具身认知视域下儿童产品交互设计研究

单炜嘉 姜霖

（南京理工大学,江苏南京 210094）

伴随着三胎政策的开放与社会水平的不断改善，儿童在社会上的比重逐步上升，儿童教育的受重视程度也在不断提高。3～10岁是每一个人至关重要的启蒙阶段，在该阶段的儿童每天都会认识新的事物、接受新的环境，与外界建立联系，并逐步扩展自己的认知。具身认知在儿童的成长过程中具有潜移默化的作用，儿童习惯性的依靠本能探索世界，以身体去感受外界环境并获取认知。本文以此为基础，将具身认知理论与儿童自身发展特性相融合，并进一步引入到儿童交互设计之中，以积极探索更加合理、自然的交互方式。

一、具身认知相关概述

（一）具身认知理论综述

具身认知(Embodied cognition，EC)在认知心理学领域中用来描述认知科学中的一类理论。其强调了人通过自身身体与环境交互所获得的感觉运动经验的重要性，以及获取的概念性知识[1]。与古典认知理论相反，古典认知理论认为认知是来源于抽象和模态符号的加工。而具身认知理论则认为人的身体是理解世界的基础。直接的感觉与运动的相互作用对于获取知识和发展认知能力至关重要[2]。其一定程度上强调了认知所产生的具身性与情境性，结合儿童所处的独特发展状态，对开创儿童交互产品提供了新兴视域。

（二）相关研究现状

21世纪以来，我国在具身认知的渊源、特征、应用等各个方面展开了广泛的研究。以CNKI数据库为例进行分析，使用关键词“具身认知”“儿童用户”进行搜索，提取出148条相关的中文文献。通过CiteSpace文献分析，在关键词共现分析的基础上合并其中的同义词，用可视化图谱表示各词之间的联系。根据关键词之间的相关联系，以“具身认知”为中心四向扩散，共现连线越深，其相关性越高，“具身学习”“多通道感知”等相较显著皆为近几年研究热点词汇。同时在统计后发现，相关文章数量总体呈明显的增长趋势，其研究热点也在由“社会认知”转向了“儿童教育”。

由此可见，儿童用户的具身认知研究有着广阔的发展潜力，吸引着更多的研究者探索对交互情境的打造和对身体活动的认知。经初步的桌面调研发现，就目前的儿童产品而言，基本上是以智能玩具、绘本书籍、教育学习类软件等形式存在，致力于积极开发儿童智力、创造力。但大部分产品功能形式单一，忽略了家长、儿童以及产品之间的互动意义。而且大部分的儿童智能产品同质化严重，无法跨越低层技术壁垒以提升开发门槛，在功能创新与设计上有待进一步发展。

二、构建具身认知交互模型

在认知心理学有两种主流观点，分为信息加工和联结主义[3]，其中信息加工主义在儿童认知领域得到了广泛应用。感受器与效应器则作为信息传输的主要系统。感受器作为信息接受组织，主要指听觉、视觉、嗅觉、触觉等感官系统，负责接受外界环境下的刺激信息；效应器作为信息输出的主要组织，指对中枢神经指令能够做出表情、语言、动作等反应的器官、腺体、肌肉。而具身认知理论则反对此种计算，其认为认知的形成直接来源于身体与外界环境的交互，身体、认知、环境是统一整体[4]。其本质便是人与环境的交流互动，人这个主体在后天环境潜移默化的影响下获得认知经验。具身认知理论的重点在于感觉、运动系统的分析，更关注于交互过程本身，强调交互系统的整体与直接。交互设计则旨在通过深入挖掘用户需求，构建用户与产品间和谐自然的关系。结合具身认知理论，依据人“体认”世界的方式，用户与产品间应形成自然的信息输入和输出模式，巧妙将产品信息搭载于信息传输之中，一定程度上能够减少了人与产品间的认知负荷。

三、儿童的具身认知特性

0～15岁的少年儿童正处于快速的发展时期，不同的年龄阶段心理感知也存在差异。儿童2岁便跨越了感知运动阶段，自发地去了解周身环境探索未知世界，经常表现出模仿、游戏、意想等表征形式。结合具身认知交互模型，儿童对世界的认知主要来源于与外界环境互动时的所感所知[5]。本文将以2～12岁的儿童作为研究对象，进一步分析儿童感知、运动以及认知发展的表征特性（如文末表1）。

儿童在2～12岁的发展具有一定的渐进性，在不同阶段虽有所差异但整体上儿童的感知认知与运动是直接且具体的。面向学龄期儿童的产品可通过物体的大小、重量、材质的软硬程度等属性刺激儿童触觉感知；通过调和色彩的饱和度、明度、对比度以及色彩搭配刺激儿童视觉感知；通过模拟常见事物的声音刺激儿童听觉感知等。在具体运算阶段，儿童年龄逐步增长，所接受与认知的范围也在进一步扩大。音乐、书写、算数、绘画以及事物的简单规律等脑力活动，逐步成为儿童接触的主体。可通过趣味的图像交互、音效模拟、肢体触碰等技术手段促进儿童积极发展。

四、基于具身认知理论的儿童产品交互设计优化策略

（一）交互程度简易

由于儿童自身发展的特殊性，具身认知在儿童的不同发展时期存在一定的渐进性、不成熟性。6岁左右的儿童视听触觉敏感度已趋近成熟，外界环境的变化基本可以敏锐的捕捉到[6]。其不成熟性则主要体现在注意力不易集中、肌肉控制能力不强、记忆理解能力较弱、耐力有限等方面。所以在儿童产品的交互设计中，应采用相对简单操作形式，层级关系简单明了，主要功能显而易见，减低儿童认知负荷的同时提升使用体验，达到实用、易用的效果。

