基于认知行为特征的自闭症儿童辅助工具设计研究

姜亮 韦钰婕

摘要：文章以自闭症儿童认知行为特征为出发点，利用射频识别和单片机技术，结合主流特殊教育指导理论，提出自闭症儿童辅助工具设计方案，即为改善自闭症儿童语言、社交、感觉统合能力的十二生肖拼图玩具。并对拼图设计方案的辅助功效性进行了实验评估，结果显示该方案在引导提升其语言交流、改善社交行为能力方面具有积极的辅助作用。

关键词：自闭症儿童;认知行为;辅助工具设计

中图分类号：TB472文献标识码：A文章编码：1672-7053（2018）05-0050-03

自闭症是一种情感、行为、情绪、思维、语言等诸多方面的早期神经发育障碍，多发生于儿童早期”^[1]。在我国自闭症患者已超过1000万，0到14岁的儿童患者达200余万。对自闭症患者尽早进行干预治疗，自闭症儿童可以实现不同程度地控制和改善^[3]。国外针对自闭症儿童的教育及产品研究起步较早，日前有关针对自闭症儿童产品研究开始侧重于智能化产品设计研究，例如智能机器人、虚拟现实环境模拟、移动应用增强现实技术等。通过具有社交技能、情感认知的机器人、交互式学习应用程序来增加自闭症儿童的参与度与学习的兴趣，提升社交能力和语言表达能力。然而由于产品成本高，普通家庭难以承担，所以并不能普及使用，同时医学专家也担心自闭症儿童与机器人能够良好的沟通不代表能与真人具有良好的沟通。国内的自闭症儿童辅助产品研究起步较晚，多以玩具和感统器械为载体，从心理学和康复教育方式角度进行研究设计^[4-5]，如认知卡片，磁力片积木等教具，手眼协调、触觉垫、指尖陀螺等感统训练器材。本文通过查阅资料，走访康复中心，了解自闭症儿童行为模式和生理特点，总结自闭症儿童的认知及其行为特征分析辅助产品的设计要素，定位产品的主要功能，并以改善自闭症儿童的感觉能力、语言交流能力为设计出发点，进行产品设计方案的功效性评测，使产品更符合自闭症儿童的实际需求。

1 自闭症儿童认知特征

瑞士心理学家皮亚杰（J. Piaget）认为，儿童的心理发展其实就是不断地由低水平走向高水平完善，從而使心理结构不断重构、创新，形成不同水平的发展阶段，并将儿童认知发展的内在机制分为三阶段，即同化、适应、平衡^[6]。认识发展机制是人类的自我适应和自我纠正的过程。换言之，儿童的认知系统处于较低的发展水平，当不能用当前的认知系统理解其他事物时，需要通过修正认知系统，即同化与现有认知起冲突的事物，让自己的认知系统处于平衡状态并且在较高水平上重新确立，来应对更复杂的事物^[7]。自闭症儿童与正常儿童相比，认知和生理方面有许多缺陷，由于个体差异缺失的程度不同，划分他们的发展进程需要与普适性结论推迟才能描述其发展状况。生理表现主要体现在听觉和触觉，而认知表现主要体现在语言、记忆力和智力、情感方面。

1.1 语言认知

自闭症儿童语言认知方面的主要缺陷在于综合语言和非语言的交流方式。大多数自闭症患者都有语言发展迟缓的现象，自闭症儿童没有办法匹配语言与环境，不会眼神交流，无意识地模仿重复别人言语是自闭症儿童常见的获得知识模式。自闭症儿童不能解读非言语信息，例如面部情绪和身体语言，因此自闭症儿童不能融入社会进行正常的社会活动^[8]。

1.2 注意力

在注意力问题上，由于自闭症儿童过度选择感官刺激，往往引起他们注意力独有的选择性特质。导致注意力分散的因素主要有社会交往障碍、理解能力差、兴趣狭隘和感知觉异常^[9]。自闭症儿童具有局部加工的倾向，当其盯着某一兴趣事物时，很难接受新的信息或者任务。外在表现就是刻板行为，容易对着一件事情反复思考、思考方式和兴趣也非常单一。

