基于情境感知的學(xué)齡兒童體驗(yàn)式課堂服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

許芳婷 曹小琴 陳睿雅

摘要 ：在技術(shù)應(yīng)用與用戶(hù)體驗(yàn)雙重驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)驗(yàn)式的學(xué)齡兒童課堂教學(xué)預(yù)設(shè)已無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代課堂情境的復(fù)雜性問(wèn)題。本文從學(xué)齡兒童及其利益相關(guān)者入手，結(jié)合情境感知相關(guān)內(nèi)容，綜合體驗(yàn)設(shè)計(jì)相關(guān)方法，將故事卡片進(jìn)行聚類(lèi)分析得到學(xué)情采集、場(chǎng)景交互、數(shù)據(jù)分析、資源推送和智慧管理五大任務(wù)，分別從感知識(shí)別層、情境理解層、活動(dòng)預(yù)測(cè)層三大維度出發(fā)，提出設(shè)計(jì)原則。本文通過(guò)情境感知理論的運(yùn)用，綜合虛擬現(xiàn)實(shí)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)手段，為學(xué)齡兒童提供主動(dòng)的、自適應(yīng)的及個(gè)性化的體驗(yàn)式課堂服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞 ：情境感知 ;學(xué)齡兒童 ;體驗(yàn)式 ;課堂服務(wù) ;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào) ：TB472文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ：A

文章編碼 ：1672-7053（2021）07-0116-03

Abstract ：Driven by both the application of technology and user experience， the experiential school-age childrens classroom teaching presupposition can no longer meet the complex problems of modern classroom situations. This article starts with of school-age children and their stakeholders， combines context-aware related technologies， comprehensive experience design-related methods， and clusters story cards to obtain five major tasks： learning collection， scene interaction， data analysis， resource push and smart management ， And put forward the design principles from the three dimensions of perception recognition layer， situation understanding layer， and activity prediction layer. Through the application of situational awareness theory， this paper integrates virtual reality， cloud computing， big data and other newgeneration information technology methods to provide school-age children with an active， adaptive and personalized experiential classroom service system design.

Key Words ：Context Awareness; School-age Children; Experiential; Classroom Service; System Design

1 情境感知概述

情境感知（Context Awareness）由 SCHILIT 教授等人于 1994年首次提出 [1]?；谇榫掣兄脑O(shè)計(jì)研究依據(jù)用戶(hù)動(dòng)機(jī)、行為、需求來(lái)進(jìn)行深入感知與理解，有效地為用戶(hù)推送個(gè)性化及更為貼心的服務(wù)，從而更好地提升用戶(hù)滿(mǎn)意度 [2]。眾所周知，在用戶(hù)研究之中有關(guān)用戶(hù)與環(huán)境的交互過(guò)程具有較多不確定因素，如環(huán)境的不可預(yù)測(cè)性、多維性以及系統(tǒng)的復(fù)雜性。而在人類(lèi)互動(dòng)形式更為廣泛的背景下，越來(lái)越多的研究者將情境感知理論引入到設(shè)計(jì)研究之中 [3]。

在聚焦用戶(hù)體驗(yàn)的新型數(shù)字化時(shí)代，情境感知作為有效指導(dǎo)用戶(hù)與任務(wù)、環(huán)境間的交互行為的有力工具，能在人機(jī)交互過(guò)程中為用戶(hù)提供“所見(jiàn)即所得”的可視化信息與服務(wù)，使其交互體驗(yàn)更加智能化、個(gè)性化、實(shí)時(shí)化 [4]。從認(rèn)知心理學(xué)的角度來(lái)看，人與人之間的溝通效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人機(jī)交互的滿(mǎn)意度，運(yùn)用情境感知?jiǎng)t更能幫助設(shè)計(jì)師來(lái)理清用戶(hù)的行為邏輯，通過(guò)模擬人與人之間的交互過(guò)程，為用戶(hù)提供更優(yōu)質(zhì)的人人交互體驗(yàn) [5]。

