國外AR技術在自閉癥患者教育應用中的研究熱點及趨勢分析

陜玉娟

（陜西師范大學 教育學院，陜西 西安 710062）

一、引言

特殊教育領域，自閉癥患者的教育受到極高重視。自閉癥又稱孤獨癥，患者在交流和社會交往中表現出缺陷，以及限制性的、重復的行為、興趣或活動[1]。對于自閉癥患者的教育工作，國外學者創造性地使用了增強現實技術，取得一定成效[2]，并對增強現實技術在自閉癥患者教育中的應用進行了研究。增強現實來源于虛擬現實，是將虛擬對象與現實世界合并在一起，支持真實世界，而不是用合成環境替代[3]。反觀我國自閉癥患者教育領域，對于增強現實技術的使用十分匱乏。本文通過對國外增強現實技術在自閉癥患者教育中的應用研究進行分析，可以向國外借鑒成熟的應用方法與應用模式，以期更加科學、系統地進行自閉癥患者的教育。

本研究通過綜合采用社會網絡分析、關鍵詞聚類分析等知識圖譜分析法，將國外增強現實技術在自閉癥患者教育中的應用研究領域內的重要關鍵詞加以提取、分類，從而歸納出該領域的研究熱點、主題與發展趨勢，為后續研究和實踐提供參考。

二、增強現實技術應用于自閉癥患者教育的可行性分析

自閉癥患者最典型的特征是溝通障礙。Wodka等人的研究表明，約30%的自閉癥患者口頭表達存在困難[4]。該癥患兒在社會交往方面存在著明顯的缺陷。患者缺乏主動與人交往的興趣和行為，即使部分患兒愿意與人交往，也不能很好地解讀社會交往中他人面部表情的含義，對他人情緒不能很好的理解。一般來說，自閉癥患者的興趣愛好比較單一，行為方式也常常很刻板。近年瑞典和加拿大的研究顯示，在ASD中精神發育遲滯概率分別為80%-89%和76%，有40%-60%患兒智商低于50，20%-30%達70以上[5]。增強現實技術能使學生利用3D模型增強對現實情境的視覺感知能力[6]，這是增強現實技術獨有的視覺感知方面的優勢。增強現實系統能夠在真實環境中的電腦仿真技術、游戲、模型和虛擬物體的幫助下，使無處不在的合作式和情境式學習得到加強[7]。

通過分析增強現實技術和自閉癥患者的共同特征，可知增強現實技術應用于自閉癥患者教育是可行的：①在心理上為患者和外界的直接溝通提供緩沖；②在行為上鍛煉患者的一些基本能力；③為自閉癥患者與真實外界的交互做基礎。

三、研究設計

1.數據來源

本文以Web of Science為數據來源，計量分析采取主題詞檢索法。以Autism Spectrum Disorder和AR為關鍵詞搜索與主題相關的文章，經過篩選后有536篇文獻（2018年4月18日檢索）。

2.研究方法

（1）知識圖譜分析

科學知識圖譜是以知識域 (knowledge domain)為對象，顯示科學知識的發展進程與結構關系的一種圖像[8]。知識圖譜通過把不同種類的信息連接在一起，得到一個關系網絡，提供了從信息間關系的角度去分析問題的能力。

（2）共詞分析法

共詞分析法 (Co-word Analysis)是一種內容分析的方法，主要是通過對能夠表達某一學科領域研究主題或研究方向的專業術語共同出現在一篇文獻中的現象的分析，判斷學科領域中主題間的關系，從而展現該學科的研究結構[9]。共詞分析法利用文獻集中詞匯對或名詞短語共同出現的情況，來確定該文獻集所代表學科中各主題之間的關系。一般認為詞匯對在同一篇文獻中出現的次數越多，代表這兩個主題的關系越緊密[10]。

（3）研究工具與過程

首先，檢索Web of Science數據庫平臺，抽取題錄中指定的字段信息并可選擇存儲為文本文檔，保存成SATI支持的EndNote格式。其次，根據抽取到的字段信息對條目內元素的頻次進行統計和降序排列。之后使用SATI3.2共詞分析軟件進行關鍵詞提取和構建共詞矩陣。最后，將共詞矩陣導入UCINET 6.0社會網絡分析軟件，通過Net Draw繪制二維社會網絡關系圖譜。為得出本研究中高頻關鍵詞之間的關系，將SATI中提取的共詞矩陣轉換成相異矩陣，再導入到SPSS20.0軟件進行系統聚類分析和散點圖分析。

