基于PAT模型的下肢骨折康復心流要素研究

摘要：研究基于PAT（個體-產品-任務模型，Person-Artifact-Task 的簡稱）心流模型，對下肢骨折康復中的心流體驗要素進行研究，以期提升下肢骨折康復人群訓練體驗。采用半結構化訪談提取心流關鍵詞，再結合成熟的心流前因要素研究結果和 PAT 模型構建個體動機-康復產品-訓練任務模型并設計量表，獲取目標人群原始數據。以此為基礎，建立下肢骨折康復心流體驗結構方程模型，得到影響心流產生各項要素的權重分布，最后根據權重分布提出下肢骨折康復產品設計策略。研究深度解析心流體驗要素的量化方法，提升康復產品的用戶體驗，為下肢骨折康復產品設計提供有益參考。

關鍵詞：PAT心流模型；骨折康復；結構方程；產品設計；人機交互

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A文章編號：1003-0069（2024）17-0104-04

Abstract：Based on the PAT（Person-Artifact-Task）flow model，the flow experience elements in lower limb fracture rehabilitation were studied，in order to improve the training experience of lower limb fracture rehabilitation. Semi-structured interviews were used to extract flow keywords，and then combined with the research results of mature flow antecedents and PAT models，an individual motivation-rehabilitation product-training task model was constructed，and a scale was designed to obtain the original data of the target population. On this basis，a structural equation model of flow experience in lower limb fracture rehabilitation was established，and the weight distribution of various factors affecting flow generation was obtained，and finally the design strategy of lower limb fracture rehabilitation products was proposed according to the weight distribution. This study analyzes the quantitative method of flow experience elements in depth，improves the user experience of rehabilitation products，and provides a useful reference for the design of lower limb fracture rehabilitation products.

Keywords：PAT flow model；Fracture rehabilitation；Structural equations；Product design；Human-computer interaction

引言

我國康復行業迅速發展，但多數患者仍依賴傳統居家康復，存在訓練不規范和內容單一枯燥的問題。心流理論強調從積極的視角研究人的心理與行為，尤其在康復領域，有助于患者積極面對康復訓練，提升體驗，而結構方程模型有助于明確設計要素的權重，指導設計實踐。

一、 心流研究與結構方程

（一）心流模型

心流理論最初由積極心理學家Csikszentmihalyi于20世紀70年代提出，“心流（flow）”代表了一種完全沉浸于所處活動中的狀態，這種專注體驗是進行重復性任務的關鍵動力。

心流體驗包括3個階段：前因階段、體驗階段、結果階段[1]。前因要素搭建的成功與否將直接影響心流體驗是否產生以及能否持續。在前因階段的研究中學者提出兩種具有影響力的模型，Csikszentmihalyi等人基于技能與挑戰的平衡提出通道模型[2]。Finneran等[3]基于對人機交互的研究提出PAT模型（Person- Artifact-Task，簡稱PAT），如圖1所示，該模型認為：實現心流體驗，是個體、產品、任務3個前因要素共同作用的結果。

（二）心流要素提取

心流體驗是復雜的主觀體驗，通常通過問卷、訪談的方法進行評估，也有研究利用眼動實驗提取被試在實驗中的情緒，從而對被試的體驗進行測量[4]。

為了能夠獲取與心流產生相關的要素，部分學者以理論要素為基準對體驗行為進行問卷調研，孫煜文等[5]結合心流體驗要素、文旅服務階段的場景及用戶行為設計問卷，之后提取心流關鍵要素。有學者采用文本分析方法對所獲取的用戶評價進行心流要素提取。李娜等[6]依據扎根理論的邏輯編碼框架衡量和識別研究變量，提取用戶評價中的感知因素特征。依靠真實環境下的用戶評價為基準的文本分析具有更高的可靠性，但不同理論和識別標準的選取會導致結果迥異。此外，為了能夠讓心流要素的提煉過程盡可能量化呈現，廖詩奇[7]采用了探索性因子分析，提煉了女性家庭智能健身產品的心流體驗要素，該方法從多維數據中提煉關鍵因子，但導出的公因子數具有不確定性。溫韜等[8]先后采用了探索性因子分析、驗證性因子分析以及結構方程建模的方法對電競用戶的心流體驗進行探索。客觀的數據和明晰的數學模型使研究更加具象化，一定程度上規避了心流體驗的主觀性特點，為是否能產生心流體驗構建了更加科學的評價指標。

