基于情境感知的學齡兒童體驗式課堂服務系統(tǒng)設計研究

許芳婷 曹小琴 陳睿雅

摘要 ：在技術應用與用戶體驗雙重驅動下，經驗式的學齡兒童課堂教學預設已無法滿足現代課堂情境的復雜性問題。本文從學齡兒童及其利益相關者入手，結合情境感知相關內容，綜合體驗設計相關方法，將故事卡片進行聚類分析得到學情采集、場景交互、數據分析、資源推送和智慧管理五大任務，分別從感知識別層、情境理解層、活動預測層三大維度出發(fā)，提出設計原則。本文通過情境感知理論的運用，綜合虛擬現實、云計算、大數據等新一代信息技術手段，為學齡兒童提供主動的、自適應的及個性化的體驗式課堂服務系統(tǒng)設計。

關鍵詞 ：情境感知 ;學齡兒童 ;體驗式 ;課堂服務 ;系統(tǒng)設計

中圖分類號 ：TB472文獻標識碼 ：A

文章編碼 ：1672-7053（2021）07-0116-03

Abstract ：Driven by both the application of technology and user experience， the experiential school-age childrens classroom teaching presupposition can no longer meet the complex problems of modern classroom situations. This article starts with of school-age children and their stakeholders， combines context-aware related technologies， comprehensive experience design-related methods， and clusters story cards to obtain five major tasks： learning collection， scene interaction， data analysis， resource push and smart management ， And put forward the design principles from the three dimensions of perception recognition layer， situation understanding layer， and activity prediction layer. Through the application of situational awareness theory， this paper integrates virtual reality， cloud computing， big data and other newgeneration information technology methods to provide school-age children with an active， adaptive and personalized experiential classroom service system design.

Key Words ：Context Awareness; School-age Children; Experiential; Classroom Service; System Design

1 情境感知概述

情境感知（Context Awareness）由 SCHILIT 教授等人于 1994年首次提出 [1]。基于情境感知的設計研究依據用戶動機、行為、需求來進行深入感知與理解，有效地為用戶推送個性化及更為貼心的服務，從而更好地提升用戶滿意度 [2]。眾所周知，在用戶研究之中有關用戶與環(huán)境的交互過程具有較多不確定因素，如環(huán)境的不可預測性、多維性以及系統(tǒng)的復雜性。而在人類互動形式更為廣泛的背景下，越來越多的研究者將情境感知理論引入到設計研究之中 [3]。

在聚焦用戶體驗的新型數字化時代，情境感知作為有效指導用戶與任務、環(huán)境間的交互行為的有力工具，能在人機交互過程中為用戶提供“所見即所得”的可視化信息與服務，使其交互體驗更加智能化、個性化、實時化 [4]。從認知心理學的角度來看，人與人之間的溝通效率遠遠高于人機交互的滿意度，運用情境感知則更能幫助設計師來理清用戶的行為邏輯，通過模擬人與人之間的交互過程，為用戶提供更優(yōu)質的人人交互體驗 [5]。

2 體驗設計概述

體驗設計的主要目標是改善使用者與產品系統(tǒng)間的交互關系，其中對用戶需求的把握與用戶體驗的提升是體驗設計過程中的兩個關鍵性問題 [6]。一方面，體驗設計對人與產品之間互動與交流的結構及內容進行重新定義，通過人與產品間的交互關系，完成設計需求 ;而另一方面，在以信息技術為核心的基礎上，體驗設計立足于構建人—產品—服務間的交互關聯(lián)，重構用戶需求與交互系統(tǒng)之間的關聯(lián)性。體驗設計是帶有情感的設計，是以用戶為中心的設計，其核心思想就是在產品系統(tǒng)開發(fā)的每個環(huán)節(jié)，都能做到以人為本的設計理念，讓用戶能懷有同理心來感受產品設計的每一環(huán)節(jié) [7]。

3 基于情境感知的學齡兒童體驗式課堂服務系統(tǒng)用戶分析

3.1 學齡兒童課堂學習體驗旅程圖

從用戶核心需求的角度出發(fā)，以敘述故事的方式描述用戶使用產品或接受服務的體驗情況，并以可視化的方式展示，從中發(fā)現用戶在整個使用過程中的痛點和滿意點，最后提煉出產品或服務中的優(yōu)化點、以及后續(xù)課堂服務系統(tǒng)的設計機會點 [9]。通過前期的訪談、問卷所獲得的有效用戶數據，對主要目標用戶進行分類，并為每個用戶創(chuàng)建與之匹配的角色模型，總結課堂學習相關故事情境 ：首先，通過桌面研究等形式梳理學齡兒童及其利益相關者的關鍵需求要素 ;其次，通過對學齡兒童及其利益相關者的情境調研和深度訪談來確定學齡兒童課堂學習場景劇本的描寫 ;最后，使用問卷調研的方式對結論部分進行挖掘與驗證，最終得到面向學齡兒童體驗式課堂服務系統(tǒng)設計重點。對整個學齡兒童課堂學習活動所涉及的內容進行了歸納，大致分為以下三個不同的階段 ：課前、課中、課后，并整理出用戶課堂學習體驗旅程圖，如圖 1。

