儿童测温仪设计研究与实践

陈雨萌　马宏宇

关键词：测温仪 额温枪 用户体验 儿童产品 人机工程学

中图分类号：JO-05 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2022）07-0142-04

引言

在防疫常态化的大背景下，医疗产品在我国快速发展，大量家用医疗产品逐渐进入到人们的生活当中。根据2021年《中国语言生活状况报告》的信息，“测温仪”已成为社会高频词语，测温仪在人们的日常生活中已经占据重要位置。 我国的儿童约占现有总人口的 30% 。事实证明，儿童在心理和生理上都比成年人更加敏感和脆弱，会更加轻易地受到外界的影响，此前有团队在对儿童的行为研究中发现，现有的测温设备对着儿童的额头进行测温时，儿童会产生一定的压迫感和紧张感。因此，一款好的测温产品不仅有利于儿童的心理健康，更可以帮助测量体温者减轻负担，节省精力，提高体温测量效率。本课题将从用户体验的角度出发，以3-6岁之间的儿童作为主要研究对象，针对儿童测温仪进行研究与创新设计实践。

一、测温仪研究现状与发展趋势

（一）测温仪原理及技术

在自然界中，所有温度高于绝对零度的物体都在不断地向外界发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量是根据其波长分布的，并与其表面温度密切相关。因此，通过测量物体本身辐射的红外能量，可以精确地测量其表面温度。红外测温仪的测温原理是将物体发射的红外线的辐射能量转换成电信号，根据转换后的电信号的大小，可以确定物体的温度。

测温仪具有非接触测量、测量范围广、测量速度快、精度高以及灵敏度高等特点，因此测温仪的使用往往非常广泛。红外测温仪的外观设计和内部结构有所不同，但其基本结构大体相似，主要包括光学系统、光电探测器、信号放大器、信号处理、显示输出等部分。其基本结构如图1所示。[1]

（二）现有市场概况

近年来，随着技术的不断发展进步和测温仪的快速发展，水银温度计已逐渐被电子温度计、红外测温仪取代。受新冠肺炎疫情等社会情况影响，电子体温计和红外测温仪市场需求逐渐得到释放，行业产量显著提高，市场规模明显扩大。市面上现有的电子测温设备种类良多，主要分为以下几类（表1）：

防疫常态化的社会现状下，现最常使用的电子测温设备为额温枪。本课题将以额温枪作为主要研究对象进行调研和分析。市面上额温枪主要分为医用和家用两大类，额温枪的使用群体范围广泛，包括家长、老师、安检人员、医务人员等，其终端应用包括家庭、医院、社区、超市、学校、火车站等。额温枪造型多样，现经过调研将市面上现有产品的造型趋势总结如图2所示。此类产品外观逐渐重视手的握持感，同时造型也更加趋于简约化。

经过搜集与整理，现取市面上相对具有代表性的两款产品进行对比分析，如表2。通过整理分析发现，两款热销产品的共同优势是手持部分均经过人机设计，握持感好，但共同的劣势有产品趣味性较弱，无法很好地满足儿童对测温的心理需求。

（三）测温仪设计趋势

1.智能化：测温仪正在不断尝试更精准更快速的技术来达到精准测温的目的，其发展趋势正趋于智能化。经过几十年的研究，红外技术在国外已经达到很高的水平。另一方面，在国内，因为起步较晚，测温技术水平还远不及国外。但因为2020年年初新冠肺炎疫情的爆发，国家和众多企业提高了对测温技术的重视，不少企业正在积极研发新技术，开发新产品。[2]

2.个性化：产品个性化是工业产品的一大发展趋势。随着社会的发展和人们生活水平的提高，人们选择产品的自由程度越来越大。人们往往会从技术和外观两个层面选择产品。从技术层面看，知名公司往往能夠围绕用户的需求提供不可替代的技术解决方案，因此能够保持领先地位，获得消费者口碑。从外观层面来看，以外观为核心竞争力的产品，往往是通过对新一代用户的仔细观察，找出不同于以往的新场景，挖掘用户对产品的新需求，以此吸引大量消费者。在功能点相差无几的情况下，一个个性化的外观是决定产品是否会被购买的重要因素。[3]

