基于層次分析法與感性工學的學齡前兒童智能學習產品設計

羅皎 曲雙為

（西安工程大學服裝與藝術設計學院，西安 710000）

兒童教育是整個教育事業的基礎，學齡前（3—7 歲）教育為每個人的情感認知、思維培養、個性心理、智力與能力的發展奠定了一定的基礎，因此學齡前兒童教育成為眾多家長、學者及商家關注的熱點。隨著我國逐步放開二胎、三胎，目前我國學齡前兒童的數量已達到9 000 萬，學齡前兒童教育行業面臨極大的機遇與挑戰，其中家庭教育尤為關鍵。家庭教育是學校教育與社會教育的基礎，是學齡前兒童教育重要的途徑。信息技術的發展，擴展了學齡前兒童教育的空間，改變了學齡前兒童學習的方式，因此智能化、科技化的學習產品成為了學齡前兒童教育不可或缺的工具。為解決目前市場上智能學習產品良莠不齊、效能低下的問題，文章結合了感性工學及層次分析法，創新設計了一款針對學齡前兒童的智能學習產品，以期有助于培養學齡前兒童形成良好的學習習慣。

1 相關概念解析

1.1 層析分析法

美國運籌學家T.L.Saaty 于20 世紀70 年代提出了層次分析法（Analytical Hierarchy Process，簡稱AHP），是一種定性與定量相結合的決策分析方法[1]。它是一種將決策者對復雜系統的決策思維過程模型化、數量化的過程。應用這種方法，決策者可以通過將復雜問題分解為若干層次和若干因素，在各因素之間進行簡單的比較和計算，就可以得出不同方案的權重，為設計方案提供依據。

1.2 感性工學

1970 年，日本專家長町三生以在住宅設計中開始全面考慮居住者的情緒和欲求為開端，研究如何將居住者的感性需求在住宅設計中具體化為工學技術，這一技術被稱為感性工學[2]。感性工學是將用戶的情感需求放在產品設計的首要位置，從而減少設計師個人主觀思想在產品設計中的影響比例，從用戶的情感需求出發，結合語義差分法、眼動追蹤等方式對產品進行量化分析，把感性詞匯的分析結果與產品樣本相結合，從而更精確地將用戶需求與產品設計進行精準的匹配。由此進行的產品設計更貼近用戶的內心愿望，符合用戶的實際生活需求，最終可以實現人機關系的和諧統一[3-4]。感性工學在產品設計領域的應用較廣，是一種極為有效的研究理論，經過多年的發展日趨完善，為產品設計提供了較為完整的分析方法和解決問題的依據[5]。

2 基于層次分析法與感性工學的學齡前兒童智能學習產品設計思路

2.1 目標人群需求層次分析

學齡前兒童學習產品的目標適用人群為3—7 歲的學齡前兒童。雖然兒童是學習產品的實際使用者，但是產品的購買人群是兒童家長。經過對家長問卷調查、訪談及在各大商場兒童用品門店觀察發現，在購買兒童用品時，完全根據兒童意愿購買產品的家長僅有5%，而結合兒童意愿和自身想法做出購買決定的家長占到68%，完全根據自身想法購買產品的家長占到27%。因此在目標人群需求層次分析時，需要在考慮兒童需求的同時，也要結合家長對于產品的需求與建議。根據調研結果分別建立家長需求層次結構圖，并構造判斷矩陣，計算權重值。兒童需求方面，利用卡通圖片、玩偶等形式的問卷進行感性需求判斷。最終將兩者相結合，綜合得出目標人群的感性需求。同時，根據已經發掘的產品機會點，展開對目標人群的需求層次分析。研究對咸陽市學齡前兒童及家長分別進行調研，發放家長調查問卷100 份，學齡前兒童問卷調查20 份，并對其中10 對家長及學齡前兒童進行訪談及跟蹤觀察，得出目標用戶需求層次結構圖，如圖1所示。從功能、操作性、造型色彩、價格四個方面進行結構層次構建，制定調查問卷對調查結果進行分析和整理，得出制定學習計劃等15 個較為具體的需求。

圖1 目標用戶（家長）需求層次結構圖

根據Satty 給出的9 個重要性等級和賦值對第二層和第三層需求層次結構進行兩兩比較[6]。比值aij按照要素i與要素j相比較的重要度取值，9 種取值分別為1/9，1/7，1/5，1/3，1，3，5，7，9，如表1所示。

表1 比例標度表

先對中間層進行成對比較，比較矩陣和權重值計算結果如表2 所示，CR=0.040 2 ＜0.1，符合一致性檢驗要求。對比結果可以看出用戶的需求呈“功能＞操作性＞造型色彩＞價格”的趨勢。