3.2 用戶情境需求挖掘

通過梳理目標用戶及其利益相關者所處的環(huán)境狀態(tài)信息、行為動作描述等內容，對用戶情境需求進行歸納總結，從個性化需求、可視化需求、互動性需求、智能化需求四個方面進行定義。為便于后續(xù)設計的開展，將需求進行分級展開，并對每一類需求分級的權重進行專家等級評分，具體情況如表 1 所示。

3.3 設計任務優(yōu)先級排序

將學齡兒童整個課堂學習活動在時間維度上進行拆分，結合用戶體驗旅程圖中的情緒曲線、設計的機會點梳理優(yōu)先級，篩選出課堂學習過程中的關鍵任務，通過將故事卡片進行聚類分析，最終得到五大課堂學習任務，分別為學情采集、場景交互、數據分析、資源推送、智慧管理。而每一類別之下又涵蓋有數量不等的子任務。通過計算任務的平均分值得出分值較高的數個子任務，確定學齡兒童及其利益相關者的功能傾向性，如圖 2。

4 基于情境感知的學齡兒童體驗式課堂服務系統(tǒng)設計原則

4.1 個性化服務原則

從用戶情境的角度出發(fā)，通過主動感知用戶周圍的情境變化，根據用戶的個性化需求主動提供以情境為基礎的信息化服務，使設備不拘于桌面設備的表現形式，其原則實際上可以理解為“主動服務設計”，即基于傳感器對環(huán)境的感知為用戶提供相應的個性化服務，主要包括三個維度的內容 ：（1） 基于內容的推薦，包含學齡兒童個性化培養(yǎng)計劃、個人專屬標簽以及不同學科資源庫 ;（2） 個性化資源定制，由于學齡兒童個體的差異性，依據學情打造專屬的個性化學習資源 ;（3） 個性化搜索，包含學齡兒童學分認定、作業(yè)情況、喜好特征、個性分析等搜索內容。

4.2 智能化感知原則

情境感知的加入可以幫助學齡兒童增強對自己周圍環(huán)境的感知和理解，學齡兒童在反饋學情信息的過程中，主要包含兩種路徑，一種是外部的物理路徑，即信息從設備發(fā)出到用戶接收和感知的過程 ;二是基于用戶自身對信息的處理能力，即用戶通過不同的交互方式來反饋學情信息。智能化感知原則是讓設備與用戶以及環(huán)境的關系更加密切，更好地滿足用戶多種情境下的使用體驗。在設計時需要充分考慮系統(tǒng)的內部及外部環(huán)境，內部環(huán)境主要是系統(tǒng)硬件的內部傳感器的功能設定，用以滿足用戶的各類需求 ;而外部因素則主要考慮的是課堂外部的環(huán)境變化，例如課前、課中、課后不同的環(huán)境。由于用戶對于系統(tǒng)的情境模式的需求是不同的，因此這就需要課堂服務系統(tǒng)具有智能化感知功能，用來滿足用戶的體驗需求。

4.3 多樣化需求原則

在情境感知的智慧學習環(huán)境中，需要依托數據技術的支持，實現技術深度融合學習資源，形成有目標實現機制、有層次處理機制、有反饋提升機制的學習資源開發(fā)技術，在學齡兒童體驗式課堂服務系統(tǒng)中通過開發(fā)不同的課程資源，來適應學齡兒童的課堂學習資源多樣化需求的建設，即 （1） 基礎課程需求，包含語文、數學、英語等公共基礎學科的知識課程 ;（2） 個性課程需求，以學齡兒童學情的信息反饋進行數據分析，為學齡兒童提供針對性的薄弱學科輔導內容，滿足其個性化學習需求 ;（3） 定制課程需求，通過智能分析，依據學齡兒童的個性特征及偏好，科學化定制興趣課程及薄弱課程的高階輔導資源。

5 基于情境感知的學齡兒童體驗式課堂服務系統(tǒng)設計實踐

5.1 產品功能定義

5.1.1 學情采集功能

在課堂學習環(huán)境中，利用環(huán)境傳感器來感知學齡兒童的學習情境信息，采集學齡兒童的學情數據信息。而感知系統(tǒng)通過對學齡兒童學情方面的數據進行收集、分析和反饋，以便教師對學齡兒童在學習過程中出現的問題進行及時的干預及評價。課堂學習環(huán)境中的學情數據是一個動態(tài)的反饋過程，需要設備不斷地對教學過程以及教學過程外的數據進行收集和挖掘。通過智能算法，能實時捕獲追蹤學齡兒童的學情數據，而利用機器學習和深度學習算法，能獲取每位學齡兒童的行為軌跡數據信息，從而打造個性化的學習方案。

