基于機(jī)器人技術(shù)的自閉癥兒童執(zhí)行功能干預(yù)模式研究

摘 "要 "執(zhí)行功能從宏觀上來(lái)說(shuō)是一種綜合指令系統(tǒng)，是一系列認(rèn)知過程的合集，這個(gè)過程幫助人們有目的地完成任務(wù)。許多研究表明，自閉癥兒童存在執(zhí)行功能障礙，自閉癥兒童的行為刻板、興趣狹窄、注意力轉(zhuǎn)移障礙等表現(xiàn)常與其執(zhí)行功能低下相關(guān)聯(lián)。通過標(biāo)準(zhǔn)化的評(píng)估工具明確自閉癥兒童執(zhí)行功能特征與核心干預(yù)項(xiàng)目，提出基于機(jī)器人圖形化編程技術(shù)的自閉癥兒童執(zhí)行功能干預(yù)模式，并結(jié)合干預(yù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行循證研究。

關(guān)鍵詞 "自閉癥兒童；執(zhí)行功能；機(jī)器人；圖形化編程

中圖分類號(hào)：G642.0 " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2022）14-0001-05

Research on Executive Function Intervention Model of Autism Spectrum Disorders Children Based on Robot Technology//CHEN Dongfan， ZHOU Qi

Abstract "Executive function is an comprehensive instruction

system and an ensemble of cognitive processes at a macro level that help us accomplish tasks on purpose. Many studies have shown that autism spectrum disorders children have exe-

cutive function deficits， and manifestations such as stereo-typed behavior with narrow interests and impaired attention shifting are often associated with low executive function in

autism spectrum disorders children. This study identifies exe-cutive function characteristics and core intervention items for autism spectrum disorders children through a standardized assessment tool， proposes a model of executive function in-tervention for autism spectrum disorders children based on robot graphical programming technology， and conducts an evidence-based study in conjunction with an intervention ex-periment.

Key words "autism spectrum disorders children; executive function; robot; graphical programming

1 "執(zhí)行功能障礙的自閉癥與機(jī)器人

自閉癥譜系障礙（Autism Spectrum Disorders，

ASD）是廣泛性發(fā)育障礙（pervasive developmental

disorder，PDD）的代表性疾病，以在多種環(huán)境中持

續(xù)性地顯示出社會(huì)溝通和社會(huì)交往的缺陷以及局限的、重復(fù)的行為、興趣或活動(dòng)為主要特征[1]。本文所提到的自閉癥兒童即自閉癥譜系障礙兒童，也稱孤獨(dú)癥譜系障礙兒童。根據(jù)美國(guó)疾病控制預(yù)防中心（Centers for Disease Control And Preven-tion，CDC）2020年發(fā)布的在美國(guó)11個(gè)州中八歲自閉癥兒童患病率的調(diào)查，美國(guó)自閉癥兒童患病率已經(jīng)從2012年的1/69提高到1/54[2]。自閉癥兒童的刻板行為與拒絕變化的行為模式體現(xiàn)出他們認(rèn)知靈活性與自我監(jiān)控等能力的非典型性，這是執(zhí)行功能受損的重要行為表現(xiàn)。

基于自閉癥兒童認(rèn)知能力水平以及實(shí)驗(yàn)操作需求，本研究選擇標(biāo)準(zhǔn)化的執(zhí)行功能量表進(jìn)行評(píng)估。在評(píng)估工具中，學(xué)齡兒童執(zhí)行功能行為評(píng)定量表2（Behavior Rating Inventory of Executive Func-

tion，Second Edition，BRIEF2）（父母版）、巴克利兒童與青少年執(zhí)行功能量表（Barkley Deficits

in Executive Functioning Scales-Children and

Adolescents，BDEFS-CA）、綜合執(zhí)行機(jī)能清單（Com-

prehensive Executive Function Inventory，CEFI）

都有標(biāo)準(zhǔn)化的評(píng)分系統(tǒng)，對(duì)評(píng)估者不要求經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)。綜合來(lái)看，BRIEF2（父母版）與CEFI的維度劃分包含清晰的執(zhí)行功能結(jié)構(gòu)，符合現(xiàn)有研究對(duì)執(zhí)行功能模型的理解，能提供系統(tǒng)完整的、具有生態(tài)效度的執(zhí)行功能評(píng)估。此外，BRIEF2（父母版）提供中文版本，條目數(shù)量更適應(yīng)研究需要。因此，本研究選擇BRIEF2（父母版）作為評(píng)估工具。

