增強現實技術在孤獨癥兒童教學中的應用述評

戶秀美 姜依彤 馬永強 胡曉毅 徐紫薇 梁偉智

孤獨癥是一種起源于兒童早期，以社會交往和溝通障礙、興趣范圍狹窄及重復刻板行為為主要特征的發育障礙[1]。近年來，隨著增強現實（Augmented Reality，簡稱AR）等新興技術的推廣，越來越多的創新性研究聚焦在如何有效地利用AR技術針對孤獨癥兒童的核心障礙進行教學。AR是一種結合現實世界和虛擬內容的新技術，能增強人類對外界的感知[2]。AR技術利用計算機等科學技術進行模擬仿真，可以將虛擬的事物疊加到真實世界，有利于學習者獲得超越現實世界的感官體驗。

由于AR技術具備提升現實情境的清晰直觀性和感知沖擊力，使得情景式的學習方式更具親和性、動態性和自然性，在一定程度上能彌補孤獨癥兒童對現實世界信息和刺激接收遲緩的弱勢，以及社交溝通上動機明顯不足的劣勢[3]，能為孤獨癥兒童教學情景創設的實現提供新的途徑。此外，AR技術可以寓教于樂，將知識融于活動中，提高孤獨癥兒童的學習動機，為孤獨癥兒童提供主動建構新知的機會，又能讓孤獨癥兒童很容易地過濾掉周圍的不相干因素，將注意力集中到學習內容上，進入沉浸狀態中[4]。本文梳理了近年來AR技術應用于孤獨癥兒童教學的實證研究，歸納了AR技術所應用的各個教學領域及教學效果，對AR技術的局限性與挑戰進行分析，以期為AR技術在我國孤獨癥兒童教學中的應用提供借鑒與啟示。

一、AR技術在孤獨癥兒童教學中的應用現狀

AR技術為孤獨癥兒童的教學提供了新的路徑。近年來的相關研究表明，AR技術在發展孤獨癥兒童的社會交往和溝通技能、注意力與情緒能力、學業技能及生活技能等方面都取得了積極的成果。

（一）社會交往和溝通技能

孤獨癥兒童的重要特征表現為不與人進行交往、無法適應周圍的環境、無法理解正常的社交信號[5]，這種社會交往和溝通技能的障礙會嚴重影響孤獨癥兒童的學習與日常生活。AR技術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[6]。通過AR技術提供的真實性場景進行教學，能增強孤獨癥學生對現實情境的感知能力，逐漸鍛煉孤獨癥學生的一些社交能力，為孤獨癥學生與真實外界的交互提供基礎。

Cunha等人基于AR技術設計了游戲手冊，目的在于提高孤獨癥兒童的社交互動能力。游戲手冊中講述了Tobias這個虛擬卡通人物在參觀動物園期間的冒險故事，描述了現實世界中的五種場景，能使兒童和Tobias一起玩耍，接觸不同的場景、理解Tobias的不同感受，并學習不同的情感表達方式。此方案突出的優勢在于游戲手冊可以在任何移動平臺上使用，例如手機、平板電腦等設備，也可以在線獲取[7]。

社交故事在孤獨癥兒童社交技能的發展中扮演著重要的角色，基于故事的教學可以有效促進孤獨癥兒童社交技能的發展[8]。“社交指南”就是基于社交故事和視覺提示對兒童進行社交能力培養的課程，學者Tentori和Hayes提出根據“社交指南”的課程框架來開發移動AR系統，主張在社交故事中通過視覺支持引導兒童，通過提供潛在的社交互動機會來鼓勵兒童主動互動。例如David是一名9歲的孤獨癥兒童，喜歡下棋和打籃球，當他在操場上走動時，系統會通知他附近的學生正在下棋，當David到達下棋的地點時，系統會指向他的朋友Alex和一名陌生的朋友Ethan，并提示David陌生朋友的名字是Ethan，他們對籃球都感興趣，系統會建議David向Alex主動提出下棋比賽的建議，同時也建議David和陌生的朋友Ethan分享興趣愛好[9]。此AR系統開發的思路側重于交互及時性，提供潛在社交互動的機會。兒童可以預見社交機會，從而促進兒童的主動互動，而不是僅僅被動地做出反應。

