殷超 陳洋

關(guān)鍵詞：自然人機交互 具身認知 數(shù)字科普展品 Maslow需求層次理論 和逸性

引言

科普學(xué)習伴隨交互技術(shù)的發(fā)展，呈現(xiàn)出以用戶為中心的體驗維度拓寬需求表現(xiàn)，由此帶來時代性的核心用戶需求更替。數(shù)字科普展品引入自然人機交互技術(shù)，能夠快速滿足用戶認知需求與實現(xiàn)需求，激發(fā)體驗興趣。但在實際應(yīng)用中，自然人機交互技術(shù)的引入設(shè)計缺少符合特征特性的指導(dǎo)方法，多借用傳統(tǒng)社交、游戲等交互平臺設(shè)計規(guī)則，忽略了交互環(huán)境不同所帶來的需求改變，體驗和逸性難以產(chǎn)生?；诖?，本文探究數(shù)字科普展品特性，依托Maslow需求層次理論聯(lián)系具身認知理論，分析自然人機科普展品核心用戶需求，研究交互技術(shù)特性優(yōu)勢在科普環(huán)境限定下的體現(xiàn)，提供針對性設(shè)計應(yīng)用方法，優(yōu)化科普體驗。

一、自然人機交互科普展品特性

數(shù)字科普教育體驗流程可視為基于人機交互的認知學(xué)習過程，如圖1?？破阵w驗是以青少年為核心群體的主動式學(xué)習，設(shè)計核心也基于此展開，即構(gòu)建認知環(huán)境幫助用戶建立“短時、高效學(xué)習感受”的同時維持“主動性”體驗興趣[1] 。

科普發(fā)展具有聚焦性，其核心群體為青少年。基于圖形界面交互的傳統(tǒng)數(shù)字科普展品在早期取得了極佳的效果，隨著PC及移動設(shè)施普及，觸摸式、鍵鼠式交互已融入青少年日常生活，數(shù)字科普教育呈現(xiàn)與移動端相似的體驗并逐漸被其取代[2] ，同質(zhì)化問題凸顯。因而交互技術(shù)的時代性更新引入成為數(shù)字科普展品設(shè)計的必然趨勢[3] 。特定人群、特定年齡、特定時代與被時代所特定的技術(shù)相組合，都會激發(fā)出各種訴求邊界上的滿足與失落，投入與摒棄，而新技術(shù)轉(zhuǎn)向舒適自然的體驗應(yīng)用之間尚存一定距離。

區(qū)別于移動端、PC端產(chǎn)品設(shè)計所強調(diào)與追求的用戶黏性，科普體驗時間、內(nèi)容基于本質(zhì)功能需要有所收斂和限制，而這一要點在自然人機交互技術(shù)融入后體現(xiàn)得更為明顯。多通道信息傳遞能夠?qū)w驗環(huán)境解構(gòu)與重構(gòu)，便于用戶通過肢體行為對信息進行感知、表達、反饋。一方面，環(huán)境的塑造是科普體驗的成本和技術(shù)優(yōu)勢，是明顯區(qū)別于線上教育與傳統(tǒng)教育的設(shè)計體現(xiàn);另一方面，短時需求所帶來的體驗時間流限制要求了體驗內(nèi)容需要以多種方式進行信息交換、傳遞。

因而，在明確自然人機交互的必要性、短時性、多通道屬性及設(shè)計主體的特征屬性后，對核心用戶的需求進行分析進而實現(xiàn)滿足，才能得到有效的設(shè)計結(jié)果。

二、自然人機交互科普展品的核心用戶需求與設(shè)計原則

本文基于Maslow需求層次理論，聯(lián)系具身認知理論，針對用戶分析，明確科普展項的設(shè)計原則，提出設(shè)計方法模型實現(xiàn)需求滿足，見圖2。

（一）基于自然人機交互的數(shù)字科普展品用戶體驗需求

1.基礎(chǔ)需求：生理需求、安全需求、歸屬感及尊重需求是科普體驗的基礎(chǔ)需求，對四者針對性進行針對性滿足可維持基本的體驗可行性。

2.認知與審美需求：認知與審美需求是科普體驗的核心層次，是用戶的躍升探索?，F(xiàn)實世界源于效率、成本、安全、平等、技術(shù)等因素將認知信息與過程抽象化的情形不應(yīng)全面延伸至此，反而需要明確確立用戶對信息理解、過程實踐、感知與表達的多種科普需求。

