基于數字化學習的人機交互界面設計在自閉癥兒童社會互動能力中的應用

張歌

(南昌師范學院 南昌 330032)

1 前言

兒童是祖國的花朵，是民族的未來，保護每一個兒童的身心健康，對少年兒童進行德智體美勞全面的教育，是事關國家興盛、民族復興的百年大計。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，必須進行大量的重復訓練和人為干預才能獲取新的技能，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，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)網技術的大規(guī)模普及，各行各業(yè)都在進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以及生存技能，教育者和一大批學者都在不斷積極尋找可以有效實現特殊教育、提高教學效果的辦法，結合現代信息技術來實現特殊教學不僅可以提高教學質量而且能夠節(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]。

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

2 研究現狀及基礎

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，只能在早期進行預防和干預才能減輕癥狀[4]，因此對自閉癥兒童的教育是非常有難度的事，既要保證信息的準確傳達又要進行多次訓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行多次訓練，所以一些教育家開始借助輔助工具來對自閉癥兒童進行干預訓練，比如利用多媒體教學來加強記憶，結合傳統(tǒng)的教學模式可以對自閉癥兒童的教育起到一定的促進作用，在學校和家庭都非常實用[5]。近年來，以數字化學習為基礎的人機交互技術逐漸興起，基于人機交互的游戲化界面設計可以完美地解決重復訓練以及信息準確傳達的問題，自閉癥兒童可以通過完成游戲中的場景和操作來達到技能訓練的目的，其獨特的趣味性學習環(huán)境有助于降低自閉癥兒童的負面情緒，將該技術應用到特殊教育領域中可以為特殊教育帶來新的轉機，但是具體如何對人機交互界面進行設計才能滿足自閉癥兒童的信息量需求、如何進行規(guī)范操作才能準確地對信息進行評估并做出反饋、如何對自閉癥兒童進行積極干預都需要系統(tǒng)的研究[6]。

2.2 基于態(tài)勢分析法的可行性評估

對于人機交互技術在自閉癥兒童社會互動能力的應用，本文應用態(tài)勢分析法(SWOT分析法)進行可行性分析，SWOT分析主要通過調查研究對象的內部優(yōu)勢、內部劣勢、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)思維進行態(tài)勢分析，分析結果在結構和系統(tǒng)上具有非常高的規(guī)范性，這種分析法目前在教育領域被廣泛應用[7]。以SWOT分析法對人機交互技術進行分析，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，再根據態(tài)勢進行方案設計。人機交互技術(Human-Computer Interaction,HCI)的核心在于人與計算機進行高頻率的信息互動和反饋，囊括了計算機學、心理學、人文社科學等交叉學科的內容，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環(huán)境，需要提供游戲化的學習訓練環(huán)境，同時電子設備的出現使得自閉癥兒童更容易接受互動式學習模式，這邊是人機交互技術的內部優(yōu)勢所在[8]。

2.3 人機交互界面的設計

在數字化的學習環(huán)境中，認識信息、理解信息、傳遞信息是實現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，在使用者進行交互操作時要保證指令的正確，當出現錯誤指令應該及時做出錯誤警告，出現突發(fā)故障應該及時保存用戶數據防止發(fā)生泄露和丟失；從簡潔的角度出發(fā)，界面的功能區(qū)和任務流程應該簡單明了，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)，界面圖像設計需要和內容相統(tǒng)一，便于自閉癥兒童的理解，同時設計理念和用戶需求相統(tǒng)一，設計思路和數字化教學的思路相統(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，實現數字化的高效學習[9]。

隨著計算機和智能設備的普及，可視化信息愈發(fā)朝著復雜化和多樣化發(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)的設計上顯得非常凌亂沒有章法，而隨著技術的進步，按照以上幾點要求對人機交互界面進行設計，是促進數字化教學的人機交技術從功能導向轉為用戶需求為導向的重要手段，其大致思路如下：(1)對于界面信息量過大內容雜亂的問題可以通過分類整合的方式進行優(yōu)化，按照不同維度、不同用戶對象、不同功能板塊、不同任務類型來進行分區(qū)設計；(2)交互系統(tǒng)由多個不同功能的子系統(tǒng)構成，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[10]?？梢暬畔⒃谌藱C交互技術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行社會互動能力的干預訓練時，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，游戲化的學習模式對于兒童來說更具有吸引力，不容易引起方案，所以在進行人機交互界面設計時還可以適當加入動畫和游戲元素，更多地以用戶需求為導向進行界面設計可以有效地增加用戶粘度[11]。