后續還有學者基于“社交指南”課程框架中的社交故事和視覺支持開發了AR軟件MOSOCO，來幫助孤獨癥兒童在現實生活中進行社交互動，并且系統性地引導孤獨癥兒童了解同伴的興趣和喜好。研究結果顯示，3名孤獨癥兒童和9名普通兒童在軟件支持下社交互動次數增加了56.73%；并且孤獨癥兒童在使用軟件期間與他人互動的時間較多，在社交互動的數量上有所增加，社交互動的質量也得到有效提升，從而進一步減少了不當社交行為的發生頻次，促進了孤獨癥兒童融入普通兒童群體[10]。

（二）注意力與情緒能力

孤獨癥兒童普遍存在注意力與情緒問題，表現出注意力不集中[11]，難以理解自己和他人的情緒狀態，并且難以基于情境正確表達自我情緒和回應他人的情緒[12]。與傳統的教學方法相比，AR技術所具有的沉浸感、真實感與趣味性，有助于孤獨癥兒童注意力與情緒能力的提高。

宋文凱基于AR技術設計開發了面向孤獨癥兒童的注意力訓練系統。注意力訓練任務以三維游戲的形式呈現，其中設計了接雞蛋游戲和貪吃蛇游戲。以接雞蛋游戲為例，游戲場景上方有五只母雞，兒童需要用雙手盡可能接住母雞下的蛋，并小心避開糞便。實驗前后測的數據表明此系統有助于提高孤獨癥兒童的注意力，使兒童在享受樂趣的過程中提升注意力水平，同時改善共同注意缺陷[13]。除了專門的注意力訓練系統外，也有學者開發了通過教授孤獨癥兒童識別不同物體的教學系統來提升孤獨癥兒童的注意力和情緒能力。例如在程鵬潤設計的教學系統中，當兒童選擇了正確的圖案時，會跳出3D物體的增強效果。數據結果顯示，孤獨癥兒童在使用該教學系統時會有更多的積極情緒，對物體的持續注意力時間增長了4倍左右，也可以等待輪流使用軟件，這些積極情緒的增長，能夠幫助孤獨癥兒童更好地融入社會，學習新的東西[14]。

國外學者Escobedo等人也通過讓兒童識別基于AR技術的物體來提高兒童的注意力和情緒能力，在研究中使用搭載于智能設備的移動物體識別系統Mobis，將數字內容疊加在物理對象上。以教授自閉癥學生Marley識別玻璃杯為例，當Marley拿起手機時，手機會發出聲音并振動，在屏幕的右上角顯示玻璃杯的圖像來提醒Marley要抓住的物體，如果Marley抓住了叉子，Mobis會發出聲音“Marley，拿起杯子”，并在玻璃杯上畫上一個圓圈，當Marley看到提示后抓起杯子，Mobis會展示一段短視頻作為獎勵。研究結果顯示，Mobis提高了學生的持續注意力，在使用Mobis時，學生連續完成任務的時間增加了45%。Mobis也激發學生產生更多的積極情緒，在使用Mobis前，學生開心情緒的平均時長為1秒，使用Mobis時，學生開心情緒的平均時長為2分13秒，同時學生也表現出積極的行為改變，比如更加耐心地等待輪流[15]。

