針對孤獨癥兒童表情識別訓練的交互設計

摘要：孤獨癥兒童在識別基本情緒時存在顯著困難，這種缺陷進一步加劇了其社交障礙的嚴重性。本研究旨在設計一款面向孤獨癥兒童的表情識別訓練智能產品，結合系統圖與交互設計技術，實現表情識別的實時反饋與個性化訓練。首先通過訪談法和問卷調查，總結特殊教育學校教師和家長提出的ASD兒童表情識別問題、影響和設計偏好。其次利用系統圖構建ASD兒童情緒識別訓練交互系統的“評估-訓練-反饋”生態框架。接著建立用戶模型、用戶體驗旅程圖、信息架構和流程圖，完成軟件和硬件結合的交互產品設計。該產品不僅能夠輔助專業康復訓練，還可為家長提供家庭干預工具，從而突破時空限制，提升訓練的可及性與持續性。通過交互設計彌補傳統干預的不足，為ASD兒童的表情識別訓練和社交能力發展提供新的解決思路。

關鍵詞：孤獨癥兒童；表情識別訓練；系統圖；生態框架；交互設計

中圖分類號：TB472文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2025）11-0103-05

引言

孤獨癥譜系障礙（AutismSpectrumDisorder，ASD）是一種神經發育障礙，其主要特征包括社交溝通障礙、重復性行為及興趣狹窄。其中，社交障礙尤為突出，表現為缺乏正常的面部表情識別與回應能力，使其難以理解他人的情緒狀態，進而影響其社會互動與融入[1]。開發一種便捷、高效且可普及的輔助訓練工具，幫助ASD兒童提升對他人面部表情識別能力，對于促進其社會融入度、推動融合教育都具有重要的現實意義。隨著人工智能與傳感技術的發展，針對ASD群體的輔助和康復產品研究取得了顯著進展。高宇童[2]等以“VR+健康”拓展虛擬現實應用空間為切入點，為ASD兒童設計虛擬康復空間。王媚雪和范俊樺[3]運用FBM行為模型對ASD兒童認知產品進行設計剖析。程睿妍和馬文[4]基于包容性設計理念，構建生成式AI就業平臺“榆樹ELM”，提升成年ASD人士的就業率與社會融入度。然而，現有研究缺少針對ASD兒童情緒識別障礙的便攜式訓練產品。本文旨在設計一款面向ASD兒童的表情識別訓練智能產品，突破時空限制，提供家庭干預方法。

一、ASD兒童表情識別訓練的研究現狀

（一）ASD兒童表情識別障礙

ASD兒童在表情識別方面往往面臨重大挑戰，如避免與他人的眼神接觸、難以識別和理解他人表情[5]。這嚴重影響了ASD兒童的日常生活和學習能力。研究表明，ASD兒童在社交場景中的視覺注意力分配存在顯著差異，他們傾向于關注面孔的非典型區域，這可能解釋了他們在社交互動中的困難[6]。此外，社交動機理論認為，社交動機的缺失或減弱可能是導致ASD兒童社交障礙的一個關鍵因素[7]。ASD兒童可能因為注意力分配的問題而錯過了重要的社交線索，如面部表情、肢體語言和語音的韻律變化，這些線索對于表情識別和理解至關重要。因此，注意力的分配和調節對于ASD兒童的社交技能發展具有重要影響[8]。為了改善ASD兒童表情識別障礙，干預措施需要考慮到他們的注意力特點，并設計出能夠吸引和維持他們注意力的策略。

（二）技術驅動的干預研究

技術驅動的ASD兒童表情識別訓練干預方面，基于人工智能與傳感技術的情緒識別系統已成為當前研究熱點。Rice等[9]使用傳感器收集ASD人群的面部表情和情緒數據，并基于這些數據進行不同游戲的設計，通過不同任務設計調整學習方法。當ASD人群的行為出現偏差時，監護人員和父母能夠收到即時的警報，從而幫助其進行情緒調節。劉樂元等[10]基于阿凡達的干預和測評工具，采用跨被試多基線實驗法，對4名ASD兒童進行了干預，并得出正向干預結果。面對人機交互技術的創新可以拓展了ASD兒童表情識別訓練方法，Garcia-Garcia等[11]融合TUI頁面和情感檢測技術，開發了一款名為emoTEA的游戲，通過攝像頭觀察孩子們是否能夠識別出表情圖片。柳慧萍[12]用圖片、視頻、音頻對ASD兒童的情緒識別能力進行干預。雖然以上ASD兒童表情識別訓練方法取得了良好的反映，顯著提高了受試兒童的情緒識別能力，但較少考慮ASD兒童訓練時的多感官互動性和用戶體驗。

（三）情境體驗的優化研究

為解決ASD兒童在社交過程中因表情識別障礙帶來的諸多問題，情境體驗是重要的考慮因素。情景體驗設計通過深入具體場景，可以貼近用戶需求，增強情感共鳴。顏茹[13]分析了康復教育產品及聯覺理論之間的連接點，從感官、障礙和行為這三層面進行康復訓練效果的提升。程培焱[14]發現創造性戲劇教學對ASD兒童的積極共情具有良好維持效果。林云強等[15]通過觀察被試兒童的面部眼動行為反應，發現ASD兒童存對動態面孔表情的定向警覺性不足，對積極與消極情緒面孔的關注點不同。

