排序結(jié)果來看，低齡組兒童對X4單色平涂繪圖方式的興趣性最高，該繪圖方式的評分大于排名第2的X1三維渲染0.063 5，大于排名第6的X5尺規(guī)手繪0.353 3。大齡組兒童對X1三維渲染繪圖方式的興趣性最高，該繪圖方式能吸引他們興趣并維持注意力，評分大于排名第2的X3明暗平涂0.057 5，大于排名第6的X5尺規(guī)手繪0.330 9。兩組兒童均對X5尺規(guī)手繪繪圖方式的興趣性最低，原因是X5以簡潔的筆法和造型只概括角色的大小形狀等主要特征，簡要地表情達意，為用戶傳達的信息量過于簡略。

4.2.2 顯著性分析

顯著性反映了繪圖方式的視覺沖擊力強弱，常伴隨著較短時間的前期視覺選擇行為，體現(xiàn)了被試者對相關視覺內(nèi)容的明確判斷，主要與首次注視前時間和首次注視前次數(shù)2項眼動評價指標相關。顯著性評價維度的權(quán)重計算方法和各繪圖方式的綜合評價方法與4.2.1相同，該維度下的角色繪圖方式個數(shù)為6，眼動評價指標項數(shù)為2。通過熵權(quán)法的客觀賦權(quán)計算，得到顯著性維度下的眼動評價指標權(quán)重，見表8。

表8 顯著性指標權(quán)重

Tab.8 Significance index weight

從與顯著性維度負相關的TFF和FB的指標評價結(jié)果來看（見表9），低齡組的繪圖方式顯著性評分排序結(jié)果為X4>X2>X3>X1>X5>X6，大齡組的繪圖方式排序結(jié)果為X1>X2>X4>X3>X6>X5。可以看出，對于低齡組兒童來說，單色平涂和二維渲染對于顯著性維度的作用較為明顯，對大齡組兒童來說，三維渲染和二維渲染對顯著性維度的作用較為明顯。

表9 顯著性指標評價結(jié)果

Tab.9 Significance index evaluation results

從排序結(jié)果來看，低齡組兒童對X4單色平涂的顯著性評價優(yōu)于其他5種繪圖方式，在注視過程中，X4單色平涂的首次注視前時間和首次注視前次數(shù)的數(shù)值最小，該繪圖方式較排名第2的X2二維渲染分別減少0.012 s和1.444次，較排名第6的X6涂鴉手繪分別減少0.083 s和10.003次；單色平涂繪圖方式具有清晰流暢的線條輪廓、色塊分明，能快速吸引低齡組兒童的注意，因此顯著性強于其他方案。大齡組兒童對X1三維渲染繪圖方式的顯著性評分大于排名第2的X2二維渲染0.026 8，大于排名第3的X5尺規(guī)手繪1；三維渲染繪圖方式構(gòu)建的三維模型空間感、體積感、真實感較強，角色立體靈動，容易使大齡組兒童迅速感受，帶來巨大的視覺沖擊力。兩組兒童對首次注視簡筆手繪繪圖方式（X5尺規(guī)手繪和X6涂鴉手繪）的時間最晚，該類繪圖方式不能被迅速察覺，因此顯著性最弱。

4.2.3 引導性分析

引導性反映了繪圖方式的視覺驅(qū)動力強弱，常伴隨著較高頻率的后期視覺注視行為，體現(xiàn)了被試者對相關視覺內(nèi)容較高程度的理解，主要與回視次數(shù)、回視時間、再注視比和回看時間比4項眼動指標相關。引導性評價維度的權(quán)重計算方法和各繪圖方式的綜合評價方法與4.2.1和4.2.2相同，引導性維度下的角色繪圖方式個數(shù)是6個，眼動評價指標是4項。同理可得到引導性評價維度下的4項眼動評價指標的權(quán)重，見表10。

表10 引導性指標權(quán)重

Tab.10 Guiding index weight

根據(jù)表11所示，從與引導性維度正相關的4項眼動指標評價結(jié)果來看，低齡組兒童在該維度下的繪圖方式評價結(jié)果為X1>X3>X2>X4>X6>X5，大齡組兒童的繪圖方式評價結(jié)果為X1>X2>X3>X4>X5>X6。可以看出，對于低齡組兒童來說，三維渲染和明暗平涂對引導性維度的作用較為明顯，對大齡組兒童來說，三維渲染和二維渲染對于引導性維度的作用較為明顯。