1.3 自我与情感认知方面

自闭症儿童也有感情，但无法理解他人的情感，或不能以正确的方式去表明自己的感情。自闭症儿童表达情绪的方式往往与他们的生理年龄不符合，由于搞不清人与人之间的社会关系，也不知道怎么在不同场合表达自我情绪，这是缺乏自我认知能力的表现。究其原因，是对信息意义上的加工存在着明显的缺陷，因此很难理解其他人的情感体验和内心活动，不能让他们自己去发展理解他人情绪，而只有通过人际交往的积累和干预性的接触训练才能获得这方面的知识。针对缺乏自我认知能力的情感认知表现，只有通过人际交往的积累和干预性的接触训练才能获得这方面的知识。

2 自闭症儿童行为特征

虽然自闭症儿童每个个体的行为特征都不同，但是都有沟通、影响社会互动、想象力和刻板行为等共同问题，在日常生活中可以很容易识别出其行为差异。

2.1 延迟性仿说

大部分自闭症儿童和成人都存在语言缺陷，语言方式为机械式的重复和模仿，称为“延迟性仿说”。在发展语言之前，自闭症儿童表达需求大多用手势替代语言，或用面部表情和肢体动作来与人沟通。在使用和理解非口语沟通这两个方面，随着时间的推移，自闭症儿童之间渐渐了解简单的手势和表情所表达的意思，并能从对方的动作中还有从沟通的背景中了解明白对方所表达的意思。

2.2 社会互动障碍

社会互动方面的障碍主要有四种类型，一是孤独的群体：无法了解别人心理状况，即使能接纳家人，也不会与家庭之外的人互动;二是被动的群体：不排斥与他人，只是行为被动;三是主动但怪异的群体：该群体积极地接近别人，但提出的要求比较怪异，或没有得到满足或关注，就会变得咄咄逼人;四是过分古板群体：这类群体语言发展良好、行为有礼，但不能适应或理解社会规则，会刻板的固守社会互动规则，不懂得变通。

2.3 行为刻板、重复或仪式性行为

在行为动作方面主要表现为刻板、重复。自闭症儿童主要活动为自己喜欢、感兴趣的事情，进行简单的重复循环，如一直盯着某一物体，或者不停旋转自己的身体。另外习惯进行仪式性行为，为自闭儿童独创制定的，如在坐之前得拍一拍桌子，下楼前一定会转胳膊转三圈，或者进行一系列复杂躯体动作。

3 自闭症儿童玩具设计要素分析

设计自闭症儿童玩具要考虑设计儿童玩具的基本要素，分别为功能性、安全性、游戏性。儿童在每个成长时段的看法都会有所不同，创新性也不一样，在玩具设计中可以从儿童成长角度考虑，设计一系列能够陪伴其成长的多功能玩具，开发潜能培养智能。另外还应注意产品的艺术性，能够让人体验到愉悦感，引起对事物的兴趣，具有艺术性的玩具可提高儿童审美能力，培育情商。

3.1 外观设计要素

研究发现自闭症儿童对交通类玩具和水果玩具（非社会性刺激）注视更久^[10]，在康复训练中，适当的引用人物类玩具，对学习社交技巧有促进作用，因此在外观设计中，考虑用视觉式图案吸引儿童注意力，让其对玩具感兴趣从而引发社交性的互动行为。由于自闭症儿童有认知障碍，无法辨别复杂的形状，因此玩具的整体外观要简单，不能复杂且易于变化，同时可以采用发光发声的形式，刺激儿童视觉和听觉，这样易于帮助儿童减少注意力的分散。自闭症儿童对色彩有特殊偏好，最偏爱的是绿色和蓝色，其次是紫色和红色，最不喜欢的则是黄色和橙色，其对冷色的偏好优于暖色。冷色调可以抑制大脑过于兴奋，使自闭症患者脑皮质活动达到平衡^[11]。不同的颜色呈现对个体的心理和行为都有不同的影响，考虑自闭症儿童特殊的颜色偏好，和较大范围的适用性，玩具主要采用冷色调、和红色。

3.2 触觉设计要素

由于生理缺陷，导致自闭症儿童触觉和听觉异常，部分自闭症儿童在触觉上表现出敏感、迟钝，因此玩具在材质选择方面，可以选择不同的材质组合，玩具表面处理成不同的肌理，给儿童不同的感官感受，如木质和布料、硅胶的搭配组合。

4 自闭症儿童辅助工具设计方案

自闭症儿童辅助工具设计方案的目标群体设定为3-8岁的自闭症儿童。此阶段的儿童需要在社交互动中学习各种技能，智力结构及心理机制形成与建构的关键时期。在这个期间除了父母教师的引导及基本必要的社交沟通外，其他主要是通过玩具来了解世界，为学习语言，培养沟通、逻辑思维能力打下基础。

