互動媒體技術(shù)在兒童教育中的應(yīng)用

摘 要：近些年，隨著計算機軟硬件的發(fā)展，以及人機交互設(shè)備的不斷更新?lián)Q代，互動媒體技術(shù)已經(jīng)不再陌生。從早期服務(wù)于工業(yè)及展示設(shè)計的虛擬現(xiàn)實展廳，到如今用于通信及娛樂的移動終端設(shè)備，互動媒體技術(shù)已漸漸地走入人們的生活。本文簡述了互動媒體技術(shù)在兒童教育中的現(xiàn)狀，后以法國貝爾福（Belfort）科技節(jié)增強現(xiàn)實交互設(shè)計為例，通過對用戶調(diào)查數(shù)據(jù)的分析，闡述互動媒體技術(shù)在兒童教育中的優(yōu)勢，并根據(jù)兒童使用增強現(xiàn)實交互設(shè)計過程中的情感體驗，分析互動媒體技術(shù)在兒童教育中應(yīng)遵循的人機交互原則。

關(guān)鍵詞：多媒體；交互設(shè)計；增強現(xiàn)實；數(shù)字藝術(shù)；兒童教育

1 研究背景

隨著計算機軟硬件的飛速發(fā)展，互動媒體技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，特別是最近幾年，該技術(shù)已經(jīng)漸漸滲透到人們?nèi)粘Ｉ睿慌_連接互聯(lián)網(wǎng)的電腦及可移動通訊終端設(shè)備已經(jīng)成為當(dāng)今年輕人的生活必需品。上世紀(jì)90年代末，數(shù)字技術(shù)開始在兒童教育中應(yīng)用，國內(nèi)許多大中型書店就有多媒體兒童教育的相關(guān)軟件出售。這些軟件通過活潑生動的畫面與可愛靈動的角色，激發(fā)了兒童的學(xué)習(xí)興趣，使其主動接觸知識本身，并把學(xué)習(xí)當(dāng)作一種樂趣。近些年來，數(shù)字技術(shù)進(jìn)步尤其突飛猛進(jìn)，人們對互動媒體技術(shù)的理解也超速增強，越來越多的家長已經(jīng)不局限于僅讓孩子被動的接受知識，而是讓孩子與機器進(jìn)行直接的交互，不但鍛煉了孩子解決實際問題的能力，更重要的是增強了他們的創(chuàng)新思維與獨立思考能力。但是，將該技術(shù)用于兒童及青少年科學(xué)文化教育的實際產(chǎn)品遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于市場上同期的數(shù)字娛樂產(chǎn)品。究其原因，不外乎以下兩點：（1）現(xiàn)今教育軟件的知識傳播方式過于簡單，與書本無太多差異；（2）交互方式單一且枯燥，不能提起兒童的使用興趣。最近，移動設(shè)備上的教育類應(yīng)用軟件使小朋友們體驗到了不同的交互體驗，但大部分應(yīng)用軟件的知識傳播方式仍然過于簡單，僅僅是交互上由原來的鼠標(biāo)點擊改為手指的觸擊。因此，研究或使用一種新的用于兒童教育軟件的交互方式已成為非常重要任務(wù)。

2 法國科技節(jié)增強現(xiàn)實交互設(shè)計案例

2.1 案例概況

增強現(xiàn)實是一種使用計算機可視化技術(shù)將虛擬三維物體與現(xiàn)實相結(jié)合，并實現(xiàn)互動的技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括醫(yī)療、軍事、教育、藝術(shù)、設(shè)計、娛樂等多個領(lǐng)域。在數(shù)字藝術(shù)與交互設(shè)計的典型應(yīng)用包括：產(chǎn)品展示、服裝展示、虛擬沙盤、數(shù)字游戲、古跡復(fù)原等。

