侍洪寧 魏謝敏 李佳佳

摘要：探索基于兒童特征的美育類AR產(chǎn)品交互設(shè)計原則及設(shè)計實踐，旨在為兒童用戶帶來易用、有趣、沉浸的交互體驗，給設(shè)計師提供新思路，促進5G時代下教育數(shù)字化的創(chuàng)新發(fā)展。前期通過調(diào)研分析兒童美育類AR產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀及未來潛力；進而分析低學齡兒童的生理、心理、認知和審美特征及其對設(shè)計的影響，從設(shè)計層次、用戶行為、用戶特征、設(shè)計要素、設(shè)計需求推導(dǎo)出兒童AR美育產(chǎn)品的設(shè)計原則；最后進行設(shè)計實踐。得到內(nèi)容生活化、視覺具象化、流程扁平化、反饋多模態(tài)、教學隱性化、細節(jié)情感化的設(shè)計原則。本文提出的設(shè)計原則適用于低學齡兒童美育類AR產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：增強現(xiàn)實技術(shù)；交互設(shè)計；美育；低學齡兒童；教育數(shù)字化

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：J文章編號：1003-0069（2024）05-0136-04

Abstract：Explore the interactive design principles and design practices of AR products based on childrens characteristics，aiming to bring easy-to-use，interesting and immersive interactive experience to children users，provide designers with ideas，and promote the innovative development of digital education in the 5G era. In the early stage，the development status and future potential of AR products for childrens aesthetic education were analyzed through investigation. Then，the physiological，psychological，cognitive and aesthetic characteristics of children of low school age were analyzed and their influence on design was analyzed. The design principles of AR aesthetic education products for children were deduced from the design level，user behavior，user characteristics，design elements and design requirement. Finally，design practice is carried out.The design principles of life-oriented content，visual concretization，flat process，multi-modal feedback，hidden teaching and emotional details are put forward.The design principles proposed in this paper are applicable to aesthetic education AR products for lower grade school children.

Keywords：Augmented Reality（AR）；Interaction design；Aesthetic education；Children of low school age；Education digitization

引言

美育對兒童的素質(zhì)影響潛移默化、深遠持久，教育數(shù)字化已被列入國家戰(zhàn)略行動，隨著VR、AR等技術(shù)的成熟，其逐漸在教育領(lǐng)域深入發(fā)展，并為教育數(shù)字化提供了新的可能性，相較于需要頭戴設(shè)備的VR，AR更適用于低學齡兒童教育。但是，當前我國針對兒童的美育類AR產(chǎn)品較少，且存在著交互體驗不足的問題。本文基于這一背景，從發(fā)展現(xiàn)狀、兒童用戶、數(shù)字技術(shù)的統(tǒng)合視角出發(fā)，探尋基于增強現(xiàn)實技術(shù)的低學齡兒童美育類產(chǎn)品交互設(shè)計原則，探索數(shù)字化美育的創(chuàng)新設(shè)計。

一、AR技術(shù)與兒童美育

（一）AR技術(shù)的起源與應(yīng)用發(fā)展

增強現(xiàn)實技術(shù)（Augmented Reality，簡稱AR），最早可追溯至1968年，美國計算機科學家伊凡·蘇澤蘭（Ivan Sutherland）領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)了能夠生成復(fù)雜虛擬場景的系統(tǒng)，直到1990年，波音公司研究員提出了Augmented Reality這一詞組概念，而后，AR技術(shù)逐漸在各個領(lǐng)域應(yīng)用發(fā)展[1]。AR技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，可從家庭、課堂兩種使用場景進行列舉。從家庭個人教育來看，考慮到便捷性，主要采用移動AR，如移動端App、可穿戴設(shè)備等，將AR技術(shù)與兒童熟悉的卡片、書籍、玩具等實物媒介結(jié)合，例如葡萄科技AR繪本、小熊尼奧AR地球儀、Pizza Co卡片式AR數(shù)學游戲、MuzzBloc AR音樂啟智玩具等；從課堂集體教育來看，AR與教室墻壁、黑板/白板、顯示屏等物體相結(jié)合創(chuàng)造增強現(xiàn)實的教學環(huán)境，但相較于AR家庭個人教育的普及，AR課堂集體教育還在進一步研發(fā)中，其中也不乏優(yōu)秀案例。例如：國外學者開發(fā)了兒童生物學數(shù)字工具SharedPhys，探究了實時生理感知、全身互動和大屏幕可視化的混合現(xiàn)實環(huán)境初始設(shè)計空間；聯(lián)想公司與清華大學聯(lián)合研發(fā)了基于教學幕布的AR產(chǎn)品HoloBoard；臺灣學者將Kincet、平板電腦與投影儀三者結(jié)合開發(fā)了增強現(xiàn)實的英語學習環(huán)境Digital Learning Theatre。

