基于劝导技术的智能儿童学习桌设计研究

■陈朝杰，郑康杰，刘小娇，郑小涵，方 海 Chen Chaojie & Zheng Kangjie & Liu Xiaojiao & Zheng Xiaohan & Fang Hai

(广东工业大学艺术与设计学院，广东广州 510090）

在线学习作为以数字化学习资源为主导的新媒体教学方式，愈来愈成为儿童获取学习资源的认知渠道。2019年联合国儿童基金会发起了旨在推动在线教育的GIGA项目，为15个国家和地区的80万所学校的儿童提供智能学习体验。在中国，随着数字化教育的发展，在线教育技术在家庭学习场景的应用受到重视。特别是在2020年新冠肺炎疫情期间，全国近1.8亿中小学儿童开展了居家在线学习[1]。尽管针对儿童在线学习场景的产品拥有广泛的市场空间，但是现有儿童学习桌产品无法有效回应用户需求：一方面，现有儿童学习桌设计多聚焦于儿童线下学习需求的满足，而对于儿童在线学习场景关注不足；另一方面，现有儿童在线学习平台主要提供普适性的在线学习服务，缺乏个性化的在线学习行为管理，在一定程度上影响了儿童学习效果和行为习惯的养成。因此，如何从儿童居家在线学习的现实需求出发，构建以智能儿童学习桌为终端的智能学习环境，进而引导儿童居家在线学习行为，是促进儿童适应信息化教育趋势和实现可持续发展的现实课题。

1 劝导技术与智能学习桌

1.1 劝导技术

劝导技术是借助说服和社会影响来改变劝导对象行为或者态度的技术，由美国斯坦福大学福格教授（BJ Fogg）于1996年提出，属于心理学和计算机科学的交叉研究领域。早期劝导技术主要基于人机交互角度来剖析改变用户行为的路径。具有代表性的是BJ Fogg教授提出的Fogg行为模型（Fogg Behavior model，FBM），从动机、能力和触发三个维度来洞察用户行为特征及其影响因素[2]。21世纪初随着物联网技术的发展，劝导技术突破了计算机交互的单向劝导，发展到涉及用户、智能设备和环境互动的多维劝导。芬兰学者Kukkonen和Harjumaa于2008年提出了劝导系统模型（Persuasive Systems Design，PSD），通过分析行为问题、探查用户情境、制定劝导策略探索改变用户行为的途径，重点关注劝导情境的构建。此阶段劝导技术的设计应用主要涉及娱乐、医疗和购物等方面，如电子游戏、健康管理和电子商务平台等[3-5]。近年来在线学习技术的发展拓展了劝导技术在教育领域的应用，尤其是针对学习动机和能力较弱的儿童，劝导技术从学习行为动机、能力和触发等维度培养其良好的学习行为习惯[6]。

1.2 智能儿童学习桌

儿童学习桌是指设计或预定供3到14岁的儿童学习使用的家具[7]。早期对儿童学习桌的研究主要围绕儿童学习需求开展理论探究和设计实践，聚焦于儿童学习过程的身高和坐姿等生理特征[8]，多从产品造型角度出发关注学习桌的外观设计以匹配儿童需求[9]。随着对儿童生理需求的不断满足，学者们开始通过分析儿童认知能力和儿童归属感等来探讨学习桌产品的功能布局[10-11]。近年来随着儿童学习相关技术的发展，尤其是在线学习技术的普及，学习桌在整合线下多媒体硬件和线上沟通服务方面的优势受到重视，基于物联网技术提供智能化的学习服务成为儿童学习桌设计研究的趋势[12-13]，相关研究主要从产品系统设计的角度进行学习桌设计创新，通过功能模块的组合来满足儿童多维度学习需求[14-15]。

整体而言，当前儿童学习桌设计研究已从单一的产品硬件设计转向多维的智能学习服务创新，然而现有研究仍存在一定局限性：研究视角方面，现有研究更多从满足儿童学习需求的角度出发，缺乏从劝导技术的视角引导儿童学习行为。研究内容方面，更多关注儿童线下学习场景，对在线学习需求挖掘较少。研究方法方面，更多以定性分析方法来归纳儿童学习需求，较少研究运用定量的学习行为聚类来捕捉儿童学习行为特征。

2 研究思路与方法

本研究围绕引导小学儿童居家在线学习行为探索智能儿童学习桌设计策略。以劝导技术为理论基础，根据PSD劝导系统模型理论，遵循“收集行为信息-探查行为需求-制定劝导策略-输出设计方案”的思路，通过用户观察和问卷调研收集儿童居家在线学习视频和行为数据，分别利用Elan视频编码软件和因子分析法分析用户行为信息；运用K均值聚类分析法聚类儿童居家在线学习行为特征及需求；根据用户需求制定劝导设计策略，指导智能儿童学习桌产品设计创新（图1）。

