基于體感交互設計的教學空間需求分析

薛志蔣豪

東北林業大學，哈爾濱 150040

基于體感交互設計的教學空間需求分析

薛志蔣豪

東北林業大學，哈爾濱 150040

人與空間內的各個環境因子都存在著互動行為，或與周邊的各類裝置互動，或者與環境中的各類物理因子和廣延因子存在著互動。這種互動，直接影響用戶的體感交互體驗。在對教學空間內的需求分析中，體感交互設計扮演著改善用戶需求與用戶體驗的重要角色。運用體感交互設計的研究方法，對教學空間設計進行研究。通過體感交互設計系統的二次分析與開發，在確保設計系統、范式的科學化、結構化、邏輯化的前提下，改善設計中思維方式與數據處理過程，建立一個輕量級、語義化的體感交互體驗需求分析流程。將該流程應用于教學空間中使用主題的需求分析，即用戶需求分析，取得用戶對于教學空間設計上的多種體驗需求數據。在此基礎之上，探討體感交互設計在滿足教學空間用戶空間需求上的優勢。

體感交互設計；教學空間；用戶空間；用戶需求

一、引言

體感交互是一種利用肢體動作、聲音、眼球轉動等方式，與周邊的裝置或環境進行直接互動的交互方式[1]。

在教學空間設計中，無論是空間內的基礎設施，如墻、窗戶、窗簾、門、家具等，還是空間內各個部分的材質及其表面處理，以及水電、視聽數字媒體系統、環境控制系統等物理屬性，抑或空間內的廣延屬性，如色彩、照明、燈光等部分，都存在著與用戶之間的體感交互。而在這一過程之中，用戶的情感和空間體驗，則會根據環境的狀態，呈現出不同的變化。

基于體感交互的設計，就是從傳統物理形態設計即以“創造物體”的思維，去轉變為面向用戶的角度即以“服務與關懷”的意識去設計。

基于體感交互設計的方法進行教學空間用戶空間需求分析，能夠更大限度地解決用戶本身對于空間的情感預期與設計意向，分析得到用戶對于教學空間的各種體感交互體驗需求數據，更可以有效地使設計更加接近改善教學環境和教學質量，提升用戶對學習的興趣和愉悅感，達到對教學空間進行設計的最終目的。

二、教學空間用戶空間需求

用戶，即廣義上的消費者。消費者需求，是指有購買力支持的欲望[2]。對用戶（消費者）進行研究的核心，是需求。用戶體驗設計，是建立在用戶與產品之間互動作用的基礎之上，通過改善用戶對產品的易用性、可訪問性，進而提高用戶對于產品的滿意度的初衷進行設計[3]。

因此，用戶空間需求，是基于用戶對于廣義的產品的易用性的滿意度的需求，設計者可以從需求中確定設計初衷，確定設計對象具備那些服務性。

用戶對空間需求是多元化的，我們可以從不同角度、不同場景，來對其進行歸納總結，進而得到耦合度較低的各類需求。

從用戶在教學空間扮演的角色上，用戶空間需求分為興趣度、舒適度、意愿度、集中度。

從用戶對教學空間設計的意愿上，用戶空間需求分為物理體驗需求和廣延體驗需求。物理體驗需求為教學空間的濕度、溫度、采光、照明。廣延體驗需求為體感交互設備即一系列人機交互設備。

本文針對上述用戶需求范圍、焦點和關鍵詞，對用戶空間需求進行分析。

目前，對于用戶需求的分析，大多是基于極小規模用戶群的訪談和線上線下問卷調查的形式。以該類方法得到信息，往往具有范圍的小眾性和信息的滯后性，而且用戶反饋的結果會受到個人理念、情感傾向、興趣愛好等方面的影響。

而采用體感交互設計的方法分析用戶空間需求，能夠通過人的生理反應和在處理教學空間相關工作時的數據結果等客觀要素來分析，具有客觀性，能夠為教學空間設計更好地提供客觀信息，使得教學空間的設計更好地接近用戶的情感預期，幫助設計者為用戶提供更好的設計方案。

三、基于體感交互設計方法的教學空間需求分析流程

1.體感交互設計原理

體感交互這種與周邊裝置或與環境直接互動的交互方式，將原有的空間使用主體——用戶和空間的構成基礎——空間因子這二者的關系，從間接聯系發展為直接聯系。

從用戶的角度來說，用戶身體生理上對環境的感受的物理層面，以及由之而引發的用戶情感上變化的廣延層面，對于空間因子而言都有著相應的要求。

對教學空間，就更是如此。良好的教學空間，對用戶生理和情感方面都有著積極的影響，從而對教學空間的功能實現最大化，可以發揮重要作用。

在通常狀況下，教學空間的體感交互設計的研究流程，包括以下5個步驟。

（1）根據影響用戶心理的相關空間因子，獲取用戶的體驗需求數據。通過用戶在使用空間的時候所衍生出的4個維度，即興趣度、舒適度、意愿度、集中度，作為獲取用戶空間需求滿意度數據的5個因素。