3.實現(xiàn)需求：實現(xiàn)需求是用戶滿足感、成就感與高度自我肯定的建立層面。科普展品當下的發(fā)展困境多由實現(xiàn)需求的設(shè)計忽視而產(chǎn)生。將交互行為視為用戶能力彰顯，體驗完成度視為挑戰(zhàn)，內(nèi)容變化視為反饋，三者統(tǒng)一，即用戶依靠高水平能力完成高難度任務(wù)得到超出心理預(yù)期的反饋時，實現(xiàn)需求得到滿足。

4.和逸需求：和逸性產(chǎn)生是科普體驗的最終目標。作為非正式教育，科普教育“主動性”更多是由和逸體驗帶來長期的主動意愿構(gòu)成，是設(shè)計者與用戶共同盼望的。

（二）基于自然人機交互的數(shù)字科普展品設(shè)計原則：自然人機交互復(fù)雜程度較高，因而需遵循以下四點設(shè)計原則，明確設(shè)計目的，維持技術(shù)應(yīng)用的克制性，以滿足認知與實現(xiàn)需求，構(gòu)建和逸性。

1.認知具身性原則：傳統(tǒng)圖形交互界面在認知具身構(gòu)造中是通過視覺與潛意識的代換建立“片面的具身性”，而自然交互科普展品的設(shè)計意義一方面在于面對具有較高實踐意義、成本或危險情景的認知環(huán)境時，以技術(shù)方式幫助用戶建立基于身體屬性與反應(yīng)的直觀具身體驗，完成快速有效的信息掌握與自我情感表達，亦規(guī)避了負面信息內(nèi)容的不良體驗;另一方面，多系統(tǒng)建立的交互通感如觸-視記憶、聽-視-語言記憶，具有極強的輔助記憶功能，當某一單通道與已知信息聯(lián)通時，可以喚醒其他通道的記憶感受。

2.環(huán)境具象性原則：認知過程并非單純是由神經(jīng)系統(tǒng)承載的信息指令交換構(gòu)成，而包涵有環(huán)境，環(huán)境以“無意識”的方式導(dǎo)入用戶對空間、質(zhì)地、色彩的多維感受，呈現(xiàn)時間在空間范圍的流程序列，使認知過程更加友好。在信息被儲存、提取、感受的階段變化中，具象的環(huán)境也糅合于信息其中參與整個過程輔并被自然接受。科普體驗環(huán)境具象化影響了認知的難易程度，由于個體體驗時間較短，環(huán)境體現(xiàn)程度越高，用戶所代入的情感與所直面的認知內(nèi)容就越豐富，所需理解的抽象化程度內(nèi)容就越簡單。

3.交互選擇準確性原則：交互設(shè)計應(yīng)用需具有準確性原則，以減輕學(xué)習成本，提高實現(xiàn)需求層次的心理預(yù)期，為和逸性的產(chǎn)生進行鋪墊，同時，伴隨著認知學(xué)習渴望與交互實現(xiàn)過程所呈現(xiàn)的反饋渴望亦需要準確掌控，預(yù)留潛在期待，給予正面回饋的同時適時添加科普知識信息。規(guī)避為展示技術(shù)特性而設(shè)立的非必要性交互，避免交互疲勞，明確技術(shù)的發(fā)展始終以更好地服務(wù)用戶為目的。

自然人機系統(tǒng)在提升體驗舒適度、調(diào)動人類多種感官器官進行高效信息學(xué)習與傳達方面具有獨特應(yīng)用優(yōu)勢，但技術(shù)的表達在應(yīng)用中存在常態(tài)優(yōu)勢與劣勢[4] ，由國內(nèi)外學(xué)者的大量研究提供的準確證明，具體表現(xiàn)為：肢體交互的操控感與生理風險[5] ，語音交互的統(tǒng)領(lǐng)性、快捷性與信息暴露風險[6] [7] ，手勢交互的快捷性與經(jīng)驗積累[8] ，面部識別的反饋收集與交互性缺失，環(huán)境塑造的真實引導(dǎo)能力與成本等[9] ，見表1。

