基于层次分析法与感性工学的学龄前儿童智能学习产品设计

罗皎 曲双为

（西安工程大学服装与艺术设计学院，西安 710000）

儿童教育是整个教育事业的基础，学龄前（3—7 岁）教育为每个人的情感认知、思维培养、个性心理、智力与能力的发展奠定了一定的基础，因此学龄前儿童教育成为众多家长、学者及商家关注的热点。随着我国逐步放开二胎、三胎，目前我国学龄前儿童的数量已达到9 000 万，学龄前儿童教育行业面临极大的机遇与挑战，其中家庭教育尤为关键。家庭教育是学校教育与社会教育的基础，是学龄前儿童教育重要的途径。信息技术的发展，扩展了学龄前儿童教育的空间，改变了学龄前儿童学习的方式，因此智能化、科技化的学习产品成为了学龄前儿童教育不可或缺的工具。为解决目前市场上智能学习产品良莠不齐、效能低下的问题，文章结合了感性工学及层次分析法，创新设计了一款针对学龄前儿童的智能学习产品，以期有助于培养学龄前儿童形成良好的学习习惯。

1 相关概念解析

1.1 层析分析法

美国运筹学家T.L.Saaty 于20 世纪70 年代提出了层次分析法（Analytical Hierarchy Process，简称AHP），是一种定性与定量相结合的决策分析方法[1]。它是一种将决策者对复杂系统的决策思维过程模型化、数量化的过程。应用这种方法，决策者可以通过将复杂问题分解为若干层次和若干因素，在各因素之间进行简单的比较和计算，就可以得出不同方案的权重，为设计方案提供依据。

1.2 感性工学

1970 年，日本专家长町三生以在住宅设计中开始全面考虑居住者的情绪和欲求为开端，研究如何将居住者的感性需求在住宅设计中具体化为工学技术，这一技术被称为感性工学[2]。感性工学是将用户的情感需求放在产品设计的首要位置，从而减少设计师个人主观思想在产品设计中的影响比例，从用户的情感需求出发，结合语义差分法、眼动追踪等方式对产品进行量化分析，把感性词汇的分析结果与产品样本相结合，从而更精确地将用户需求与产品设计进行精准的匹配。由此进行的产品设计更贴近用户的内心愿望，符合用户的实际生活需求，最终可以实现人机关系的和谐统一[3-4]。感性工学在产品设计领域的应用较广，是一种极为有效的研究理论，经过多年的发展日趋完善，为产品设计提供了较为完整的分析方法和解决问题的依据[5]。

2 基于层次分析法与感性工学的学龄前儿童智能学习产品设计思路

2.1 目标人群需求层次分析

学龄前儿童学习产品的目标适用人群为3—7 岁的学龄前儿童。虽然儿童是学习产品的实际使用者，但是产品的购买人群是儿童家长。经过对家长问卷调查、访谈及在各大商场儿童用品门店观察发现，在购买儿童用品时，完全根据儿童意愿购买产品的家长仅有5%，而结合儿童意愿和自身想法做出购买决定的家长占到68%，完全根据自身想法购买产品的家长占到27%。因此在目标人群需求层次分析时，需要在考虑儿童需求的同时，也要结合家长对于产品的需求与建议。根据调研结果分别建立家长需求层次结构图，并构造判断矩阵，计算权重值。儿童需求方面，利用卡通图片、玩偶等形式的问卷进行感性需求判断。最终将两者相结合，综合得出目标人群的感性需求。同时，根据已经发掘的产品机会点，展开对目标人群的需求层次分析。研究对咸阳市学龄前儿童及家长分别进行调研，发放家长调查问卷100 份，学龄前儿童问卷调查20 份，并对其中10 对家长及学龄前儿童进行访谈及跟踪观察，得出目标用户需求层次结构图，如图1所示。从功能、操作性、造型色彩、价格四个方面进行结构层次构建，制定调查问卷对调查结果进行分析和整理，得出制定学习计划等15 个较为具体的需求。

图1 目标用户（家长）需求层次结构图

根据Satty 给出的9 个重要性等级和赋值对第二层和第三层需求层次结构进行两两比较[6]。比值aij按照要素i与要素j相比较的重要度取值，9 种取值分别为1/9，1/7，1/5，1/3，1，3，5，7，9，如表1所示。

表1 比例标度表

先对中间层进行成对比较，比较矩阵和权重值计算结果如表2 所示，CR=0.040 2 ＜0.1，符合一致性检验要求。对比结果可以看出用户的需求呈“功能＞操作性＞造型色彩＞价格”的趋势。