（2）從教學空間原有的物理結構出發，從空間中影響人的生理感受的4個因素，建立教學空間物理層的4I矩陣 （即干燥度、濕度、溫暖度、采光度）。基于該矩陣，獲取用戶在教學空間中生理上對空間的反應數據，建立相關數據庫。

（3）從教學空間的功能方面出發，探索教學空間功能上的廣延因素，如交互模型-自然人機交互。特別是基于手勢的體感交互，已成為自然人機交互的一種有效手段[4]。

我們將教學空間內的人機互動設備納入研究因素，是分析教學空間內人機互動設備能否滿足用戶空間需求的途徑之一。

（4）通過搜集用戶日常生活中對于空間的各類偏好，形成關鍵詞樣本庫。之后再利用語義差異法（Semantic Differential Method，簡稱SD法），對關鍵詞樣本進行分析與評價，從感性層面對用戶空間需求進行分析。

（5）利用計算機大數據分析技術，建立相關數據模型和可視化圖表，更直接反應用戶在各個方面的意見。

2.建立在體感交互設計方法上的用戶教學空間需求分析流程

經過對上述體感交互設計方法的流程分析，在確保整個對教學空間設計過程的設計思維通用化、空間結構平臺化、體感交互設計因子模塊化的前提下，對整體的設計流程進行了增刪改查，建立了一個設計人員使用較好，學習使用成本低的分析流程，以分析用戶對教學空間的相關需求，有利于進一步優化教學空間的設計與裝飾。

基于體感交互設計方法的用戶教學空間需求工作流程，具體如下所示（見圖1）。

圖1 基于體感交互設計的用戶教學空間需求分析工作流程圖①

四、基于體感交互設計方法的教學空間需求分析實例

1.體感交互相關關鍵詞搜集與分析

現在基于體感交互設計的用戶教學空間需求分析工作流程圖，對教學空間相關需求進行分析。

教學空間可以細分為教學空間的物理層和廣延層這兩個屬性[5]。

物理層體現在教學空間內的干燥度、濕度、溫度、采光等要素，即光環境及熱環境的物理因素方面。光環境主要有自然光和人工光組成[6]。

廣延層方面則主要包括教學空間的照明、教學方面的體感交互設備。從體感交互的角度來說（不同的環境有著不同的作用），不同情景下人們對于光會有不同的感受，也就是在教學空間下會有不同的教學體驗。

我們基于這兩個方面，進行收集用戶空間情感化需求表單。該表單由空間功能要素表單、空間功能滿意度表單、用戶需求表單和用戶體感需求關鍵詞組成。

在去除耦合度較高的詞匯后，我們獲得了“學生出勤率”、“作業好評率”、“師生互動率”這3個關鍵詞。

2.教學空間物理層體感交互需求分析

物理層空間設計的干燥度、濕度、溫度與采光等，即光環境及熱環境方面，是影響用戶（主要為學生）心理的重要因素，通過探究其內在的關系，可以為我們更好地對體感交互空間進行改造提供設計依據。

在這個分析過程中，我們將參與實驗的焦點小組分為兩個小組。實驗組在采光較好、溫度、濕度均適宜的教室進行學習；控制組在條件相反的教室進行學習。

我們將“學生出勤率”、“作業好評率”、“師生互動率”的高低，作為評判教師良好體感的指標。以比率0.65作為基線，高于0.65的指標則定為教師具有極佳的體感交互體驗；低于0.65但是高于0.45的指標則定為教師具有良好的體感交互體驗；低于0.39則定為教師具有最差的體感交互體驗。

在數據的分析過程中，我們采用Tableau Desktop作為數據分析平臺，以達到數據分析的合理性和完整性。經過長達一年的測試，獲取了大量的相關信息與數據，在剝離無效和不良數據后，我們通過Tableau Desktop分別獲得控制組數據和實驗組數據，得到了如下結果（見圖2、圖3）：

圖2 控制組①

圖3 實驗組①

通過對比控制組和實驗組數據，我們很明顯地發現，實驗組在采光、濕度、溫度、干燥度較好的教學空間，學生的各項指標普遍較高，在0.5以上的比率占到總指標的61.5%。盡管在12月和1月這樣分別是最冷并即將放假的月份，學生的相關意愿依舊很高。

