基于數(shù)字化學(xué)習(xí)的人機交互界面設(shè)計在自閉癥兒童社會互動能力中的應(yīng)用

張歌

(南昌師范學(xué)院 南昌 330032)

1 前言

兒童是祖國的花朵，是民族的未來，保護(hù)每一個兒童的身心健康，對少年兒童進(jìn)行德智體美勞全面的教育，是事關(guān)國家興盛、民族復(fù)興的百年大計。然而在我國有200萬左右的自閉癥兒童，而且這個數(shù)字每年都在增加，由于自閉癥目前沒有完全有效的治療方法，而自閉癥兒童也無法像正常兒童一樣接受常規(guī)教育，并且在社交能力上有很大的障礙，對于一些基本的生存技能也沒用辦法掌握，必須進(jìn)行大量的重復(fù)訓(xùn)練和人為干預(yù)才能獲取新的技能，但是這樣的教育方法不僅效果差而且費時費力，為了幫助這些特殊群體可以更好的接受教育，提高他們的社會互動能力和個人素質(zhì)，保證每一個兒童在陽光下健康成長，特殊教育事業(yè)必須被重視起來[1]。隨著計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大規(guī)模普及，各行各業(yè)都在進(jìn)行智能化和自動化的升級和改革，教育要面向廣大青少年就必須時刻保持自身的先進(jìn)性，跟緊時代的發(fā)展，以特殊教育為例，為了保障那些先天殘疾、智力低下、心理障礙、精神不佳的特殊兒童群體的身心健康，提高他們的綜合素質(zhì)以及生存技能，教育者和一大批學(xué)者都在不斷積極尋找可以有效實現(xiàn)特殊教育、提高教學(xué)效果的辦法，結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)來實現(xiàn)特殊教學(xué)不僅可以提高教學(xué)質(zhì)量而且能夠節(jié)約人力和時間成本[2]。近年來人機交互技術(shù)逐漸走向成熟，以人和計算機之間的交互對話獲取信息并做出反饋，這對于不善于溝通的自閉癥兒童來說是一種非常好的教育方式[3]。

本文將以數(shù)字化學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)對人機交互技術(shù)在自閉癥兒童的社會互動能力提升中的實際應(yīng)用進(jìn)行研究和分析，以SWOT分析法進(jìn)行人機交互技術(shù)的可行性評估，并以乘坐公交車這項社交技能為例對自閉癥兒童進(jìn)行實驗，發(fā)現(xiàn)人機交互界面設(shè)計對于自閉癥兒童的社交能力具有一定的促進(jìn)作用，這對于今后自閉癥兒童的教育和人機交互技術(shù)的發(fā)展都具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

2 研究現(xiàn)狀及基礎(chǔ)

2.1 自閉癥兒童的教育問題概述

對于自閉癥兒童來說，由于情緒缺陷使得其無法像正常兒童一樣接受信息，無法準(zhǔn)確理解信息，而自閉癥目前來說還沒有完全根治的辦法，只能在早期進(jìn)行預(yù)防和干預(yù)才能減輕癥狀[4]，因此對自閉癥兒童的教育是非常有難度的事，既要保證信息的準(zhǔn)確傳達(dá)又要進(jìn)行多次訓(xùn)練才能讓他們完全掌握技能，這就需要大量的精力和時間，由于教育資源的緊缺，無法對每個患者兒童進(jìn)行多次訓(xùn)練，所以一些教育家開始借助輔助工具來對自閉癥兒童進(jìn)行干預(yù)訓(xùn)練，比如利用多媒體教學(xué)來加強記憶，結(jié)合傳統(tǒng)的教學(xué)模式可以對自閉癥兒童的教育起到一定的促進(jìn)作用，在學(xué)校和家庭都非常實用[5]。近年來，以數(shù)字化學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的人機交互技術(shù)逐漸興起，基于人機交互的游戲化界面設(shè)計可以完美地解決重復(fù)訓(xùn)練以及信息準(zhǔn)確傳達(dá)的問題，自閉癥兒童可以通過完成游戲中的場景和操作來達(dá)到技能訓(xùn)練的目的，其獨特的趣味性學(xué)習(xí)環(huán)境有助于降低自閉癥兒童的負(fù)面情緒，將該技術(shù)應(yīng)用到特殊教育領(lǐng)域中可以為特殊教育帶來新的轉(zhuǎn)機，但是具體如何對人機交互界面進(jìn)行設(shè)計才能滿足自閉癥兒童的信息量需求、如何進(jìn)行規(guī)范操作才能準(zhǔn)確地對信息進(jìn)行評估并做出反饋、如何對自閉癥兒童進(jìn)行積極干預(yù)都需要系統(tǒng)的研究[6]。