表2 用户总需求下各个指标的权重值

接着对第三层的具体需求包括功能、操作性、价格、造型色彩四个方面进行比较矩阵，并计算出权重值，如表3—表6 所示。计算出CR分别为0.037 2，0.083 6，0.096 5，0.037 2，CR均小于 0.1，一致性检验均合格。

表3 功能下各个子评价指标的权重值

表4 操作性下各个子评价指标的权重值

表5 价格下各个子评价指标的权重值

表6 造型色彩下各个子评价指标的权重值

将用户总需求的评价指标权重值分别与子评价指标的权重值相乘，计算得出每个子评价指标在整个评价体系中的综合权重值，计算结果如表7 所示。综合权重值结果说明在功能方面应该以学习情况实时分享、制定学习计划和一键关机为主；在操作性上应该注重安全化、简单化和智能化；造型方面应符合圆润、色彩温暖的特点。

表7 产品综合权重值

学龄前儿童学习产品的目标人群，既包括购买者家长又包括儿童，因此采用能吸引学龄前儿童注意力的方式进行调研，并且尽量在调查过程中减少家长对于选择结果的引导和干预。调研环境方面选择了学龄前儿童熟悉的生活环境，避免因环境影响调研结果。由于学龄前儿童对于价格概念尚处于无意识状态，因此重在对操作、功能和造型色彩等方面进行调研。研究采用玩具、图片、实物模型让学龄前儿童进行选择，调研图例，如表8 所示。

表8 学龄前儿童问卷调查图例

通过图片及实物的方式对学龄前儿童进行需求调研发现，在操作上相对简单，能够和学龄前儿童之间形成互动和沟通，造型圆润、可爱，色彩温暖的产品更能吸引他们的注意力，这和家长的需求是基本一致的。学龄前儿童的需求和家长的目标需求差异点体现在学龄前儿童更倾向于能移动的物品，而家长对于能移动这一点有要求，但权重值占比不是很高。因此，结合上述情况，考虑在功能上增加可移动的功能，以吸引儿童的关注，提高他们的注意力，从而达到良好的学习效果。

2.2 感性意象词汇收集与筛选

选择形容词对学龄前儿童智能学习产品进行感性描述，来用于感性要素的提取及产品方案设计。首先，通过电商网站、评测数据、研究论文等尽可能多收集能描述学龄前儿童的感性词汇，通过对学龄前儿童家长进行问卷调查再次收集感性词汇。其次，结合对目标用户的需求层次分析，对已收集到的感性词汇进行初筛。最后，再咨询早教专家和产品设计专家，从中提炼出具代表性的感性词汇，并选取最终筛选的词汇与反义词构建感性意象词汇对。初步收集了大约60 个描述学龄前儿童智能学习产品的感性词汇，根据功能属性、造型属性、操作属性及其他拓展属性进行分组分类划分，再去除与儿童智能学习产品关系不大或词汇意义相近的词语，最终经过初步筛选得出30 个感性词汇，如“可爱的”“互动的”“可移动的”等。

将30 个初级词汇制作成调查问卷，并对设计专业人士、儿童家长、早教专家等进行问卷调查，问卷发放结束后将问卷数据按照选择次数由高到低汇总排序，得出排名前6 的感性词汇分别是“益智的”“安全的”“圆润的”“互动的”“简单的”“可爱的”。将6个感性词汇与相反词语组成意象词汇对：“益智的—无益的”“安全的—危险的”“圆润的—尖锐的”“互动的—自闭的”“简单的—复杂的”“可爱的—可怕的”。

2.3 样本收集与分析

通过购物网站、生活类APP、教育公众号及商场实地走访调研的方式收集了与学龄前儿童智能学习产品相似产品的图片并进行整理分析，删除同质化过高的产品，形成了学龄前儿童智能学习产品样本图片库。制作李克特量表形式的调查问卷，并对目标人群进行发放，选择出其中评分较高的代表性产品。运用语义差分法建立7 级重要程度语义差分量表，并根据李克特量表制作设计问卷调查表使受访者根据对形容词的感受与理解，在量表上选定相应的分数[7]。对学龄前儿童家长发放调查问卷，用李克特量表的形式，采用-3，-2，-1，0，1，2，3 的7 级评分标准，邀请家长根据对产品样本的感性词汇感受程度对学龄前儿童智能学习产品样本进行打分，收集有效调查问卷45 份，语义差分量表调查问卷示例，如表9 所示。运用SPSS 软件进行数据统计排序，最终筛选评分较高的12 款产品代表性样机，学龄前儿童智能学习产品样本，如表10 所示，12 个典型样本的感性测量数据，如表11 所示。

