基于XR技術(shù)的兒童教育交互產(chǎn)品設(shè)計(jì)

摘要：文章聚焦于XR技術(shù)在兒童教育領(lǐng)域的應(yīng)用，設(shè)計(jì)出貼合兒童身心發(fā)展且兼具教育性與趣味性的教育交互產(chǎn)品，推動(dòng)XR技術(shù)在兒童教育領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。通過(guò)文獻(xiàn)研究剖析XR技術(shù)在兒童教育應(yīng)用現(xiàn)狀及問(wèn)題后，針對(duì)8～12歲的兒童和他們的家長(zhǎng)進(jìn)行需求調(diào)研，總結(jié)歸納兒童與家長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的需求并運(yùn)用AHP獲得需求權(quán)重。確定產(chǎn)品核心功能，借助Unity引擎進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，包括構(gòu)建黃鶴樓場(chǎng)景虛擬模型，設(shè)置觸發(fā)點(diǎn)以呈現(xiàn)詩(shī)詞內(nèi)容等；硬件設(shè)計(jì)充分考量?jī)和艘蛞蛩?，?yōu)化虛擬頭顯外形與內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。最終設(shè)計(jì)出兒童虛擬頭顯和黃鶴樓XR兒童教育程序，推動(dòng)XR技術(shù)在兒童教育領(lǐng)域的普及與深化。

關(guān)鍵詞：XR技術(shù)；兒童教育；產(chǎn)品設(shè)計(jì)；虛擬頭顯；AHP

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

文章編號(hào)：1003-0069（2025）11-0094-04

引言

在當(dāng)今數(shù)字化時(shí)代，科技的迅猛發(fā)展正深刻改變著各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展格局，教育領(lǐng)域亦不例外，人們對(duì)教育質(zhì)量和教育方式創(chuàng)新的關(guān)注度不斷提高，新興技術(shù)在教育中的應(yīng)用成為研究與實(shí)踐的熱點(diǎn)。2018年10月，教育部印發(fā)《關(guān)于實(shí)施卓越教師培養(yǎng)計(jì)劃2.0的意見(jiàn)》，該計(jì)劃中明確指出要推動(dòng)智慧學(xué)習(xí)、人工智能等新技術(shù)與課程全方位融合，充分利用虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)等，建設(shè)開(kāi)發(fā)一批交互性、情境化的教師教育課程資源[1]。XR技術(shù)正逐漸嶄露頭角，展現(xiàn)出其在教育領(lǐng)域，尤其是兒童教育方面的巨大潛力。

傳統(tǒng)的兒童教育方式多以課堂講授、書(shū)本閱讀和簡(jiǎn)單的教具演示為主，雖然這些方式在知識(shí)傳授方面有著一定的成效，但在激發(fā)兒童的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)其創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力方面存在一定的局限性。兒童作為充滿好奇心和探索欲的群體，對(duì)于新奇、直觀、互動(dòng)性強(qiáng)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)有著天然的向往。XR技術(shù)的出現(xiàn)，恰好能夠滿足兒童這一學(xué)習(xí)特性的需求。它能夠突破時(shí)間與空間的束縛，將抽象的知識(shí)轉(zhuǎn)化為生動(dòng)逼真的虛擬場(chǎng)景、形象鮮活的角色以及富有創(chuàng)意的交互體驗(yàn)，這種變革性的教育方式不僅有助于提高兒童的學(xué)習(xí)效果，更能為他們未來(lái)適應(yīng)數(shù)字化社會(huì)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