（三）學業技能

學業技能的掌握為孤獨癥兒童接受進一步的教育提供了可能。AR技術將知識融于活動中，更容易吸引兒童的注意力，給兒童提供主動建構新知識的機會。最早的應用是將AR技術應用在兒童讀物上，讓書上的圖畫直接躍然于紙上，讓學前兒童的隨手涂鴉直接變成三維立體圖像，甚至可以與之發生對話、交互，讓閱讀體驗超乎想象[16]。除了閱讀之外，也有學者將AR技術應用于孤獨癥兒童的詞語學習中。孤獨癥兒童的語言水平整體滯后于同齡的正常發展兒童，而詞語是語言發展的基礎，對于社交溝通也至關重要。陳靚影等人采用隨機對照試驗的方法，對比了使用AR卡片和2D卡片對孤獨癥兒童進行詞語教學的效果。研究選定了28名孤獨癥兒童，實驗組和對照組均使用平板電腦。實驗組使用AR軟件，可以與虛擬實體進行交互，通過觸摸激活屏幕上的動畫和聲音，滑動屏幕旋轉虛擬實體、移動位置；對照組直接呈現2D圖片，可以觸摸屏幕上的圖片，觸發聲音，并拿卡片與屏幕圖片進行配對。研究結果表明，相比于傳統的圖片教學，AR軟件可以提高孤獨癥兒童注視目標物體的時間，從而提高詞語的習得成績。數據表明，實驗組兒童的圖片指認能力和命名能力均高于對照組[17]。

（四）生活技能

日常生活技能是孤獨癥兒童需要掌握的重要能力。為了更好地融入社會，他們不僅需要掌握穿衣、如廁等簡單的生活技能，年齡稍大的兒童還需要掌握過馬路、打掃衛生、購物、上學等技能。AR技術能提供超越現實的感官體驗，為孤獨癥兒童的生活技能教學營造安全、可重復、可控制的教育環境。

在孤獨癥兒童生活技能的傳統教學中，任務分析是最常見的教學手段之一，即將目標技能分解成一個個小步驟來對兒童進行教學。Cihak等人發表了第一篇關于使用AR技術通過任務分析來教授孤獨癥兒童生活技能的研究，探究了使用AR技術教授孤獨癥兒童刷牙技能的維持效果和社會效度。Cihak等人使用的材料包括搭載于便攜式多媒體播放器的AR程序、62秒的剪輯視頻、五步任務分析的圖片，研究人員將刷牙圖片和視頻連接在一起，當使用播放器的相機掃描圖片時，會自動啟動并播放刷牙的步驟，視頻呈現在圖片提示的下方，以提供增強現實的體驗。研究結果表明，通過AR技術三名孤獨癥兒童都學會了如何獨立刷牙，并在9周后展示出良好的維持效果。社會效度的數據表明AR技術是學習新技能的有效方式，教師和助教表示會繼續使用AR技術來對教學進行補充[18]。Bouaziz等人關注孤獨癥兒童在生活技能學習中面臨的困難，并基于此提出了一種AR學習系統。即通過AR系統的攝像頭掃描吃飯的紙質卡片，從而在移動設備的屏幕上產生3D動畫的增強效果。與傳統的紙質卡片的教學方法相比，這種方法使得兒童能夠看到卡片中描述的技能，也能更好地吸引兒童的注意力，使兒童在學習過程中不容易分心[19]。