（二）AR技術(shù)應(yīng)用于教育領(lǐng)域的優(yōu)勢

在教學場景上，AR可以提供游戲化、情景化教學，且同時利用視覺（文字、圖像、動畫、視頻等）、聽覺（音樂、音效、旁白等）等多種感官通道擴增學習內(nèi)容，突破現(xiàn)實場景教學的局限性。在內(nèi)容表現(xiàn)上，AR運用三維圖像可視化，形象化地展示抽象的知識概念，便于學生理解，尤其是對于認知水平尚未完善的低學齡兒童來說教育引導(dǎo)和輔助效果更佳[2]。在教學方式上，相較于傳統(tǒng)的單向灌輸式教學，AR的可互動性帶來發(fā)現(xiàn)式學習，提升了教學過程中學生作為主體的參與性，學生由被動學習轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W習。在教學效果上，AR相較于VR全虛擬教學，其教學過程相對可控，多個研究表明，AR教育相比傳統(tǒng)教學可以實現(xiàn)更好的教學效果。在教育體驗上，AR以其虛實結(jié)合、實時跟蹤的特點給學生帶來沉浸式的學習體驗，同時學生能夠在真實環(huán)境中和他人共同完成任務(wù)，符合社會構(gòu)建主義學習理論的要求。此外，將AR技術(shù)用于化學實驗等課程，可以避免教學中的安全風險，節(jié)約實驗器材成本。在美育方面，AR的核心優(yōu)勢是實現(xiàn)靜態(tài)二維作品在真實空間中的虛擬三維動態(tài)展示，從視覺層吸引兒童興趣、拓展想象力，附加值是給兒童提供擬真的數(shù)字展覽空間，從心理層增強兒童的成就感，利于激發(fā)兒童學習的長久動力。

（三）兒童美育類AR產(chǎn)品現(xiàn)狀分析

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，當前市面上的美育類AR產(chǎn)品大部分以單向的信息呈現(xiàn)為主要功能，沒有完全利用AR技術(shù)的特征，發(fā)揮其在美育中的優(yōu)勢。筆者針對兒童美育類AR產(chǎn)品在交互設(shè)計上的不足總結(jié)了以下幾點：第一，用戶群體過于籠統(tǒng)，沒有從兒童階段性特征出發(fā)進行設(shè)計，針對性不強。第二，界面視覺表現(xiàn)上仍以二維為主，呈現(xiàn)從二維逐漸轉(zhuǎn)向三維的趨勢。第三，交互操作形式比較單一、互動性較弱，例如簡單的3D模型展示，對于兒童來說缺乏吸引力，難以維持學習興趣。第四，教學上缺少引導(dǎo)和明確的任務(wù)目標，沒有以學生為主體，更傾向于信息的單向傳播，例如繪畫步驟、涂色方法等教學說明。第五，功能上忽視了兒童的情感需求，缺少從用戶情感層面出發(fā)的細節(jié)設(shè)計。