一、XR技術(shù)在兒童教育中的應(yīng)用

（一）XR技術(shù)概述XR（ExtendedReality）

即擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)，是指通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)和可穿戴設(shè)備產(chǎn)生的一個(gè)真實(shí)與虛擬組合、可人機(jī)交互的環(huán)境，包括虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality，VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AugmentedReality，AR）和混合現(xiàn)實(shí)（MixedReality，MR）等多種可視化技術(shù)[2]。VR技術(shù)使用戶完全沉浸于虛擬環(huán)境中，切斷了用戶與真實(shí)世界的聯(lián)系，用戶通過(guò)頭戴式顯示器、手柄等設(shè)備與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互[3]；AR技術(shù)將虛擬信息疊加在真實(shí)世界中，增強(qiáng)用戶對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的感知，用戶可以通過(guò)手機(jī)、平板電腦、智能眼鏡等設(shè)備觀看[4]；MR技術(shù)則結(jié)合了VR和AR的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了真實(shí)世界與虛擬世界的無(wú)縫融合，用戶可以同時(shí)看到真實(shí)世界和虛擬物體，并與它們進(jìn)行交互[5]。

（二）XR技術(shù)在兒童教育中的應(yīng)用場(chǎng)景

XR技術(shù)在兒童教育中的應(yīng)用場(chǎng)景已成為教育領(lǐng)域研究與實(shí)踐的重要關(guān)注點(diǎn)[6][7]。在多學(xué)科融合的教育創(chuàng)新探索中，辛婉玉率先將3D打印技術(shù)與VR技術(shù)有機(jī)整合于兒童學(xué)習(xí)內(nèi)容體系，通過(guò)故事化情境的精心營(yíng)造，從多感官維度構(gòu)建了極具沉浸感的虛擬學(xué)習(xí)空間，為兒童提供了全方位感知與深度理解學(xué)習(xí)內(nèi)容的新范式[8]；劉歆玥著重針對(duì)AR科普繪本在學(xué)齡前兒童健康常識(shí)識(shí)記方面的應(yīng)用展開(kāi)深入研究，成功設(shè)計(jì)出集趣味性與實(shí)用性為一體的AR兒童健康常識(shí)科普繪本，有效提升了兒童在健康知識(shí)學(xué)習(xí)中的參與度與記憶效果[9]；劉樹(shù)海聚焦特殊教育領(lǐng)域，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)智力障礙兒童教育干預(yù)VR實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，精準(zhǔn)定位特殊教育專(zhuān)業(yè)師范生職前教育實(shí)踐存在的困境并予以針對(duì)性解決，為特殊兒童教育干預(yù)提供了創(chuàng)新性的實(shí)踐模式與技術(shù)支撐[10]；宋鑫楠以兒童認(rèn)知理論與互動(dòng)交互技術(shù)的深度融合為核心研究方向，緊密?chē)@兒童科普認(rèn)知需求，對(duì)交互技術(shù)在兒童科普中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)探索，成功總結(jié)出契合兒童認(rèn)知發(fā)展特點(diǎn)的AR互動(dòng)科普模式，推動(dòng)了兒童科普教育的科學(xué)化與精準(zhǔn)化進(jìn)程[11]；楊康等則另辟蹊徑，深入探究假裝游戲理論導(dǎo)向下學(xué)齡前兒童混合游戲材料的數(shù)字特性，致力于提升兒童假裝游戲體驗(yàn)，從游戲化學(xué)習(xí)視角豐富了XR技術(shù)在兒童教育應(yīng)用中的理論與實(shí)踐內(nèi)涵[12]。通過(guò)整理發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前大部分學(xué)者將研究重心置于XR技術(shù)的程序開(kāi)發(fā)，對(duì)硬件層面兒童的適配性問(wèn)題關(guān)注不足。兒童與成人在身體特征、認(rèn)知能力及操作習(xí)慣等方面存在顯著差異，但現(xiàn)有XR設(shè)備多以成人為設(shè)計(jì)藍(lán)本。VR頭戴設(shè)備的重量、尺寸對(duì)于兒童相對(duì)較小的頭部和頸部可能造成較大負(fù)擔(dān)，長(zhǎng)時(shí)間佩戴易引發(fā)不適甚至影響身體發(fā)育。硬件設(shè)備的顯示參數(shù)未充分考慮兒童視覺(jué)發(fā)育特點(diǎn)，可能對(duì)兒童視力產(chǎn)生潛在危害。