3.细分化：测温仪常用于不同的场景，伴随着疫情的影响，测温仪市场近年来也呈现出逐步细分化的趋势。随着温度计的使用范围逐渐增大，测温仪的使用者也逐渐细分，市面上出现了许多为不同人群设计的体温计，如老年人、孕妇等，然而儿童群体，尤其是3-6岁学龄儿童，作为体温测量使用者的一大组成部分，市面上却几乎没有针对年龄较小的儿童设计的测温仪。科学技术的发展使人们的生活节奏逐渐变快，因而忽视了儿童身心的健康发展。因此，有必要设计出一款基于儿童情感共鸣的儿童体温计，既能增加感官兴趣，又能促进智力开发，有利于儿童身心的健康成长。

二、用户行为及需求分析

（一）儿童行为特点及喜好

本课题以3-6岁的儿童作为主要对象进行设计研究。3-6岁的学龄儿童在行为上有以下行为特征：好奇心强，喜欢询问关于周围许多事物的问题;想象力比较丰富，6岁时儿童的想象力发展到了一个高峰;心理发育还不成熟，心理比较脆弱、敏感;渴望大人的赏识、表扬等等。在儿童对产品的喜好上，情感化特征让儿童更愿意去选择那些有安全感、温暖柔和的产品，因此儿童产品往往以一些动植物的造型呈现。而感知化特征使儿童通过视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉五大感官与外界发生接触，因此可以通过赋予产品多种功能形式，使儿童可以更直观的认知各类产品。[4]另外，3-6岁的学龄儿童在这个阶段已经对色彩有了自己的取向，他们更青睐明亮、温暖、柔和的颜色，反之，冰冷的白色、金属色不适合儿童。同时，造型上，他们可以轻松分辨三角形、圆形、四边形这些简单造型，对于圆润、简单、厚实的产品形态更有好感，同时也对具有鲜艳色彩的自然生物形态颇具好感。

（二）测温行为及过程

本课题将主要使用场景定位在3-6岁儿童每日上学进入教室之前，老师对儿童逐个进行体温排查的场景下。在该场景下，测温仪的使用对象是儿童，即本课题假定的3-6岁幼儿园学龄儿童，儿童的心理目的为尽快测量完毕进入教室，分析这个过程中儿童的用户体验，儿童用户体验图如表3。在老师逐个给儿童进行体温测量的过程中，测温枪的使用者往往是成年人，可能是幼儿园的老师、家长或者其他排查工作人员，使用者的心理目标是尽快地准确地给儿童测量体温，记录数据，并希望儿童可以尽量配合测量，减少不必要的时间浪费，分析这个过程中使用者的用户体验，使用者用户体验图如表4。

（三）痛点分析

给儿童测温过程中，额温枪一般会对准额头，这动作会让儿童产生一种本能的紧张感，同时普通额温枪的设计也未考虑儿童认知，会给儿童一种陌生感和冰冷感，从而导致测温会让儿童产生不安和紧迫感，甚至抗拒反应。在对大量儿童同时进行测温时，如果儿童不太配合，会导致每一位儿童的测量都需要花费较长时间，而且会导致现场后续需要测温儿童的耐心不足、无法配合的情况，从而影响测量的准确性和整体的体温测量效率。因此，儿童测温仪需要进一步从外观、材质、功能、交互等方面提高亲切程度和趣味程度，使儿童在测量过程中与测温仪展开互动，以此提高儿童的兴趣，从而降低儿童的不适感。另外，可以增加提供正向反馈的机制，让儿童测量完体温后可以获得一定奖励，降低儿童对下一次测温的畏惧感，让儿童对体温测量的认知转变为有趣的过程。

（四）需求分析

由上述分析归纳出整体用户需求为：儿童在体温排查的环节中对测温仪产生轻微抵触情绪，需要提高体温排查的过程更有趣味性;使用者在体温排查的环节中遇到了儿童无法很好配合检查导致的时间和精力的浪费问题，需要儿童更积极地配合测温，提高体温排查效率。用户需求转换为相应的产品需求包括：功能趣味性、外观趣味性、产品交互性、外观亲和性、快速精准测量功能、产品舒适性、静音功能、预警功能。我们基于KANO模型设置了调研问卷，调查用户对以上需求功能点的态度。本次问卷调查得到了278份数据，其中有效数据258份，使用KANO模型对产品需求进行分析，得出产品需求功能散点分布图，如图3所示。在后续创新设计过程中，满足期望属性和魅力属性应更为重要。