可見，利用新技術強化ASD兒童的感官信息輸入，創新設計更多的情景以豐富體驗，構建以情緒識別為主的干預方案，是提升ASD兒童表情識別能力的趨向。現有研究雖在技術與情境維度取得了一定進展，然而家庭-機構協同干預體系尚未建立。本研究從交互系統和用戶體驗出發，進行針對ASD兒童表情識別訓練的交互設計研究，構建“評估-訓練-反饋”閉環的ASD兒童表情識別訓練系統的生態框架。

二、基于用戶研究的系統生態框架構建

（一）用戶訪談

本研究調查對象為江蘇省揚州市儀征市特殊教育學校的教師和家長。訪談對象為6人，其中負責特殊教育兒童課堂教育的全職教師2人，該學校行政管理人員1人，ASD兒童的家長3人。訪談內容分為兩部分：第一部分是問題調查，涉及對于ASD兒童的印象，以及引導ASD兒童進行情緒識別的行為和措施，及其情緒識別能力的外顯程度。第二部分是設計調查，挖掘ASD兒童的情感偏好和適用方法。

根據訪談發現，ASD兒童在人際交往上仍面臨諸多挑戰，嚴重的甚至會出現焦躁抑郁等心理問題。設計調查發現：（1）無論是在表情識別還是游玩學習方面，不同色彩的運用對大部分ASD兒童影響很小；聲音對ASD兒童的影響更大，很多患病孩子能夠被輕柔的音樂安撫。（2）模仿行為在ASD兒童表情識別與表情練習方面處于相當關鍵的地位。（3）適當增加互動人數有利于ASD兒童增強表情識別能力與自驅力。

（二）問卷調研

為進行深度問題探討，針對ASD兒童的家庭進行問卷調查。此次共發放問卷30份，有效問卷共計27份。問卷發放形式分為線下和線上。大部分答題者的孩子年齡處于3～8歲，并由兒童心理學家和發展兒科醫生等專業人士確診。問卷問題設置包括ASD兒童的情緒表現、輔助方法和情感偏好。根據問卷調查，總結發現：

（1）關于ASD兒童如何表達他們的情緒，58%的家長將其敘述為退縮不前和無法正確表達情緒，表情僵硬也是常見行為。并且，表情識別障礙嚴重妨礙了ASD兒童的正常溝通。

（2）85%的家長表示努力使用各種方法來幫助ASD兒童來改善表情識別障礙。其中心理治療占比最大，其次是行為治療，最后是藥物治療。大多數家長表示對這些方法效果均不滿意。被調查者普遍認為現有方法的趣味性和交互性較低，而操作復雜性和教學目的強度也是原因之一。

（3）答題者們表示愿意嘗試使用一款專門設計來幫助ASD兒童改善表情管理障礙的交互產品的性致都較高。在核心功能的選擇（多選題）上，情感表達教學、社交模擬教學和表情反饋這幾點都被認可，這當中又以情感表達訓練游戲（66.7%）和社交場景模擬（83.3%）占比最大，識別指導也達到半數（51%）。80%及以上的答題者認為動畫效果、聲音效果和獎勵機制可以顯著提升ASD兒童的注意力并提高他們的參與度，簡潔現代化和創意趣味的交互界面設計也是他們的首選。

問卷結果表明，家長們愿意接受一款專門產品幫助ASD兒童改善其表情管理和識別障礙，并需要其訓練內容豐富、形式和功能操作簡單、界面簡潔又有趣味性、能夠吸引兒童使用。核心功能方面，家長們希望能夠圍繞社交場景模擬、情感表達訓練游戲和情緒識別指導等方面展開設計。

（三）系統生態框架構建

如圖1所示，本研究利用系統圖方法，提出一個針對ASD兒童（ASD）的表情識別訓練的交互系統生態框架，名為“同心伴游”。該框架由4個關鍵角色構成：ASD兒童、父母、特殊學校教師以及作為核心平臺的“同心伴游”。ASD兒童通過與平臺的互動學習來提升表情識別和社交能力，同時接收由平臺提供的教學方案和相關硬件產品。父母扮演輔助者和資金提供者的角色，從平臺獲取訓練信息。特殊學校教師則向平臺貢獻教學資源和方案，提供專業指導。“同心伴游”平臺作為信息、資金和物質流動的樞紐，促進了ASD兒童、父母和教師之間的有效溝通與協作。

三、“同心伴游”系統的交互設計分析

（一）用戶模型的構建

考慮到ASD兒童在使用產品時需要他人的協助，如特殊教育機構的教師和家長等，因此，用戶模型的構建必須綜合考慮ASD兒童、相關機構和家庭人員的需求（表1）。在教學引導環境中，主要用戶包括患有表情識別障礙的ASD兒童和特殊教育機構的教師。ASD兒童面臨的主要挑戰包括無法識別面部表情、刻板重復行為以及社交障礙，他們需要培養自信心和自尊心，并建立有效的溝通渠道。特殊教育教師使用該產品，幫助ASD兒童矯正因疾病導致的表情識別障礙，使他們能夠更好地融入社交環境，并最終實現獨立社交的能力。在家庭使用環境中，主要用戶包括ASD兒童及其家長。家長的痛點在于希望孩子能夠具備正常上學和社交的能力，并希望查看訓練效果。