4.體驗統(tǒng)一性原則：體驗統(tǒng)一性為和逸感的涌現(xiàn)提供條件。依靠用戶群體的具身尺度為標準，透過其審美水平構(gòu)建具象環(huán)境，評測交互準確性，確保用戶在感官信息交換中形成極為和諧統(tǒng)一的科普體驗，是自然人機交互數(shù)字科普展品的設(shè)計趨向。

三、自然人機交互在科普展品應(yīng)用中的限定與拓展

在展品特性、用戶需求及設(shè)計原則分析確立后，本文提出自然人機交互在數(shù)字科普展品應(yīng)用中的限定與拓展設(shè)計方法。限定的目的在于確保以具身和具象性滿足用戶認知需求、以交互準確性滿足用戶實現(xiàn)需求的可能性，維持科普展品的特征屬性表達，限定是為了更好地拓展。拓展的目標則在于結(jié)合人-機-環(huán)境構(gòu)建體驗一致性進而產(chǎn)生科普體驗和逸性。見圖3。

（一）自然人機交互的應(yīng)用限定

1.體驗用戶限定：確定核心體驗用戶的年齡、智力、教育背景、生理成熟情況等區(qū)間，結(jié)合信息確立信息輸出與輸入有效可能、體驗難度與能力平衡可能提供標準，后續(xù)交互方式、環(huán)境的確立也都以用戶限定情況為基準。

2.交互方式限定：科普內(nèi)容信息可分為行為、文本、控制與無關(guān)性四部分信息，結(jié)合用戶能力對自然人機系統(tǒng)多種交互方式的選擇限定。行為信息是用戶在行為表達中獲取的知識體系內(nèi)容，以肢體、手勢交互表達為主要體驗方式;文本信息是科普內(nèi)容中由肢體語言表述較為困難的抽象內(nèi)容，借助視覺語言等方式進行投射、領(lǐng)導(dǎo);控制信息是科普體驗中滿足感、趣味性的體驗核心，本身并無學(xué)習性，目的在于開啟交互、認知轉(zhuǎn)折點，改變控制物狀態(tài)，凝聚用戶注意力，可配合調(diào)動多方式交互;無關(guān)內(nèi)容為維護抽象信息合理性的功能，需聯(lián)系環(huán)境決定是否保留。

3.體驗環(huán)境限定：自然人機交互數(shù)字科普展品體驗環(huán)境即情境，二者高度融合，對其限定有助于塑造穩(wěn)定的體驗環(huán)境，給予用戶心理安全需求，塑造氛圍，加強情緒沉浸的感知體驗，并可在此時已確立的交互方式、體量、硬件設(shè)備進行環(huán)境適宜性評估，確實可應(yīng)用或?qū)ζ溥M行轉(zhuǎn)換。

4.時間流限定：用戶體驗時間與流程需要相對克制。結(jié)合長期設(shè)計實踐得出，以具體單個展品所面向群體的年齡為基礎(chǔ)，以7歲用戶180秒體驗時間為設(shè)計起點，每增長一個自然年年齡段可適當增加30秒體驗時長，體驗總閾值為180秒-510秒，并結(jié)合體驗場館的人群基數(shù)與流動性進行合理的增長或減持平衡。

（二）自然人機交互的應(yīng)用拓展：拓展設(shè)計的重點在于多通道信息傳遞構(gòu)建的合理性與科普、交互環(huán)境的重建。多通道信息傳遞構(gòu)建從心智模型與經(jīng)驗?zāi)Ｐ蜑榛A(chǔ)進行體驗拓展，建立不同側(cè)重，滿足用戶心理預(yù)期與高度自我實現(xiàn)，達成高效科普學(xué)習與滿足感;科普、交互環(huán)境的重建幫助用戶由潛意識層面增加體驗接受度，增強體驗愉悅感[10] 。