3 對象與方法

本文從當地康復機構中隨機選取三名自閉癥作為本次乘坐公交車技能訓練實驗的研究對象，為保護隱私將他們編號為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，實現輸入乘坐公交車的樣本數據作為原始模擬資料，分別對三名兒童進行為期數周的技能訓練(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準，以整個訓練周期為自變量，技能的掌握情況為因變量，其中技能的掌握情況將以目標項目完成的進度百分比為準，具體來說就是以單個技能訓練點數除以整體技能訓練點數，然后再乘以該技能在整體技能中的權重最后得到的完成度，其主要依據訓練過程中的數據反饋而得來的，由于整個訓練周期較長本文決定以周為單位，取一周內的所有訓練次數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練項目，所以本文將以乘坐公交車為訓練課程對自閉癥兒童進行干預訓練。具體教學設計將根據乘坐公交車的實際場景進行模擬，并在人機交互界面以游戲或動畫的形式展現給用戶，課程中主要包括單項技能、整體技能、技能延伸三大板塊，每個板塊都將根據車站、車廂、車座不同場景進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練便可以掌握相關的技能，反復訓練后可以實現技能的熟練運用，為了滿足不同年齡和性別的自閉癥兒童需求，教學訓練可以進行難度的調節(jié)，對于年齡較小的自閉癥兒童可以從最初級的訓練開始，難度劃分使得教學更加人性化。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)將根據用戶各項技能點的完成進度評估對該項技能的掌握情況。為了使訓練效果更加貼近生活，后續(xù)的訓練延伸主要是針對已經熟練掌握技能的用戶來進行泛化演練，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已有的乘車經驗自行完成訓練，對于未知的乘車路線、車輛外觀、未知的目的地、隨機出現的時間任務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用已掌握的乘車技能，只有多次進行訓練延伸才能從根本上掌握乘坐公交車這項社交技能。

4 結果

4.1 訓練次數對于技能掌握的影響

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

圖1 三個測試兒童的訓練次數和訓練周數對比

由圖1可知，三名兒童的訓練次數相對持平，30次以內就對乘坐公交車這項技能有了一定的掌握，而且總的訓練周期也維持在14周左右，說明訓練記憶將長期保留在測試者記憶中后續(xù)停止訓練以后這項技能也不會衰減，可見人機交互技術的訓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

為了研究技能訓練的實際效果，接著我們分別以三個測試者A、B、C的干預訓練次數為自變量，對于技能的完成度為因變量分別進行繪圖，結果如圖2所示：

圖2 測試兒童在訓練干預期技能完成度對比(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訓練次數的增多其技能完成度也逐漸增高，測試者A在整個干預訓練階段的技能完成度平均值為0.75，在訓練接近尾聲時其技能完成度已經達到1，說明已經熟練掌握了乘坐公交車這項技能；而測試者B在整個訓練階段的平均完成度為0.76，與測試者A相差不大，同樣也在訓練后期完成度達到1，表明已經熟練掌握該技能；而測試者C在訓練期的平均完成度僅為0.72，雖然在訓練后期也已經達到1但是整體的技能完成度起伏較大，說明C的學習能力較低于A和B。

5 討論

通過實驗數據分析可知，三名測試者在經過長期的技能訓練后，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行設計的教學訓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)對三名兒童進行追蹤觀察發(fā)現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化中不存在太大的障礙。此外，關于測試者C 的訓練效果不如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該越早越好。通過人機交互技術設計的乘坐公交車技能訓練教學，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，實現了從數字化教學到實踐的完美飛躍，另外，人機交互技術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

本文通過利用人機交互技術對自閉癥兒童的社會互動能力進行有效性研究，完成設計交互界面和乘坐公交車訓練方案后，對三名自閉癥兒童開展實際訓練，對訓練次數和技能完成度進行統(tǒng)計分析，發(fā)現人機交互技術不僅可以在虛擬環(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行技能訓練，樣本數量過少所以實驗結果還存在局限性，對自閉癥兒童的教育問題還需要進一步的深入研究。相信隨著科學技術的進步和數字化學習的普及，人機交互技術將給更多的自閉癥兒童帶來個性化的技能訓練，幫助他們實現社會互動能力的大幅度提高。