2 體驗(yàn)設(shè)計(jì)概述

體驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是改善使用者與產(chǎn)品系統(tǒng)間的交互關(guān)系，其中對(duì)用戶(hù)需求的把握與用戶(hù)體驗(yàn)的提升是體驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中的兩個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題 [6]。一方面，體驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)人與產(chǎn)品之間互動(dòng)與交流的結(jié)構(gòu)及內(nèi)容進(jìn)行重新定義，通過(guò)人與產(chǎn)品間的交互關(guān)系，完成設(shè)計(jì)需求 ;而另一方面，在以信息技術(shù)為核心的基礎(chǔ)上，體驗(yàn)設(shè)計(jì)立足于構(gòu)建人—產(chǎn)品—服務(wù)間的交互關(guān)聯(lián)，重構(gòu)用戶(hù)需求與交互系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)性。體驗(yàn)設(shè)計(jì)是帶有情感的設(shè)計(jì)，是以用戶(hù)為中心的設(shè)計(jì)，其核心思想就是在產(chǎn)品系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的每個(gè)環(huán)節(jié)，都能做到以人為本的設(shè)計(jì)理念，讓用戶(hù)能懷有同理心來(lái)感受產(chǎn)品設(shè)計(jì)的每一環(huán)節(jié) [7]。

3 基于情境感知的學(xué)齡兒童體驗(yàn)式課堂服務(wù)系統(tǒng)用戶(hù)分析

3.1 學(xué)齡兒童課堂學(xué)習(xí)體驗(yàn)旅程圖

從用戶(hù)核心需求的角度出發(fā)，以敘述故事的方式描述用戶(hù)使用產(chǎn)品或接受服務(wù)的體驗(yàn)情況，并以可視化的方式展示，從中發(fā)現(xiàn)用戶(hù)在整個(gè)使用過(guò)程中的痛點(diǎn)和滿(mǎn)意點(diǎn)，最后提煉出產(chǎn)品或服務(wù)中的優(yōu)化點(diǎn)、以及后續(xù)課堂服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)點(diǎn) [9]。通過(guò)前期的訪(fǎng)談、問(wèn)卷所獲得的有效用戶(hù)數(shù)據(jù)，對(duì)主要目標(biāo)用戶(hù)進(jìn)行分類(lèi)，并為每個(gè)用戶(hù)創(chuàng)建與之匹配的角色模型，總結(jié)課堂學(xué)習(xí)相關(guān)故事情境 ：首先，通過(guò)桌面研究等形式梳理學(xué)齡兒童及其利益相關(guān)者的關(guān)鍵需求要素 ;其次，通過(guò)對(duì)學(xué)齡兒童及其利益相關(guān)者的情境調(diào)研和深度訪(fǎng)談來(lái)確定學(xué)齡兒童課堂學(xué)習(xí)場(chǎng)景劇本的描寫(xiě) ;最后，使用問(wèn)卷調(diào)研的方式對(duì)結(jié)論部分進(jìn)行挖掘與驗(yàn)證，最終得到面向?qū)W齡兒童體驗(yàn)式課堂服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)。對(duì)整個(gè)學(xué)齡兒童課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)所涉及的內(nèi)容進(jìn)行了歸納，大致分為以下三個(gè)不同的階段 ：課前、課中、課后，并整理出用戶(hù)課堂學(xué)習(xí)體驗(yàn)旅程圖，如圖 1。

3.2 用戶(hù)情境需求挖掘

通過(guò)梳理目標(biāo)用戶(hù)及其利益相關(guān)者所處的環(huán)境狀態(tài)信息、行為動(dòng)作描述等內(nèi)容，對(duì)用戶(hù)情境需求進(jìn)行歸納總結(jié)，從個(gè)性化需求、可視化需求、互動(dòng)性需求、智能化需求四個(gè)方面進(jìn)行定義。為便于后續(xù)設(shè)計(jì)的開(kāi)展，將需求進(jìn)行分級(jí)展開(kāi)，并對(duì)每一類(lèi)需求分級(jí)的權(quán)重進(jìn)行專(zhuān)家等級(jí)評(píng)分，具體情況如表 1 所示。

3.3 設(shè)計(jì)任務(wù)優(yōu)先級(jí)排序

將學(xué)齡兒童整個(gè)課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)在時(shí)間維度上進(jìn)行拆分，結(jié)合用戶(hù)體驗(yàn)旅程圖中的情緒曲線(xiàn)、設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)點(diǎn)梳理優(yōu)先級(jí)，篩選出課堂學(xué)習(xí)過(guò)程中的關(guān)鍵任務(wù)，通過(guò)將故事卡片進(jìn)行聚類(lèi)分析，最終得到五大課堂學(xué)習(xí)任務(wù)，分別為學(xué)情采集、場(chǎng)景交互、數(shù)據(jù)分析、資源推送、智慧管理。而每一類(lèi)別之下又涵蓋有數(shù)量不等的子任務(wù)。通過(guò)計(jì)算任務(wù)的平均分值得出分值較高的數(shù)個(gè)子任務(wù)，確定學(xué)齡兒童及其利益相關(guān)者的功能傾向性，如圖 2。