本案例是法國貝桑松大學(xué)多媒體（數(shù)字藝術(shù)）專業(yè)的互動媒體研究項目，并參加了法國科技節(jié)。該案例通過5個增強現(xiàn)實交互小游戲展示了生活中的物理基本常識與能量轉(zhuǎn)換知識。例如，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生電能后可點亮電燈，點亮的電燈發(fā)射出光子使半導(dǎo)體界面發(fā)生光生伏打效應(yīng)從而產(chǎn)生電能（圖1）。由于歷屆參加科技節(jié)的兒童比例占科技節(jié)總觀眾人數(shù)的40%，因此，兒童在使用增強現(xiàn)實交互游戲的情感體驗及通過游戲獲取的知識量是本項目在法國科技節(jié)中研究的重點。

2.2 調(diào)查內(nèi)容

調(diào)查內(nèi)容共7項，其中包括：（1）被調(diào)查者性別。（男或女），（2）被調(diào)查者年齡。年齡區(qū)間分為6周歲以下，7至13周歲，14至17周歲，18至35周歲及大于35周歲五個階段。由于大于18周歲屬于成年人。因此，調(diào)查對象中18周歲以上的調(diào)查數(shù)據(jù)不做重點分析。（3）被調(diào)查者在此之前是否了解增強現(xiàn)實交互設(shè)計。（是或否）（4）被調(diào)查者是否理解交互游戲標(biāo)識卡片上圖案的意義。（設(shè)7個級別，1非常不理解，7非常理解），（51）被調(diào)查者認(rèn)為本增強現(xiàn)實交互游戲難易度（設(shè)7個級別，1非常難，7非常簡單），（52）被調(diào)查者認(rèn)為本增強現(xiàn)實交互游戲所表現(xiàn)內(nèi)容的直觀性（設(shè)7級個級別，1非常不直觀，7非常直觀），（6）被調(diào)查者對本增強現(xiàn)實交互游戲是否感興趣（設(shè)7個級別，1非常感興趣，7一點都不感興趣），（7）被調(diào)查者是否學(xué)到了與能源相關(guān)的知識，并對所學(xué)知識感興趣（設(shè)7個級別，1是，非常感興趣，7沒有，一點都不感興趣）。

2.3 調(diào)查結(jié)果

兩天共17人的調(diào)查數(shù)據(jù)，提取2，4，5，7項數(shù)據(jù)，如下圖（圖2）所示：

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，參與調(diào)查的人群中，6周歲以下兒童0人（雖然本調(diào)查主要針對的人群為兒童。但是，真正參與到增強現(xiàn)實交互游戲的兒童年齡都大于6周歲。由于本增強現(xiàn)實交互游戲需要一定的理解力與觀察力，對于6周歲以下兒童有一定難度。因此，整個交互過程中，6周歲以下兒童多數(shù)由父母代其游戲，調(diào)查數(shù)據(jù)所填寫的年齡是父母的年齡），7至13周歲的兒童8名，14至18周歲的兒童3名，成年人6名。

2.4 結(jié)果分析

問題4的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，年齡7至11周歲的五名兒童認(rèn)為增強現(xiàn)實交互游戲識別卡片上的圖案理解程度分別為：級別5（7周歲），級別4（7周 歲），級別3（8周歲），級別6（10周歲），級別5（11周歲）。年齡12至18周歲的兒童及大于18周歲的成年人對于識別卡片上的圖案理解程度普遍大于或等于級別5。因此，本例中小于10周歲的兒童對于增強現(xiàn)實交互游戲中標(biāo)識圖案的理解能力小于10周歲以上兒童。

問題5-1的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，18周歲以下兒童感覺本增強現(xiàn)實交互游戲難度設(shè)計較大，僅有3人認(rèn)為難易度級別大于級別4。

問題5-2的調(diào)查數(shù)據(jù)曲線與問題4的曲線趨勢基本一致。可分析出兒童對增強現(xiàn)實交互游戲識別卡片上圖案的理解程度，直接影響增強現(xiàn)實交互游戲中內(nèi)容表現(xiàn)的直觀性。