表9 语义差分量表调查问卷示例

表10 儿童智能学习产品样本

表11 典型样本感性评价数据

2.4 确定产品设计要素

经过对产品样本进行特性分析得出，“益智的”“互动的”为主要的功能特性。“安全的”“简单的”为操纵性层面较为重要的特性。在造型色彩方面，“圆润的”“可爱的”产品特征会得到家长与儿童的青睐，如表12 所示。

表12 产品样本特性分析表（需求层次权重降序排列）

3 学龄前儿童智能学习产品设计实践

3.1 功能设计

结合产品样本分析对本产品功能方面的定位是集“听、说、读、问、玩”于一体，如图2 所示。产品自身内置多种视听、阅读资源，可随时随地播放轻音乐或钢琴曲使儿童在音乐氛围中得到熏陶，在儿童哭闹时可以播放活泼动感的卡通音乐吸引他们的注意力，也能在儿童睡前陪伴他们播放睡前故事和科普知识，让儿童在无意识中形成良好的乐感与语感。产品可连接网络Wi-Fi 和蓝牙，与同类产品、手机、电脑均可形成连接，儿童可以利用该产品和同龄玩伴进行线上交流互动，家长也可以在工作间隙和在家中的儿童进行沟通交流，产品内置AI 机器人小贝，能给学龄前儿童提供启蒙科学指导和定制科学有效的学习计划，和孩子完成英语对话交流，并修正孩子的发音，在表达当中锻炼孩子的语言表达能力，从小培养孩子养成勇敢表达的习惯[8-9]。专业播音团队朗读，吸引儿童识读拼音及英语，解决了部分家长发音读音不标准的问题，学习中或者操作中遇到的问题都可以语音唤醒机器人小贝实时进行解答。多种益智小游戏能让儿童在玩耍中学知识，轻松愉悦的环境使原本枯燥的学习变得有趣，让孩子从小喜欢上学习。交流互动的功能也能让父母不在身边的孩子感受到家人的关爱和陪伴[10]。

图2 产品功能展示图

3.2 操作性设计

为了保障儿童在操作产品时的安全性和便捷性，设计时主体材质采用无毒无害的安全材质ABS 塑料，质地坚硬且轻便，抗摔的同时又方便携带。音响采用52 mm 双磁喇叭，高保真的纯净音质适合长时间倾听，呵护儿童的听力。产品顶部设置了AR 灯，在夜晚为孩子提供暖光方便使用，白天可以开启点读功能，用手指点击字母或者单词即可进行发音朗读，使操作更加简单便捷。高清广角摄像头打开后能观测到儿童的活动范围和移动轨迹，并且当观测到有潜在危险和不安全的隐患时，产品两侧的LED 灯会变换成红色光亮起并发出警报声和语音提示，对儿童进行提醒，并对他们做出指示提醒他们远离避险，同时给家长拨通电话，保障儿童的使用安全。底部增加两个移动小滚轮可以伴随音乐移动，满足趣味性的同时能增加移动范围便于对儿童进行监测[11]。两侧的LED 灯是可收缩设计，既能满足白天与夜晚的照明需求，又能方便家长或儿童携带，如图3 所示。

图3 学龄前儿童智能学习产品设计方案

3.3 造型色彩设计

产品造型设计中形态采用圆润可爱又深受儿童喜爱的企鹅元素，圆滚滚的身材憨态可掬，富有亲和力，充满娱乐性和趣味性，能满足儿童的好奇心。“企鹅”头戴摄像头，脸部安装高清显示屏，两侧部分的LED 灯就像翅膀一样可以收缩上下摆动，脚底安装的滚动小轮仿佛给企鹅穿了一双溜冰鞋。在整体色彩搭配方面，采用白色搭配糖果色的配色方式，因为明亮的色彩能给儿童带来好的心情[12]。

4 结语

为了对学龄前儿童的启蒙学习提供科学的指导，为给孩子的成长与进步保驾护航，为了使家长和儿童之间的情感沟通更加融洽，为给工作繁忙的父母提供更多与孩子交流的机会。研究基于感性工学，凝练总结出与学龄前儿童智能学习产品相匹配的感性意象词汇和产品设计要素，从而设计出符合家长和孩子情感需求、行为习惯的智能学习产品，满足功能、操作性及造型色彩等方面“益智的、安全的、圆润的、互动的、简单的、可爱的”感性意象需求，并创新性地添加了可移动辅助轮，赢得家长和儿童的青睐，解决了家长的所思所想，社会的所求所盼。经过对设计方案进行验证，实践证明感性工学及层次分析法对于学龄前儿童智能学习产品设计具有较强的指导和应用价值，后续将继续应用感性工学与层次分析法相关的方法，从事更多儿童产品的设计研究，也希望为其他领域的设计研究提供参考和借鉴。