■图1 研究思路

■图2 儿童居家在线学习观察

■图3 用户旅程图

■图4 旋转的载荷空间图

■图5 儿童居家在线学习行为聚类

3 儿童居家在线学习行为需求分析

3.1 定性用户观察

为获取儿童居家在线学习的活动内容、用户角色关系和用户痛点等信息，选取了15名来自中国广东、江西和河南省的小学生开展用户观察，通过摄像机记录儿童居家在线学习活动（图2）。运用Elan视频分析软件对儿童居家在线学习行为进行编码和统计。编码共包括：观看课程(W/Watch)、记录笔记(N/Note)、课堂跟读(S/Speak)、阅读教材(R/Read)和课后作业(H/Homework)等七类行为（表1），共收集801条关键的行为编码，其中观看课程的行为编码数量最多，为266条；课后背诵的编码数量最少，为48条。

表1 居家在线学习行为编码

为了归纳用户观察的编码信息，通过用户旅程图来总结儿童居家在线学习活动和相关参与者的痛点（图3）。

（1）儿童是居家在线学习活动的主体，主要痛点是儿童学习管理针对性弱，学习自觉性低、在线课堂理解难等；（2）家长是儿童学习重要的参与者，面临着亲子沟通成本大、课后辅导效率低和家长远程伴读难等问题；（3）教师扮演了远程权威指导与学习监督的角色，主要问题包括家校沟通渠道杂和课后答疑效果差等；（4）儿童学习桌则扮演了提供基本物理空间的角色，是儿童居家在线学习过程中完成学习任务、开展学习互动和使用学习设备的载体。

3.2 定量问卷调研

儿童居家在线学习过程中，家长、教师和学习环境等因素对于激发儿童学习动机、提升儿童学习能力和触发其学习行为具有重要影响。为进一步分析儿童居家在线学习需求，挖掘满足其学习需求的途径，在定性用户观察的基础上开展定量的问卷调研。问卷内容主要涉及居家在线过程儿童、家长、教师和学习桌等的互动行为，回收有效问卷为272份。运用因子分析法对问卷数据进行定量降维分析（图4）。研究显示，儿童的学习互动主要影响了其居家在线学习行为习惯的动机、能力和触发三大因素。学习动机因子作用于儿童居家在线学习念头的产生，主要涉及学习目标管理、在线课程互动和成果分享展示等维度，各维度因子载荷分别为0.895、0.855和0.852。学习能力因子保障了在线学习活动的顺利进行，包括课后错题答疑、线上学习辅助和家校学习沟通等，因子载荷分别为0.891、0.882和0.767。学习触发因子激发了在线学习行为开展，涉及时间提醒、家长引导和远程监督等维度，因子载荷分别为0.775、0.76和0.719。

3.3 行为需求探查

综合以上用户观察和问卷调查的结果，通过K-Means聚类算法分析儿童居家在线学习行为特征（图5）。聚类了4类儿童居家在线学习行为，归纳其行为需求：（1）自主学习型儿童在行为动机、能力和触发上需求较小，各需求维度得分为-0.93、-0.56和0.34。该特征的儿童具有较好的居家在线学习行为习惯，需要通过家长和教师的鼓励和认同等来维持其良好的学习习惯。（2）动机匮乏型儿童在行为能力维度需求较小，分值为-0.84，在动机维度需求较高，为1.06。此类儿童在家庭环境下不能自觉地开展学习，可通过明确学习目标、加强家长的监督以及教师趣味互动等来激发其学习行为。（3）能力不足型儿童在行为动机维度需求较小，为-0.61，在行为能力维度需求较大，为0.77，该类别的儿童需要难题专题讲解以降低其认知门槛。（4）消极逃避型儿童在学习行为动机、能力和触发三维度得分均较高，此类儿童在各项居家在线活动中参与率较低，需要通过全方位的学习辅导和学习提醒等来激发其学习行为。

4 智能儿童学习桌的设计实践

4.1 设计策略

根据儿童不同的行为动机、能力和触发需求，以劝导技术为理论基础，整合居家在线学习场景中的学习互动关系，从协调学习资源、匹配劝导要素和传送学习服务三方面提出智能儿童学习桌设计策略：

（1）构建集约化学习平台，协调儿童学习资源。针对儿童居家在线学习沟通渠道复杂、课后辅导效果差等问题，遵循互动集约化、沟通高效化等原则，以智能儿童学习桌为载体搭建线上学习互动平台，整合家校沟通和亲子学习过程的利益相关者，为儿童提供智能化的居家在线学习服务。

（2）捕捉个性化学习行为，精准匹配劝导要素。对于儿童学习管理针对性弱、学习互动效率低等问题，遵循需求识别精确化、学习引导针对化等原则，在物联网技术支持下，通过智能传感器捕捉儿童学习行为特征，根据儿童个性化需求自动分配劝导式学习服务，针对性地激发儿童学习动机，提升儿童学习能力和触发儿童学习行为。

（3）整合智能化产品模块，传送学习管理服务。针对学习设备操作难、在线课堂理解难等问题，遵循操作简易化、趣味化和指示性等原则，发挥智能学习桌在协调在线学习媒体和智能学习硬件的优势，整合服务触点相关的功能模块，为儿童提供简易化的基本学习功能，趣味性的学习管理和高效性的家校学习互动。