3.數據統計與結果分析

（1）高頻關鍵詞分析

高頻關鍵詞可以很好地反映某一領域的關注熱點。特定研究領域一段時間內大量研究成果的關鍵詞集合，有助于確定該領域的發展脈絡、熱點前沿及發展趨勢等[11]。本文選取詞頻≥19的前30個關鍵詞作為高頻關鍵詞，代表了增強現實技術在國外自閉癥患者教育中的應用的研究熱點，如表1所示。這些關鍵詞反映出了增強現實技術在國外自閉癥患者教育中應用的研究熱點主要聚焦在兒童教育、干預協調、技術引導等領域。

（2）社會網絡圖譜分析

本研究通過利用社會網絡分析軟件Ucinet6.0，得出高頻關鍵詞社會網絡關系圖譜，進一步分析國外增強現實技術在自閉癥患者教育中的應用研究的內部關系特征，如圖1所示。

表1 增強現實技術在國外自閉癥患者教育中的應用研究關鍵詞表

圖1高頻關鍵詞社會網絡關系圖譜

圖1 中的正方形點代表高頻關鍵詞節點，節點越大，代表該節點在整個關鍵詞網絡中的作用越大、控制其它節點共現的能力也越強；節點之間的關系用實線連接，實線越粗，代表相互之間的關系越強[12]。本研究從三個方面對增強現實技術在國外自閉癥患者教育中的應用研究的內部關系進行分析：①節點位置。由圖1中可以看出，增強現實技術、自閉癥在網絡圖的中心位置，而其它關鍵詞分布在網絡圖的周圍，說明其它節點代表的關鍵詞是圍繞著網絡中心的關鍵詞來展開研究的。②節點大小。從節點大小來看，除了增強現實、自閉癥兩個檢索關鍵詞之外，技術、虛擬現實、訓練、教育、兒童、可視化、干預等構成了研究的核心關鍵詞。③節點之間的關系。從節點之間的連接可以看出，以自閉癥與增強現實技術為核心，和技術、虛擬現實技術聯系較為緊密，說明增強現實技術的實施，需要技術上的更新與支持。除此之外，核心關鍵詞與訓練、兒童、教育、發展等關鍵詞聯系緊密，說明AR技術在國外自閉癥患者教育中的應用研究聚焦在兒童與教育上。

（3）高頻關鍵詞相似矩陣及分析

為進一步得出增強現實技術在國外自閉癥患者研究中的可視化圖，本研究采用Ochiia系數法構建高頻關鍵詞相似矩陣，如表2所示。高頻關鍵詞 Ochiia系數相似分析的基本原理是將高頻關鍵詞之間的緊密程度用0到1之間的數值表示，數值越接近于1，表明兩個關鍵詞之間的關系越密切，反之則說明距離較遠，關系不緊密[13]。

由表2可知，研究多以兒童患者、自閉癥患者教育、智力障礙等作為研究熱點，其中虛擬現實與自閉癥患者教育、增強現實技術兩者聯系較為密切。

（4）關鍵詞聚類分析

關鍵詞聚類分析時，首先把最有影響的關鍵詞（種子關鍵詞）生成聚類；其次由種子關鍵詞及相鄰的關鍵詞再組成新的聚類[14]。通過聚類的結果，可以清晰地看到高頻關鍵詞之間的關系。聚類結果是將高頻關鍵詞分為三個類團，由此可以得出增強現實技術在國外自閉癥患者教育應用的研究領域有三大領域。

①在自閉癥患者仿真訓練的應用研究。該主題包括增強現實、虛擬現實、仿真、訓練、導航等高頻關鍵詞。通過分析文獻，目前仿真情景供給與情景訓練是國外增強現實技術在自閉癥患者教育應用研究中的主要陣地。增強現實技術能使學生利用 3D模型來增強對現實情境的視覺感知能力[15]，這是增強現實技術獨有的視覺感知方面的優勢，利用這一優勢，增強現實激活素可以幫助自閉癥患者進行仿真訓練。由于缺少了與外界的溝通，自閉癥患者多多少少都缺乏實際問題解決能力。西班牙學者Antonia等人通過增強現實技術對特殊需要的學生進行金錢管理的訓練，實驗結果表明，基于增強現實技術的觸摸式桌面系統是一種可行的技術，可以在特殊的教育環境中成功應用[16]。通過對虛擬錢幣的管理，學生逐漸掌握了基礎的理財能力。通過對自閉癥患者的實際問題解決能力的訓練，爭取讓自閉癥患者回歸到真實社會，對特殊教育領域具有重要意義。