4 基于情境感知的學(xué)齡兒童體驗(yàn)式課堂服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

4.1 個(gè)性化服務(wù)原則

從用戶(hù)情境的角度出發(fā)，通過(guò)主動(dòng)感知用戶(hù)周?chē)那榫匙兓?，根?jù)用戶(hù)的個(gè)性化需求主動(dòng)提供以情境為基礎(chǔ)的信息化服務(wù)，使設(shè)備不拘于桌面設(shè)備的表現(xiàn)形式，其原則實(shí)際上可以理解為“主動(dòng)服務(wù)設(shè)計(jì)”，即基于傳感器對(duì)環(huán)境的感知為用戶(hù)提供相應(yīng)的個(gè)性化服務(wù)，主要包括三個(gè)維度的內(nèi)容 ：（1） 基于內(nèi)容的推薦，包含學(xué)齡兒童個(gè)性化培養(yǎng)計(jì)劃、個(gè)人專(zhuān)屬標(biāo)簽以及不同學(xué)科資源庫(kù) ;（2） 個(gè)性化資源定制，由于學(xué)齡兒童個(gè)體的差異性，依據(jù)學(xué)情打造專(zhuān)屬的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源 ;（3） 個(gè)性化搜索，包含學(xué)齡兒童學(xué)分認(rèn)定、作業(yè)情況、喜好特征、個(gè)性分析等搜索內(nèi)容。

4.2 智能化感知原則

情境感知的加入可以幫助學(xué)齡兒童增強(qiáng)對(duì)自己周?chē)h(huán)境的感知和理解，學(xué)齡兒童在反饋學(xué)情信息的過(guò)程中，主要包含兩種路徑，一種是外部的物理路徑，即信息從設(shè)備發(fā)出到用戶(hù)接收和感知的過(guò)程 ;二是基于用戶(hù)自身對(duì)信息的處理能力，即用戶(hù)通過(guò)不同的交互方式來(lái)反饋學(xué)情信息。智能化感知原則是讓設(shè)備與用戶(hù)以及環(huán)境的關(guān)系更加密切，更好地滿(mǎn)足用戶(hù)多種情境下的使用體驗(yàn)。在設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮系統(tǒng)的內(nèi)部及外部環(huán)境，內(nèi)部環(huán)境主要是系統(tǒng)硬件的內(nèi)部傳感器的功能設(shè)定，用以滿(mǎn)足用戶(hù)的各類(lèi)需求 ;而外部因素則主要考慮的是課堂外部的環(huán)境變化，例如課前、課中、課后不同的環(huán)境。由于用戶(hù)對(duì)于系統(tǒng)的情境模式的需求是不同的，因此這就需要課堂服務(wù)系統(tǒng)具有智能化感知功能，用來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)的體驗(yàn)需求。

4.3 多樣化需求原則

在情境感知的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中，需要依托數(shù)據(jù)技術(shù)的支持，實(shí)現(xiàn)技術(shù)深度融合學(xué)習(xí)資源，形成有目標(biāo)實(shí)現(xiàn)機(jī)制、有層次處理機(jī)制、有反饋提升機(jī)制的學(xué)習(xí)資源開(kāi)發(fā)技術(shù)，在學(xué)齡兒童體驗(yàn)式課堂服務(wù)系統(tǒng)中通過(guò)開(kāi)發(fā)不同的課程資源，來(lái)適應(yīng)學(xué)齡兒童的課堂學(xué)習(xí)資源多樣化需求的建設(shè)，即 （1） 基礎(chǔ)課程需求，包含語(yǔ)文、數(shù)學(xué)、英語(yǔ)等公共基礎(chǔ)學(xué)科的知識(shí)課程 ;（2） 個(gè)性課程需求，以學(xué)齡兒童學(xué)情的信息反饋進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為學(xué)齡兒童提供針對(duì)性的薄弱學(xué)科輔導(dǎo)內(nèi)容，滿(mǎn)足其個(gè)性化學(xué)習(xí)需求 ;（3） 定制課程需求，通過(guò)智能分析，依據(jù)學(xué)齡兒童的個(gè)性特征及偏好，科學(xué)化定制興趣課程及薄弱課程的高階輔導(dǎo)資源。