三、设计目标与原则

通过上述分析，确定本次设计的目标：在满足快速精准测量儿童体温并预警功能的同时，提高产品趣味程度、亲和程度以及交互程度，以此吸引儿童注意力，使儿童主动配合测温，提高测温过程的效率和用户体验感。要满足上述设计目标，需要从以下三个原则出发。

（一）安全性原则

设计儿童产品的一项基本原则是安全原则，在设计的过程中有必要确保产品在正常使用过程中不会对用户及其使用者造成伤害，此外，儿童产品的设计在结构上也要尽可能稳定，应注意产品零件的装配方式，以免零件容易掉落并引起不必要的安全问题。在儿童产品的设计中，材料的选择也非常重要，所选材料的化学性质直接决定了产品是否对健康有害 [5]。与儿童直接接触的部分需要由柔软且无刺激性的材料制成，而外部结构在保持结构安全性和稳定性的基础上可以由硬质材料制成。

（二）舒适性原则

在设计额温枪这类手持产品时，为了保证使用者的舒适度，我们必须要考虑产品的人机性。儿童测温仪的人机工程学是一种双系统的人机工程，其中设计产品的研究对象包括两层，分别为“儿童-额温枪-测量环境”与“测量者-额温枪-测量环境”。[4]从保持测量者良好的握持感的角度出发，需要考虑手部测量数据以及合理的尺寸修正量来设计产品。同时，按键的分布也要符合手部的人机工程学。按键的顺序要根据按键使用频次多少来进行布局，以提高使用舒适度。[6] 另外，要保证用户的使用舒适度，还体现在材料的选用和颜色的选择上。材质需要采用亲肤的材料，按键部分的材质可以相对偏软，并设定一定按压阻力给用户按键的反馈，以达到更好的操作效果，减少误操作。

（三）趣味性原则

儿童的心智发展在各个方面都刚刚开始发育，这一阶段的孩子内心脆弱敏感，渴望别人的欣赏和赞美，用孩子内心的渴望来设计产品，可以引起孩子的好奇心和探索欲，不仅可以满足温度测量的需求，还可以提高温度测量的效率以及用户和成年人的满意度，优化体验。从功能层面出发，基于儿童活泼好玩的天性，在设计时可以在功能上进行某些有趣的创新。另外，从产品的外观层面出发，孩子们非常善于想象事物并建立联系。他们可以在产品的外观上使用一些简单有趣的形状，以提高兴趣并吸引孩子的注意力。从色彩层面出发，色彩是产品设计中非常重要的一部分，它可以控制人们的情绪变化，引起人们的快感。[5]设计时，暖色与冷色适当搭配，为孩子营造轻松愉悦的外观。

四、方案设计

（一）设计定位

本课题将以趣味性的功能改进为基础，对额温枪的外观从视觉（外观造型、色彩）和触觉（材质选用）两个方面进行改进设计，从而对额温枪进行创新设计。[7]

1.功能定位

根据上述设计目标及趣味性原则，确定功能定位包括以下三个主要功能点：1）测距投影功能。测温时探测头对目标进行距离探测，当测温探头与目标之间距离达到有效测量范围（1-5cm）后系统投影出一朵小红花到目标位置）同时开始测温，该功能可以避免距离不在有效范围内而造成的测量结果误差，同时花朵投影也为儿童测温提供了一种正反馈机制，提高体温测量过程中的趣味程度。2）静音功能。在需要时可以将设备调整至静音模式，同时也可以在儿童对声音鸣响感到反感时可以通过去除声音来达到更人性化的关怀。3）测温与预警功能。体温异常时额温枪发出声音信号警示。

2.造型定位

根据上述安全性原则，产品形态主要采取圆润的形状作为基本型，用圆润的形状打破原有体温仪冰冷的造型，同时避免一些锋利的倒角带给儿童的视觉上的紧张感，提高产品的亲切程度。根据上述舒适性原则，由于额温枪测量时的操作手势为握持式，所以手握部分的长度是由掌面宽度决定的。考虑到给儿童进行体温检测的场景往往发生在幼儿园等场所，而幼儿教师往往是女性，这里数据采取女性手宽第50百分位数据，91mm。（表5）同时，持握部分的宽度是由手掌宽度决定的。这里数据同样采取女性手长第50百分位数据，76mm（表6）。考虑到一定的功能修正量和心理修正量，最终手握部分直径为40mm，手握部分長度为110cm。[6]根据调研，探头与手柄部分的夹角为100°时最为适合。另外，当使用额温枪测量体温时，操作者往往使用拇指进行操作，按键应根据拇指形状和大小进行设计。同时，按键的功能分布根据功能使用频次来进行布局，顺序依次应为：测温、开关、静音、模式切换。