2.2 基于態(tài)勢分析法的可行性評估

對于人機交互技術(shù)在自閉癥兒童社會互動能力的應(yīng)用，本文應(yīng)用態(tài)勢分析法(SWOT分析法)進(jìn)行可行性分析，SWOT分析主要通過調(diào)查研究對象的內(nèi)部優(yōu)勢、內(nèi)部劣勢、外部機會、外部威脅，并按照矩陣形式排列，將各種相互制約的因素列出來按照系統(tǒng)思維進(jìn)行態(tài)勢分析，分析結(jié)果在結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)上具有非常高的規(guī)范性，這種分析法目前在教育領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[7]。以SWOT分析法對人機交互技術(shù)進(jìn)行分析，首先分析其在自閉癥兒童教育中的優(yōu)勢、劣勢、機會、威脅等客觀因素，再根據(jù)態(tài)勢進(jìn)行方案設(shè)計。人機交互技術(shù)(Human-Computer Interaction,HCI)的核心在于人與計算機進(jìn)行高頻率的信息互動和反饋，囊括了計算機學(xué)、心理學(xué)、人文社科學(xué)等交叉學(xué)科的內(nèi)容，為了幫助自閉癥兒童在人機交互系統(tǒng)中從被動接受信息到主動適應(yīng)環(huán)境，需要提供游戲化的學(xué)習(xí)訓(xùn)練環(huán)境，同時電子設(shè)備的出現(xiàn)使得自閉癥兒童更容易接受互動式學(xué)習(xí)模式，這邊是人機交互技術(shù)的內(nèi)部優(yōu)勢所在[8]。

2.3 人機交互界面的設(shè)計

在數(shù)字化的學(xué)習(xí)環(huán)境中，認(rèn)識信息、理解信息、傳遞信息是實現(xiàn)人機交互的重要渠道，為了幫助自閉癥兒童更好地接收和理解信息，人機交互界面的設(shè)計必須遵循安全、簡潔、統(tǒng)一的原則，具體來說：從安全的角度出發(fā)，界面中需要具備一定的容錯性和防御性，在使用者進(jìn)行交互操作時要保證指令的正確，當(dāng)出現(xiàn)錯誤指令應(yīng)該及時做出錯誤警告，出現(xiàn)突發(fā)故障應(yīng)該及時保存用戶數(shù)據(jù)防止發(fā)生泄露和丟失；從簡潔的角度出發(fā)，界面的功能區(qū)和任務(wù)流程應(yīng)該簡單明了，通俗易懂，因為自閉癥兒童的理解能力不是很高，過于復(fù)雜的操作界面只會增加人機交互的難度；從統(tǒng)一性的角度出發(fā)，界面圖像設(shè)計需要和內(nèi)容相統(tǒng)一，便于自閉癥兒童的理解，同時設(shè)計理念和用戶需求相統(tǒng)一，設(shè)計思路和數(shù)字化教學(xué)的思路相統(tǒng)一，這樣才能保證用戶和系統(tǒng)形成完美的信息交互回路，實現(xiàn)數(shù)字化的高效學(xué)習(xí)[9]。

隨著計算機和智能設(shè)備的普及，可視化信息愈發(fā)朝著復(fù)雜化和多樣化發(fā)展，傳統(tǒng)的人機交互界面由于缺少對信息的整合所以在功能區(qū)的設(shè)計上顯得非常凌亂沒有章法，而隨著技術(shù)的進(jìn)步，按照以上幾點要求對人機交互界面進(jìn)行設(shè)計，是促進(jìn)數(shù)字化教學(xué)的人機交技術(shù)從功能導(dǎo)向轉(zhuǎn)為用戶需求為導(dǎo)向的重要手段，其大致思路如下：(1)對于界面信息量過大內(nèi)容雜亂的問題可以通過分類整合的方式進(jìn)行優(yōu)化，按照不同維度、不同用戶對象、不同功能板塊、不同任務(wù)類型來進(jìn)行分區(qū)設(shè)計；(2)交互系統(tǒng)由多個不同功能的子系統(tǒng)構(gòu)成，子系統(tǒng)之間保持相對獨立性互不影響，保證不同功能系統(tǒng)的個性化；(3)信息接收和傳遞需要通過編碼和加密，保證用戶的隱私信息不被侵犯；(4)降低操作難度，去專業(yè)化和復(fù)雜化使得交互系統(tǒng)操作起來流暢方便，不需要專業(yè)人員的指導(dǎo)[10]?？梢暬畔⒃谌藱C交互技術(shù)中的不斷升級將直接提高用戶的體驗感，同時強化交互系統(tǒng)的實用性，特別是在對自閉癥兒童進(jìn)行社會互動能力的干預(yù)訓(xùn)練時，其簡潔的操作界面和流程將會大大提高用戶的體驗感受，增強自閉癥兒童對信息的記憶能力和模仿能力。此外，游戲化的學(xué)習(xí)模式對于兒童來說更具有吸引力，不容易引起方案，所以在進(jìn)行人機交互界面設(shè)計時還可以適當(dāng)加入動畫和游戲元素，更多地以用戶需求為導(dǎo)向進(jìn)行界面設(shè)計可以有效地增加用戶粘度[11]。

