面向学龄儿童的中国铁路科普信息交互设计

摘要：突破儿童科普现有的形式，采用新型互动体验和表达方式，激发儿童深入了解铁路发展历程的兴趣，增强对铁路发展的认知，从而达到科普中国铁路发展历程和锻炼儿童逻辑思维的目的。运用调查问卷、用户画像和归纳数据等方法，调查当前铁路科普方式的现状，分析其优缺点，提出适用于儿童铁路科普教育的最优交互设计。以“铁路小探险家”科普App设计为例，开发针对铁路知识科普教育的数字产品，为中国铁路科普教育寻求新的呈现方式。

关键词：信息交互；中国铁路；学龄儿童；知识科普；用户需求

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2024）21-0132-05

引言

近年来，在国家政策的支持下，儿童科普教育正加速向数字化传播方式转型，市场对高质量数字教育资源的需求日益增长。目前，儿童铁路科普教育的推广仍依赖传统方式，如课本学习和博物馆实地探索，而数字化教育的应用相对滞后，难以贴近儿童的实际生活与兴趣点，效果有限。基于这一现状，采用信息交互的方法，设计了一款专为学龄儿童打造的铁路科普应用程序。通过直观有趣的互动方式传播铁路知识，激发儿童的科学好奇心，培养创新意识与实践能力，促进儿童科普教育发展。

一、学龄儿童铁路科普的数字化趋势

习近平总书记强调，科技创新和科学普及是推动创新发展的两个重要方面，应将科学普及置于与科技创新同等重要的地位。学龄儿童正处于认知发展的关键时期，科学普及有助于他们了解科学原理、掌握科学方法，从而培养他们的科学素养。中国铁路承载着深厚的工业底蕴，融合了悠久的历史文化。因此，普及铁路知识对学龄儿童的成长具有积极导向，帮助他们了解铁路发展历程，增强民族自信。

（一）学龄儿童科普教育的研究现状

学龄儿童时期是科学素质培养的重要阶段，科学教育对其认知发展和兴趣激发具有深远影响。随着科学技术的飞速发展，针对学龄儿童的科普教育研究逐渐增多，但仍存在一些问题。首先，很多研究和实践主要集中在科普教育内容的开发上，而对教学方法和策略的研究相对较少。现有的科普教育方式缺乏系统性，无法满足学龄儿童的认知需求，导致教育效果不佳。其次，现有的教学方式多为传统形式，缺乏数字化互动元素，这在一定程度上影响了儿童的学习兴趣和参与度。

（二）中国铁路科普教育的研究现状

目前，铁路科普的方式主要包括绘本、动画片、App 和铁路博物馆等。这些方式具有不同优势，整体表现出知识性与趣味性并重的特点，共同构成了铁路科普的多元化传播体系。具体类别区分见表1：

绘本通过各种插图传播科学知识，尽管都是平面形式，却体现出交互特征。例如，《高铁立体书》以其独特的物理互动特性，为读者提供生动丰富的阅读体验，但设计师过度侧重于交互机制的创新，忽略了故事情节和教育内容的核心价值，导致内容被边缘化。另外，《火车头》执着于内容的深度，使交互变得形式化。动画片的科普方式往往是单向的，儿童只能被动接受，限制了儿童的参与感和对科普内容的深入理解。目前关于铁路科普的App 较少，与绘本和动画片相比，数字产品通过互动模式，提高了儿童在使用时的兴趣。然而，现有的互动设计主要侧重于游戏方面，娱乐性较强，在内容方面教育性不足。同时忽视了儿童的认知发展特征，只针对特定年龄段的用户设计。在铁路博物馆科普方面，东郊展馆展示了真实的火车和铁路，这为儿童提供了近距离接触的机会，同时深化对铁路世界的认知。但与数字产品和书籍科普相比，博物馆的受众群体相对有限，其影响力常因地区而受到限制。因此，在儿童对各种科学知识充满求知欲的阶段，应重点关注他们的心理与认知特征，设计更加符合儿童需求的互动体验。可通过游戏化的学习方式，提升儿童的参与感和趣味性，从而增强他们的学习动机。此外，应结合数字化技术，创作互动性强且内容丰富的科普资源，以提升儿童对铁路知识的理解，获得最佳的科普效果。

（三）数字化科普教育的研究现状

随着信息技术的迅猛发展，数字化科普教育逐渐成为教育改革的重点。通过多媒体、虚拟现实和增强现实等手段，数字化科普教育为科学知识的传播提供了新的渠道。数字化科普教育资源日益丰富，涉及自然科学、社会科学等多个领域，涵盖科普网站、在线课程、虚拟博物馆和科普App 等多种形式。通过数字化手段，这些资源将复杂的科学原理以生动直观的方式呈现给公众，注重实践性和趣味性，激发学习者的兴趣和动力，提高他们的科学素养和实践能力。