5 基于情境感知的學(xué)齡兒童體驗(yàn)式課堂服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐

5.1 產(chǎn)品功能定義

5.1.1 學(xué)情采集功能

在課堂學(xué)習(xí)環(huán)境中，利用環(huán)境傳感器來(lái)感知學(xué)齡兒童的學(xué)習(xí)情境信息，采集學(xué)齡兒童的學(xué)情數(shù)據(jù)信息。而感知系統(tǒng)通過(guò)對(duì)學(xué)齡兒童學(xué)情方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析和反饋，以便教師對(duì)學(xué)齡兒童在學(xué)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)的干預(yù)及評(píng)價(jià)。課堂學(xué)習(xí)環(huán)境中的學(xué)情數(shù)據(jù)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的反饋過(guò)程，需要設(shè)備不斷地對(duì)教學(xué)過(guò)程以及教學(xué)過(guò)程外的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和挖掘。通過(guò)智能算法，能實(shí)時(shí)捕獲追蹤學(xué)齡兒童的學(xué)情數(shù)據(jù)，而利用機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法，能獲取每位學(xué)齡兒童的行為軌跡數(shù)據(jù)信息，從而打造個(gè)性化的學(xué)習(xí)方案。

技術(shù)能夠幫助學(xué)校實(shí)現(xiàn)讓學(xué)生“知道更多，做到更多，體驗(yàn)到更多”，如當(dāng)教師詢(xún)問(wèn)學(xué)齡兒童“對(duì)于這個(gè)知識(shí)點(diǎn)你理解了多少？”學(xué)齡兒童的回答可能是模糊的，“到底是多少？”但如果換一種形式，讓學(xué)齡兒童來(lái)自主表達(dá)，通過(guò)給予一個(gè)“度”的標(biāo)準(zhǔn)，那么學(xué)齡兒童則能更好地彌補(bǔ)對(duì)事物的感性認(rèn)知，樹(shù)立清晰的數(shù)據(jù)可視化意識(shí)，將感性的思維具象化、科學(xué)化地進(jìn)行表述。云智慧交互課桌操作流程，如圖 3。

5.1.2 場(chǎng)景交互功能

技術(shù)不僅可實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境下的人機(jī)交互，還能為學(xué)習(xí)者提供與真實(shí)環(huán)境間的交互，例如利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)讓學(xué)齡兒童更加真實(shí)地感知課堂環(huán)境。在呈現(xiàn)形式上，如全息投影利用干涉和衍射原理提供課堂真實(shí)的互動(dòng)與環(huán)境的臨境感，讓學(xué)生與課程內(nèi)容所需的虛擬場(chǎng)景實(shí)時(shí)合成，增強(qiáng)學(xué)生的直觀體驗(yàn)，與場(chǎng)景進(jìn)行交互，加強(qiáng)沉浸感，構(gòu)建人機(jī)交互、即時(shí)互動(dòng)、高效智能的全新教學(xué)模式。

同時(shí)，智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中的交互媒體也為學(xué)齡兒童創(chuàng)設(shè)了配套課程內(nèi)容的課堂情境，以?xún)?yōu)化其學(xué)習(xí)體驗(yàn)。如在語(yǔ)文課堂中教師講到“秋天來(lái)了”，全息投影即可展現(xiàn)出金黃色的落葉緩緩從空中飄落的場(chǎng)景，讓學(xué)生更加真實(shí)地感受秋季對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景，提高學(xué)習(xí)動(dòng)力和熱情。云智慧交互課桌場(chǎng)景效果圖，如圖 4。