（二）多感官、多通道的交互形式

多感官、多通道的交互形式不仅可以有效打破单一交互模式所带来的交互束缚，还可以丰富儿童感官与运动刺激，是提升交互效率的最佳途径。多种通道的作用交织在一定程度上使儿童更易达到自然的人机交互状态[7]，对发展期儿童就有显著的积极意义。

视觉感官方面，高饱和的颜色更容易抓住儿童眼球。对于年龄较大的、立体视觉发育良好的儿童，可考虑开放式立体化的儿童产品以激发儿童想象力与空间智力能力。听觉通道具有全向特性。产品可将声音与视觉、触觉感知相结合，帮助儿童认识了解日常事物，也可以利用听觉反馈进行具身判断。触觉的效应器主要为皮肤——人体最大的器官，因此触觉感官系统也最为复杂[8]。产品丰富的材质与肌理能够提供更多的触觉刺激。不同时长和频率的振动也能够给予儿童刺激反馈。动觉感官方面，儿童交互产品的互动性应贯穿设计的始终，配合多重交互技术来增强产品的趣味性。

（三）交互行为游戏自然化

适度的游戏能够巧妙的平衡身体与大脑的机能，开展认知活动[9]。游戏的再创造性能够为儿童提供多种可能，进而促进儿童深入探索的积极性。交互行为的游戏自然化需要尊重儿童的行为特征与偏好，且应在无形中引导儿童积极互动学习，以实现益智娱乐的目的。

五、具身认知视角下儿童产品交互设计实践

（一）设计定位

产品的交互行为本质上是一种探索性的尝试行为。儿童通过与产品的交互接触获得感官刺激与身心体验，其整体特性与具身认知理论一致[10]。由于儿童尚未形成成熟的心智模型与抽象的逻辑思维，需要通过与外界环境的交互来获得经验与意识。因此在儿童交互产品的设计中应重点强调互动性与体验感，尽可能满足儿童的具身交互需求。在传统的阅读故事中，儿童仅是单向的接受信息，难免会产生注意力不集中，枯燥乏味等问题，并且在故事结束后儿童的所感所想无处分享，缺少一个能够交流沟通的平台。故事与儿童、父母的交互方式也较为呆板，缺少互动性与趣味性。如何设定趣味的交互方式、拓展产品功能凸显的尤为重要。

产品采用游戏化的交互手段、以手势动作为主要行为活动方式、以多感官多通道为主导激发儿童具身认知特性。巧妙地设置故事主体、创设故事情境，在故事讲授中穿插具有认知性与教学意义的听觉、视觉、触觉等多感官训练，实现认知、运动、娱乐、教育等功能。

（二）设计表现

本设计为“童趣”——智能故事投影灯（如图1），针对6-12岁儿童，结合儿童具身认知特征，以故事游戏为主要手段，以多感官形式及手势动作为交互活动方式，培养儿童的逻辑思维能力，激发儿童创造力。其主要是克服环境问题创新了交互形式，以故事情节推动游戏关卡，使儿童沉浸于故事之中，积极开发大脑。

图1 智能故事投影灯效果图

实体产品造型以故事情境为原型，像一架飞碟，整体造型圆润可爱，传达出一种“有意味的形式”。在材料上，投影灯主要采用食品级硅胶和塑料，保障安全的同时手感柔软细腻。整体颜色选用明快的粉红色和蓝色。投影灯的使用方式主要以微投影的形式展现故事情节。故事讲述中设置特殊关卡，儿童需协助故事角色解决困难才可解锁下一情景。投影灯实体端提供故事微投影与音效，烘托睡前故事氛围并以手影互动的形式吸引儿童注意力，使儿童更沉浸于故事情节，与故事角色一同解决问题。其手影识别主要应用手势识别技术，依据具体故事编码解锁手势，根据红外探头确定手部运动的三维位置以进行判断，辅助识别，提供沉浸式故事体验与趣味交互。同时，投影灯记录下儿童参与互动的视频，结合APP端进行互动分享。

“童趣”APP作为儿童奇思妙想世界的大门，为儿童提供了一个可以自由创作的平台。APP内的创作单元将故事依据环境、角色、活动分为三个模块，引导儿童参与故事创作，并以动态呈现与模拟音效的形式多维展示故事元素，联觉开发儿童感官。例如选择“火箭”图标时，展示画布呈现火箭在空中飞跃的动态画面并配以火箭飞行的声效。APP根据儿童的选择配和后端数据计算，模拟故事发展并推荐后续可能发生的故事元素，以帮助儿童创作完整故事，无形中降低操作难度与学习成本。

结语

本文对具身认知视域下儿童产品设计进行了初步分析，结合儿童自身发展特性，构建出具身认知的交互模型，对于探索数字时代下儿童交互设计具有一定的积极意义。在儿童产品的交互设计中，应考虑简易的交互模式，多感官、多通道的交互形式以及儿童在使用产品时交互行为的自然化、游戏化，从而营造一个自然流畅的交互环境，帮助儿童健康发展。此外，本文对儿童产品交互设计的研究与设计实践存在一些不足之处，未来有待进一步探索。

附表：

表1 2～12岁儿童感知、运动及认知发展特征