二、面向学龄儿童的交互产品属性

面向学龄儿童的交互产品，应具备认知适宜性、趣味性、互动性和良好的反馈机制。这些产品通过简单的界面和游戏化元素吸引儿童，兼具教育与娱乐性，促进儿童的认知发展和技能学习。家长控制功能设计确保产品适合家庭使用，增强了产品的普适性与教育价值。

（一）学龄儿童的生理与心理特征

学龄儿童一般指6 至12 岁正在小学阶段学习的儿童，处于身心发展的关键时期。皮亚杰的认知发展理论将儿童的认知发展分为4个阶段：感觉运动期、前运算期、具体运算期和形式运算期。学龄儿童正处于前运算期向具体运算期的过渡阶段，求知欲强对事物充满好奇，具有独特的认知特征。例如，在乘坐地铁、火车和高铁等交通工具时，表现出强烈的探索欲望，所以在设计时应充分考虑这些特征，增强用户与信息内容之间的互动和参与感，提升用户体验[1]。

1. 生理特征

在生理特征方面，儿童的感官系统随着身体机能的生长发育呈现出早期特征，主要体现在5 种感觉器官上：视觉、听觉、触觉、味觉和嗅觉[2]。视觉途径是学龄儿童获取信息的重要方式，通过视觉能够感知外界物体的大小、明暗、颜色和动静等特征，色彩捕捉力也更强。听觉方面，学龄儿童的听力几乎与成人一致，能够对周围声音形成一定的听觉记忆，尤其对运动音乐特别敏感。嗅觉和味觉方面，儿童的嗅觉和味觉已相对成熟，嗅觉刺激信息可以直接传达至大脑的边缘系统，帮助儿童建立和寻找记忆。与其他感觉相比，触觉在全身的分布最广，接收到的信息也最多且最复杂，因此，根据学龄儿童使用移动设备时的行为习惯绘制了相应的手势图，见图1。

找到适用于学龄儿童的交互方式是极为重要的，产品的使用方法和功能应简单易懂，符合儿童认知水平，避免过于复杂的设计。《设计移动应用程序交互性》中提到，儿童与移动电子设备的手势交互方式，为科普App 的设计提供了参考[3]。儿童的生理特征反映出他们的交互形式主要依赖于常规动作，例如点击、滑动和拖拽等，这些动作协调了视觉、听觉和触觉3 种感官的映射，从而激发儿童对娱乐和学习的兴趣[4]。

2. 心理特征

进入学龄期的孩子，其认知特点开始由具体转向抽象，能够进行简单的归纳推理，初步具备了言语和情感的表达能力，智力显著增长，想象力大幅提高，意志活动逐渐形成。这种心理的发展提升了学龄儿童参与社会实践活动的能力，激发了他们对现代社会的好奇心与探索欲，使其在与外界环境积极互动的过程中，获得深刻的情感体验。

（二）面向学龄儿童的教学产品交互需求

根据《中国大百科全书》的定义，教学产品是指在教学中用于辅助教学和感知的模型、实物等工具[5]。在互动过程中，教学产品充当内容传递的关键媒介，促进双方的交流与学习。因此，这些产品本身具有互动性，本研究将对市面上常见的教具进行对比分析，见图2。

将几种常见的教学属性产品进行对比后，可以直观发现这些产品的核心设计理念强调了学习的优先性和教育的成效性。然而，这种设计往往表现出急于求成的倾向，忽视了教育的渐进性和儿童心理发展的阶段性。

对于传统教具而言，其互动方式多局限于触觉与视觉，缺乏多感官刺激，这容易导致儿童在使用过程中分散注意力和兴趣减退，影响学习效率，难以达到预期的教学成效。为了解决这一问题，现代教学用具引入了即时反馈机制，以促进儿童对新信息的吸收理解。此外，针对单调乏味的学习材料，通过增强产品的互动性，可以有效提升学生的学习动力和效率。在运用新技术推进知识内化的过程中，教育产品应当注重创造一个潜移默化的学习环境，使儿童在不知不觉中接受知识的熏陶。特别是在铁路知识的教育推广中，更需要采取多元化的传播策略，以激发儿童的探索欲，从而实现铁路知识普及的目标。

通过问卷调查，进一步了解儿童在课外科普铁路知识的途径，对市场现状进行深入的了解，为形成信息交互设计目标及后续设计提供依据[6]。见图3，儿童在课外获取铁路科普知识的主要途径是阅读书籍和观看视频，而使用App 的情况相对较少。博物馆作为科普教育的重要载体，在展示铁路知识方面所占比例有限，且存在多样性和深度不足的问题，这在一定程度上阻碍了儿童对铁路知识的理解和吸收。