技術能夠幫助學校實現讓學生“知道更多，做到更多，體驗到更多”，如當教師詢問學齡兒童“對于這個知識點你理解了多少？”學齡兒童的回答可能是模糊的，“到底是多少？”但如果換一種形式，讓學齡兒童來自主表達，通過給予一個“度”的標準，那么學齡兒童則能更好地彌補對事物的感性認知，樹立清晰的數據可視化意識，將感性的思維具象化、科學化地進行表述。云智慧交互課桌操作流程，如圖 3。

5.1.2 場景交互功能

技術不僅可實現虛擬環(huán)境下的人機交互，還能為學習者提供與真實環(huán)境間的交互，例如利用增強現實技術讓學齡兒童更加真實地感知課堂環(huán)境。在呈現形式上，如全息投影利用干涉和衍射原理提供課堂真實的互動與環(huán)境的臨境感，讓學生與課程內容所需的虛擬場景實時合成，增強學生的直觀體驗，與場景進行交互，加強沉浸感，構建人機交互、即時互動、高效智能的全新教學模式。

同時，智慧學習環(huán)境中的交互媒體也為學齡兒童創(chuàng)設了配套課程內容的課堂情境，以優(yōu)化其學習體驗。如在語文課堂中教師講到“秋天來了”，全息投影即可展現出金黃色的落葉緩緩從空中飄落的場景，讓學生更加真實地感受秋季對應的場景，提高學習動力和熱情。云智慧交互課桌場景效果圖，如圖 4。

5.1.3 個性資源推送功能

運用大數據和云計算技術，根據學生學情數據，智慧地定制個性化培養(yǎng)計劃及學科資源庫，來實現教育教學資源分配的科學化。通過交互動作和環(huán)境感知來采集學生課堂的學情大數據，經云計算技術與大數據分析，生成可視化的學情數據，有利于教師及時掌握每位學齡兒童的學習狀況，制定學齡兒童不同的個性化培養(yǎng)方案，真正做到因材施教。利用智慧感知系統(tǒng)采集學情數據，經云計算技術與大數據分析，生成科學化的數據，實時可視化學情展現，有利于教師及時掌握每一位學齡兒童的學習狀況，制定滿足不同學生學情的個性化培養(yǎng)方案，真正做到因材施教 ;而通過手機助手也能將每位學生在課堂內外的學情數據及時反饋至家長端，讓家長更清晰地掌握孩子在校各方面的學習情況，全方面地了解其成長及發(fā)展所需。

5.2 產品互聯(lián)模式設計

建立情境感知作用下的“3+1”學齡兒童課堂服務系統(tǒng)互聯(lián)模式。該系統(tǒng)依托虛擬現實、智能算法、大數據及云計算等技術實現智慧教與學、智慧管理、智慧決策等功能，打破傳統(tǒng)課堂課桌、黑板、講臺的時空概念，變革課堂的布局、形態(tài)與環(huán)境。

該系統(tǒng)含三大端口 ：學生端、教師端和管理端。首先，學生端通過設備收集課堂情境數據信息，利用交互感應屏將學情數據提交至云端服務器，經云計算與大數據，將動態(tài)的學情數據信息實時傳至教師端 ;其次，教師端通過網頁端平臺及時掌握學生對知識的掌握程度，利用情境信息要素來進行科學化的教學決策 ;然后，管理端通過云智慧服務平臺來監(jiān)控與管理課堂的學習環(huán)境，從而實現智慧化的綜合管理 ;最后，將教師端學業(yè)評價數據、學生端學情數據及管理端綜合評價數據進行情境數據信息整合，家長端通過APP 智能推送的學情分析及個性化學習資源來科學地輔導孩子的課后學習。學齡兒童課堂服務系統(tǒng)互聯(lián)模式設計，如圖 5。

6 結語

本文從當前學齡兒童課堂服務系統(tǒng)設計環(huán)境出發(fā)，將情境感知理論與用戶體驗方法相結合，展開基于情境感知的學齡兒童體驗式課堂服務系統(tǒng)設計研究。“以人為本”設計理念的提出使得設計師應更加重視挖掘用戶的隱性需求，關注用戶體驗，同時也更需要設計師站在用戶的角度去思考和解決相關設計問題?；谇榫掣兄脑O計是技術與設計的深度融合，也是體驗設計的人性化回歸，通過具有溫度的交互方式打造人與人、人與物、物與物之間更好地融合，營造設計賦能生活的美好愿景。

本文系 2019 年度廣東省科技創(chuàng)新戰(zhàn)略專項資金科技創(chuàng)新普及領域項目階段性成果（項目編號 ：2019A141405047）;2020 年教育部高等教育司產學合作協(xié)同育人項目（項目編號 ：202002137069）。

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