此外，前人研究更多聚焦于科普方向的XR應(yīng)用，對(duì)各學(xué)科知識(shí)系統(tǒng)性教學(xué)的深入研究相對(duì)匱乏。在學(xué)校教育體系中，學(xué)科知識(shí)的傳授是核心任務(wù)之一，但XR技術(shù)在語(yǔ)文、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等學(xué)科的教學(xué)應(yīng)用研究尚處于起步階段。這種學(xué)科知識(shí)教學(xué)應(yīng)用研究的不足，限制了XR技術(shù)在兒童基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的全面推廣與深度應(yīng)用。

二、基于XR技術(shù)的兒童教育交互產(chǎn)品用戶需求分析

（一）兒童用戶群體特征

兒童用戶群體涵蓋了不同的年齡范圍，從幼兒到青少年，每個(gè)年齡段都具有獨(dú)特的生理、心理和認(rèn)知發(fā)展特點(diǎn)，本研究主要針對(duì)8～12歲小學(xué)階段兒童進(jìn)行研究。在這個(gè)階段，兒童認(rèn)知能力有了顯著提升。他們開(kāi)始能夠理解更復(fù)雜的概念和邏輯關(guān)系，對(duì)世界的認(rèn)識(shí)更加深入和全面。這個(gè)年齡段的兒童不再滿足于簡(jiǎn)單的知識(shí)獲取，而是對(duì)更深入、更系統(tǒng)的知識(shí)產(chǎn)生了興趣。在學(xué)習(xí)語(yǔ)文時(shí)，能夠欣賞和分析一些文學(xué)作品的內(nèi)涵和背景；在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)時(shí)，他們能夠理解和運(yùn)用較為復(fù)雜的運(yùn)算規(guī)則，如小數(shù)、分?jǐn)?shù)的計(jì)算等。同時(shí)，他們的觀察力也更加敏銳，能夠注意到事物的細(xì)節(jié)和變化，并且能夠進(jìn)行比較和分類(lèi)[13][14]。同時(shí)，此階段兒童的學(xué)習(xí)能力會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)。他們逐漸具備了一定的自主學(xué)習(xí)意識(shí)，能夠在家長(zhǎng)和老師的引導(dǎo)下，自主使用教育產(chǎn)品進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而提高他們的動(dòng)手能力和思維能力。而XR產(chǎn)品的交互性和趣味性也可以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)力，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

（二）兒童需求分析

為了深入了解兒童對(duì)教育交互產(chǎn)品的需求，本研究采用了多種調(diào)研方法，包括問(wèn)卷調(diào)查、用戶訪談、觀察法等，以確保獲取全面且準(zhǔn)確的信息。針對(duì)兒童發(fā)放問(wèn)卷，問(wèn)卷采用了大量生動(dòng)形象的圖片和簡(jiǎn)單易懂的語(yǔ)言，讓他們通過(guò)選擇圖片或打鉤的方式回答問(wèn)題，主要目的是從兒童用戶的視角出發(fā)，深入挖掘他們內(nèi)心真正渴望的教育交互產(chǎn)品形態(tài)，確保產(chǎn)品在趣味性、易用性和吸引力方面能滿足兒童的需求，讓他們?cè)谑褂眠^(guò)程中既能享受樂(lè)趣又能學(xué)到知識(shí)，從而提高產(chǎn)品在兒童群體中的使用率和喜愛(ài)度。調(diào)查期間總共收集到兒童問(wèn)卷49份，有效問(wèn)卷43份。通過(guò)對(duì)問(wèn)卷數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，初步了解了兒童對(duì)教育交互產(chǎn)品的整體需求傾向。

