基于認知行為特征的自閉癥兒童輔助工具設計研究

姜亮 韋鈺婕

摘要：文章以自閉癥兒童認知行為特征為出發點，利用射頻識別和單片機技術，結合主流特殊教育指導理論，提出自閉癥兒童輔助工具設計方案，即為改善自閉癥兒童語言、社交、感覺統合能力的十二生肖拼圖玩具。并對拼圖設計方案的輔助功效性進行了實驗評估，結果顯示該方案在引導提升其語言交流、改善社交行為能力方面具有積極的輔助作用。

關鍵詞：自閉癥兒童;認知行為;輔助工具設計

中圖分類號：TB472文獻標識碼：A文章編碼：1672-7053（2018）05-0050-03

自閉癥是一種情感、行為、情緒、思維、語言等諸多方面的早期神經發育障礙，多發生于兒童早期”^[1]。在我國自閉癥患者已超過1000萬，0到14歲的兒童患者達200余萬。對自閉癥患者盡早進行干預治療，自閉癥兒童可以實現不同程度地控制和改善^[3]。國外針對自閉癥兒童的教育及產品研究起步較早，日前有關針對自閉癥兒童產品研究開始側重于智能化產品設計研究，例如智能機器人、虛擬現實環境模擬、移動應用增強現實技術等。通過具有社交技能、情感認知的機器人、交互式學習應用程序來增加自閉癥兒童的參與度與學習的興趣，提升社交能力和語言表達能力。然而由于產品成本高，普通家庭難以承擔，所以并不能普及使用，同時醫學專家也擔心自閉癥兒童與機器人能夠良好的溝通不代表能與真人具有良好的溝通。國內的自閉癥兒童輔助產品研究起步較晚，多以玩具和感統器械為載體，從心理學和康復教育方式角度進行研究設計^[4-5]，如認知卡片，磁力片積木等教具，手眼協調、觸覺墊、指尖陀螺等感統訓練器材。本文通過查閱資料，走訪康復中心，了解自閉癥兒童行為模式和生理特點，總結自閉癥兒童的認知及其行為特征分析輔助產品的設計要素，定位產品的主要功能，并以改善自閉癥兒童的感覺能力、語言交流能力為設計出發點，進行產品設計方案的功效性評測，使產品更符合自閉癥兒童的實際需求。

1 自閉癥兒童認知特征

瑞士心理學家皮亞杰（J. Piaget）認為，兒童的心理發展其實就是不斷地由低水平走向高水平完善，從而使心理結構不斷重構、創新，形成不同水平的發展階段，并將兒童認知發展的內在機制分為三階段，即同化、適應、平衡^[6]。認識發展機制是人類的自我適應和自我糾正的過程。換言之，兒童的認知系統處于較低的發展水平，當不能用當前的認知系統理解其他事物時，需要通過修正認知系統，即同化與現有認知起沖突的事物，讓自己的認知系統處于平衡狀態并且在較高水平上重新確立，來應對更復雜的事物^[7]。自閉癥兒童與正常兒童相比，認知和生理方面有許多缺陷，由于個體差異缺失的程度不同，劃分他們的發展進程需要與普適性結論推遲才能描述其發展狀況。生理表現主要體現在聽覺和觸覺，而認知表現主要體現在語言、記憶力和智力、情感方面。

1.1 語言認知

自閉癥兒童語言認知方面的主要缺陷在于綜合語言和非語言的交流方式。大多數自閉癥患者都有語言發展遲緩的現象，自閉癥兒童沒有辦法匹配語言與環境，不會眼神交流，無意識地模仿重復別人言語是自閉癥兒童常見的獲得知識模式。自閉癥兒童不能解讀非言語信息，例如面部情緒和身體語言，因此自閉癥兒童不能融入社會進行正常的社會活動^[8]。

1.2 注意力

在注意力問題上，由于自閉癥兒童過度選擇感官刺激，往往引起他們注意力獨有的選擇性特質。導致注意力分散的因素主要有社會交往障礙、理解能力差、興趣狹隘和感知覺異常^[9]。自閉癥兒童具有局部加工的傾向，當其盯著某一興趣事物時，很難接受新的信息或者任務。外在表現就是刻板行為，容易對著一件事情反復思考、思考方式和興趣也非常單一。