二、低學齡兒童特征與設(shè)計需求分析

（一）低學齡兒童特征

低學齡兒童是指處于1～3年級的小學低段兒童，根據(jù)我國對于小學生的入學年齡限定，1～3年級的小學生普遍在7～9歲左右。7～9歲的低學齡兒童是認知、審美、創(chuàng)意思維和實踐能力發(fā)展的重要階段。因此，本研究將7～9歲的低學齡兒童作為目標用戶群體，從生理、心理、認知、審美4個方面分析用戶特征。

1.生理特征：相較于學齡前兒童，低學齡兒童身體和手的敏捷性已大大增加，例如能很好地寫字，并可以按照參照物畫圖；能較好學習某種技能：如參加體育運動、跳舞、做體操、練琴等。但其注意力不集中且易分散，他們的有意注意和無意注意是并存的，以無意注意為主，注意力保持時間在20分鐘左右。

2.心理特征：低學齡兒童因認知能力的提升，自我意識開始逐漸強烈，反抗意識明顯，即會對成人的判斷提出異議，對成人的權(quán)威和控制反感，然而會聽從同伴的建議。在社會交往方面，社會情感是兒童心理發(fā)展的晴雨表，如果兒童缺乏對社會的參與，就會造成心理上的封閉[3]。在自尊方面，低學齡兒童在活動中通過自己的行為和能力表現(xiàn)取得成功后將獲得強烈而積極的自我價值感，此外，兒童有著獲得他人關(guān)注及肯定的情感需求[4]。

3.認知特征：美國心理學家皮亞杰（Jean Piaget）將兒童的認知發(fā)展理論，7～9歲的低學齡兒童處于具體運算階段，這一階段的兒童正在由具象思維向抽象思維轉(zhuǎn)變，仍以具象思維為主；有意性、目的性逐漸增強，即觀察目標越具體，行動任務(wù)越明確，兒童的行為效果越好；開始能夠從事物的整體看到部分，并認識部分與整體的關(guān)系，實現(xiàn)事物部分與整體的統(tǒng)一。

4.審美特征：按照美國教育心理學家加德納（Harvard Gardner）的兒童審美認知理論，低學齡兒童處于“寫實主義”階段，這一階段的兒童審美認知水平有限，僅僅依靠自身經(jīng)驗來感受與表達美，也無法理解抽象藝術(shù)。加德納提出，在教學過程中，教師應(yīng)擴展“寫實主義”時期兒童的審美欣賞范圍，幫助學生提高審美水平[5]。

（二）設(shè)計需求分析

諾曼在設(shè)計心理學中提出了關(guān)于設(shè)計的3個層次：本能層、行為層、反思層。在交互設(shè)計中，這3個層次對應(yīng)著用戶在交互過程中的信息接收、交互行為和用戶體驗。用戶通過產(chǎn)品的視覺表現(xiàn)接受信息即交互內(nèi)容，功能流程和交互反饋是用戶在交互操作中不可忽視的兩大設(shè)計要素，美育AR產(chǎn)品給用戶帶來的體驗需要從教育引導(dǎo)和細節(jié)設(shè)計兩個方面著重考慮。結(jié)合前文對低學齡兒童用戶特征的分析，可以得出面向低學齡兒童的美育類AR產(chǎn)品設(shè)計需求，見表1。

三、低學齡兒童美育類AR產(chǎn)品交互設(shè)計原則

（一）內(nèi)容主題生活化原則

低學齡兒童認知水平處于具象階段，其對于世界的認知主要源于個人經(jīng)驗，即受到日常生活以及生活環(huán)境影響的直接經(jīng)驗，例如：衣、食、住、行、用。兒童的情感也來源于日常生活體驗，生活場景中出現(xiàn)的人或事物映射著情感化的元素[6]。生活化的主題內(nèi)容能夠激發(fā)兒童產(chǎn)生情感共鳴，便于兒童理解與接受。數(shù)字化的創(chuàng)新教育運用科技手段，以虛擬的形式拓展教育內(nèi)容，教育的本質(zhì)沒有發(fā)生改變，美育類AR產(chǎn)品也應(yīng)從兒童經(jīng)驗出發(fā)，設(shè)置生活化的主題內(nèi)容。