用戶訪談則選取了不同性別和背景的兒童作為訪談對(duì)象。訪談過(guò)程中，引導(dǎo)兒童分享他們?cè)谑褂媒逃换ギa(chǎn)品過(guò)程中的難忘經(jīng)歷，無(wú)論是正面的還是負(fù)面的，了解他們對(duì)產(chǎn)品內(nèi)容、交互設(shè)計(jì)、視覺(jué)效果等方面的具體感受和改進(jìn)建議。通過(guò)對(duì)訪談內(nèi)容的整理和分析，挖掘出了許多問(wèn)卷難以發(fā)現(xiàn)的深層次需求和個(gè)性化需求。同時(shí)，觀察兒童在自然的學(xué)習(xí)和游戲環(huán)境中，使用教育交互產(chǎn)品的行為表現(xiàn)。觀察他們?cè)诿鎸?duì)不同產(chǎn)品時(shí)的操作熟練程度、注意力集中時(shí)間、情緒變化以及與同伴或家長(zhǎng)的互動(dòng)情況等。通過(guò)這些觀察結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證了問(wèn)卷調(diào)查和用戶訪談所獲取的信息。

（三）家長(zhǎng)需求分析

家長(zhǎng)作為兒童教育的重要參與者和決策者，對(duì)兒童教育交互產(chǎn)品有著獨(dú)特的需求與期望。通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查和訪談發(fā)現(xiàn)，家長(zhǎng)最為關(guān)注的是產(chǎn)品的教育性，期望產(chǎn)品系統(tǒng)傳授學(xué)科知識(shí)，包括語(yǔ)文、數(shù)學(xué)、科學(xué)等，幫助兒童提升邏輯思維、創(chuàng)造力等綜合能力。安全性也是家長(zhǎng)重點(diǎn)考慮的因素之一。他們擔(dān)心長(zhǎng)時(shí)間使用XR設(shè)備會(huì)對(duì)兒童的視力和頸部健康產(chǎn)生不良影響，期望產(chǎn)品能夠采用護(hù)眼技術(shù)，并且足夠輕便。同時(shí)，對(duì)產(chǎn)品內(nèi)容的安全性也提出了要求，確保沒(méi)有暴力、恐怖、不良價(jià)值觀等有害信息，為兒童營(yíng)造一個(gè)健康、安全的學(xué)習(xí)環(huán)境。

（四）需求整合與優(yōu)先級(jí)

綜合兒童和家長(zhǎng)的需求，形成多維度的需求列表，并結(jié)合AHP構(gòu)建設(shè)計(jì)決策模型形成兒童教育交互產(chǎn)品設(shè)計(jì)用戶需求層次模型，見(jiàn)表1。在對(duì)設(shè)計(jì)要素的評(píng)價(jià)過(guò)程中，為了合理體現(xiàn)要素之間的重要程度，采用層次分析法所提供的1-9判斷矩陣標(biāo)度值，見(jiàn)表2。

邀請(qǐng)6位XR設(shè)計(jì)和工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行指標(biāo)評(píng)價(jià)，對(duì)用戶需求層次模型中的需求進(jìn)行兩兩比較并打分。采用幾何平均法將6位專(zhuān)家處理后導(dǎo)入spsspro軟件，結(jié)合層次分析法構(gòu)造相應(yīng)判斷矩陣并計(jì)算權(quán)重，各項(xiàng)結(jié)果見(jiàn)表3～表7，評(píng)價(jià)結(jié)果均通過(guò)了一致性檢驗(yàn)（CR≤0.1）。

產(chǎn)品核心功能?chē)@兒童和家長(zhǎng)的需求并參考AHP分析出的需求優(yōu)先級(jí)（表8）構(gòu)建，致力于打造一個(gè)集學(xué)科知識(shí)學(xué)習(xí)、趣味互動(dòng)體驗(yàn)與個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑于一體的綜合性教育交互平臺(tái)。以語(yǔ)文學(xué)習(xí)中黃鶴樓詩(shī)詞相關(guān)內(nèi)容為例，通過(guò)創(chuàng)建虛擬情境，讓兒童角色扮演深入古人生活，加深對(duì)文學(xué)作品的理解記憶，展現(xiàn)產(chǎn)品功能特色。在硬件功能方面，著重設(shè)計(jì)符合兒童需求的頭顯產(chǎn)品。頭顯集成先進(jìn)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，便于兒童與虛擬角色或?qū)W習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行語(yǔ)音對(duì)話，契合兒童自然交互習(xí)慣。整體硬件設(shè)計(jì)充分考慮兒童人體工程學(xué)因素，從尺寸適配、重量控制到材質(zhì)選用均精心優(yōu)化，確保為兒童帶來(lái)安全、舒適且高效的使用體驗(yàn)，有效支撐產(chǎn)品核心功能的實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)兒童在沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境中的知識(shí)獲取與能力發(fā)展。