表2 用戶總需求下各個指標的權重值

接著對第三層的具體需求包括功能、操作性、價格、造型色彩四個方面進行比較矩陣，并計算出權重值，如表3—表6 所示。計算出CR分別為0.037 2，0.083 6，0.096 5，0.037 2，CR均小于 0.1，一致性檢驗均合格。

表3 功能下各個子評價指標的權重值

表4 操作性下各個子評價指標的權重值

表5 價格下各個子評價指標的權重值

表6 造型色彩下各個子評價指標的權重值

將用戶總需求的評價指標權重值分別與子評價指標的權重值相乘，計算得出每個子評價指標在整個評價體系中的綜合權重值，計算結果如表7 所示。綜合權重值結果說明在功能方面應該以學習情況實時分享、制定學習計劃和一鍵關機為主；在操作性上應該注重安全化、簡單化和智能化；造型方面應符合圓潤、色彩溫暖的特點。

表7 產品綜合權重值

學齡前兒童學習產品的目標人群，既包括購買者家長又包括兒童，因此采用能吸引學齡前兒童注意力的方式進行調研，并且盡量在調查過程中減少家長對于選擇結果的引導和干預。調研環境方面選擇了學齡前兒童熟悉的生活環境，避免因環境影響調研結果。由于學齡前兒童對于價格概念尚處于無意識狀態，因此重在對操作、功能和造型色彩等方面進行調研。研究采用玩具、圖片、實物模型讓學齡前兒童進行選擇，調研圖例，如表8 所示。

表8 學齡前兒童問卷調查圖例

通過圖片及實物的方式對學齡前兒童進行需求調研發現，在操作上相對簡單，能夠和學齡前兒童之間形成互動和溝通，造型圓潤、可愛，色彩溫暖的產品更能吸引他們的注意力，這和家長的需求是基本一致的。學齡前兒童的需求和家長的目標需求差異點體現在學齡前兒童更傾向于能移動的物品，而家長對于能移動這一點有要求，但權重值占比不是很高。因此，結合上述情況，考慮在功能上增加可移動的功能，以吸引兒童的關注，提高他們的注意力，從而達到良好的學習效果。

2.2 感性意象詞匯收集與篩選

選擇形容詞對學齡前兒童智能學習產品進行感性描述，來用于感性要素的提取及產品方案設計。首先，通過電商網站、評測數據、研究論文等盡可能多收集能描述學齡前兒童的感性詞匯，通過對學齡前兒童家長進行問卷調查再次收集感性詞匯。其次，結合對目標用戶的需求層次分析，對已收集到的感性詞匯進行初篩。最后，再咨詢早教專家和產品設計專家，從中提煉出具代表性的感性詞匯，并選取最終篩選的詞匯與反義詞構建感性意象詞匯對。初步收集了大約60 個描述學齡前兒童智能學習產品的感性詞匯，根據功能屬性、造型屬性、操作屬性及其他拓展屬性進行分組分類劃分，再去除與兒童智能學習產品關系不大或詞匯意義相近的詞語，最終經過初步篩選得出30 個感性詞匯，如“可愛的”“互動的”“可移動的”等。

將30 個初級詞匯制作成調查問卷，并對設計專業人士、兒童家長、早教專家等進行問卷調查，問卷發放結束后將問卷數據按照選擇次數由高到低匯總排序，得出排名前6 的感性詞匯分別是“益智的”“安全的”“圓潤的”“互動的”“簡單的”“可愛的”。將6個感性詞匯與相反詞語組成意象詞匯對：“益智的—無益的”“安全的—危險的”“圓潤的—尖銳的”“互動的—自閉的”“簡單的—復雜的”“可愛的—可怕的”。

2.3 樣本收集與分析

通過購物網站、生活類APP、教育公眾號及商場實地走訪調研的方式收集了與學齡前兒童智能學習產品相似產品的圖片并進行整理分析，刪除同質化過高的產品，形成了學齡前兒童智能學習產品樣本圖片庫。制作李克特量表形式的調查問卷，并對目標人群進行發放，選擇出其中評分較高的代表性產品。運用語義差分法建立7 級重要程度語義差分量表，并根據李克特量表制作設計問卷調查表使受訪者根據對形容詞的感受與理解，在量表上選定相應的分數[7]。對學齡前兒童家長發放調查問卷，用李克特量表的形式，采用-3，-2，-1，0，1，2，3 的7 級評分標準，邀請家長根據對產品樣本的感性詞匯感受程度對學齡前兒童智能學習產品樣本進行打分，收集有效調查問卷45 份，語義差分量表調查問卷示例，如表9 所示。運用SPSS 軟件進行數據統計排序，最終篩選評分較高的12 款產品代表性樣機，學齡前兒童智能學習產品樣本，如表10 所示，12 個典型樣本的感性測量數據，如表11 所示。