（二）視覺語言具象化原則

視覺元素是設(shè)計語言的單詞與符號，用戶通過視覺元素獲得對于設(shè)計信息的第一印象。AR產(chǎn)品移動端的視覺元素可以分為人物/角色、場景/背景、界面圖標3大模塊。低學齡兒童處于由具象思維向抽象思維轉(zhuǎn)變的過程之中，難以理解抽象化的視覺語言，可通過角色具象化、場景3D化、圖標擬物化等形式表達AR產(chǎn)品中的視覺元素。例如，針對3～12歲兒童的AR科普繪本《人體游樂園》，以兩個小怪獸的可視化形象在人體游樂園中探險的視角將兒童帶入，見圖1；繪本在數(shù)字端采用3D場景向兒童立體具象地展示了動脈、骨骼、心臟等現(xiàn)實場景中無法表達的人體內(nèi)部器官，見圖2；此外，《人體游樂園》在圖標設(shè)計上大量采用了擬物化——“主頁”用房屋表示，視力相關(guān)圖標均以直觀的形象進行表達，“老視”運用老爺爺?shù)男蜗?、“色盲”運用黃綠燈等，見圖3[7]。

（三）功能流程扁平化原則

低學齡兒童目的性逐漸增強，任務(wù)越明確，他們的行為效果越好，因此，兒童美育AR產(chǎn)品在交互流程上應(yīng)盡量簡化信息層級架構(gòu)，減少低學齡兒童的可選擇性，同時降低學習成本便于兒童理解，過于復(fù)雜的信息架構(gòu)會增加兒童用戶的使用難度，從而減弱興趣。其具體表現(xiàn)為將信息層級控制在3個以內(nèi)，同時需要通過語音、指示圖標、自動彈窗等方式加以輔助引導(dǎo)。在功能模塊較多的情況下，應(yīng)區(qū)分主次，引導(dǎo)兒童完成主線任務(wù)。扁平化的操作流程使得信息快速高效地傳遞給兒童，有利于提升兒童AR產(chǎn)品的易用性與用戶黏性[8]。

（四）交互反饋多模態(tài)原則

兒童美育AR產(chǎn)品交互反饋設(shè)計上應(yīng)采用多模態(tài)刺激，即在交互過程中調(diào)用視覺、聽覺、觸覺等多個感官通道，從而最大化地吸引學生興趣，使其相對集中注意力，提升信息接受的完整度。從傳播學理論出發(fā)，接受信息時調(diào)動的感官越多，心理對事物的形象就更趨向于真實，感官體驗達到最大化的同時，傳播效用也在不斷增強[9]。7～9歲兒童注意力不集中，認知發(fā)育也尚未完善，無法通過單一感官深刻理解信息。因此，針對低學齡兒童設(shè)計的美育類AR產(chǎn)品應(yīng)充分利用感官的多模態(tài)，以視覺、聽覺為基礎(chǔ)，其他感官為輔設(shè)計反饋信息[10]。例如《ahakid》，一款針對3-12歲兒童的啟蒙教育App，其主頁左上方的功能按鈕在具象可視化的基礎(chǔ)上輔助配音，切換按鈕時，對應(yīng)著按鈕下方文字的聲音發(fā)出，利用視覺與聽覺通道的雙重刺激吸引兒童的注意力，同時也便于識字不全的兒童理解按鈕的功能寓意，見圖4。

（五）教學引導(dǎo)隱性化原則

從美育產(chǎn)品本身出發(fā)，需要對其教學影響進行設(shè)計思考，即如何給兒童用戶帶來良好的教育體驗。從低學齡兒童的階段性特征出發(fā)，這一階段的兒童需要教學引導(dǎo)但又處于反抗期，有著一定的厭學逆反心理，因此，應(yīng)當給予兒童隱性化的教育感受，使其在潛移默化的交互中接受教育內(nèi)容。AR產(chǎn)品中的隱性化教育可同時采用情景創(chuàng)設(shè)和教育者身份模糊兩種方法。