三、基于XR技術(shù)的兒童教育交互產(chǎn)品設(shè)計(jì)

（一）需求確認(rèn)與功能規(guī)劃

XR兒童教育交互產(chǎn)品由程序設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)與硬件產(chǎn)品設(shè)計(jì)構(gòu)成。程序開(kāi)發(fā)需構(gòu)建場(chǎng)景、完善交互設(shè)計(jì)、制作教育功能模塊等，注重易用性與趣味性。硬件設(shè)計(jì)則兼顧外形與性能、考慮兒童人因因素、探索外形設(shè)計(jì)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局。通過(guò)軟硬件的有機(jī)結(jié)合，并深度結(jié)合兒童與家長(zhǎng)的需求，打造一款貼合兒童身心發(fā)展特點(diǎn)、兼具教育性與趣味性的XR兒童教育交互產(chǎn)品。

（二）程序模塊設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

軟件程序的開(kāi)發(fā)主要依托于Unity引擎來(lái)予以實(shí)現(xiàn)。Unity3D作為實(shí)時(shí)3D內(nèi)容創(chuàng)作平臺(tái)，在工業(yè)、教育等諸多行業(yè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[15][16]。其具備豐富的開(kāi)發(fā)工具集、廣泛的插件支持能夠高效地創(chuàng)建出高質(zhì)量的XR體驗(yàn)場(chǎng)景和交互功能。

此外，Unity引擎成熟的跨平臺(tái)能力也是其在兒童教育交互產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的一大顯著優(yōu)勢(shì)，能夠確保所創(chuàng)建的產(chǎn)品可以在不同操作系統(tǒng)和硬件設(shè)備上穩(wěn)定運(yùn)行，特別是各種XR專(zhuān)用設(shè)備，如VR頭盔、AR眼鏡等，均能實(shí)現(xiàn)無(wú)縫適配，這不僅顯著提高了兒童教育交互產(chǎn)品的可及性與普及范圍，還為產(chǎn)品的市場(chǎng)推廣與應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。

1.虛擬場(chǎng)景構(gòu)建與優(yōu)化

在黃鶴樓及周邊場(chǎng)景虛擬模型的構(gòu)建過(guò)程中，采用了資產(chǎn)整合、掃描技術(shù)與手動(dòng)建模相結(jié)合的方法。通過(guò)掃描獲取大量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，確保能夠完整地獲取掃描對(duì)象的幾何形狀信息以及表面紋理細(xì)節(jié)，并在blender中針對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整，從外觀的整體造型到建筑細(xì)節(jié)進(jìn)行了高度還原，使其在視覺(jué)上極具真實(shí)感與觀賞性。模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與布局也依照真實(shí)黃鶴樓進(jìn)行復(fù)刻，包括各樓層的空間分布、樓梯的位置與走向等，以便兒童在游覽過(guò)程中能夠自然流暢地穿梭于不同區(qū)域，為兒童提供一個(gè)逼真的虛擬游覽環(huán)境，見(jiàn)圖1。同時(shí)，優(yōu)化光照與陰影效果，模擬不同時(shí)間下黃鶴樓的光影變化，使兒童能全方位感受黃鶴樓在不同環(huán)境下的獨(dú)特魅力。

2.交互設(shè)計(jì)

交互設(shè)計(jì)充分考慮8～12歲兒童的操作特點(diǎn)與認(rèn)知能力。主界面以黃鶴樓為主題背景，采用簡(jiǎn)潔直觀的布局，以大圖標(biāo)、大字體的形式展示主要功能模塊，方便兒童快速找到自己想要操作的功能。操作方式上，手柄操作作為主要手段。搖桿控制兒童虛擬角色在黃鶴樓場(chǎng)景中的移動(dòng)，按鍵用于觸發(fā)各種功能，如靠近景點(diǎn)觸發(fā)詳細(xì)介紹、點(diǎn)擊互動(dòng)元素開(kāi)啟小游戲等。在特定情境下，產(chǎn)品支持語(yǔ)音交互功能，兒童可與場(chǎng)景中的NPC展開(kāi)語(yǔ)音對(duì)話。語(yǔ)音交互功能的引入，進(jìn)一步豐富了交互形式，使其更貼合兒童自然的交流習(xí)慣。