表2 高頻關鍵詞Ochiai系數相似矩陣（部分）

圖2 關鍵詞聚類圖

②在自閉癥兒童教育的應用研究。該主題包括自閉癥、障礙、兒童、注意缺陷障礙、社會等關鍵詞。自閉癥患者的很多專有行為會在兒童時期表現出來，所以更早的干預輔導是很多自閉癥患者家庭的首要選擇，所以人們對自閉癥患者教育的起點往往是兒童時期。因此，對于自閉癥兒童的教育是國外增強現實技術在自閉癥患者教育應用中的一大研究熱點。自閉癥患兒往往表現出行為單一、溝通能力缺乏等特征，除少數患兒智商較高外，大部分患兒有智力障礙。對于自閉癥兒童來說，游戲可以促進社會啟蒙[17]。游戲元素的加入，可以讓自閉癥患者的心情更加愉悅，減少學習焦慮。通常對自閉癥兒童的教育，會通過心理疏導、游戲教學等方式進行。

③在成人自閉癥患者交互的應用研究。該主題包括干預、成年人、行為、發展、元分析等關鍵詞。自閉癥的形成原因很多，美國疾病控制與預防中心數據顯示，目前沒有藥物可以治愈自閉癥，這種情況下，對于自閉癥患者的教育干預和治療至關重要。V.Knight、B.R.McKissick以及A.Saunders等人在2013年提出，在向患有自閉癥的個體傳授學術和技能時，以技術為基礎的干預措施被認為是一種基于證據的實踐[18]。自閉癥患者的教育要逐步進行，不能一蹴而就。增強現實技術在創設真實情境方面有著得天獨厚的優勢，讓患者在接觸真實的環境前，通過增強現實技術提供的真實性場景進行鍛煉，患者可以先和一些設備做交互，模仿和真實世界的交互，逐漸鍛煉一些能力，可以為日后與真實世界的交互提供基礎。

（5）多維尺度分析

多維尺度分析是通過測定事物或觀測量之間的距離來發現數據結構，其原理是通過指定測量到概念空間的一個特定位置，得到空間中距離的相似性[19]。如圖3所示，多維尺度分析圖譜中，將增強現實技術在國外自閉癥患者教育中的應用研究分為三大類，并且三大類在知識圖譜中接線明顯，主體內部的核心程度較高。圖譜重點的聚集情況是局部集中、整體分散，并且與聚類分析樹狀圖中的研究主題的分類基本一致。

圖3 多維尺度分析圖譜

①位于坐標圖左側的是“增強現實技術在自閉癥兒童教育的應用研究類團”，該類團離坐標中心較近，是三個研究類團中核心熱點最多的。其中，行為、兒童、發展、智力障礙是整個類團的核心，是該類團中的核心熱點。在未來的研究中，將進一步圍繞增強現實技術在自閉癥兒童教育中的應用來展開。②位于坐標圖右側的是“增強現實技術在自閉癥患者的仿真訓練中的應用研究類團”，和左側類團相比，位置離坐標中心較遠，說明研究熱度較低。在該類團的中心位置的研究熱點是教育、訓練、學習、仿真。在未來的研究中，將會重視增強現實技術可視化在自閉癥患者教育中的應用及訓練。③位于坐標圖下方的是“增強現實技術在成人自閉癥患者交互中的應用研究”。該類團的研究熱點有成年人、計算機視覺、交互，和其它兩個類團相比，該類團內部結構較為松散，說明目前對該主題的研究較少，還未成熟。在未來的研究中，增強現實技術在成人自閉癥患者中的應用研究也是必然趨勢。

四、總結與反思

1.國際研究交流不足

文獻來源最多的國家是美國、西班牙等發達國家，其它國家的研究較少，說明各國之間的交流與合作頻率很低。不論是科研能力還是資金力量，發展中國家對于自閉癥患者的教育工作都遠不及發達國家。隨著時間的推移，兩者之間的差距會愈發明顯。對于發展中國家自閉癥患者來說，享受技術輔助下的教育并不是一件簡單易實現的事。

2.患者的數學能力未受到重視

增強現實技術在國外自閉癥患者教育中的應用研究中，患者的閱讀能力、實際生活能力、溝通能力等受到了重視。但是，對于自閉癥患者的數學能力，國外學者并沒有過多地去關注。在一項關于自閉癥大學生對STEM參與度的調查研究中[20]，結果表明患有自閉癥譜系障礙的人比一般人群和其他殘疾群體更容易被STEM吸引。面對難以理解的抽象空間概念與數字關系，增強現實技術有著難以超越的優勢。墨西哥學者Patricia Salinas等人通過增強現實技術建立動態畫面，以此提升學生對圓錐曲線的理解，結果表明這樣可以很好地解決學生對數學的焦慮，數字技術在學習過程中的整合，有助于增強學生的空間能力發展[21]。