1.3 自我與情感認知方面

自閉癥兒童也有感情，但無法理解他人的情感，或不能以正確的方式去表明自己的感情。自閉癥兒童表達情緒的方式往往與他們的生理年齡不符合，由于搞不清人與人之間的社會關系，也不知道怎么在不同場合表達自我情緒，這是缺乏自我認知能力的表現。究其原因，是對信息意義上的加工存在著明顯的缺陷，因此很難理解其他人的情感體驗和內心活動，不能讓他們自己去發展理解他人情緒，而只有通過人際交往的積累和干預性的接觸訓練才能獲得這方面的知識。針對缺乏自我認知能力的情感認知表現，只有通過人際交往的積累和干預性的接觸訓練才能獲得這方面的知識。

2 自閉癥兒童行為特征

雖然自閉癥兒童每個個體的行為特征都不同，但是都有溝通、影響社會互動、想象力和刻板行為等共同問題，在日常生活中可以很容易識別出其行為差異。

2.1 延遲性仿說

大部分自閉癥兒童和成人都存在語言缺陷，語言方式為機械式的重復和模仿，稱為“延遲性仿說”。在發展語言之前，自閉癥兒童表達需求大多用手勢替代語言，或用面部表情和肢體動作來與人溝通。在使用和理解非口語溝通這兩個方面，隨著時間的推移，自閉癥兒童之間漸漸了解簡單的手勢和表情所表達的意思，并能從對方的動作中還有從溝通的背景中了解明白對方所表達的意思。

2.2 社會互動障礙

社會互動方面的障礙主要有四種類型，一是孤獨的群體：無法了解別人心理狀況，即使能接納家人，也不會與家庭之外的人互動;二是被動的群體：不排斥與他人，只是行為被動;三是主動但怪異的群體：該群體積極地接近別人，但提出的要求比較怪異，或沒有得到滿足或關注，就會變得咄咄逼人;四是過分古板群體：這類群體語言發展良好、行為有禮，但不能適應或理解社會規則，會刻板的固守社會互動規則，不懂得變通。

2.3 行為刻板、重復或儀式性行為

在行為動作方面主要表現為刻板、重復。自閉癥兒童主要活動為自己喜歡、感興趣的事情，進行簡單的重復循環，如一直盯著某一物體，或者不停旋轉自己的身體。另外習慣進行儀式性行為，為自閉兒童獨創制定的，如在坐之前得拍一拍桌子，下樓前一定會轉胳膊轉三圈，或者進行一系列復雜軀體動作。

3 自閉癥兒童玩具設計要素分析

設計自閉癥兒童玩具要考慮設計兒童玩具的基本要素，分別為功能性、安全性、游戲性。兒童在每個成長時段的看法都會有所不同，創新性也不一樣，在玩具設計中可以從兒童成長角度考慮，設計一系列能夠陪伴其成長的多功能玩具，開發潛能培養智能。另外還應注意產品的藝術性，能夠讓人體驗到愉悅感，引起對事物的興趣，具有藝術性的玩具可提高兒童審美能力，培育情商。

3.1 外觀設計要素

研究發現自閉癥兒童對交通類玩具和水果玩具（非社會性刺激）注視更久^[10]，在康復訓練中，適當的引用人物類玩具，對學習社交技巧有促進作用，因此在外觀設計中，考慮用視覺式圖案吸引兒童注意力，讓其對玩具感興趣從而引發社交性的互動行為。由于自閉癥兒童有認知障礙，無法辨別復雜的形狀，因此玩具的整體外觀要簡單，不能復雜且易于變化，同時可以采用發光發聲的形式，刺激兒童視覺和聽覺，這樣易于幫助兒童減少注意力的分散。自閉癥兒童對色彩有特殊偏好，最偏愛的是綠色和藍色，其次是紫色和紅色，最不喜歡的則是黃色和橙色，其對冷色的偏好優于暖色。冷色調可以抑制大腦過于興奮，使自閉癥患者腦皮質活動達到平衡^[11]。不同的顏色呈現對個體的心理和行為都有不同的影響，考慮自閉癥兒童特殊的顏色偏好，和較大范圍的適用性，玩具主要采用冷色調、和紅色。

3.2 觸覺設計要素

由于生理缺陷，導致自閉癥兒童觸覺和聽覺異常，部分自閉癥兒童在觸覺上表現出敏感、遲鈍，因此玩具在材質選擇方面，可以選擇不同的材質組合，玩具表面處理成不同的肌理，給兒童不同的感官感受，如木質和布料、硅膠的搭配組合。

4 自閉癥兒童輔助工具設計方案

自閉癥兒童輔助工具設計方案的目標群體設定為3-8歲的自閉癥兒童。此階段的兒童需要在社交互動中學習各種技能，智力結構及心理機制形成與建構的關鍵時期。在這個期間除了父母教師的引導及基本必要的社交溝通外，其他主要是通過玩具來了解世界，為學習語言，培養溝通、邏輯思維能力打下基礎。