二、AR技術在孤獨癥兒童教學中應用的局限與挑戰

盡管AR技術在孤獨癥兒童教學中取得了良好的效果，但是在如何將其與現有教學內容相融合，以及現有研究是否支持其教學效果兩方面仍面臨著巨大挑戰[20]。

首先，AR技術在我國的應用尚處于起步時期，設備價格昂貴、使用范圍有限，尚不能廣泛運用于孤獨癥兒童的教育干預中。一方面，課程開發難度大，缺乏技術與學習內容的深度融合。盡管通過計算機等科學技術將虛擬的信息應用到真實世界，能達到超越現實的感官體驗[21]，但它無法完全復制復雜多變的真實世界。在AR技術下的干預中，主要通過讓孤獨癥兒童與虛擬客體進行互動來實現教學。一方面，這樣減少了兒童與真實世界的互動，弱化了兒童習得技能的自然泛化；另一方面，隨著教學時間的推移，固定的教學場景和程序式教學會使兒童喪失最初的新鮮感，產生疲憊、厭煩感，不能有效提高兒童靈活應對的能力[22]。更重要的是，兒童適應了這種虛實結合的場景后，能否在真實世界泛化仍是一大挑戰。如運用AR技術教授孤獨癥兒童過馬路技能，盡管它所構建的場景模擬自然環境，但在真實的自然環境中，過馬路會遇到各種意外，比如汽車緊急剎車、紅綠燈的限制時長不同，諸多的環境刺激僅僅依靠AR技術是無法做到完全仿真的。所以，系統的教學設計和個性化的干預有待進一步研究開發[23]。

其次，孤獨癥兒童個體差異大，基于AR技術的教學并不一定適用于每個孤獨癥兒童。如何根據孤獨癥兒童的障礙程度，設計更具針對性的學習方案，進行個性化的干預值得進一步研究[24]。建構主義者認為，學習是在原有知識經驗的基礎上，主動對新信息進行加工處理，建構知識的意義的過程。孤獨癥兒童具有不同的先備技能，如何整合不同個體的需要，使干預滿足不同個體的學習需求很有必要。

第三，在孤獨癥領域中，AR技術多用于改善兒童的社會交往和溝通技能、注意力與情緒能力，對于學業技能的實證研究相對較少，涉及生活技能的研究則處于匱乏狀態。應當通過AR技術促進孤獨癥兒童多方面能力的提升，如生活適應能力、學業技能和職業技能，甚至是多種技能的綜合運用。在實際教學中，兒童在沉浸式的虛擬空間中，與虛擬客體進行互動，長此以往，兒童會過多依賴技術的輔助，造成獨立能力和自主能力的下降。且基于AR技術的教學對教師的要求甚高，教師要靈活地進行虛實場景的轉換，關注每一個兒童的表現，針對每個兒童的能力提供不同的教學任務，這無疑會增加教師的教學壓力。

第四，文獻梳理發現，現有的實證研究多采用單一被試的研究方法，針對孤獨癥兒童干預的研究樣本數量較少；缺少基于AR技術的干預和傳統教學的比較研究，以驗證哪種教學方式更能促進兒童學習；也缺少隨機對照研究排除存在混淆的變量，以辨別干預效果是得益于AR技術本身還是電子設備[25]。已發表的文章多為會議論文，很少刊于知名期刊。再者，從應用行為分析的視角來看，AR技術所呈現的刺激過多，視覺刺激、聽覺刺激、觸覺刺激等多種刺激的整合使得兒童區辨困難，難以精準確認需要掌握的技能，容易使注意力轉移到非目標技能上。

最后，缺乏縱向調查。我們無法知道，隨著時間的推移和在不同的發展背景下，AR技術是否真的可以幫助孤獨癥兒童提高社會互動或情緒識別等技能[26]。如何依靠AR技術準確收集每個兒童的教學信息、做好教學反饋和總結亦是一大難題。

三、AR技術在孤獨癥兒童教學中應用的建議

（一）注重多種教學形式結合，推動兒童技能泛化

AR技術提供的多樣化感官刺激和超越現實的感官體驗，可以使教學適應孤獨癥兒童的認知偏好，也可使其安全地學習技能。但是由于AR技術的開發成本較高、難度較大，很難一次性形成完善的課程體系，往往需要不斷開發、更新與改進。更重要的是，孤獨癥兒童最終要融入現實社會中，而非生活在虛擬場景里。因此AR技術更多是扮演著輔助與支持工具的角色，教師在日常教學中不能僅僅依靠其達到教學目的，而要注重多種教學形式的結合，推動兒童技能泛化，使其在真實生活場景中可以恰當有效地使用所學技能。