五、建議與展望

經過分析自閉癥患者特征、增強現實技術特征，筆者認為增強現實技術在自閉癥患者教育中的應用是可行的。通過上述對高頻關鍵詞的社會網絡、聚類和多維尺度分析，反映出了近年來國外增強現實技術在自閉癥患者教育應用研究中的熱點、主題和發展趨勢。針對以上結論，筆者提出以下建議：

1.重視對我國兒童自閉癥患者的干預

2017年的 《中國自閉癥教育康復行業發展狀況報告II》[22]顯示，我國以1% 保守估計，13億人口中，至少有超過1000萬的自閉癥人群，其中自閉癥兒童數量高達200萬，并每年以很快的速度增長，情形嚴重觸目驚心，對于這些兒童的治療與教育干預刻不容緩。兒童處于身心發育的關鍵期，通過增強現實技術對兒童自閉癥患者的干預與治療會對自閉癥患者的將來產生重大影響。在自閉癥兒童干預方法方面，目前的研究焦點主要集中于“密集行為干預”“綜合干預”以及干預方法有效性三個方面，尤其熱衷于采用多學科協作的綜合干預。我國對自閉癥兒童干預方法的研究較少，導致我國早期干預者與教育工作者盲目地移植國外的干預方法，更無法評估自閉癥兒童的干預效果。因此，在已有研究的基礎上結合實際情況，系統探尋自閉癥兒童本土化早期干預方法并評估其有效性，將成為自閉癥早期干預領域研究的未來方向[23]。

2.增強現實技術結合多種技術一起使用

在自閉癥患者的教育中，教育和康復同樣重要，因此，在自閉癥患者的教育中往往會加入康復治療功效的輔助元素。因此，筆者建議可以將多種技術進行結合使用。例如，增強現實技術和機器人技術結合，既有利于自閉癥患者的教育，又有利于其康復。自閉癥患者有親物的特點，對于非生命物體的興趣遠遠大于對人的興趣，因此人形機器人作為非生命物體，總是能引起自閉癥患者的興趣，引發更多的眼神交流與共同注意[24]。阿靈頓大學副教授Popa認為“機器人最好的用武之地是自閉癥患者”[25]。增強現實技術營造的真實場景與機器人提供的交流與伙伴模式，可以更好地為自閉癥患者教育服務。此外，增強現實技術還可以與信息技術結合，實現“互聯網+教育+康復治療”，真正實現讓自閉癥患者受益。

3.關注自閉癥患者的全面發展

人本主義教育觀認為教育培養的是完整的人，強調教育的目的就是人的“自我完成”“自我生成”“自我實現”[26]。目前對于增強現實技術在國外自閉癥患者教育中的研究，更多都停留在社會適應、交流溝通層面。應當通過增強現實技術的加入，實現自閉癥患者多方面能力的提升。自閉癥患者的實際生活能力、閱讀能力、數學計算能力、溝通交流能力、就業創業能力等等，都應當受到重視，與人溝通的能力只是他們接受教育的第一步。只有全面發展，才能給自閉癥患者在社會中的立足增加更多競爭力。

4.借鑒并嘗試國外成熟的應用模式與方法

在我國的特殊教育研究領域中，尚未大面積對增強現實技術在自閉癥患者教育中的應用進行研究，很多研究都是基于對他國技術的引進與方法的學習上，這樣會有很多問題，例如：語言不同，增強現實技術所呈現的人物面部特征不符合黃種人等問題。由于經濟條件的限制，導致很多自閉癥患者家庭無法接受增強現實技術下的干預和教育。在學習、借鑒國外應用的經驗后，可以在我國開展增強現實技術在自閉癥患者教育中的應用研究。

國外增強現實技術在自閉癥患者教育中的應用模式有很多種：①伙伴模式[27]，國外為自閉癥兒童設計的游戲中，需要兒童與他人合作才可以完成游戲任務。在游戲過程中，增加了兒童與外界的交流溝通頻率；②工具模式[28]，在K.P.Soares等人的實驗中，自閉癥患者可以通過增強現實技術支持的設備將真實的人臉用卡通人物形象覆蓋，這對自閉癥患者來說，在心理層面上提供了緩沖；③情景模式[29]，在增強現實技術提供的場景中，自閉癥患者可以進行多種訓練，例如過馬路。此外，國外增強現實技術在自閉癥患者教育中的應用還有多種方向，例如對學生進行學業教學、兒童游戲等。增強現實技術在自閉癥患者教育中的應用，我國目前尚未真正起步。借鑒上述的國外應用模式，在我國自閉癥患者教育中嘗試，對我國的自閉癥患者教育有著極其重要的參考價值。