1.情景創(chuàng)設(shè)是指以直觀的虛擬場景模擬將兒童帶入情景之中，這一方法既能夠便于兒童理解問題、產(chǎn)生共情和展開想象，又能夠增強兒童使用數(shù)字產(chǎn)品的代入感和沉浸感，從而驅(qū)動兒童完成任務(wù)的主觀性。

2.教育者身份模糊是指教學引導(dǎo)的角色不再以教師的身份出現(xiàn)，可以將虛擬的教育者設(shè)定為同齡人即兒童玩伴的形象，以削弱學習的正式感和壓迫感，營造更輕松、自然的學習氛圍。

（六）細節(jié)設(shè)計情感化原則

設(shè)計的本質(zhì)是為了滿足人的需求而設(shè)計，這是設(shè)計的目的所在。兒童美育類AR產(chǎn)品的主要功能是教育，但想要吸引用戶的持續(xù)關(guān)注，也應(yīng)重視情感體驗與情感交流。低學齡兒童有著渴望陪伴、需要社交、希望獲得贊揚或獎勵、喜愛有趣驚喜體驗以及尋找自我的個性化情感需求。在美育類AR產(chǎn)品中需要通過同伴式虛擬角色、同齡人社交社區(qū)、及時的肯定反饋和獎勵制度、游戲式教學、情景模擬等細節(jié)設(shè)計來滿足兒童用戶的情感需求。

四、低學齡兒童美育類AR產(chǎn)品交互設(shè)計實踐

（一）《WOW ART》項目概況

筆者基于以上設(shè)計原則，進行了《WOW ART》項目設(shè)計實踐，具體研發(fā)流程見圖5。《WOW ART》由移動AR數(shù)字終端和實體紙品模型學具兩部分組成，效果展示見圖6。兒童首先通過數(shù)字終端獲得學習任務(wù)，再通過AR識別功能掃描手工作品，在數(shù)字終端中靜態(tài)的平面作品轉(zhuǎn)向動態(tài)的立體模型。兒童可以在移動設(shè)備中與立體模型進行交互，例如旋轉(zhuǎn)模型角度、變換模型大小、選擇任意空間放置模型等。

（二）《WOW ART》項目設(shè)計

1.生活化的內(nèi)容主題

無論是數(shù)字終端的設(shè)計還是紙品模型學具的設(shè)計，都圍繞著低學齡兒童的生活經(jīng)驗展開。數(shù)字終端中的場景內(nèi)容采用夸張手法，將兒童常見的美育用品畫筆、調(diào)色板等物品進行夸張放大，拉近數(shù)字產(chǎn)品與兒童的距離。紙品模型學具的內(nèi)容分為“衣、食、住、行、用”5個方面，例如兒童的學習用品：書包、課本、尺子等；節(jié)日美食：中秋月餅、生日蛋糕、端午粽子等；交通工具：飛機、火車、帆船等，見圖7。紙模學具的內(nèi)容對應(yīng)著數(shù)字終端的模型設(shè)計，并與虛擬角色產(chǎn)生故事性互動。

2.具象化的視覺語言

《WOW ART》采用具象化的視覺語言，在界面設(shè)計中以3D立體化設(shè)計表現(xiàn)圖標，并將圖標進行擬物化，此外，相較于成年人的應(yīng)用，有意將圖標尺寸在界面中的占比設(shè)置得更大，以提升容錯率，在兒童點擊不準確的情況也可以順利進行交互過程，見圖8。在虛擬角色設(shè)計上依據(jù)低學齡兒童的心理特征和審美特征，選用兒童喜愛的卡通風格，采用柔和圓潤的整體廓形，將虛擬角色參照小學生的身高、比例等特征設(shè)計為同齡人模樣的3D形象，遵循社交情感可視化原則，特意設(shè)計了幅度較大的角色動態(tài)如對話、打招呼、發(fā)呆等，見圖9，再配以明亮的色彩，塑造了性格活潑開朗、喜愛交流的相對真實的具象化虛擬角色[11]。現(xiàn)實生活中，因為場地、資金、時間等因素的限制，兒童的作品通常難以得到全面的展示，因此，《WOW ART》在場景設(shè)計上圍繞“兒童藝術(shù)館”的概念展開，以具象化的3D模型為兒童提供虛擬的立體藝術(shù)空間，以數(shù)字的便捷性給予每個兒童打造個人藝術(shù)空間的機會。

