基於真實隱喻的兒童互動式學習環境研究

《基於真實隱喻的兒童互動式學習環境研究》是依託北京郵電大學，由呂菲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於真實隱喻的兒童互動式學習環境研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：呂菲
• 依託單位：北京郵電大學

項目摘要

隨著兒童學習模式的變遷，如何利用基於真實隱喻的自然互動技術，構建支持主動性和協作性學習活動的兒童互動式學習環境成為人機互動領域研究的重點。本項目的研究工作將從一個新的思路出發，研究兒童互動式學習環境的用戶模型、界面模型和開發平台。首先研究兒童的認知和運動能力，構造用戶模型；然後基於用戶模型的研究成果，進行界面隱喻、互動組件和設計方法的研究。同時，本項目將進行相應的兒童互動式學習開發平台的研究，封裝算法庫和互動組件庫，並提供設計工具。最終，本項目將針對兒童學習領域的主流方向進行套用系統的構造和評估驗證。本項目的研究工作將解決設計和開發面臨的關鍵問題，為發展兒童互動式學習環境提供理論和技術準備。

結題摘要

本項目的目標是研究基於真實隱喻的兒童互動式學習環境。在項目執行過程中，我們嚴格按照計畫開展研究工作，順利完成了相關的研究任務。本項目所取得的進展主要包含用戶模型、界面模型、互動式開發平台以及套用驗證系統四個方面： （1）在用戶模型研究方面，提出了基於神經計算的多通道互動模型，該模型預測了人機互動中多通道反饋信號與互動任務完成效果之間的影響關係；此外，通過構造用戶實驗，研究了真實感互動的用戶運動機能，給出基本動作的合理參數及範圍，提出了基於肢體互動的運動模型。 （2）在界面模型研究方面，對真實物理世界中的互動行為進行分析與歸類，提出了基於真實感框架的自然用戶界面設計方法；基於真實互動的特點，實現了一種選單組件構建方法，並提出組件最佳化模型UCOM；在界面層，還通過實驗探索眨眼間隔與用戶滿意度之間的關係，並提出一種多維評估指標融合的用戶界面評估方法NEM(NUI Evaluation Method)。 （3）在算法及平台研究方面，提出了基於加速度感測器的角色動作控制算法和以動作方向變化控制音符播放的算法，設計和實現了一個互動式工具箱，並基於模型驅動理論，提出一種模組化、層次化的描述語言DVDL，開發了界面生成平台DVIZ； （4）基於本項目的基礎研究成果，我們在套用系統研究方面設計並實現了基於真實隱喻的互動式學習系統Flying Kite和EnseWing。Flying Kite支持包括兒童在內的用戶利用肢體動作學習並體驗放風箏活動，實驗表明該系統在出錯頻度、易學性、愉悅度和自然度方面均表現出色；EnseWing系統則能夠幫助未經過音樂訓練的兒童學習和體驗合奏，培養兒童的音樂素養和協作意識。實地研究結果表明EnseWing能夠幫助兒童獲得與傳統器樂合奏相似的合奏意識和技能，並顯著降低了學習成本。 課題共錄用和發表論文9篇，其中1篇被國際重要刊物IJHCI錄用，1篇被國際頂級會議CHI錄用。獲得發明專利授權2項，申請發明專利3項。課題組共2人次受邀參加國際學術會議並做報告。同時邀請美國賓州州立大學的Xiaolong Zhang副教授和塔斯馬尼亞大學的Henry Been- Lirn Duh教授等來課題組訪問，為本課題研究工作的開展起到了很好的促進作用。培養博士5名，本科生2名。