5.1.3 個(gè)性資源推送功能

運(yùn)用大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)，根據(jù)學(xué)生學(xué)情數(shù)據(jù)，智慧地定制個(gè)性化培養(yǎng)計(jì)劃及學(xué)科資源庫(kù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)資源分配的科學(xué)化。通過(guò)交互動(dòng)作和環(huán)境感知來(lái)采集學(xué)生課堂的學(xué)情大數(shù)據(jù)，經(jīng)云計(jì)算技術(shù)與大數(shù)據(jù)分析，生成可視化的學(xué)情數(shù)據(jù)，有利于教師及時(shí)掌握每位學(xué)齡兒童的學(xué)習(xí)狀況，制定學(xué)齡兒童不同的個(gè)性化培養(yǎng)方案，真正做到因材施教。利用智慧感知系統(tǒng)采集學(xué)情數(shù)據(jù)，經(jīng)云計(jì)算技術(shù)與大數(shù)據(jù)分析，生成科學(xué)化的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)可視化學(xué)情展現(xiàn)，有利于教師及時(shí)掌握每一位學(xué)齡兒童的學(xué)習(xí)狀況，制定滿(mǎn)足不同學(xué)生學(xué)情的個(gè)性化培養(yǎng)方案，真正做到因材施教 ;而通過(guò)手機(jī)助手也能將每位學(xué)生在課堂內(nèi)外的學(xué)情數(shù)據(jù)及時(shí)反饋至家長(zhǎng)端，讓家長(zhǎng)更清晰地掌握孩子在校各方面的學(xué)習(xí)情況，全方面地了解其成長(zhǎng)及發(fā)展所需。

5.2 產(chǎn)品互聯(lián)模式設(shè)計(jì)

建立情境感知作用下的“3+1”學(xué)齡兒童課堂服務(wù)系統(tǒng)互聯(lián)模式。該系統(tǒng)依托虛擬現(xiàn)實(shí)、智能算法、大數(shù)據(jù)及云計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)智慧教與學(xué)、智慧管理、智慧決策等功能，打破傳統(tǒng)課堂課桌、黑板、講臺(tái)的時(shí)空概念，變革課堂的布局、形態(tài)與環(huán)境。

該系統(tǒng)含三大端口 ：學(xué)生端、教師端和管理端。首先，學(xué)生端通過(guò)設(shè)備收集課堂情境數(shù)據(jù)信息，利用交互感應(yīng)屏將學(xué)情數(shù)據(jù)提交至云端服務(wù)器，經(jīng)云計(jì)算與大數(shù)據(jù)，將動(dòng)態(tài)的學(xué)情數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)傳至教師端 ;其次，教師端通過(guò)網(wǎng)頁(yè)端平臺(tái)及時(shí)掌握學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，利用情境信息要素來(lái)進(jìn)行科學(xué)化的教學(xué)決策 ;然后，管理端通過(guò)云智慧服務(wù)平臺(tái)來(lái)監(jiān)控與管理課堂的學(xué)習(xí)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)智慧化的綜合管理 ;最后，將教師端學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)、學(xué)生端學(xué)情數(shù)據(jù)及管理端綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)進(jìn)行情境數(shù)據(jù)信息整合，家長(zhǎng)端通過(guò)APP 智能推送的學(xué)情分析及個(gè)性化學(xué)習(xí)資源來(lái)科學(xué)地輔導(dǎo)孩子的課后學(xué)習(xí)。學(xué)齡兒童課堂服務(wù)系統(tǒng)互聯(lián)模式設(shè)計(jì)，如圖 5。

6 結(jié)語(yǔ)

本文從當(dāng)前學(xué)齡兒童課堂服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境出發(fā)，將情境感知理論與用戶(hù)體驗(yàn)方法相結(jié)合，展開(kāi)基于情境感知的學(xué)齡兒童體驗(yàn)式課堂服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。“以人為本”設(shè)計(jì)理念的提出使得設(shè)計(jì)師應(yīng)更加重視挖掘用戶(hù)的隱性需求，關(guān)注用戶(hù)體驗(yàn)，同時(shí)也更需要設(shè)計(jì)師站在用戶(hù)的角度去思考和解決相關(guān)設(shè)計(jì)問(wèn)題?；谇榫掣兄脑O(shè)計(jì)是技術(shù)與設(shè)計(jì)的深度融合，也是體驗(yàn)設(shè)計(jì)的人性化回歸，通過(guò)具有溫度的交互方式打造人與人、人與物、物與物之間更好地融合，營(yíng)造設(shè)計(jì)賦能生活的美好愿景。

本文系 2019 年度廣東省科技創(chuàng)新戰(zhàn)略專(zhuān)項(xiàng)資金科技創(chuàng)新普及領(lǐng)域項(xiàng)目階段性成果（項(xiàng)目編號(hào) ：2019A141405047）;2020 年教育部高等教育司產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào) ：202002137069）。

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