1.經(jīng)驗?zāi)Ｐ停簩τ脩羲幷鎸嵣钪芯哂忻鞔_映射的科普內(nèi)容，要求交互方式、環(huán)境符合用戶長期建立的經(jīng)驗，避免迷惑感。其自我實現(xiàn)以掌握性為主要方向，引導(dǎo)進行相對準確、規(guī)范的標準尺度練習，表達體現(xiàn)用戶訓(xùn)練轉(zhuǎn)換應(yīng)用能力，即“我能夠通過訓(xùn)練達到完美要求”。人-機-環(huán)境的體驗和逸性構(gòu)建需要通過低基礎(chǔ)層次與中層次的需求拓展?jié)M足來維持。具體表現(xiàn)為：拓展肢體舒適度、語言控制感。經(jīng)驗?zāi)Ｐ退鶎?yīng)的科普內(nèi)容具有標準化特點，交互普遍具有正確性、標準性指標，添加Siemens Jack[11] 等軟件進行舒適度驗證，可避免體驗過程中回應(yīng)標準動作時產(chǎn)生不適感從而放棄科普學(xué)習。

增加交互節(jié)點動效。保證對事物特征認知不變的情況下，對其他內(nèi)容進行多感官交互刺激。在關(guān)鍵交互完成后信息的輸入與輸出顯示給予非現(xiàn)實、符合預(yù)期的動效，能夠降低用戶“實用主義”心理，回歸認知、感受本身。

提升感官因素豐富度緩解交互壓力。在交互方式及內(nèi)容的還原相對真實前提下，體驗環(huán)境設(shè)計可進行合理夸張，使其具有豐富的色彩、層次，緩解用戶壓力。

2.心智模型：對應(yīng)凌駕于生活經(jīng)驗的抽象科普內(nèi)容，用戶缺乏實際應(yīng)對經(jīng)驗，例如飛行等行為。其滿足感來源于對體驗內(nèi)容控制感的建立與實現(xiàn)，即“我做了我正常情況下無法做到的事情”。由于缺乏現(xiàn)實對照，需要引導(dǎo)用戶將現(xiàn)實世界的理解、交互、交流方式依靠邏輯思維擴展應(yīng)對到抽象世界。在低層科普需求相對模糊的情況下，對認知需求與實現(xiàn)需求相對加強引導(dǎo)，建立和逸感。

增強交互認同自由度。抽象環(huán)境的科普交互行為多數(shù)并不存在于現(xiàn)實世界，因而多是下意識、自然舒適的，無嚴格的正確與錯誤之分，因此，交互自然度與想象力的確立相對更加重要。標準交互動作需要進行多姿勢設(shè)定判斷，保證不同成長環(huán)境、想象力、能力的青少年給出的多種自然交互反饋能夠正確識別。

聯(lián)系隱喻設(shè)計，構(gòu)建交互通感。對無法直接確定的交互動作應(yīng)借鑒平面交互、觸摸交互、實際操作進行隱喻設(shè)計，聯(lián)系想象力確保抽象世界中交互的“自然”性，縮短用戶在交互本質(zhì)上的學(xué)習時間，并給予用戶自我實現(xiàn)與認同的滿足感。

營造、增強交互環(huán)境高還原度。在科普體驗內(nèi)容相對遠離真實環(huán)境條件下，需要對其借鑒客觀、科學(xué)知識信息進行高還原度構(gòu)建，烘托、暗示體驗的未知性、神秘感、真實感，為后期體驗控制感成功建立后用戶心理期待滿足而產(chǎn)生極為強烈的喜悅感提供條件。

四、設(shè)計案例

本文以自然人機交互為主要方式，結(jié)合天文學(xué)與宇航知識背景，由貴州大學(xué)DITR交互技術(shù)研究室平臺進行科普展項《宇宙》案例開發(fā)。

（一）明確用戶需求：人類對宇宙天體存在認知學(xué)習及科普需求，但現(xiàn)有技術(shù)無法幫助絕大部分人群置身于真實的天體環(huán)境進行觀察、感受，因此對于天文學(xué)內(nèi)容當下多選擇語音、視頻、文字、模型的方法進行科普實現(xiàn)，用戶對基礎(chǔ)、認知與審美、實現(xiàn)以及和逸性四方面均具有較為強烈的需求，表現(xiàn)為對相關(guān)信息與環(huán)境的參與、把控，對科普項目的主動性、持續(xù)性的熱情維持。在整體項目的設(shè)計中，由限定與拓展設(shè)計方法進行實現(xiàn)四個主要的用戶需求。