3 對象與方法

本文從當(dāng)?shù)乜祻?fù)機構(gòu)中隨機選取三名自閉癥作為本次乘坐公交車技能訓(xùn)練實驗的研究對象，為保護(hù)隱私將他們編號為A、B、C。本次實驗將采用安全性和操作性較強的人機交互界面為測試平臺，實現(xiàn)輸入乘坐公交車的樣本數(shù)據(jù)作為原始模擬資料，分別對三名兒童進(jìn)行為期數(shù)周的技能訓(xùn)練(具體時間以測試者完全熟練掌握技能為止)，按照整體乘坐公交車的完成情況為主要參考標(biāo)準(zhǔn)，以整個訓(xùn)練周期為自變量，技能的掌握情況為因變量，其中技能的掌握情況將以目標(biāo)項目完成的進(jìn)度百分比為準(zhǔn)，具體來說就是以單個技能訓(xùn)練點數(shù)除以整體技能訓(xùn)練點數(shù)，然后再乘以該技能在整體技能中的權(quán)重最后得到的完成度，其主要依據(jù)訓(xùn)練過程中的數(shù)據(jù)反饋而得來的，由于整個訓(xùn)練周期較長本文決定以周為單位，取一周內(nèi)的所有訓(xùn)練次數(shù)的技能完成度平均值作為本周的完成度。

乘坐公交車不僅是日常生活中頻繁使用的技能，而且涉及的流程相對簡單，社交難度居中，對于自閉癥兒童來說是非常好的訓(xùn)練項目，所以本文將以乘坐公交車為訓(xùn)練課程對自閉癥兒童進(jìn)行干預(yù)訓(xùn)練。具體教學(xué)設(shè)計將根據(jù)乘坐公交車的實際場景進(jìn)行模擬，并在人機交互界面以游戲或動畫的形式展現(xiàn)給用戶，課程中主要包括單項技能、整體技能、技能延伸三大板塊，每個板塊都將根據(jù)車站、車廂、車座不同場景進(jìn)行不同技能的實操演練，用戶將通過完成每個模塊的游戲訓(xùn)練便可以掌握相關(guān)的技能，反復(fù)訓(xùn)練后可以實現(xiàn)技能的熟練運用，為了滿足不同年齡和性別的自閉癥兒童需求，教學(xué)訓(xùn)練可以進(jìn)行難度的調(diào)節(jié)，對于年齡較小的自閉癥兒童可以從最初級的訓(xùn)練開始，難度劃分使得教學(xué)更加人性化。整個乘坐公交車的過程被演化為游戲場景，按照乘車流程劃分為不同的技能項目如排隊等車、排隊上車、買票、車廂內(nèi)移動、落座、讓座、排隊下車等虛擬情景，用戶將按照提示信息一步一步完成演練，直到整個乘車過車完整模擬下來，最后系統(tǒng)將根據(jù)用戶各項技能點的完成進(jìn)度評估對該項技能的掌握情況。為了使訓(xùn)練效果更加貼近生活，后續(xù)的訓(xùn)練延伸主要是針對已經(jīng)熟練掌握技能的用戶來進(jìn)行泛化演練，具體將通過新增乘車信息如不同的公交車外觀、不同公交車路線、不同車站、不同乘客、不同出發(fā)地和目的地等，該模式下用戶將根據(jù)已有的乘車經(jīng)驗自行完成訓(xùn)練，對于未知的乘車路線、車輛外觀、未知的目的地、隨機出現(xiàn)的時間任務(wù)和乘車方向等不確定因素用戶需要克服自己的心理障礙并且靈活應(yīng)用已掌握的乘車技能，只有多次進(jìn)行訓(xùn)練延伸才能從根本上掌握乘坐公交車這項社交技能。

4 結(jié)果

4.1 訓(xùn)練次數(shù)對于技能掌握的影響

對自閉癥兒童A、B、C分別進(jìn)行一段時間的乘坐公交車技能訓(xùn)練后，其訓(xùn)練周期和訓(xùn)練次數(shù)統(tǒng)計結(jié)果如圖1所示：