經過前期問卷調查及用戶需求分析結果顯示，患有自閉癥的兒童用戶對玩具輔助產品的需求點包括老師和家長可以參與、能夠發聲，持續引起孩子注意;在語言、社交、感覺統合能力方面起到輔助作用。兒童輔助工具設計方案是以十二生肖為主題的一套拼圖。如圖1所示，此拼圖的工作原理是通過RFID射頻識別技術來識別帶標簽的號牌，當識別到對應號牌以后，通過微控制器控制專用MP3解碼芯片，將揺放放在FLASH存儲器中的音頻文件。拼圖配有12個數字牌，用來給生肖排序，當正確的數字牌放到正確的生肖底板上時就會發出音樂和講故事的聲音，父母也可以錄自己的聲音在拼圖里，讓孩子對拼圖產生好奇與親近感，使學語期的兒童能夠通過把玩拼圖，鍛煉語言表達技能。

將生肖碎片放到相對應的生肖輪廓里，拼圖的過程有助于提高手眼協調和認知能力，如圖2所示。鮮艷的色彩可培養兒童對色調的敏感度，同時培養其視覺尋視的能力。通過十二生肖創造不同的情景模式，激發好奇心，引導孩子提問交流。可以用繩子去穿拼圖中的小孔，鍛煉手指的精細動作，如圖3所示。

5 設計方案功效性評測

5.1 實驗方案

十二生肖拼圖的功效性評測主要是對自閉癥兒童認知、語言、社交能力提高的評估測試，實驗是以青島以琳特教幼兒園20名自閉癥兒童為被試。首先，對20名被試兒童進行干預前的C-PEP評估（C-PEP是由遼寧師范大學，聯合北京大學第六醫院，匯集了心理、教育等方面的專家共同修訂發表的用于評估自閉癥兒童發展能力的量表），包括“兒童感知覺發展能力調查表”、“兒童語言與溝通能力發展調查表”、“兒童社會交往發展能力調查表”中相應的項目進行評估。然后，對20名被試兒童進行為期10天的干預訓練，老師引導兒童完成拼圖和數字配對，并回答老師的提問，體驗不同材質帶來的觸覺反應，每天課程30分鐘。測試結束后，再對20名被試兒童重新對C-PEP中相應的項目進行評估。

首先是對自閉癥兒童的發展能力做一個評估，然后自定義一個目標行為，將“感覺能力、語言溝通、社會交往”定為目標行為，在家長和老師的引導下，進行一段時間的使用過后，對出現的目標行為次數進行記錄，并與使用前的發展能力評估進行對比。其次，為了驗證交流、互動的可達性，在課堂中，老師會首先顯示十二生肖的圖片，然后將拼圖打散，讓孩子重新拼好，然后拿出相對應的數字牌放到相應順序生肖拼圖，看看是否發出聲音。過程中，老師觀察兒童觸摸材質的反應，是否有主動語言，詞匯量有沒有增加;是否完相應的任務動作;在聽故事的時候是否能夠集中注意力聽故事并回答老師的問題。

5.2 測評分析

C-PEP評估由老師按規則打分，收集拼圖干預前和干預后的數據，進行數據統計分析。對C-PEP中的三個調查表進行評測，通過（P）計1分，一般（E）和不通過（F）不記錄統計。10天測試分三次進行評測，即第一天（玩具介入前）、第5天、第10天得到統計分數，見表1及圖5折線圖。

通過折線圖可以看出，十二生肖拼圖設計方案對自閉癥兒童的行為認知改善起到了積極的輔助作用。在設計驗證過程中發現兒童能力不同，有些接受過康復教育能力高的可以迅速掌握拼圖玩法，但有些接受康復教育時間短能力低的兒童并不能迅速學會，需要一段時間接受學習，所以針對自閉癥兒童的能力高低考慮對拼圖的切割方式進行改良優化，以更好的適應自閉癥兒童的能力發展情況。

6 結論

基于自閉癥兒童的認知及行為特征，以干預教育方法為理論指導，結合現代計算機輔助技術，設計出可以與自閉癥兒童進行行為、認知及語音互動的十二生肖拼圖玩具，描述了拼圖的色彩材質、功能、尺寸以及使用方法。同時對設計方案改善自閉兒童認知行為能力進行了功效性實驗驗證，結果顯示：十二生肖拼圖方案對自閉癥兒童的行為認知改善起到了積極的輔助作用。此外，自閉癥兒童產品設計越來越需要教育、醫療等相關專業知識的支撐，還需要相關領域專家的介入和合作。