（三）結構方程在心流研究上的應用

心流體驗能夠有效延長用戶停留時間，這一特性在教育、商業等領域都具有重要作用。結構方程的構建能夠幫助心流研究進入“黑匣子”，探索這一特性成因的權重分布。劉哲雨等[9]基于桌面虛擬現實環境構建基于心流的自我效能感影響學習結果的假設模型，采集多模態數據后利用結構方程進行模型擬合。結構方程將心流體驗中的因素明晰化、數據化，有效幫助模型的驗證和分析。在商業領域，探索心流的成因可以有效幫助提升用戶黏性、提升品牌價值。沈鵬熠等[10]利用結構方程建模探究了在線品牌社群質量對品牌幸福感的影響機制。Bayir等[11]研究了基于游戲化的移動購物活動對顧客的心流體驗影響，采用結構方程模型確定了變量之間的關系水平。

本研究通過問卷和訪談進行預調研，并基于心流PAT模型構建假設模型并形成正式量表。通過驗證性因子分析確認模型的有效性，并依據結構方程分析結果制訂設計策略并進行設計實踐。

二、模型構建與問卷設計

本研究聚焦于下肢骨折患者中人數較多的脛腓骨骨折患者群體，通過預調研問卷收集了包括人口統計學、康復經歷和產品使用評價在內的數據，以理解他們在治療和康復過程中的需求和體驗。

（一）模型構建

依照PAT心流模型，研究定義影響下肢骨折康復心流體驗的前因要素有3個方面：個體動機、康復產品、訓練任務，也即假設模型中的潛變量。通過預調研篩選出7名具有積極康復體驗的患者，進行了訪談以提取心流關鍵詞，同時參考Jackson等于1996年編制的《成熟的心流狀態量表》以及國內學者李廣學等[12]于2017年修訂的《運動員流暢狀態量表》，綜合心流關鍵詞和心流前因階段內容歸納出假設模型中的觀測變量。據此，本研究構建了理論假設模型，該模型屬于測量方程，在觀測變量的選取上，遵循了系統性、科學性、客觀性、可操作性、以人為本的原則。在假設模型的構建階段，本研究參考了代寶等[13]對現代互聯網環境下用戶心流體驗過程中關于前因要素的分類框架，理論假設模型如圖2所示。

（二）問卷設計

以假設模型為基準設計并確認正式調研問卷，問卷中所有題目均為正向敘述類問題，采用 5 階李克特量表計分形式，為了避免同源方差問題，對題項順序進行刻意打亂。文中的“康復產品”所指為脛腓骨骨折康復訓練所用的康復器械。此問卷尋找脛腓骨骨折人群進行精準發放，最終回收118份有效問卷。變量體系結構及問卷題項如表1所示。

本研究通過驗證性因子進行模型驗證，分析確保問卷結構與假設模型的一致性，評估理論模型對實際數據的適配度。

三、模型驗證

（一）信度分析

通過SPSS軟件得出該量表（項數為13）的克隆巴赫系數為0.858（>0.70），這表明該體系具有很高的內在一致性，因此可靠性很強。

（二）因子分析的適用性檢驗

通過SPSS軟件得出 KMO 值為 0.800（>0.60）且 P 值為 0.000（<0.05），因此適合做因子分析。KMO 和巴特利特球形度檢驗如表2所示。

（三）驗證性因子分析

擬合度分析：通過使用AMOS軟件對量表中的所有研究變量進行建模分析，得到該假設模型的擬合指數，本次研究擬合指數參考了Hair等[14]學者的研究成果，各項指數均符合擬合標準。 模型擬合指標檢驗如表3所示。

由上表可知，X2/df的值為1.544，RMSEA值為0.068，IFI值為0.935，TLI值為0.916，CFI值為0.933，說明各項數據適配良好，個體動機-康復產品-訓練任務這一假設模型與實際測量數據的整體擬合度較好，也表明實際數據符合假設模型。