表11 引導性指標評價結(jié)果

Tab.11 Guiding index evaluation results

從排序結(jié)果來看，低齡組兒童對X1三維渲染的引導性評分大于排名第2的X3明暗平涂0.325 5，大于排名第3的X2二維渲染0.612 6，再注視比分別大于X3、X2繪圖方式1.944%、4.181%。大齡組兒童對X1三維渲染的引導性評分大于排名第2的X2二維渲染0.152 4，大于排名第3的X3明暗平涂0.630 3，回看時間比大于X2繪圖方式1.459%，大于X3繪圖方式7.643%。兩組兒童對X1三維渲染、X2二維渲染和X3明暗平涂的引導性評分最高，這3種繪圖方式塑造的角色真實細膩，層次豐富，陰影明確，提供的視覺信息較多，能提高兒童的關注率，進而對界面內(nèi)容加深印象。因此三維渲染繪圖方式、二維渲染繪圖方式和明暗平涂繪圖方式對兩組兒童的引導性明顯優(yōu)于其他方案。

4.2.4 綜合分析

學齡前兒童教育APP角色繪圖方式綜合評價的權(quán)重計算方法和方案的綜合評價方法與以上3個維度相同，角色繪圖方式的個數(shù)共計為6，眼動評價指標共計為10?；谘蹌訉嶒灁?shù)據(jù)得到10項眼動評價指標的權(quán)重，見表12。

從基于熵權(quán)法的學齡前兒童教育APP角色繪圖方式的綜合指標評價可以看出（見表13），低齡組兒童的角色繪圖方式綜合指標評價排序結(jié)果為X1>X3> X4>X2>X5>X6，大齡組兒童的繪圖方式綜合指標評價排序結(jié)果為X1>X2>X3>X4>X5>X6。

表12 綜合指標權(quán)重

Tab.10 Comprehensive index weight

表13 綜合評價結(jié)果

Tab.13 Comprehensive index evaluation results

根據(jù)綜合評分結(jié)果可知（見圖5），低齡組兒童對X1三維渲染和X3明暗平涂表現(xiàn)出持續(xù)關注，兩種繪圖方式包含完整豐富的面孔、身體的特征結(jié)構(gòu)信息，通過陰影層次變化和光影關系在質(zhì)感的呈現(xiàn)上更具三維立體感。大齡組兒童對X1三維渲染和X2二維渲染的綜合評價最高，這2種繪圖方式均構(gòu)建三維模型，通過模型的形體構(gòu)造表現(xiàn)出空間感、真實感，給兒童帶來全方位的三維立體效果體驗，能快速吸引和引導大齡組兒童的注意力。兩組兒童對構(gòu)型簡單、顏色單一的X5尺規(guī)手繪和X6涂鴉手繪并無產(chǎn)生明顯關注。根據(jù)分析可知，兩組兒童對6種角色繪圖方式的評價結(jié)果存在顯著差別，低齡組兒童容易被三維渲染和明暗平涂繪圖方式持續(xù)吸引，大齡組兒童尤其關注三維模型類別中的三維渲染和二維渲染繪圖方式，而在教育APP角色繪圖方式設計中應盡量避免簡筆手繪繪圖方式中的尺規(guī)手繪和涂鴉手繪。

圖5 綜合評分結(jié)果

通過上述實驗可以看出，繪圖方式的不同特征與兒童的視覺體驗具有特定的映射關系。總體來看，學齡前兒童對三維渲染繪圖方式的綜合體驗評價最高，其次是二維渲染和明暗平涂繪圖方式。且不同的繪圖方式具有差異性，單色平涂和三維渲染繪圖方式可以提升教育APP學習內(nèi)容的顯著性，幫助學齡前兒童對相關內(nèi)容進行有效判斷，增強學習的興趣性，鞏固兒童初步形成的概念；二維渲染和明暗平涂繪圖方式具有較強的引導性，可以指導兒童參與認知加工過程，促進理解能力和記憶能力的發(fā)展。

教育部擬定的《3～6歲兒童學習與發(fā)展指南》將兒童教育劃分為5個領域，包括語言、科學、社會、藝術和健康。結(jié)合實驗統(tǒng)計及各維度特征，語言認知相關的教育APP旨在發(fā)展兒童的表達能力、理解能力和判斷能力，可以優(yōu)先考慮采用三維渲染、二維渲染和明暗平涂繪圖方式，這樣能夠更好地培養(yǎng)兒童興趣，延長有效訓練時間，增強語言理解表達能力?？茖W探究相關的教育APP核心是激發(fā)兒童的學習興趣，發(fā)展初步探究能力，可以考慮采用三維渲染繪圖方式和單色平涂繪圖方式，這樣能夠更好引導兒童探究與觀察事物，幫助其形成良好的學習態(tài)度與能力。社會交往相關的教育APP以培養(yǎng)兒童的交流互動能力為目的，可以優(yōu)先考慮采用二維渲染和明暗平涂繪圖方式，這樣能夠更好促進兒童對不同社交行為的理解，并掌握應用在不同環(huán)境中的形式。藝術創(chuàng)造相關的教育APP致力于兒童創(chuàng)造興趣，引導其去感受、欣賞和表現(xiàn)美，可以考慮采用單色平涂、明暗平涂和二維渲染繪圖方式，這樣能夠更好促進兒童對不同藝術形式的理解掌握，并能夠進行創(chuàng)新。生活技能相關的教育APP以培養(yǎng)兒童的生活習慣，促進動作發(fā)展為目的，可以優(yōu)先考慮采用三維渲染、二維渲染和明暗平涂繪圖方式，這樣能夠更好地幫助兒童掌握生活技能知識，規(guī)范日常行為。