圖1 三個測試兒童的訓(xùn)練次數(shù)和訓(xùn)練周數(shù)對比

由圖1可知，三名兒童的訓(xùn)練次數(shù)相對持平，30次以內(nèi)就對乘坐公交車這項技能有了一定的掌握，而且總的訓(xùn)練周期也維持在14周左右，說明訓(xùn)練記憶將長期保留在測試者記憶中后續(xù)停止訓(xùn)練以后這項技能也不會衰減，可見人機交互技術(shù)的訓(xùn)練手段對于自閉癥兒童的社交互動能力具有一定的針對性。

4.2 不同測試者對于技能的掌握情況

為了研究技能訓(xùn)練的實際效果，接著我們分別以三個測試者A、B、C的干預(yù)訓(xùn)練次數(shù)為自變量，對于技能的完成度為因變量分別進(jìn)行繪圖，結(jié)果如圖2所示：

圖2 測試兒童在訓(xùn)練干預(yù)期技能完成度對比(a)兒童A(b)兒童B(c)兒童C

由圖2可知，三名測試者隨著干預(yù)訓(xùn)練次數(shù)的增多其技能完成度也逐漸增高，測試者A在整個干預(yù)訓(xùn)練階段的技能完成度平均值為0.75，在訓(xùn)練接近尾聲時其技能完成度已經(jīng)達(dá)到1，說明已經(jīng)熟練掌握了乘坐公交車這項技能；而測試者B在整個訓(xùn)練階段的平均完成度為0.76，與測試者A相差不大，同樣也在訓(xùn)練后期完成度達(dá)到1，表明已經(jīng)熟練掌握該技能；而測試者C在訓(xùn)練期的平均完成度僅為0.72，雖然在訓(xùn)練后期也已經(jīng)達(dá)到1但是整體的技能完成度起伏較大，說明C的學(xué)習(xí)能力較低于A和B。

5 討論

通過實驗數(shù)據(jù)分析可知，三名測試者在經(jīng)過長期的技能訓(xùn)練后，乘坐公交車的能力顯著提高，說明以游戲情景對人機交互界面進(jìn)行設(shè)計的教學(xué)訓(xùn)練確實可以幫助自閉癥兒童提高乘車技能，而且這種效果不局限于人機虛擬情景中，后續(xù)對三名兒童進(jìn)行追蹤觀察發(fā)現(xiàn)他們在實際生活中的乘坐公交車也非常熟練，說明虛擬場景在向真實場景轉(zhuǎn)化中不存在太大的障礙。此外，關(guān)于測試者C 的訓(xùn)練效果不如A、B的問題，可能是由于C的年齡略大于A和B，在自閉癥兒童的教育中，早期的治療效果更加明顯，這也在一定程度上證實了自閉癥兒童的治療應(yīng)該越早越好。通過人機交互技術(shù)設(shè)計的乘坐公交車技能訓(xùn)練教學(xué)，有效地提高了自閉癥兒童的社會互動水平，幫助他們掌握了基本的乘車能力，實現(xiàn)了從數(shù)字化教學(xué)到實踐的完美飛躍，另外，人機交互技術(shù)在一定程度上具有社會互動能力的治療效果，三名測試者在后期的追蹤觀察中對于其他的社交互動中沒有特別的排斥，說明該技術(shù)對于提高自閉癥兒童的社會互動能力也具有一定的積極作用。

6 小結(jié)

本文通過利用人機交互技術(shù)對自閉癥兒童的社會互動能力進(jìn)行有效性研究，完成設(shè)計交互界面和乘坐公交車訓(xùn)練方案后，對三名自閉癥兒童開展實際訓(xùn)練，對訓(xùn)練次數(shù)和技能完成度進(jìn)行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)人機交互技術(shù)不僅可以在虛擬環(huán)境里有效提高測試對象的乘坐公交車的完成度，在實際場景中測試者也可以獨立完成整個乘車項目，同時人機交互技術(shù)對自閉癥兒童的其他社會互動能力有一定的積極作用。本文存在的不足：由于時間和人員限制，本文僅對三名自閉癥兒童進(jìn)行技能訓(xùn)練，樣本數(shù)量過少所以實驗結(jié)果還存在局限性，對自閉癥兒童的教育問題還需要進(jìn)一步的深入研究。相信隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和數(shù)字化學(xué)習(xí)的普及，人機交互技術(shù)將給更多的自閉癥兒童帶來個性化的技能訓(xùn)練，幫助他們實現(xiàn)社會互動能力的大幅度提高。