路徑系數分析：在結構方程運行結果中，潛變量（橢圓內容）與觀測變量（矩形內容）之間的標準化路徑系數反映了后者對前者的影響程度。該模型的標準化路徑系數結果如圖3所示，圖中標準化系數均大于0，因此全部得以保留。

在模型驗證階段，實際調研數據的擬合度檢驗證實了假設模型的結構有效性，因此，在下肢骨折康復產品領域確認了個人動機、康復產品、訓練任務這3個潛變量，而標準化路徑分析結果為各個潛變量對應的觀測變量提供了其影響系數，確定了權重分布。

四、設計策略

基于PAT心流模型，探索觸發心流體驗的前因階段，在下肢骨折康復產品領域確認了個人動機、康復產品、訓練任務3個影響因素，以此為主框架構建設計策略，以潛變量對應觀測變量的標準化路徑系數確認影響權重，以此明晰設計側重點。

（一）以目標任務強化個體動機

設置明確的康復目標、構建層級化的康復挑戰、進行實時的康復管理均能夠激發患者的主觀能動性。在個體動機的觀測變量中，心理動力（0.80）對于個體動機的影響系數最高。由此可見，對于下肢骨折康復這一比較枯燥的活動，提高康復個體的訓練積極性能夠有效提升心流體驗產生的可能性。將康復目標內化到患者訓練的每個階段，康復目標的確定能夠有效激發患者的康復積極性，當個體康復積極性提高，訓練任務將從被動型事件逐漸向主動型事件轉化。康復挑戰的層級化和步驟化能夠有效減少患者內外認知負荷，形成科學穩定的引導，將康復任務設定為難度逐步漸進的通關模式能夠有效激發訓練動力，而對患者的康復數據進行監測、記錄等能夠讓患者對康復效果和進程有更明確的把控，以提升自信心。

（二）以感知易用改善產品使用體驗

簡化產品的使用與操作流程、降低信息的獲取難度、提供多感官的交互方式能夠幫助患者快速上手訓練設備、熟悉康復流程。在康復產品的觀測變量中，產品易用性（0.79）的影響系數最高。這表明，在下肢骨折康復產品的設計中，應更加側重于產品易用性的提高，產品功能顯性化、設備易于理解、易于操作將大幅度降低使用者的負擔。產品操作的流程以及界面操作要符合用戶日常認知習慣。對于下肢骨折患者，其處于心理弱勢狀態，可以利用顏色差異或者模塊造型設計等提高重要信息的獲取優先級，保證內容的有效傳達。利用眼追、手勢、語言等多感官交互模塊有助于提高患者操作設備的便捷性，使其更好地專注于訓練任務上。

（三）以臨場趣味重塑訓練任務

營造虛擬的康復環境、創設多樣化的激勵機制、提供及時的反饋信息、搭建線上學習交流社區均能一定程度上提升訓練趣味性，助力心流體驗的產生。在訓練任務的觀測變量中，任務臨場感（0.72）的影響最為顯著。由此可見，對于下肢骨折康復訓練任務的設計，要注重臨場感的實現，讓患者的活動任務從枯燥的現實環境“轉移”到趣味化的場景中，訓練內容的設計要在符合康復體系的情況下盡可能脫離單一化的教學環境模式，讓訓練任務在實現功能的前提下提升患者的愉悅感。例如，以步態康復為基準對康復環境進行游戲化、場景化設計，借助AR、VR等技術打造沉浸式“逛游世界”虛擬環境，提高患者的參與度，進一步促進心流體驗的產生。反饋信息可以通過彈窗和實體反饋雙模式進行傳遞，保證信息的及時性。激勵機制可以通過“成就達成”以及“人物升級”等來創設，增強任務趣味性，線上社區的搭建可以幫助患者與現實世界產生連結，提供信息輸出和情感依附的空間。