3.教學空間體感交互設備與用戶（學生與教師）體驗關系的分析

近年來，人機交互技術已從過去以計算機為中心的鍵盤鼠標交互方式，逐漸轉變為以人為中心的交互模型-自然人機交互方式。因此，基于手勢的體感交互，已經成為自然人機交互的一種有效手段[4]。

關于體感交互設備，我們在這里主要是指以下方面：一是用于學生學習的交互性裝置和開源硬件設備。二是用于教師教學裝置如人體動作識別系統、全息投影、隔空多點觸摸設備、電子音樂操作臺等。通過以上兩個小組在相同狀態的教學空間下的測試數據，來進行詳細分析（見圖4）。

圖4 教室的教學空間基本布局①

控制組的教學空間維持現狀，沒有任何儀器設備，僅有教學空間最初的黑板、講臺等設備。

實驗組則采用全新的體感交互設備，其中包括軌道電腦燈光、集成燈光、Win8.1系統環繞立體聲、全息投影、人體識別系統、電子視音頻操作臺，以及大量的開源硬件套件（包括各類傳感器、馬達、制作工具、焊接臺、測試儀等），可以滿足各類實驗性的創意、創新設計與開發教學。

我們通過一個學期的教學質量測評，從學生的出勤率、學生作業的好評率、學生作業的創意與創新性、教學師生互動率以及學生對課堂的滿意度幾方面，作為測試指標依據，將體感交互設備對于教學空間的改造設計的必要性進行分析，找出相對合理的體感交互設備。

測試指數設K為單位，通過對于各項指標數據的整理，分離出不合理數據，通過將各類設備對教學質量測評、學生出勤率、作業好評率、作業創意性這4個方面的影響數據進行分析，得到了如下結果（見圖5）。

圖5 體感交互設備使用率①

我們明顯地看到，使用全新的體感交互設備的教室，學生的出勤率、學生作業的好評率、學生作業的創意與創新性、師生教學互動率，以及學生對課堂教學的滿意度，指數都較高。相反，未能配備該設備的教室則很低。因此，使用體感交互設備的教學空間功能實現度較高，反之亦然。

五、教學空間中體感交互設計初探

如果把教學空間看作一個原型的話，一定是具備技術穩定、易于使用、運轉穩定、簡單明了和趣味十足等條件[7]。

教學空間內的各類環境因子，如濕度、溫度、光感、照明燈等方面，亦能夠對空間的教師和學生的體感反應做出相應的響應，達到“人-環境-空間”各類裝置良好的體感交互體驗。

在這樣的背景下，其交互品質尤為重要。這種交互品質，既用作設計指導，也用于幫助研究人員和設計者尋找新途徑，將功能設計、體驗設計及交互科技三者加以有機整合。

根據圖4，產品中值粒徑在9.48～13.56μm之間波動，隨著反應時間的延長，產品中值粒徑沒有明顯變化，同時經掃描電鏡分析，產品粒徑分布與晶體形貌也沒有明顯變化。由于反應體系在高溫反應過程中一直維持澄清，反應結束后取出冷卻數分鐘后才開始有晶體析出，產物均未出現團聚，顆粒大小較均勻呈片狀。綜合以上諸因素，選擇60min作為最優反應時間。

在教學空間的設計之中，設計者將體感交互和交互品質的思想，可以具體表現如下。

1.空間智能化系統改造

在控制平臺搭建方面，采用基于web方面的控制臺——H5+node.js作為系統架構，來加強體感交互教學空間的智能化系統改造，這同時可以降低跨平臺的搭建成本。

2.人機響應與反饋設備配置

在人機響應與反饋設備方面，設計者可以引入大量的傳感器，如相關聲音、溫度、氣體、氣壓、振動、粉塵和光方面的傳感器，以有效獲取教學空間使用主體的各種體感交互信息。

同時，通過數據驅動文件（Data-Driven Documents）即D3.js可視化平臺，設計者還可以將這些大量復雜的傳感數據，轉換為美觀而清晰的可視化數據。

D3，是一種新型且表達明確的方法來可視化Web，而不是具體抽象、隱藏底層的一個工具包。

D3支持本地直接檢查和操作標準文檔對象模型（DOM），D3可以幫助設計者選擇性輸入數據到任意文檔元素，并實現數據的動態修改和表現[8]，這樣可以為管理者充分降低使用和學習成本。