3.VR模塊設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)

VR模塊旨在為兒童打造身臨黃鶴樓的沉浸式體驗(yàn)。構(gòu)建的虛擬場(chǎng)景完全環(huán)繞兒童視角，使其仿佛置身于古代黃鶴樓周邊環(huán)境之中。在交互設(shè)計(jì)上，增加豐富的體感交互元素。通過(guò)觸發(fā)這些交互元素與詩(shī)詞的展示情境緊密相連。例如，在黃鶴樓的入口設(shè)置觸發(fā)點(diǎn)，當(dāng)兒童到達(dá)此處時(shí)，屏幕上會(huì)自動(dòng)呈現(xiàn)出描寫(xiě)黃鶴樓壯麗景色的詩(shī)詞，如崔顥所作七言律詩(shī)《黃鶴樓》，讓兒童在領(lǐng)略風(fēng)光的同時(shí)，深入體會(huì)古人的所思所想，見(jiàn)圖2。為防止兒童在VR體驗(yàn)中產(chǎn)生眩暈不適，優(yōu)化場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)模糊效果與視野范圍，使兒童在沉浸體驗(yàn)的同時(shí)保持視覺(jué)舒適。

4.MR模塊設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)

MR模塊重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)黃鶴樓虛擬與現(xiàn)實(shí)的深度融合與創(chuàng)新互動(dòng)。通過(guò)設(shè)備攝像頭精準(zhǔn)捕捉兒童所處的現(xiàn)實(shí)環(huán)境，利用圖像識(shí)別與空間映射技術(shù)，將虛擬的黃鶴樓建筑及相關(guān)文化元素巧妙地疊加在現(xiàn)實(shí)空間中。例如在學(xué)習(xí)場(chǎng)景中，虛擬黃鶴樓與現(xiàn)實(shí)中的書(shū)桌、房間布置相結(jié)合，兒童可觸摸建筑結(jié)構(gòu)、與虛擬詩(shī)人交流，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的生動(dòng)性和直觀性。

（三）硬件產(chǎn)品設(shè)計(jì)

在基于XR技術(shù)的兒童教育交互產(chǎn)品中，硬件設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的基石作用。不僅是實(shí)現(xiàn)軟件功能的物理載體，更是直接影響兒童使用體驗(yàn)，舒適度和安全性的關(guān)鍵。因此需要充分考慮多方面因素，以實(shí)現(xiàn)教育內(nèi)容的有效傳遞以及為兒童提供安全、有趣且易于操作的使用體驗(yàn)。

1.內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局

內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化是提升產(chǎn)品性能、穩(wěn)定性以及用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。依據(jù)產(chǎn)品的功能架構(gòu)，規(guī)劃內(nèi)部空間，提升系統(tǒng)整體響應(yīng)速度；優(yōu)化風(fēng)道，通過(guò)小型風(fēng)扇輔助散熱，保證設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中性能穩(wěn)定，同時(shí)避免因過(guò)熱對(duì)兒童皮膚造成不適；各個(gè)功能模塊相對(duì)獨(dú)立，方便維修人員快速定位和更換故障模塊，降低維修成本和時(shí)間，提高產(chǎn)品的可用性和生命周期；關(guān)鍵部件固定在框架內(nèi)部，通過(guò)橡膠墊、海綿等緩沖材料進(jìn)行隔離，減少外界沖擊對(duì)精密組件的影響。從而支撐產(chǎn)品在兒童教育場(chǎng)景中的優(yōu)質(zhì)應(yīng)用與長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，保障兒童的學(xué)習(xí)體驗(yàn)與教育效果。