■图6 儿童学习桌功能模块映射

4.2 智能儿童学习桌的产品设计

围绕儿童居家在线学习需求要素，结合学习桌劝导设计策略，通过要素—功能映射来获取智能儿童学习桌的功能要素，涉及基本功能、学习管理和学习互动三大功能系统（图6）。并根据功能模块映射来指导智能儿童学习桌的外观设计（图7）。对学习桌三大功能系统的产品外观设计进行分析，涉及其结构关系、颜色和材质工艺等。

（1）基本功能系统主要遵循简易性和灵活性等原则，为提升儿童学习能力提供基本保障。分类收纳模块为推拉式收纳柜，使用尼龙纺织材料，保护隐私的同时方便儿童分类存取学具。延展式伴读区使用可伸缩式的伴读桌板，配备材质轻盈的ABS电子设备托槽，为家长伴读活动提供基本空间。尺度调节模块使用快捷的触控式按钮，通过可视化的图标来引导儿童控制学习桌高度升降和角度变化。移动式照明区由可折叠式台灯及其滑轨组成，使用可塑性较强的PP材质，方便用户灵活地调节光源方向，为儿童学习提供基本光线保障。

（2）学习管理系统设计主要遵循趣味性、奖励制和指示性等原则，为提升儿童学习动机提供行为管理。任务管理模块以点状进度条来量化儿童学习任务，配合阶段性的学习奖励来促使儿童主动投入学习。目标备忘模块使用磁铁材质的目标图钉，通过学习目标的提醒激发儿童学习动力。健康管理模块由红、黄、绿等不同颜色的坐姿状态指示灯组成，管理儿童居家作息健康。

（3）学习互动系统遵循集约化和高效性等原则，通过收集儿童学习行为信息，精准匹配家校学习互动来触发儿童学习行为并提升其学习能力。作业打印模块通过内置错题打印机打印儿童的作业和错题等提升课后辅导效率，使用磨砂金属铝材质来提升科技感，激发儿童使用兴趣。作业扫描模块通过丝印图示和灯光提醒来引导儿童扫描文件，方便儿童上传作业和分享学习成果。状态识别模块由镜头、红外传感器和信息处理器组成，收集儿童学习行为信息的同时，方便家长和教师远程掌控儿童学习进度与效果。音频管理模块支持背诵任务打卡和难题答疑等过程的音频交流，使用金属铝材质的渐变式网孔面板，配合白色金属喷漆来匹配青春活力的儿童用户属性。

4.3 智能儿童学习桌的设计评价

为验证智能儿童学习桌设计的合理性与有效性，通过产品原型搭建和使用情景演绎来测试方案对儿童居家在线学习需求的满足情况。首先由符合条件的6名儿童及其家长、3名设计师和2名儿童教师组成评估小组。其次设置产品功能原型并模拟使用场景，由评估小组对使用体验进行打分，满分为7分。最后统计智能学习桌在满足用户在线学习动机、能力和触发需求上的得分情况（图8）。

整体而言，评估人员对设计方案的满意度均达到了3分或以上的水平，表示设计方案各维度的体验均达到基本满意的水平。在学习动机维度，学习健康管理体验、空间整洁体验和学习目标管理体验的反馈最好，均在5分以上；学习进阶奖励的体验满意度相对较低，为3分。在学习能力维度，亲子学习辅导和错题难题学习的体验反馈最好，均达到6分以上；家校在线沟通体验的满意度相对较低，为3分。在学习触发维度，家长远程监督引导的体验反馈较好，达到了6分。

根据评估情况挖掘学习桌优化方向，在诸如学习进阶奖励、家校沟通和家长远程监督等方面的体验仍具有提升空间。可以通过吸引优质商家入驻学习桌产品服务平台为儿童学习提供奖励；通过整合人脸识别技术以多维度收集分析儿童学习行为信息，进而推荐更准确的在线课程；以趣味的家校沟通界面设计来营造轻松的师生交流氛围；增设儿童线下学习互动相关的功能模块，聚类需求互补的学生形成线上线下学习社群；完善亲子交流相关部件的布局，营造舒适亲和的亲子沟通氛围。

■图7 智能儿童学习桌设计

■图8 学习桌设计方案评估

5 结语

信息化教育技术推动了学习家具智能化发展，儿童在线学习效果的保障有赖于智能学习家具提供系统的学习服务。本研究针对小学儿童居家在线认知过程主动性偏低、能力较差和行为缺乏引导等问题，提出基于劝导技术的智能儿童学习桌设计来引导儿童居家在线学习行为。通过构建集约化学习平台来协调儿童学习资源，根据需求将资源转化为分级化的劝导服务，整合智能化学习技术以儿童学习桌为智能终端来传送学习服务，引导儿童良好在线学习行为习惯，促进儿童在智能化教育趋势中的可持续发展。