3.扁平化的功能流程

在功能流程上，《WOW ART》遵循扁平化設(shè)計原則進行了交互流程的簡化，雖然設(shè)置了“主頁、名人館、藝術(shù)圈、我的、信箱”5大功能板塊，但主要任務(wù)由主頁中的虛擬人發(fā)布，兒童用戶自然而然地被引導(dǎo)著進入下一環(huán)節(jié)，功能流程見圖10。

4.多模態(tài)的交互反饋

《WOW ART》利用兒童的視覺、聽覺、觸覺通道同時給予用戶以多模態(tài)的交互反饋，首先是按鈕的視聽反饋設(shè)計，例如界面最上方的5個功能按鈕分別具有不同的代表性音效，用戶在切換功能頁面時，不僅可以看到按鈕的顏色產(chǎn)生變化，還能夠聽到代表性音效以區(qū)別不同的功能。其次是AR模型的呈現(xiàn)，例如，用戶在掃描平面作品時，如果掃描成功則會獲得視聽通道的正向反饋，如果因角度、光線等問題掃描失敗，不僅會獲得視聽通道的雙重錯誤提示，還能夠通過觸覺感到移動端的振動提示。最后是AR模型的放置，在用戶選擇位置以及放置成功時，都會得到視覺、聽覺、觸覺多通道的正向反饋刺激。

5.隱性化的教學引導(dǎo)

《WOW ART》中虛擬角色Mia以同伴的角度發(fā)布教學任務(wù)，提供教學引導(dǎo)，運用情景模擬的方式將兒童帶入故事中，喚起兒童的情感，調(diào)動兒童的主動性，從而避免反抗期的兒童產(chǎn)生厭學心理。例如新學期開始了，Mia請兒童用戶和她一起制作新書包，并在過程中用Mia的語氣，以幫助、建議的方式給兒童提示制作步驟。

6.情感化的細節(jié)設(shè)計

《WOW ART》在功能設(shè)計上充分考慮了兒童的社交情感需求，例如“藝術(shù)圈”功能是兒童實現(xiàn)同齡人社交的虛擬社區(qū)，相當于成年人微信社交的朋友圈，兒童在虛擬空間中通過語音表達和作品圖片展示真實的個人作品，同時欣賞他人作品，通過給予他人作品點贊以及獲得他人點贊反饋以建立真實的同齡人社交關(guān)系，“我的”功能以三維的形式讓兒童的作品呈現(xiàn)在立體數(shù)字展覽空間中，為兒童打造了自我展示的虛擬空間，可以增強兒童的成就感和獲得感?！禬OW ART》中的虛擬角色Mia滿足了兒童用戶需要同齡人的陪伴的情感需求。在任務(wù)反饋上，當兒童完成一項任務(wù)就會獲得Mia的語音鼓勵和頁面的正向反饋，迎合低學齡兒童希望獲得贊揚或獎勵的情感需求。

結(jié)語

未來的數(shù)字化美育創(chuàng)新設(shè)計，設(shè)計師應(yīng)充分利用AR技術(shù)的特有優(yōu)勢，在交互設(shè)計中真正站在兒童用戶的角度思考問題，分析兒童的階段性特征與潛在需求，遵循合理的設(shè)計原則，在設(shè)計過程中尊重兒童的審美意愿，使兒童感興趣、有樂趣，從實踐體驗中獲得長久的學習動力，喚醒兒童的自發(fā)性學習潛能，進而達到“提升審美素養(yǎng)、陶冶情操、溫潤心靈、激發(fā)創(chuàng)新創(chuàng)造活力”的教育目的。

基金項目：國家社科基金藝術(shù)學項目（23CG198）的階段性成果

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