2.佩戴舒適度優(yōu)化

兒童的身體結(jié)構(gòu)與成人有顯著差異，因此在虛擬頭顯的設(shè)計(jì)中，充分考慮兒童人因因素至關(guān)重要。頭顯的整體尺寸需適配兒童的頭部大小與形狀，確定頭顯的周長(zhǎng)調(diào)節(jié)范圍應(yīng)在合理區(qū)間內(nèi)，以確保從幼兒到青少年都能舒適佩戴。頭顯的面部接觸部分采用柔軟、親膚且透氣的硅膠材質(zhì)，其形狀依據(jù)兒童面部輪廓進(jìn)行優(yōu)化，避免對(duì)兒童的臉部造成壓迫，尤其是在眼睛和鼻子周?chē)?，預(yù)留足夠的空間，確保佩戴舒適且不會(huì)影響兒童的視覺(jué)和呼吸。最后，頭顯的重量也是關(guān)鍵考量因素。過(guò)重的頭顯可能會(huì)對(duì)兒童的頸部造成負(fù)擔(dān)，影響使用體驗(yàn)甚至危害身體健康，產(chǎn)品主體采用輕質(zhì)但堅(jiān)固的工程塑料，盡量減輕頭顯的重量。

3.音頻系統(tǒng)集成

耳朵附近布置指向性耳機(jī)，耳機(jī)與頭顯整體造型融合，不影響美觀。為兒童提供清晰音頻的同時(shí)，充分考慮到兒童聽(tīng)力保護(hù)這一關(guān)鍵因素。指向性耳機(jī)能夠?qū)⒙曇艟珳?zhǔn)地聚焦在特定區(qū)域，相較于傳統(tǒng)耳機(jī)，可以有效防止因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間或高強(qiáng)度的音頻刺激，對(duì)兒童尚未發(fā)育完全的聽(tīng)力系統(tǒng)造成損傷。麥克風(fēng)同樣是音頻系統(tǒng)的重要組成部分。使用指向型的駐極體麥克風(fēng)，方便聚焦于佩戴頭顯的兒童的聲音，極大提高了語(yǔ)音識(shí)別的準(zhǔn)確率和穩(wěn)定性，為語(yǔ)音交互功能提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4.外觀造型與色彩搭配

頭顯的頭頂部設(shè)計(jì)了一對(duì)柔軟的動(dòng)物耳朵。耳朵造型立體豐滿，可頭顯整體造型設(shè)計(jì)以兒童接受度比較高的動(dòng)物形象為藍(lán)本，在以吸引兒童的注意力，激發(fā)他們佩戴的興趣。色彩上以中性色為基礎(chǔ)，融合了橘色和黃色，營(yíng)造出活潑童趣的視覺(jué)效果，契合兒童對(duì)色彩的敏銳感知和喜好傾向。同時(shí)，產(chǎn)品大面積采用柔軟且耐用的布面皮革材質(zhì)，使產(chǎn)品觸感舒適，并且增加了產(chǎn)品的溫馨感。

5.眼部顯示與互動(dòng)設(shè)計(jì)

頭顯正前方通過(guò)顯示屏，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)物眼睛的獨(dú)特顯示效果。當(dāng)用戶佩戴頭顯時(shí)，其自身眼睛的動(dòng)向能夠?qū)崟r(shí)映射到屏幕中的動(dòng)物眼睛上，和頭顯的耳朵造型搭配，賦予了產(chǎn)品鮮活的生命力，見(jiàn)圖3。特別是在使用MR功能時(shí)，第三者可以透過(guò)屏幕看到用戶眼睛和現(xiàn)實(shí)世界的交互，使學(xué)習(xí)過(guò)程變得更加有趣現(xiàn)實(shí)世界的交互，使學(xué)習(xí)過(guò)程變得更加有趣。

結(jié)語(yǔ)