五、設計實踐

以上述設計策略為指導進行下肢骨折康復產品設計。基于對技術可行性、功能性以及創新型的考量，設計了一套下肢骨折康復系統“iWalk”。

（一）硬件產品設計

產品硬件部分劃分為3個模塊，如圖4所示，分別是：（1）具備關節康復、步態康復和數據監測等功能的下肢康復外骨骼機器人iWalk Robot；（2）具備虛擬場景和游戲內容呈現、數據監測功能的頭戴虛擬顯示設備iWalk Glass；（3）輔助用戶穿戴康復產品、實現產品供電和收納功能的充電樁Charging pile。硬件產品為患者直接接觸使用的產品，因此其設計重點為提高產品易用性，降低使用門檻，硬件產品均采用“以感知易用改善產品使用體驗”為主策略進行設計。

iWalk Robot作為關鍵的下肢康復設備，其設計注重提升用戶體驗和心流狀態。從穿戴方式、模塊分布、結構關系等方面對產品的結構和外觀進行設計，穿戴方式方面選擇半貼合方式，體積精簡且易于使用者穿脫；模塊分布方面將傳感器等監測裝置放置在產品內部，控制按鈕放置在腰部兩側，保證其在手功能活動范圍內，結構關系方面，根據髖、膝、踝關節自由度，將產品分為腰部部件、髖關節部件、大腿部件、膝關節部件、小腿部件、踝關節部件以及足部部件共7個部分，整個產品不可拆卸，各連接部位可實現尺寸和角度的調節。腰部部件的設計強調舒適度，其主要由護腰防護軟墊和主機構成，護腰防護軟墊內部包含支撐結構，在患者穿戴外骨骼后能夠實現良好的包裹狀態，幫助患者保持身體的平衡和穩定；主機可實現外骨骼的控制和程序的執行，主機前端為可調節的腰帶，用于固定患者的腰腹部，為其提供安全保障。主機兩側有4個控制按鈕，左側為“運行”和“輔助力調節”，右側為“停止”和“切換康復模式”，患者通過按鈕標識即可快速識別，實現安全、順暢地操控。其余部件均充分考慮產品穿戴舒適程度，在易磨損關節位置設置了防護軟墊，同時設置了可調節綁帶，在數據采集上，將傳感器內置進旋轉部件中，便于記錄關鍵數據，實現數字化訓練。

iWalk Glass旨在為骨折康復患者提供沉浸式的虛擬環境和游戲化康復體驗，幫助他們更快進入心流狀態，享受專注而有趣的康復訓練。在外觀造型方面，通過弧形和幾何線條設計提高舒適度和視覺興趣。在穿戴方式方面，尺寸調節元件設計在腦后區域，能夠有效減少前臉部分的配重，提高佩戴時的舒適感。iWalk Glass主要由眼鏡、頭帶以及頭帶調節控制器組成。眼鏡內部包括顯示屏、陀螺儀、傳感器等元件，用于顯示虛擬環境和圖像以及跟蹤用戶頭部的動作；眼鏡外部有攝像頭、控制按鈕、指示燈等元件，用于實現空間定位、控制產品等功能。頭帶和頭帶調節控制器主要實現固定眼鏡的作用，患者可根據自身頭部大小實現快速調節，佩戴后用手指左右撥動藍色控制器即可實現松緊調節。在患者佩戴iWalk Glass后，首先需完成空間定位，確保所處的實體空間內有足夠的自由活動空間。其次，設備會識別整個空間內的物品，并將其轉換為虛擬世界中的障礙物，從而確?；颊咴诳祻瓦^程中的安全性。

Charging pile充電樁設計用于簡化下肢外骨骼機器人的穿戴流程，提高使用便捷性，并增強患者的心流體驗。該產品整合了輔助穿戴、充電和收納3項功能，能夠有效輔助用戶穿脫外骨骼機器人，黑色傾斜板為座椅，患者在康復前可以依靠在座椅上，此時僅需一位家屬即可幫助患者穿脫外骨骼機器人；產品頂部設有iWalk Glass的無線充電板并提供眼鏡收納空間；中部的上翹部件不僅為iWalk Robot提供充電接口，還能掛放設備，實現整潔的存放和管理，節省空間同時提高產品的可訪問性。