3.材质与颜色定位

材质上外壳部分需要选用化学性质稳定，无刺激性的材料。经过研究发现，ABS塑料是一种化学性质较稳定，表面光滑，耐用性高，着色性好且易于加工的材料，从环保角度来看，它也是一种可循环材料，因此，可以采用ABS塑料作为外壳的主要材料。该材料以注塑的方式进行制造，成型造型较为一体化，且ABS塑料满足耐摔安全的特性，符合儿童产品对材料的需求[2]。按键部分选用较柔软的可食用级硅胶材质。为了与上述投影测量功能进行呼应，整体造型的颜色可以采取高明度低饱和度的淡红色，搭配少量同色系不同饱和度的其他颜色，以提高色彩的趣味性。

（二）设计灵感与草案

在中国，幼儿园的教师常会用在儿童额头粘贴小红花样式贴纸这一行为来表示对儿童出色表现的嘉奖，而儿童也会因此表现出喜悦的情绪。现将老师用额温枪对准儿童额头进行体温测量的这一动作与老师往儿童额头上贴上小红花的这一动作进行联系，将额温枪设备给儿童带来的紧张感和压迫感转化为儿童本能上对于嘉奖的渴望，以达到从根源上优化儿童测量体温的体验的目的。故造型上可以将额温枪上测温探头的部分可以设计为圆润的仿生花朵造型以提高外观造型的趣味性。产品的整体造型上，由于儿童额温枪面向的并不只有儿童这一被使用者，使用者也是本产品服务的对象之一，因此产品在形态上要在具有趣味性的同时达到一定的简约程度，这首先是因为产品外形需要符合体温测量的严谨性的特点，其次是过于复杂的形态对于儿童来说难以迅速理解，再者，过于复杂的形态和颜色对于长时间使用该产品的使用者来说会容易造成一定的视觉疲劳。[2]由此整体造型上根据上述设计分析推出了三个设计草案（图6），造型上相比起来方案一造型过于传统缺乏现代感，方案二过于圆润缺乏现代简约感，方案三外观较为圆润且不失现代简约感，造型上也更方便握持，所以整体外观造型上采用方案三。

（三）方案优化

在初版草案敲定后对草图进行了深化以及三维可视化（图7），而在后续幼儿园的实地调查和问卷调研中发现该造型并不能完全符合儿童的审美需求。对于探頭部分，相较于抽象的仿生造型，儿童更偏爱较为具象化的生动可爱的造型。从使用者的反馈来看，产品的探头部分需要增加光线的显示以快速提示儿童体温是否正常，另外，产品的的握持感也需要通过对材质的区别化来进行强化。于是从探测头部分的仿生造型及其功能、握持部分的材质选择等多个角度对初版方案进行了方案优化。

（四）最终方案

最终本课题根据上述设计定位与分析设计出一款创新型儿童测温仪产品（图8），该产品的使用流程为：在儿童每日体温测量场景下，使用者长按开关键开机，将测量探头对准目标儿童的额头，当探头与额头间隔距离在测量范围内时，探头上方的激光点投射出一朵小红花到儿童额头部位，持续一秒，同时进行温度测量，测温完成数据显示在背部屏幕上，若体温正常，探头部分（如图9）的花瓣间亮起暖光，若体温异常，则亮起冷光警示，测量完成，继续测量下一位儿童。产品使用效果图和使用场景图如图8、9所示。

结语

本文通过设计研究得出优化儿童测温体验需要提高产品趣味性的结论，并通过设计实践对测温仪的功能以及外观进行创新设计，使儿童对测温这一动作产生兴趣，降低儿童对测温的畏惧感，让儿童对体温测量的认知转变为有趣的过程。该儿童测温仪可以同时满足儿童和成年使用者的用户需求，从根本上优化日常体温测量的体验。儿童比成年人更加脆弱敏感，好的儿童产品设计可以在满足用户需求的同时，更好地帮助其身心健康发展。