本研究致力于XR兒童教育交互產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與探索，旨在填補(bǔ)當(dāng)前市場(chǎng)中兒童教育產(chǎn)品與XR技術(shù)深度融合的部分空白，為兒童教育方式的創(chuàng)新提供新的思路與實(shí)踐路徑。針對(duì)兒童及家長(zhǎng)需求進(jìn)行全面調(diào)研，整理需求關(guān)鍵詞并運(yùn)用AHP獲得需求權(quán)重，最后設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)出具有一定創(chuàng)新性的產(chǎn)品原型，包括構(gòu)建虛擬場(chǎng)景、優(yōu)化交互設(shè)計(jì)及硬件適配等工作。然而，研究過(guò)程中也不可避免地存在一些局限性。期待后續(xù)研究能夠在本研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步拓展研究范圍，優(yōu)化研究方法，完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)，充分挖掘XR技術(shù)在兒童教育中的更多可能性，為兒童教育帶來(lái)更具創(chuàng)新性和實(shí)效性的解決方案，助力兒童在數(shù)字化時(shí)代的教育旅程中獲取更優(yōu)質(zhì)、更豐富的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)教育部.教育部關(guān)于實(shí)施卓越教師培養(yǎng)計(jì)劃2.0的意見(jiàn)[EB/OL].（2018-09-30）[2024-11-26].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A10/s7011/201810/t20181010_350998.html

[2]PhilippA.Rauschnabel，RetoFelix，ChrisHinsch，etal.WhatisXR？TowardsaFrameworkforAugmentedandVirtualReality[J].ComputersinHumanBehavior，2022（133）：107289.

[3]孫藝菲.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的空間設(shè)計(jì)研究——以文創(chuàng)空間為例[J].設(shè)計(jì)，2024，37（20）：74-76.

[4]儲(chǔ)匯.基于AR技術(shù)的飲料品牌包裝設(shè)計(jì)分析[J].設(shè)計(jì)，2024，37（12）：10-13.

[5]馬輝，覃瑤.基于混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸式導(dǎo)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)探究[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2021（04）：30-31.

[6]褚樂(lè)陽(yáng)，陳衛(wèi)東，譚悅，等.重塑體驗(yàn)：擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）技術(shù)及其教育應(yīng)用展望——兼論“教育與新技術(shù)融合”的走向[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2019，37（01）：17-31.

[7]馬方楠，方睿.擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)科普童書(shū)的互動(dòng)數(shù)字?jǐn)⑹虏呗訹J].出版科學(xué)，2023，31（06）：18-25.

[8]辛婉玉.基于兒童認(rèn)知的VR數(shù)字教育產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計(jì)研究[D].重慶：四川美術(shù)學(xué)院，2020.

[9]劉歆玥.兒童健康常識(shí)AR科普繪本設(shè)計(jì)研究[D].南京：南京信息工程大學(xué)，2023.

[10]劉樹(shù)海.智力障礙兒童教育干預(yù)VR實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究[D].南寧：南寧師范大學(xué)，2021.

[11]宋鑫楠.基于兒童認(rèn)知的AR互動(dòng)科普產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究[D].杭州：中國(guó)美術(shù)學(xué)院，2022.

[12]楊康，袁徐慶.學(xué)齡前兒童假裝游戲中混合現(xiàn)實(shí)游戲材料設(shè)計(jì)探究[J].設(shè)計(jì)，2023，36（11）：40-42.

[13]李佳佳，張大均，劉廣增，等.8～12歲兒童父母教養(yǎng)方式與同伴接納：心理素質(zhì)的中介作用[J].西南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，40（01）：64-70.

[14]孫玉明，毛如意.基于認(rèn)知發(fā)展理論的兒童科普類(lèi)APP界面交互設(shè)計(jì)研究[J].包裝工程，2024，45（14）：403-411.

[15]李婷婷，王相海.基于AR-VR混合技術(shù)的兒童智力開(kāi)發(fā)系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2020，56（23）：259-264.

[16]李禾煦，黃念一，龔子怡.基于虛擬仿真的民用大飛機(jī)客艙內(nèi)飾創(chuàng)新設(shè)計(jì)初探[J].設(shè)計(jì)，2023，36（20）：134-137.