（二）軟件產品設計

產品軟件部分劃分為兩個模塊，如圖5所示，分別是：（1）具備個性化康復方案制訂、醫患交流與共享社區、數據監測與同步服務等功能的手機移動端軟件iWalk App；（2）具備虛擬游戲和場景呈現、數據監測與同步服務等功能的虛擬設備端平臺iWalk Task。軟件產品的設計目標主要為規劃訓練內容，因此其采用“以目標任務強化個體動機”和“以臨場趣味重塑訓練任務”雙重設計策略。

iWalk App主題色選取藍色，首先，藍色在心理學上被認為是健康、平靜、溫和的顏色，在康復領域中能夠傳達出安全感和舒適感；其次，藍色還可以提高用戶對資訊閱讀的效率和舒適度；再者，藍色還可以體現出專業性和科學性，提高用戶對產品的信任感和滿意度。軟件功能模塊包括“社區”“任務”“咨詢”“我的”?！吧鐓^”模塊為用戶提供了與其他患者交流的空間，滿足互相交流、鼓勵的需求，促進正向心理情緒和心流狀態。明確、清晰的目標和任務是產生心流體驗的必要條件，“任務”模塊幫助用戶制訂和遵循個性化的康復計劃，隨著康復進展調整優化任務難度，提供內在驅動力，實現科學、高效的訓練。該功能還支持患者與骨友一起執行相同的康復任務，為患者提供陪伴和關懷。 “咨詢”提供了實時的醫患交流平臺，在專業醫師、康復師的幫助下解決突發問題、糾正康復動作、制訂個性化康復計劃等。在“我的”模塊中將顯示用戶通過完成康復任務、簽到、學習康復知識等行為能夠獲得專屬“小骨頭”虛擬幣，累計能夠兌換獎品，實現“期望性激勵”，患者發布的社區內容可以收到各地用戶的評論、點贊以實現“社交性激勵”，患者在康復任務中的表現將被授予標簽和頭銜以實現“成就性激勵”。

iWalk Task內置于頭戴虛擬顯示設備中，其產品功能模塊共包含5個部分，分別是“個人中心”“康復分析”“康復任務”“康復模式”“命令菜單”。該平臺在手機軟件的“任務”啟動時且頭戴虛擬顯示設備開機狀態下同步啟用。iWalk Task的主要功能是呈現虛擬場景內容和進行訓練指導。該平臺通過網格界面布局實現直觀的信息訪問，在交互方式上，采用了手勢交互的形式以提升沉浸感?！皞€人中心”主要呈現患者的個人信息、康復信息等內容，并對相關內容進行快速編輯。“康復分析”從肌力評定、疼痛評定、關節活動度以及步態分析4個方面對患者個人情況進行動態展示，方便患者了解自身狀況。“康復任務”展示當日康復計劃，方便患者了解每天的康復內容?！翱祻湍Ｊ健闭故窘虒W模式、情景模式、游戲模式3種康復模式的使用和操作方式；若患者選擇教學模式，則會和其他選擇該模式的患者一同出現在同一虛擬空間中，并在專業醫師的帶領下，一起進行康復訓練；若患者選擇情景模式，系統則會為其提供全球各景點的影像畫面，患者可以在游覽風景中完成步態行走訓練；若患者選擇游戲模式，系統則會為其提供豐富的康復游戲來進行訓練?！懊畈藛巍蹦K展示功能性的菜單，如藍牙、聲音、設置等功能。

根據上文策略輸出可知，利用游戲化設計、激勵機制等手段能夠將骨折患者枯燥的康復動作轉換為有趣的體驗，可以有效重塑康復任務，提升用戶沉浸感，進而激發心流狀態的產生。在iWalk Task系統中設計了一系列康復游戲，進入游戲后，用戶會查看有關故事背景的短片，隨后了解注意事項、游戲玩法、康復任務等內容。用戶跟據游戲中的語音、文字或是游戲元素的提示，完成關節、步態及負重康復訓練。頁面頂部為康復時長，用戶需要在有限的時間內完成所有的游戲任務；右側為動作反饋，方便用戶了解自己當前康復動作的準確率，當康復動作不標準時，系統會在文字色彩、觸覺震動和聲音上做出提醒。在游戲任務節點設置中，將康復任務和游戲人物動作一一對應，例如，將步態訓練動作和尋找寶藏活動對應，將關節訓練動作與躲避攻擊相對應，在游戲進程中完成訓練，緩解枯燥情緒，提升康復體驗。實體-游戲對應示例圖如圖6所示。