（二）《宇宙》的信息內(nèi)容限定設(shè)計

1.用戶限定：確立《宇宙》體驗用戶的年齡階段為12-14歲。因為在這一年齡層中，用戶對天文知識有初步認識與基礎(chǔ)，生理與心理生熟度教好，具有應(yīng)對抽象內(nèi)容的能力。

2.交互方式限定：對內(nèi)容信息進行行為、文本、控制與無關(guān)性信息分類，結(jié)合用戶年齡、能力、慣用交互行為確定語音、肢體、手勢三種交互方式的存在形式?！队钪妗返捏w驗流程為模擬用戶擁有飛行技能從而離開地球并著陸于火星，在該星球上對八大行星進行個體元素與整體結(jié)構(gòu)、運轉(zhuǎn)規(guī)律的探索，因而確定體驗過程中存在“打開說明手冊”“起飛”“降落”“詢問所在位置”“復(fù)原行星元素結(jié)構(gòu)”“選擇行星所含物質(zhì)”等多種具象自然交互方式。

3.體驗環(huán)境確定：確定環(huán)境體驗展館為貴州科學(xué)技術(shù)展覽館，依據(jù)前文用戶群體年齡為12-14歲人群，結(jié)合場館人流量，對體驗時間限制為360秒以內(nèi)，同時對已確定的語音、肢體、手勢等交互方式判別是否適用，構(gòu)建環(huán)境空間、質(zhì)地、色彩基礎(chǔ)設(shè)計。

在完成限定設(shè)計后，能夠基本保證《宇宙》科普展品對用戶的基礎(chǔ)、認知與審美、實現(xiàn)的需求滿足，而和逸性需求則更依賴于拓展設(shè)計。

（三）《宇宙》的信息內(nèi)容拓展設(shè)計：考慮科普環(huán)境遠離現(xiàn)實生活，《宇宙》依靠心智模型進行拓展設(shè)計體驗指導(dǎo)。在交互方式與體驗環(huán)境有所限定后進行相應(yīng)的拓展，維持體驗的一致性，進而追求和逸性的產(chǎn)生。

1.自由度拓展設(shè)計：將標準肢體動作進行多姿勢補充，如補充設(shè)定語音交互關(guān)鍵詞為“地方”“位置”“哪兒”等;“起飛”動作對雙手抬起、單手抬起、雙手后仰，“落地”動作的單腿落下、雙腿落下等均進行預(yù)設(shè)采集識別。

2.隱喻設(shè)計拓展：增加閱讀“說明手冊”時紙張摩擦聲，用戶“飛行”時隕石碰撞聲由小至大再變小等聽覺隱喻，在“起飛”與“落地”動作中配合固定的風向等感官隱喻，展開“說明手冊”時的雙手由內(nèi)向外打開隱喻動作，維持“星球切換”中星星的閃爍及變換等環(huán)境隱喻，確保體驗“自然”性、想象力維持表達并獲得快速反饋。

3.環(huán)境還原拓展：依照太空環(huán)境對體驗情境進行較為真實的塑造，同時在部分交互性不強的體驗環(huán)節(jié)對環(huán)境進行小幅度的夸張補充，彌補由于心智模型所主導(dǎo)的參與感不足。

將《宇宙》設(shè)計內(nèi)容整合，保持體驗連貫性、自然性、和逸性，如圖4。

結(jié)論

在自然人機交互技術(shù)逐漸應(yīng)用于日常生活與學(xué)習的大趨勢下，對自然人機交互在數(shù)字科普展品開發(fā)應(yīng)用進行限制與拓展的設(shè)計方法，能夠規(guī)避多種交互方式劣勢，詮釋自然人機交互技術(shù)在其應(yīng)用時所能展現(xiàn)的優(yōu)勢，提升科普體驗用戶滿足感、交互感、和逸性。

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