機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于執(zhí)行功能的研究集中在正常兒童的STEAM教育形式，通過開發(fā)以圖標(biāo)為主要形式的編程軟件進(jìn)行教育活動(dòng)。Carbonaro等[12]提出完成一個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)就可能對(duì)學(xué)生的個(gè)人創(chuàng)造力和解決問題的能力提出廣泛的要求，強(qiáng)調(diào)把機(jī)器人作為一種思維工具，構(gòu)建問題驅(qū)動(dòng)型學(xué)習(xí)環(huán)境。他應(yīng)用樂高機(jī)器人為兒童解釋機(jī)械裝置，講解力和齒輪的基本原理，并讓兒童展示出對(duì)設(shè)計(jì)的理解。但迄今為止尚未有將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于自閉癥兒童執(zhí)行功能干預(yù)的研究，究其原因，主要是模式與內(nèi)容無(wú)法直接應(yīng)用于自閉癥兒童執(zhí)行功能干預(yù)，而且內(nèi)容難度過大，呈現(xiàn)方式缺乏吸引力。

2 "五項(xiàng)執(zhí)行功能指標(biāo)對(duì)應(yīng)五步例程

2.1 "核心項(xiàng)目

本研究采用標(biāo)準(zhǔn)化的BRIEF2（父母版）中文量表。BRIEF2（父母版）可評(píng)估5～18歲兒童的執(zhí)行功能，包含63個(gè)條目，分四個(gè)維度：

1）行為監(jiān)管指數(shù)，包括抑制、自我監(jiān)控；

2）情緒調(diào)節(jié)指數(shù)，包括轉(zhuǎn)換、情緒控制；

3）認(rèn)知調(diào)節(jié)指數(shù)，包括啟動(dòng)、工作記憶、計(jì)劃/組織、任務(wù)監(jiān)控以及管理材料；

4）匯總分?jǐn)?shù)形成綜合執(zhí)行指數(shù)。

各條目按1～3級(jí)評(píng)分（1=從不；2=有時(shí)；3=經(jīng)常），評(píng)分越高，所反映的執(zhí)行功能受損越嚴(yán)重。BRIEF2（父母版）結(jié)構(gòu)模型如表1所示。

對(duì)5～18歲整體上年齡匹配的自閉癥兒童和正常對(duì)照兒童的執(zhí)行功能進(jìn)行評(píng)定，與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組在BRIEF2（父母版）綜合執(zhí)行指數(shù)及子項(xiàng)目平均原始分得分更高。總體比較時(shí)，兩組在BRIEF2

（父母版）總分及各因子項(xiàng)目T分?jǐn)?shù)具有極顯著差異（P＜0.001）。自閉癥兒童綜合執(zhí)行指數(shù)達(dá)到68.3，表示自閉癥兒童執(zhí)行功能存在潛在臨床障礙，達(dá)到二級(jí)障礙，遠(yuǎn)高于普通兒童（53.2）。自閉癥兒童在轉(zhuǎn)換上有顯著障礙，指數(shù)（72.7）達(dá)到臨床障礙水平；自我監(jiān)控（66.9）、啟動(dòng)（66.5）、計(jì)劃/組織（65.2）指數(shù)水平達(dá)到潛在臨床障礙的二級(jí)水平；工作記憶（64.7）處于二級(jí)障礙與一級(jí)障礙水平之間；抑制（61）、情緒控制（63.1）、任務(wù)監(jiān)控（61）與管理材料（57）處于輕度升高的一級(jí)水平。自閉癥兒童與正常兒童執(zhí)行功能評(píng)估結(jié)果分布如圖1所示。

研究結(jié)果表明，5～18歲自閉癥兒童存在功能性的執(zhí)行功能障礙，且轉(zhuǎn)換、自我監(jiān)控、啟動(dòng)、計(jì)劃/組織與工作記憶障礙突出。