結語

本研究基于PAT心流理論，通過構建并驗證下肢骨折康復心流體驗的結構方程模型，為康復產品設計提供了理論依據和實踐指導。研究結果揭示了個體動機、康復產品和訓練任務3個核心要素在心流體驗中的重要性，并通過量化分析確定了其內部要素對心流體驗的具體影響權重。這一發現不僅豐富了心流理論在康復領域的應用，也為康復產品的人性化設計提供了科學依據。通過iWalk系統的設計實踐，本研究將理論成果轉化為具體的產品設計，從而提升了患者的康復體驗和訓練效果。然而，本研究僅為心流理論在下肢骨折康復領域的應用提供了初步的探索。未來的研究可以在此基礎上進一步深入，例如，通過跨學科的研究方法來探索心流體驗在不同康復階段的作用機制，或者開發更為個性化的康復訓練方案。此外，隨著技術的發展，如何利用人工智能、大數據等先進技術來優化康復產品設計，也是值得關注的方向。

基金項目：國家社會科學基金“十四五”規劃2021年度教育學一般課題，《突發公共事件下中小學校外教育空間應急適應性研究》（BGA210056）；大連理工大學2023本科教學工程項目：“多模態交互設計+數據分析與可視化教學模式研究”；第二批遼寧省線上線下混合式一流課程項目“計算機輔助設計”

參考文獻

[1]CHEN I Y L. The Factors Influencing Members’ Continuance Intentions in Professional Virtual Communities：A Longitudinal Study [J]. Journal of Information Science，2007，33（4）：451-467.

[2]MASSIMINI F，CARLI M. The systematic assessment of flow in daily experience[M]. Cambridge：Cambridge University Press，1988.

[3]Finneran C. M.，Zhang P. A person–artefact–task（PAT）model of flow antecedents in computermediated environments[J]. International Journal of Human - Computer Studies，2003，59（4）：84-87.

[4]李曉娟，涂俊，章灝.基于變異系數的游戲用戶體驗度量方法研究[J].包裝工程，2019，40（08）：136-140.

[5]孫煜文，裴學勝.基于心流體驗的文旅服務設計研究[J].設計，2024，37（08）：62-65.

[6]李娜，高頌華.文化遺產類AR中用戶使用意ff1f7276dcea57272ac7a145163ca3a6愿影響因素研究[J].包裝工程，2023，44（04）：87-98+122.

[7]廖詩奇，沈杰.心流理論下的家庭智能健身產品創新設計思考[J].設計，2020，33（23）：141-143.

[8]溫韜，初笑男.電競用戶心流體驗對感知價值和用戶黏度的影響[J].包裝工程，2022，43（10）：80-90.

[9]劉哲雨，劉宇晶，周繼慧.桌面虛擬現實環境中自我效能感如何影響學習結果——基于心流體驗的中介作用[J].遠程教育雜志，2022，40（04）：55-64.

[10]沈鵬熠，萬德敏，李金雄等.在線品牌社群質量對品牌幸福感的雙路徑影響機制研究[J].管理評論，2023，35（08）：184-197.

[11]BAYIR T，Akel G. Gamification in Mobile Shopping Applications：A review in Terms of Technology Acceptance Model[J]. Multimedia Tools and Applications，2023：1-22.

[12]李廣學，畢永興，徐玄沖.《運動員流暢狀態量表》的修訂與檢驗——基于FSS和OMSS的整合測評[J].武漢體育學院學報，2017，51（02）：74-80.

[13]代寶，劉業政.互聯網中的心流體驗研究綜述：概念、前因與后果[J].信息系統學報，2015（01）：84-98.

[14] HAIR J F，BLACK W C，BABIN B J et al. Multivariate Date Analysis（7th edition）[M] Upper Saddle River：Prentice Hall，2009.