經过前期问卷调查及用户需求分析结果显示，患有自闭症的儿童用户对玩具辅助产品的需求点包括老师和家长可以参与、能够发声，持续引起孩子注意;在语言、社交、感觉统合能力方面起到辅助作用。儿童辅助工具设计方案是以十二生肖为主题的一套拼图。如图1所示，此拼图的工作原理是通过RFID射频识别技术来识别带标签的号牌，当识别到对应号牌以后，通过微控制器控制专用MP3解码芯片，将揺放放在FLASH存储器中的音频文件。拼图配有12个数字牌，用来给生肖排序，当正确的数字牌放到正确的生肖底板上时就会发出音乐和讲故事的声音，父母也可以录自己的声音在拼图里，让孩子对拼图产生好奇与亲近感，使学语期的儿童能够通过把玩拼图，锻炼语言表达技能。

将生肖碎片放到相对应的生肖轮廓里，拼图的过程有助于提高手眼协调和认知能力，如图2所示。鲜艳的色彩可培养儿童对色调的敏感度，同时培养其视觉寻视的能力。通过十二生肖创造不同的情景模式，激发好奇心，引导孩子提问交流。可以用绳子去穿拼图中的小孔，锻炼手指的精细动作，如图3所示。

5 设计方案功效性评测

5.1 实验方案

十二生肖拼图的功效性评测主要是对自闭症儿童认知、语言、社交能力提高的评估测试，实验是以青岛以琳特教幼儿园20名自闭症儿童为被试。首先，对20名被试儿童进行干预前的C-PEP评估（C-PEP是由辽宁师范大学，联合北京大学第六医院，汇集了心理、教育等方面的专家共同修订发表的用于评估自闭症儿童发展能力的量表），包括“儿童感知觉发展能力调查表”、“儿童语言与沟通能力发展调查表”、“儿童社会交往发展能力调查表”中相应的项目进行评估。然后，对20名被试儿童进行为期10天的干预训练，老师引导儿童完成拼图和数字配对，并回答老师的提问，体验不同材质带来的触觉反应，每天课程30分钟。测试结束后，再对20名被试儿童重新对C-PEP中相应的项目进行评估。

首先是对自闭症儿童的发展能力做一个评估，然后自定义一个目标行为，将“感觉能力、语言沟通、社会交往”定为目标行为，在家长和老师的引导下，进行一段时间的使用过后，对出现的目标行为次数进行记录，并与使用前的发展能力评估进行对比。其次，为了验证交流、互动的可达性，在课堂中，老师会首先显示十二生肖的图片，然后将拼图打散，让孩子重新拼好，然后拿出相对应的数字牌放到相应顺序生肖拼图，看看是否发出声音。过程中，老师观察儿童触摸材质的反应，是否有主动语言，词汇量有没有增加;是否完相应的任务动作;在听故事的时候是否能够集中注意力听故事并回答老师的问题。

5.2 测评分析

C-PEP评估由老师按规则打分，收集拼图干预前和干预后的数据，进行数据统计分析。对C-PEP中的三个调查表进行评测，通过（P）计1分，一般（E）和不通过（F）不记录统计。10天测试分三次进行评测，即第一天（玩具介入前）、第5天、第10天得到统计分数，见表1及图5折线图。

通过折线图可以看出，十二生肖拼图设计方案对自闭症儿童的行为认知改善起到了积极的辅助作用。在设计验证过程中发现儿童能力不同，有些接受过康复教育能力高的可以迅速掌握拼图玩法，但有些接受康复教育时间短能力低的儿童并不能迅速学会，需要一段时间接受学习，所以针对自闭症儿童的能力高低考虑对拼图的切割方式进行改良优化，以更好的适应自闭症儿童的能力发展情况。

6 结论

基于自闭症儿童的认知及行为特征，以干预教育方法为理论指导，结合现代计算机辅助技术，设计出可以与自闭症儿童进行行为、认知及语音互动的十二生肖拼图玩具，描述了拼图的色彩材质、功能、尺寸以及使用方法。同时对设计方案改善自闭儿童认知行为能力进行了功效性实验验证，结果显示：十二生肖拼图方案对自闭症儿童的行为认知改善起到了积极的辅助作用。此外，自闭症儿童产品设计越来越需要教育、医疗等相关专业知识的支撑，还需要相关领域专家的介入和合作。