3.無線數字媒體教學空間裝備

基于體感交互的無線數字媒體教學空間，應包括以下器材。

（1）筒燈與可以軌道滑動的電腦燈、一對分布于側面和地板的激光掃描設備、紅光補光系統、主音響及輔助音響、全息投影、人體動作識別系統、電子音樂操作臺等。

（2）與硬件相配套的，包括音樂制作軟件、電子音樂處理軟件、交互音視頻軟件、實時渲染的三維建模軟件等多種軟件。

（3）Arduino/seeed或Intel Edison套件、各類傳感器、馬達、制作工具、焊接臺、測試儀表等。

六、結論

基于體感交互設計的方法對教學空間需求分析，從設計思想上進行了根本轉變，從面向過程的空間自身設計轉向了面向對象（用戶）需求的設計。

在教學空間的設計方面，設計者應當更加關注人與空間因子之間的關系，更加注重教學空間的服務作用，更加注重教學空間的體感交互設計及其交互品質。

在這個需求分析方法下設計的教學空間，不僅能讓用戶（學生）對知識印象更為深刻、掌握更加扎實，而且可以使用戶（學生）的身體與大腦共同協作，高效率地開展創造性學習活動。

同時，在這樣的教學空間內，教師與學生、學生與學生之間的有效協作，亦能提升這些群體對于知識的興趣程度和產生創造力的機率。

因此，基于體感交互設計的教學空間，可以成為激發教師與學生的創意能力、創新能力、思辨能力、團隊協作能力以及實現自由開放思維的重要手段。

這是基于用戶調研的結果，而用戶研究指的是調研人們解釋和使用產品與服務的過程[9]。有效激發和提升這些能力，也是設計者對教學空間進行設計的根本初衷。

基于體感交互設計的方法，對于設計者來說，無論是在改善用戶體驗方面，還是在設計中創新設計研究方法與范式方面，都會起到積極的作用。這也為設計者在今后的空間設計改造活動中，尤其是在教學空間設計再造方面，提供了新的方法和策略。

注釋

①圖1至圖5來源：作者制作.

[1] PARPINELLI R S，LOPES H S，FREITAS A A. Data mining with an colony optimization algorithm[J].IEEE Transactions on Evolutionary Computation，2002，6（4）：321-332.

[2] 廖樹林，朱鐘炎．產品設計的消費者分析[M]．北京：機械工業出版社，2010：34-38.

[3] KUJALA S，ROTO V，V??N?NEN-VAINIO-MATTILA K，KARAPANOS E，SINNEL? A.UX Curve:A method for evaluating long-term user experience. Interacting With Computers[J].Interacting with Computers，2011，23（5）：473-483.

[4] 蔡林沁，張建榮，劉彬彬．基于手勢識別的虛擬環境體感交互控制[J]．華中科技大學學報：自然科學版，2015（C1）：136-139，165.

[5] 代爾夫特理工大學工業設計工程學院．設計方法與策略：代爾夫特設計指南[M]．倪裕偉，譯．武漢：華中科技大學出版社，2014：20-21.

[6] 樊一可，宮藝兵．以周口市為背景的新農村老人衛生間設計初探[J]．設計藝術研究，2015（6）：124-129.

[7] 劉偉．交互品質在創新設計研究中的應用途徑[J]．包裝工程，2015（8）：14-16，21.

[8] BOSTOCK M，OGIEVETSKY V，HEER J.D3: Data-Driven Documents IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics[J]. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics，2011，17（12）：2301-2309.

[9] 伊麗莎白?古德曼，邁克?庫涅夫斯基，安德莉亞?莫德．洞察用戶體驗：方法與實踐[M]．2版.劉吉昆，趙辰羽，劉青，封莎，邵穎，彭璐，白俊紅，田姣，譯．北京：清華大學出版社，2015：2-3.

（責任編輯 孫玉萍）

Analysis of Teaching Space Requirement Based on Interaction Design

XUE Zhijianghao 趙俊學 ZHAO Junxue

（Northeast Forestry University，150040 harbin）

Interaction exists between people and various environment factors in space, between people and various types of devices around them, or between people and all kinds of physical factors as well as a wide range of factors. Such interaction has direct inf uence on physical interaction experiences of users. When it comes to the requirement of teaching space, interaction space design plays an important role in meeting user requirements and improving user experience. Research method of interaction design is applied to teaching space design. By conducting second analysis and development of the interaction space design system and under the precondition of design system is paradigmatic scientif c, structural and logical design, this paper attempts at improving thinking mode and data processing for a light and semantic mode of analyzing interactive space experience demand. Then the mode is applied to the theme demand analysis in teaching space, namely, user demand analysis, so as to acquire various experience demand data. In addition, the advantage of interaction space design in meeting users’ demand for teaching space is discussed.

interaction space design；teaching space；user space；user demand

J0-05

A

10.3963/j.issn.2095-0705.2016.06.022（0122-07）

2016-08-30

薛志蔣豪，東北林業大學材料科學與工程學院本科生；趙俊學，東北林業大學材料科學與工程學院副教授。