在同一技能領域中，教師可以采用不同的教學形式來教授不同教學內容。比如，利用傳統訓練形式來發展兒童的先備技能，再借助AR技術來幫助兒童掌握高階技能，當然反之亦可。以具體例子來說，教師可以利用傳統的圖片教學使兒童掌握基本情緒識別和指認，再利用AR技術幫助兒童學習識別動態人物表情或具體情境中的復雜情緒。當然，教師也可以利用AR技術教學基本情緒指認、配對、命名，再在日常生活中教兒童識別真人表情等。

在一個階段的技能教學結束后，教師可以結合多種教學形式培養兒童在不同情境、不同時間下，面向不同人員的技能表現。比如，教師在教室場景中完成某一目標技能的教學，再借助AR技術來幫助兒童練習如何在其他場景中合理表現該技能。例如，教師在傳統教室中教導兒童如何尋求幫助，再利用AR技術模擬商場、街道、餐廳、車站等場景，促進兒童“尋求幫助”技能的靈活泛化。又例如，教師利用AR技術訓練兒童與虛擬人物打招呼的技能，再利用自然情境（如晨間簽到、放學）中的教學機會使兒童技能得到泛化。

（二）注重多層次教學設計，支持兒童個性化發展

孤獨癥兒童的技能學習是一個階段性發展的過程，兒童之間與兒童自身各領域間也存在差異。在利用AR技術進行技能培訓時，教師應注重多層次設計，考慮孤獨癥兒童的不同年齡階段以及各項技能的低、中、高階水平，使課程能夠有框架、成體系。

教師可以在一項課程活動中嵌入多層級的技能目標。對于發展水平較低的學生，要求其能夠獨立完成低階練習，并在練習高階技能時給予充分輔助，同時根據兒童的技能提升情況，逐步撤除輔助或降低輔助等級；對于發展水平較高的學生，則可以使其先嘗試獨立完成所有活動，在過程中適當提供輔助，推動其充分練習低階技能、逐步熟練高階技能。此外，教師也可以設計不同課程活動，并對其進行難度劃分，在同一模塊下，對發展水平較低的學生提供較低難度的課程活動，而對發展水平較高的學生組織較高難度的活動。

同時，教師也可以在設計開發AR課程時，嵌入數據記錄環節，利用隨堂數據及時掌握學生的學習情況，并將數據與多層次課程內容相關聯，為學生打造個別化課程計劃，使同一課堂中的學生也能實現個性化發展。

（三）注重多領域教學內容整合，促進兒童全面成長

AR技術本身的優勢可以幫助教師模擬并設計比較復雜的情境活動，因此教師也不應局限于單一領域技能教學，而可以注重多領域的教學整合。借助AR技術豐富的場景與高度的交互性，有計劃有目的地幫助孤獨癥兒童建構起技能之間的聯系，使兒童在模擬現實的場景中，充分鍛煉各項技能，實現全面成長。

AR技術在一定程度上拓展了課堂的邊界，即使兒童仍在教室中，借助該技術也可以有“身臨他境”的體驗感，因此教師可以選擇兒童熟悉的復雜情境，在其中嵌入不同技能領域的教學目標，使兒童在“補短板”的同時也不耽誤“長板”的保持與發展。舉例來說，教師設計“購物”這一主題的課程活動，主要目標是教兒童學習采購與付款這兩項較高階的生活技能。那么在這一活動中，教師也可以穿插打招呼、尋求幫助等社交技能，命名、指認、配對等認知技能的練習，甚至可以創設特殊情境，如想買的東西賣完了，來訓練兒童的情緒管理能力。這樣一來，一項活動便不僅指向單一的教學領域，而是整合型教學，能夠幫助教師做到教學內容的新舊交替、難易結合、綜合規劃，也有利于兒童對技能的掌握、精熟、維持與泛化。

橋邊姑娘韓杰（浙江省紹興市柯橋區育才學校）指導老師：陳炎