随着新媒体技术的不断发展，新的产品形态和互动模式涌现，传统教育产品的功能变得多样化，使信息传播与互动形式变得丰富，从而更好地满足学龄儿童对科普知识的需求。

（三）优化学龄儿童的铁路学习体验

在对交互产品的使用进行系统性分析时，应以学龄儿童的需求为核心。这要求在产品设计中巧妙协调各项设计元素，确保既能满足功能性需求，又能契合儿童的情感体验。因此，见图4，本研究首先构建了4 个用户画像，涵盖学龄儿童及其家长的基本情况和目标。随后，进一步采用用户旅程图的方法，见图5，剖析学龄儿童在了解铁路知识过程中的关键行为与动机，根据他们的认知程度，分析用户痛点，并提出相应的解决方案，以优化产品的整体用户体验。

根据用户旅程图的调研结果，对儿童及家长的主要行为和目标动机进行分析，可以发现儿童在使用现有教具的过程中，存在功能和情感两个层面的需求痛点[7]。针对这些痛点和动机，制订不同的转化策略，用户旅程图聚焦于儿童对铁路的了解与兴趣。在行为方面，儿童通过书籍、电视、网络等多种途径了解铁路，表现出不同的理解程度和兴趣，家长也参与其中，但教育方式各异。主要痛点在于儿童对铁路知识的了解有限，他们的需求是更丰富互动的学习资源。因此，要提供有趣的科普内容和多样化互动功能，以满足儿童的学习需求。

三、“铁路小探险家”科普App设计实践

“铁路小探险家”科普App 是一个以学龄儿童用户为中心，满足儿童对科普资源和交互需求的数字产品。设计实践利用多感官模式构建交互模型，通过模拟搭建铁轨、驾驶火车穿越历史与未来的场景、解开与铁路历史相关的谜题等丰富多样的活动，让儿童不仅能够亲身体验到从蒸汽机车到高速列车的铁路发展飞跃，还能深入了解中国铁路的辉煌成就与背后的科技智慧。基本设计实践包括以下内容：

（一）构建交互策略模型

利用多感官模式，构建了适用于中国铁路知识学习的交互模型，分为前期、中期及后期3 个阶段，见图6。前期阶段：融入语音交互技术，利用视听觉感官促进互动。中期阶段：通过触控界面如滑动、点击、放大缩小等操作，增加学龄儿童的互动性和参与感。后期阶段，通过音效和动画等形式给予即时反馈奖励机制，帮助用户确认操作的有效性。

在这个过程中，学龄儿童与客体的交互主要表现为两种形式：离身交互和具身交互，见图7。离身交互主要通过信息通信技术的遥在感，使得人类意识可以与认知载体产生遥在分离[8]。由于媒介形式的多样性，其表现方式各异，导致认知过程、所涉及的感官以及最终的学习效果也会呈现出显著差异。而具身交互则基于具身认知理论，强调身体、认知和环境间的动态统一特性[4]，其交互媒介主要表现为皮肤、肌肉等器官。

在与数字产品交互过程中，儿童常常会被新奇的事物吸引。产品的颜色、形状、声音和气味等因素，会影响着学龄儿童的初步印象。随着远距离要素到近距离要素间的缩短，人机互动变得更为丰富，例如点击、滑动和双击等手部动作，儿童在这一阶段获取信息时，并不适宜采取成人式的密集文本阅读策略。因此，有必要对中国铁路的庞大知识体系进行筛选和梳理，确保所呈现的知识结构与儿童在成长过程中的认知发展水平相匹配，以便于他们更有效地吸收和理解相关信息。

（二）铁路App 创新设计

面向学龄儿童的铁路科普App 需要充分考虑学龄儿童的认知特点、兴趣偏好及教育目标。以往的科普App 交互设计不够人性化，缺乏与用户的互动和反馈机制，导致儿童在使用过程中感到枯燥乏味。因此，在以往的科普类App 上进行了创新设计。

1. 寓教于乐的内容设计

首先，色彩对儿童认知发展至关重要，鲜明的颜色能快速聚焦视线并加深印象。在设计时，引入丰富鲜艳的颜色元素，能有效帮助儿童理解与记忆铁路信息。其次，将枯燥的铁路知识转化为生动有趣的故事、动画和小游戏，通过模拟火车驾驶、铁路建设等场景，让儿童在玩乐中学习铁路知识，强化他们对于铁路文化的认同感，帮助儿童建立起更为深切的情感纽带。最后，设计互动问答环节，通过提问引导儿童思考，并给予及时反馈，激发儿童的探索欲望与学习热情，如在儿童完成学习任务后及时弹出奖杯画面并说“你真是太棒啦”这样的鼓励，增强学习的参与感和成就感。