（二）建立用戶旅程地圖

以用戶模型喬伊為例，設計用戶旅程地圖（圖2）。在喬伊使用“同心伴游”產品的完整用戶體驗過程中，涉及物理、人形和數字3類觸點。物理觸點主要包括特殊教育學校/機構、宣傳傳單和硬件產品；人形觸點包括特殊學校/機構教師、家長和其他兒童；數字觸點則涵蓋公眾號、其他軟件商城和軟件App。這些觸點在產品使用的不同階段發揮著不同的作用，但總體目的是為了提高用戶黏性并幫助用戶實現預期目標。喬伊的想法和感受呈現出波峰型的先上升后下降再上升的趨勢，具體表現為從不解和無反應轉變為好奇與自信，再到自我反思，最終能夠主動將所學應用于生活中。這種情感波動狀態揭示了喬伊在使用產品過程中的體驗變化。

四、“同心伴游”系統的交互設計實踐

（一）功能和信息架構設計根據上述分析，本研究“同心伴游”系統包括實體智能產品和虛擬App軟件。實體智能產品更關注用戶體驗與趣味性，主要有底板和手桿兩部分。其中，不同的手桿表面設計不同圖案和觸感紋路，隱喻不同的情緒。當ASD兒童向下按壓不同的手桿，智能產品的底板發出對應的情緒聲音和色彩，讓其在虛擬App軟件學習的同時，通過觸覺和聽覺增加其對不同情緒的記憶、識別和理解能力。虛擬App軟件著重于教學，信息架構如圖3所示。首先由伙伴帶領來識別表情，其次感受表情背后所代表的情緒變化。接著引導ASD兒童模仿不同表情，這一過程融合眼動技術和面部捕捉技術。最后是虛擬與現實的對接，綜合使用情景劇探險和隨機場景的游戲模式，逐漸過渡與真人互動，幫助ASD兒童更好地理解不同表情在不同語言環境下不同的含義。

（二）智能產品造型設計

結合虛擬App軟件的信息架構，智能產品主要功能包括：“識別”任務中，通過多感官輸入，增強對情感的識別和理解；“模仿”任務中，當虛擬App軟件的攝像頭對ASD兒童的表情進行識別時，幫助其理解自己表達的情感；“應用”任務中，幫助ASD兒童準確定位和感知某種表情所包含的情緒。如圖4所示，為了提升觸感和質感，智能產品底座選擇木材材料，自然的肌理使得接觸具有舒適感，手桿部分采用橡膠與絨布材質，增強產品的溫暖感受，提升接觸體驗。智能產品包括主板與4個可單獨使用的手桿。主板由NFC無線感應按鈕、基底/充電樁和基地底盤組成。手桿由表面觸感層、材料固定層、彈簧、壓力傳感裝置、過渡桿、壓力傳感杠桿、手持底座、壓力傳感器和底盤無線充電觸點組成。

（三）虛擬App軟件界面設計

中，面向ASD兒童、家長和老師的共性審美需求，進行了風格、針對用戶模型和用戶需求的界面視覺設計策略如表2所示。其字體和顏色設計；針對ASD兒童的注意力引導、易化信息搜索和降低學習成本，進行了布局和圖標設計。界面任務設計策略如表3所示。如圖5所示，ASD兒童進入軟件虛擬App軟件界面以游戲形式對ASD兒童進行表情識別訓練。后，系統首先判斷該用戶是否已注冊，注冊后進入主頁面，包括“伙伴”“識別”“模擬”“應用”4個模塊。“伙伴”模塊進行虛擬伙伴的設置，“識別”模塊讓ASD兒童對表情有基礎的認知，“模擬”給與模仿者面部表情分析，“應用”模塊幫助ASD兒童進行社會生活中的表情學習訓練。

結論

本文針對ASD兒童在識別基本情緒時存在顯著困難，結合系統圖與交互設計技術，設計一款面向ASD兒童的表情識別訓練智能產品，實現表情識別的實時反饋與個性化訓練。結合訪談法、問卷調查、系統圖方法，構建了ASD兒童情緒識別訓練交互系統的“評估-訓練-反饋”生態框架；建立用戶模型、用戶體驗旅程圖、設計信息架構和流程圖，完成了實體產品和虛擬界面結合的設計方案。設計方案從建立虛擬伙伴、基礎表情學習、表情模仿訓練、情境表情應用等方面，為輔助ASD兒童情緒識別訓練提供了有效的干預方法，為ASD兒童的表情識別訓練和社交能力發展提供了新的解決思路。

資助項目：江蘇省社會科學基金項目（22SHC012），江蘇省高校哲學社會科學研究項目（2020SJA0135）

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