2.2 "核心項(xiàng)目與五步例程

五步例程分別是“確定目標(biāo)”“制定計(jì)劃”“執(zhí)行計(jì)劃”“自我監(jiān)控”“靈活調(diào)整”，對(duì)應(yīng)自閉癥兒童“啟動(dòng)”“計(jì)劃”“工作記憶”“自我監(jiān)控”“轉(zhuǎn)換”五個(gè)核心執(zhí)行功能障礙。五步例程是針對(duì)自閉癥兒童核心干預(yù)需求開發(fā)程式，希望通過幫助自閉癥兒童建立有規(guī)則的行為和認(rèn)知程序以最大限度地解決問題，提高自閉癥兒童的執(zhí)行功能。五步例程結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 "六類圖形化編程結(jié)構(gòu)

3.1 "人形機(jī)器人

將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于自閉癥兒童干預(yù)中，功能設(shè)計(jì)尤為重要。自閉癥兒童常被報(bào)告可能對(duì)某些特征表現(xiàn)出更大的接受能力，對(duì)某些特征易感到不適。優(yōu)必選公司旗下的悟空機(jī)器人（圖3）在多方面性能上有優(yōu)秀表現(xiàn)，其配置如圖4所示。

3.2 "圖形化編程技術(shù)

基于機(jī)器人平臺(tái)的圖形化編程界面，結(jié)合圖形化編程積木之間的邏輯關(guān)系與先后順序以及自閉癥兒童的認(rèn)知水平，選擇六類結(jié)構(gòu)作為自閉癥兒童圖形化編程的主要結(jié)構(gòu)。根據(jù)難度，選擇“順序結(jié)構(gòu)”“并行結(jié)構(gòu)”作為入門學(xué)習(xí)內(nèi)容，選擇“條件結(jié)構(gòu)”“循環(huán)結(jié)構(gòu)”作為進(jìn)階學(xué)習(xí)內(nèi)容，選擇“運(yùn)算結(jié)構(gòu)”“函數(shù)結(jié)構(gòu)”作為提升與拓展學(xué)習(xí)內(nèi)容。不要求所有自閉癥兒童掌握全部結(jié)構(gòu)。

以“順序結(jié)構(gòu)”為例，說(shuō)明圖形化編程的結(jié)構(gòu)內(nèi)容。機(jī)器人按照從上至下順序執(zhí)行編程內(nèi)容，積木需要按照順序組合，不單獨(dú)存在于該結(jié)構(gòu)。當(dāng)自閉癥兒童能夠在無(wú)提示的情況下符合需求地按照順序結(jié)構(gòu)靈活組合積木，即可進(jìn)行下一階段“并行結(jié)構(gòu)”的學(xué)習(xí)。“順序結(jié)構(gòu)”示意圖與編程案例如圖5所示，執(zhí)行該程序，機(jī)器人將會(huì)揮左手、眨眼睛，介紹節(jié)目并表演，進(jìn)行一次節(jié)目表演的程序。

4 "七大生活單元主題課程設(shè)計(jì)

自閉癥兒童按照五步例程進(jìn)行圖形化編程解決問題。由此劃分三部分的內(nèi)容：

1）以五步例程設(shè)計(jì)核心目標(biāo)；

2）以圖形化編程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容；

3）以生活單元設(shè)計(jì)串聯(lián)主題。

結(jié)合自閉癥兒童的認(rèn)知水平與悟空機(jī)器人圖形化編程的主要材料，將機(jī)器人編程結(jié)構(gòu)與生活單元主題結(jié)合，將編程內(nèi)容轉(zhuǎn)換成一個(gè)個(gè)的生活問題，讓兒童操作機(jī)器人，以編程的方式幫助機(jī)器人解決這些問題。

以生活單元為問題設(shè)計(jì)的串聯(lián)主題。為開發(fā)生活化的干預(yù)內(nèi)容，本研究在與自閉癥兒童干預(yù)專家、一線資深康復(fù)師、兒童以及家長(zhǎng)充分溝通的基礎(chǔ)上，選擇七類生活單元情景主題，如表2所示。

干預(yù)模式結(jié)構(gòu)如圖6所示，下面對(duì)干預(yù)模式開展進(jìn)程進(jìn)行說(shuō)明。

1）以五步例程習(xí)得情況確定核心目標(biāo)，控制干預(yù)進(jìn)度與習(xí)得目標(biāo)。

2）以兒童認(rèn)知水平與興趣確定圖形化編程內(nèi)容。自閉癥兒童的認(rèn)知水平差異大，進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)非常重要。在確定五步例程的前提下，按入門、進(jìn)階與拓展的順序開展干預(yù)訓(xùn)練。在尊重兒童認(rèn)知水平與興趣的前提下，可以讓兒童按照順序全部學(xué)習(xí)，也可以在某一階段停留。