表9 語義差分量表調查問卷示例

表10 兒童智能學習產品樣本

表11 典型樣本感性評價數據

2.4 確定產品設計要素

經過對產品樣本進行特性分析得出，“益智的”“互動的”為主要的功能特性。“安全的”“簡單的”為操縱性層面較為重要的特性。在造型色彩方面，“圓潤的”“可愛的”產品特征會得到家長與兒童的青睞，如表12 所示。

表12 產品樣本特性分析表（需求層次權重降序排列）

3 學齡前兒童智能學習產品設計實踐

3.1 功能設計

結合產品樣本分析對本產品功能方面的定位是集“聽、說、讀、問、玩”于一體，如圖2 所示。產品自身內置多種視聽、閱讀資源，可隨時隨地播放輕音樂或鋼琴曲使兒童在音樂氛圍中得到熏陶，在兒童哭鬧時可以播放活潑動感的卡通音樂吸引他們的注意力，也能在兒童睡前陪伴他們播放睡前故事和科普知識，讓兒童在無意識中形成良好的樂感與語感。產品可連接網絡Wi-Fi 和藍牙，與同類產品、手機、電腦均可形成連接，兒童可以利用該產品和同齡玩伴進行線上交流互動，家長也可以在工作間隙和在家中的兒童進行溝通交流，產品內置AI 機器人小貝，能給學齡前兒童提供啟蒙科學指導和定制科學有效的學習計劃，和孩子完成英語對話交流，并修正孩子的發音，在表達當中鍛煉孩子的語言表達能力，從小培養孩子養成勇敢表達的習慣[8-9]。專業播音團隊朗讀，吸引兒童識讀拼音及英語，解決了部分家長發音讀音不標準的問題，學習中或者操作中遇到的問題都可以語音喚醒機器人小貝實時進行解答。多種益智小游戲能讓兒童在玩耍中學知識，輕松愉悅的環境使原本枯燥的學習變得有趣，讓孩子從小喜歡上學習。交流互動的功能也能讓父母不在身邊的孩子感受到家人的關愛和陪伴[10]。

圖2 產品功能展示圖

3.2 操作性設計

為了保障兒童在操作產品時的安全性和便捷性，設計時主體材質采用無毒無害的安全材質ABS 塑料，質地堅硬且輕便，抗摔的同時又方便攜帶。音響采用52 mm 雙磁喇叭，高保真的純凈音質適合長時間傾聽，呵護兒童的聽力。產品頂部設置了AR 燈，在夜晚為孩子提供暖光方便使用，白天可以開啟點讀功能，用手指點擊字母或者單詞即可進行發音朗讀，使操作更加簡單便捷。高清廣角攝像頭打開后能觀測到兒童的活動范圍和移動軌跡，并且當觀測到有潛在危險和不安全的隱患時，產品兩側的LED 燈會變換成紅色光亮起并發出警報聲和語音提示，對兒童進行提醒，并對他們做出指示提醒他們遠離避險，同時給家長撥通電話，保障兒童的使用安全。底部增加兩個移動小滾輪可以伴隨音樂移動，滿足趣味性的同時能增加移動范圍便于對兒童進行監測[11]。兩側的LED 燈是可收縮設計，既能滿足白天與夜晚的照明需求，又能方便家長或兒童攜帶，如圖3 所示。

圖3 學齡前兒童智能學習產品設計方案

3.3 造型色彩設計

產品造型設計中形態采用圓潤可愛又深受兒童喜愛的企鵝元素，圓滾滾的身材憨態可掬，富有親和力，充滿娛樂性和趣味性，能滿足兒童的好奇心。“企鵝”頭戴攝像頭，臉部安裝高清顯示屏，兩側部分的LED 燈就像翅膀一樣可以收縮上下擺動，腳底安裝的滾動小輪仿佛給企鵝穿了一雙溜冰鞋。在整體色彩搭配方面，采用白色搭配糖果色的配色方式，因為明亮的色彩能給兒童帶來好的心情[12]。

4 結語

為了對學齡前兒童的啟蒙學習提供科學的指導，為給孩子的成長與進步保駕護航，為了使家長和兒童之間的情感溝通更加融洽，為給工作繁忙的父母提供更多與孩子交流的機會。研究基于感性工學，凝練總結出與學齡前兒童智能學習產品相匹配的感性意象詞匯和產品設計要素，從而設計出符合家長和孩子情感需求、行為習慣的智能學習產品，滿足功能、操作性及造型色彩等方面“益智的、安全的、圓潤的、互動的、簡單的、可愛的”感性意象需求，并創新性地添加了可移動輔助輪，贏得家長和兒童的青睞，解決了家長的所思所想，社會的所求所盼。經過對設計方案進行驗證，實踐證明感性工學及層次分析法對于學齡前兒童智能學習產品設計具有較強的指導和應用價值，后續將繼續應用感性工學與層次分析法相關的方法，從事更多兒童產品的設計研究，也希望為其他領域的設計研究提供參考和借鑒。