2. 个性化的学习路径

基于儿童的学习进度、兴趣偏好和认知水平，通过智能算法为其推荐个性化的学习内容和难度等级，实现因材施教。并记录儿童的学习轨迹和成绩变化，为家长提供详细的学习报告，帮助他们了解儿童的学习情况并做出相应调整。

（三）交互实践路径

中国铁路蕴藏着深厚的知识和工学智慧，承载着历史的记忆与文化。根据上述设计策略，设计出具有互动性的中国铁路信息交互界面，让儿童在进行互动操作的同时，寓教于乐地学习铁路相关知识，以下开展具体的设计实践。

1. 交互框架建立

交互逻辑框架是交互设计中至关重要的组成部分，通过精简与分类信息的方式，串联起相互连接的交互层级，见图8。以4 个不同的交互等级进行划分，达到有条不紊地整理中国铁路的相关信息。首先，借助交互逻辑框架，系统化地对铁路知识进行整理分类；其次，通过明确的导览和流程设计，让儿童能够浏览掌握相关信息，进行清晰的操作。此外，交互框架展现出高度灵活性与可扩展性，能够基于儿童用户的实际使用反馈，进行持续调整优化，以更精准地满足儿童在学习成长过程中的个性化需求。总之，通过交互框架有助于整理和展示铁路相关知识，提供直观易用的学习路径。同时，作为交互设计的基础，指引了后续的界面开发与操作设定。交互框架的建立提供给儿童清晰且流畅的体验，既是构建信息体系的关键，也是一系列后续设计活动的基石。

2. 交互界面设计

设计面向儿童的信息交互界面时，需兼顾美学与实用性的双重目标，包括配色、图标和布局等，既吸引注意力又便于理解操作，见图9。以下两点是整体界面设计的关键原则：

（1）风格清新明亮：色彩是塑造情感氛围的重要元素。鉴于学龄儿童正处于生理快速发展的关键阶段，本设计在构思过程中始终紧密关注这一用户群体的独特生理特征，确保设计方案的适宜性。选择温和自然的色调，如浅黄、淡蓝、粉色或米黄色调，这些颜色不仅对儿童的眼睛更加友好，还能够营造出温馨的环境。避免使用鲜艳、强烈对比的色彩组合，以免带来视觉疲劳。儿童普遍偏好富有创意和趣味性的图形和符号，设计可爱的图案可以提升儿童的参与度。这些设计不仅要引人注目，还要易于理解，以帮助儿童快速识别人机交互的各个组件，比如按钮、选项和提示信息。同时，界面布局应遵循简洁原则，避免复杂的层级结构和过多的细节。使用大尺寸的图标和文字，确保足够的行间距和边距适应儿童的手部大小，便于点击操作。

（2）用户路径明确：交互逻辑框架作为交互设计的基石，其重要性不言而喻。在构建交互界面时，应紧密围绕交互框架来确立界面间的逻辑联系，以确保设计的连贯性。通过这一框架，不同层级间的交互逻辑从属关系得以清晰界定，交互流程变得明确，用户流程的顺畅性直接关乎信息传递的效果。学龄儿童作为用户，设计过程需兼顾其特定的心理发展规律与认知特点。在呈现中国铁路知识体系时，采用由浅入深、循序渐进的方法，为学龄儿童设计简洁明了的用户流程，引导他们轻松探索铁路的奥秘，帮助他们更高效地吸纳并消化所传递的信息。

3. 交互反馈及时

为深化交互的沉浸感与满足感，交互界面需具备实时响应的能力，确保学龄儿童在执行操作后能够迅速收到明确的反馈信号。例如，当儿童触发某一界面元素或完成特定任务时，系统应通过动画展示、声音反馈或清晰直接的文字提示，向儿童传达操作已成功执行的信号，以鼓励用户采取行动。

结语

教育是国之大计，党之大计，儿童教育更是重中之重。中国铁路知识繁复冗杂，难以有效激发儿童的学习兴趣和参与度。文章首先通过分析科普教育的现状，找出现有针对儿童的铁路科普教育方式存在的问题。其次，针对学龄儿童生理和心理的发展特征以及教学产品的交互需求，探讨了科普交互设计中的关键要点。最后，在此基础上搭建了面向学龄儿童的铁路科普信息交互模型，并进行设计实践。文章主要集中于向学龄儿童如何有效传递铁路知识，但本文的研究不足之处在于对铁路知识科普内容的层次不够清晰，因此在接下来的研究中需进一步完善和优化。希望科普传播形式跟随时代变化，源源不断产出优质科普产品，让晦涩难懂的铁路知识不再与儿童有距离，最终达到寓教于乐的目的。

基金项目：内蒙古自治区哲学社会科学规划项目“中华文明资源可视化创作与传播”（项目编号：2023ZZB070）

参考文献

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