3）根據(jù)與圖形化編程主題的契合度選擇生活單元主題。圖形化編程主題有其特殊性，因此，在確定編程主題后，可以考慮與生活化單元主題比較契合的主題進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5 "實(shí)驗(yàn)被試

5.1 "研究對(duì)象選擇標(biāo)準(zhǔn)

通過招募，共有八名上海自閉癥兒童符合條件并全程參與。被試年齡區(qū)間為7～15歲，基本信息如表3所示。

5.2 "實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次研究采用單組前后測(cè)的設(shè)計(jì)，通過比較八名自閉癥兒童干預(yù)前后各項(xiàng)指標(biāo)的差異，檢驗(yàn)自閉癥兒童執(zhí)行功能干預(yù)模式對(duì)自閉癥兒童在執(zhí)行功能的轉(zhuǎn)換、自我監(jiān)控、計(jì)劃/組織、啟動(dòng)與工作記憶上的干預(yù)效果。本次研究采用兩種方法分析單組前后測(cè)的檢驗(yàn)結(jié)果：一種是統(tǒng)計(jì)分析方法，收集干預(yù)前和15次干預(yù)結(jié)束后的BRIEF2（父母版）得分；一種是輔助分析法，分析自閉癥兒童在干預(yù)中的實(shí)際表現(xiàn)。結(jié)合兒童解決機(jī)器人圖形化編程問題的情況進(jìn)行綜合探討，明確干預(yù)模式對(duì)自閉癥兒童執(zhí)行功能轉(zhuǎn)換、自我監(jiān)控、計(jì)劃/組織、啟動(dòng)與工作記憶的干預(yù)效果。

5.3 "實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)組被試在平日的常規(guī)課堂教學(xué)活動(dòng)外，每周至少進(jìn)行一次訓(xùn)練，每次30分鐘，共訓(xùn)練15次，時(shí)間為12周。干預(yù)場(chǎng)所為兒童所在機(jī)構(gòu)的固定教室。干預(yù)全部結(jié)束后，統(tǒng)一由評(píng)估人員進(jìn)行集中后測(cè)，在兩天之內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)組所有被試的后測(cè)數(shù)據(jù)采集。評(píng)估人員需分別記錄被試訓(xùn)練前后的BRIEF2（父母版）評(píng)估結(jié)果，并對(duì)其進(jìn)行例程評(píng)價(jià)。

5.4 "干預(yù)模式的實(shí)證應(yīng)用

本研究采用單組前后測(cè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)八名自閉癥兒童進(jìn)行干預(yù)模式的實(shí)證研究。研究結(jié)果表明，八名自閉癥兒童在執(zhí)行功能中的轉(zhuǎn)換、自我監(jiān)控、啟動(dòng)、計(jì)劃/組織與工作記憶的表現(xiàn)上有顯著提高。從整體上看，該模式對(duì)自閉癥兒童執(zhí)行功能具有良好的干預(yù)效果。值得注意的是，這種提升并不是均衡提升，干預(yù)模式對(duì)自閉癥兒童執(zhí)行功能部分項(xiàng)目具有更高的敏感性，敏感性最高的是啟動(dòng)與計(jì)劃/組織，轉(zhuǎn)換與自我監(jiān)控次之，工作記憶敏感性最低。

6 "結(jié)論

本文在自閉癥兒童執(zhí)行功能的非典型特征的基礎(chǔ)上，借鑒現(xiàn)有執(zhí)行功能干預(yù)理論與實(shí)踐模式，創(chuàng)造性地提出針對(duì)自閉癥兒童執(zhí)行功能核心干預(yù)項(xiàng)目的五步例程，充分利用具有卡通造型和生命感的機(jī)器人和操作直觀的六類圖形化編程結(jié)構(gòu)，結(jié)合生活單元主題創(chuàng)建生活化編程問題，以自閉癥兒童感興趣的方式提升自閉癥兒童計(jì)劃/組織、轉(zhuǎn)換、工作記憶、自我監(jiān)控以及啟動(dòng)的能力，效果良好。

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