問題7的調(diào)查數(shù)據(jù)級別全部大于級別4。說明在本例中大部分人學(xué)到了與能源相關(guān)的知識，并對其感興趣。另外，從圖表中還可以讀出，有兩位兒童認(rèn)為本增強現(xiàn)實交互游戲非常困難（11周歲與13周歲兒童），但其對所學(xué)知識的感興趣程度分別為級別6與級別7。因此，兒童在與機器交互的過程中會感覺到困難，但富有趣味的交互方式與生動的畫面，仍使其對所學(xué)知識感興趣，并間接提高了其獨立思考與解決問題的能力。

3 互動媒體技術(shù)在兒童教育中應(yīng)遵循的人機交互原則

3.1 矢量一致性原則

互動媒體應(yīng)用最重要的部分是實現(xiàn)計算機與人的直接交互。在其實現(xiàn)過程中，人可以模仿現(xiàn)實世界中類似對象上完成的動作，計算機給予及時的反饋，構(gòu)建真實的交互體驗。因此，真實世界與虛擬世界的矢量應(yīng)保持一致。兒童對于交互裝置的認(rèn)知與使用能力與成人比較相對較弱。因此，設(shè)計互動媒體應(yīng)用時矢量一致性原則應(yīng)貫穿交互操作的每個步驟。本例中，攝像頭的擺放位置是研究矢量一致性原則的重點。

攝像頭擺放位置存在兩種方案。第一種方案，攝像頭位于屏幕正上方，計算機對攝像頭捕捉到的畫面進(jìn)行水平與垂直翻轉(zhuǎn)，用戶觀察到的屏幕畫面猶如一面鏡子，與真實世界的矢量方向相反。第二種方案，攝像頭位于用戶上方，攝像頭捕捉的畫面與人眼觀察到的畫面方向一致。

兩天的展示過程中，第一天攝像頭位置采用第一種方案，第二天采用另一種方案。經(jīng)觀察，可明顯看出，成年人對于兩種方案的操作理解沒有區(qū)別。但是，兒童對于兩種方案的操作理解存在較大的不同。第一種方案中，兒童很難把握真實世界與虛擬世界物體位置關(guān)系相反的操作方式，尤其在垂直軸向的操作，有多位兒童位置關(guān)系判斷錯誤。而在第二種方案中，由于攝像頭捕捉的畫面與人眼觀察的畫面方向一致。因此，無論垂直或者水平方向的操作，兒童對物體位置的判斷都不會出現(xiàn)錯誤。因此，兒童使用交互裝置時，應(yīng)保證交互裝置的矢量一致性原則，并符合客觀規(guī)律。

3.2 交互時限原則（少即是多原則）

本例中，游戲標(biāo)識卡片上的圖像識別度是交互時限原則研究的重點。上文調(diào)查數(shù)據(jù)的結(jié)果分析中提到問題5-2曲線與問題4曲線趨勢基本一致，說明游戲標(biāo)識卡片上的圖像識別度直接影響兒童對于本游戲內(nèi)容表現(xiàn)的直觀性。識別度越高，兒童識別標(biāo)識卡片上的圖像信息用時越少，內(nèi)容表現(xiàn)的直觀性越強。通過展示過程觀察與展示視頻分析，5秒內(nèi)理解標(biāo)識卡片（交互裝置）含義，15秒內(nèi)理解增強現(xiàn)實交互游戲內(nèi)容（交互內(nèi)容），并對其理解無歧義是最佳的人機交互時限。

4 總結(jié)

互動媒體技術(shù)在兒童教育領(lǐng)域中的應(yīng)用為兒童教育提供了嶄新的教學(xué)模式，其模式由原來兒童被動地從書本上單向獲取知識，轉(zhuǎn)變?yōu)閮和c計算機形成互動，并主動地尋求知識。在這一過程中，兒童對于所學(xué)知識的興趣得到了提升。同時，增強了兒童的創(chuàng)新能力與解決實際問題的能力。

本文中，筆者以法國科技節(jié)增強現(xiàn)實交互設(shè)計為例，通過調(diào)查數(shù)據(jù)的結(jié)果分析，證明了互動媒體技術(shù)在兒童教育中的優(yōu)勢，并根據(jù)兒童在展示過程中的情感體驗，論證了互動媒體設(shè)計中應(yīng)遵循的兩大原則——矢量一致性原則與交互時限原則。

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