綜上所述，包含不同眼動指標的評價維度體現(xiàn)了兒童對不同教育APP角色繪圖方式的認知差異性。興趣性維度更多地體現(xiàn)了兒童圖形認知過程中的傾向性大小，對兒童學習的持續(xù)性具有較強影響。顯著性維度更多地體現(xiàn)了兒童圖形認知過程中的初始印象強弱，對兒童學習內(nèi)容的選擇性有較大影響。引導性維度更多地體現(xiàn)了兒童圖形認知過程中的接受程度高低，對兒童學習的長時記憶效果有較大幫助。這種學齡前兒童教育APP角色繪圖方式設計評價方法，不僅適用于兒童APP設計，也同樣適用于其他APP設計，但需結(jié)合其具體特點，對APP的評價維度和評價指標進行重新分析與修正。

5 結(jié)語

通過將熵權(quán)法與眼動實驗相結(jié)合的評價研究方法，減小了設計評價過程中主觀因素造成的影響，獲取了客觀的學齡前兒童教育APP角色繪圖方式的評價結(jié)果。以眼動實驗的相關數(shù)據(jù)指標與角色繪圖方式的評價維度為基礎，構(gòu)建評價指標體系；采用熵權(quán)法進行賦權(quán)計算得到眼動數(shù)據(jù)的指標權(quán)重；利用各眼動指標的權(quán)重進行加權(quán)計算，獲取了6種角色繪圖方式在3個評價維度下的分別得分和綜合得分；對各維度中的最優(yōu)繪圖方式及3個維度的綜合最優(yōu)繪圖方式排序，并解析各維度評分較高的繪圖方式；歸納了學齡前兒童教育APP角色繪圖方式評價指標體系與兒童學習過程中行為和繪圖方式特點的映射關系。

此研究所提出的基于熵權(quán)法的學齡前兒童教育APP角色繪圖方式設計評價結(jié)果，可以為設計師提供設計評價依據(jù)，幫助其提高合理決策的效率，以便更有效激發(fā)并維持兒童主動學習的興趣，從而達到良好的教育效果。此外，由于兒童教育APP角色繪圖方式涉及的因素較多，界面中的情景差異較大，使用單一方法確定評價指標的權(quán)重及最優(yōu)方案可能不夠全面。后續(xù)研究中將采用主觀、客觀相結(jié)合的評價方法，對多種使用情景下的角色繪圖方式進行研究，削弱研究過程中產(chǎn)生的局限性，獲取更加全面、科學、客觀的研究結(jié)果，為學齡前兒童教育APP的設計提供更為詳盡的指導。

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Evaluation of the Role Drawing Mode of Preschool Children's Educational APP Based on Entropy Method

LI Xun, ZHANG Bing-chen, YANG Yu-ling, GU Rui-bing, WEI Yi-yang

(School of Mechatronic Engineering, Jiangsu Normal University, Jiangsu Xuzhou 221116, China)

Based on the visual cognition characteristics of preschool children, explore the design evaluation methods of educational APP character drawing methods, and effectively evaluate each drawing method, provide a reference for designers to design roles, stimulate children's interest in learning, and improve learning efficiency and educational effects. Firstly, through literature analysis and expert interviews, the three dimensions of interest, significance and guidance are refined, combined with eye movement data indicators to construct an evaluation index system for preschool children's education APP role mapping; secondly, the entropy weight method is used to obtain each eye movement evaluation index; Secondly, the comprehensive scores and ranking results of the 6 drawing methods are obtained through weighted calculation; Finally, the optimal drawing methods of each dimension and the comprehensive three dimensions are screened out. The study found that children of different ages have different cognitive processing of character drawing methods; single-color flat coating has a greater impact on the interest and significance of children in the younger group, and the guiding effect of light and dark flat coating on children in the younger group is more obvious; Three-dimensional rendering has greater advantages in the three dimensions of children in the older group. At the same time, the two-dimensional rendering also has a more significant effect on the significance and guidance of older children. The application of entropy weight method in the design of educational app role drawing can effectively evaluate the interest, significance and guidance of the role, so that children can obtain a deeper level of interactive experience, and provide reference for the role design of preschool children education app.

entropy weight method; eye movement experiment; drawing method; preschool children; educational APP; animal role

TB472

A

1001-3563(2022)10-0300-12

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.10.036

2021-12-20

江蘇師范大學研究生科研與實踐創(chuàng)新計劃（2020XKT194）；教育部人文社會科學研究規(guī)劃基金(18YJAZH123)

李尋（1996—），女，碩士生，主攻兒童產(chǎn)品設計。

張丙辰（1976—），博士，副教授，人機交互及系統(tǒng)設計。

責任編輯：陳作