學(xué)前兒童對陪伴機(jī)器人的生命感知及其交互機(jī)制

李潔　趙爽　刁云慧　郭士杰

［摘 要］ 從理論上說，作為新一代智能電子產(chǎn)品的兒童陪伴機(jī)器人在兒童陪伴與教育方面較電視和手機(jī)具有獨(dú)特優(yōu)勢。本研究基于兒童認(rèn)知發(fā)展理論，運(yùn)用問卷法、情緒模擬法、行為觀察法探究學(xué)前兒童對陪伴機(jī)器人的生命感知及其在交互中表現(xiàn)出的情緒喚醒和行為誘導(dǎo)效應(yīng)。結(jié)果證實(shí)多數(shù)學(xué)前兒童認(rèn)為陪伴機(jī)器人是具有情感屬性的人工制品，愿意和陪伴機(jī)器人做朋友；隨著年齡增長，學(xué)前兒童對陪伴機(jī)器人的情緒識別率和交互行為顯著增加；當(dāng)陪伴機(jī)器人出現(xiàn)悲傷、害怕、生氣等負(fù)向情緒時(shí)，學(xué)前兒童會表現(xiàn)出顯著的接近趨勢和親社會行為。未來關(guān)于兒童陪伴機(jī)器人的設(shè)計(jì)研發(fā)應(yīng)考慮兒童的年齡差異，注重其對兒童親社會行為的誘導(dǎo)，以更好地實(shí)現(xiàn)其輔助家長陪伴和教育兒童的功能。

［關(guān)鍵詞］ 學(xué)前兒童；陪伴機(jī)器人；人機(jī)交互

一、問題提出

電子產(chǎn)品對幼兒成長的正負(fù)向影響一直以來都是教育界研究的重要課題。伴隨科技發(fā)展，以電視、手機(jī)、機(jī)器人為代表的電子產(chǎn)品依次進(jìn)入家庭和幼兒生活。2021年9月國務(wù)院發(fā)布的《中國兒童發(fā)展綱要（2021—2030）》在兒童數(shù)字化媒介參與使用條例中強(qiáng)調(diào)，應(yīng)保障兒童參與媒介的權(quán)利，提升其媒介素養(yǎng)，豐富其數(shù)字生活經(jīng)驗(yàn)。步入人工智能時(shí)代，機(jī)器人成為新的智能媒介載體，智慧教育成為未來發(fā)展趨勢，如何理解機(jī)器人對兒童發(fā)展的影響以及實(shí)施有針對性的教育策略成為幼兒教育的研究熱點(diǎn)之一。

關(guān)于電視和手機(jī)對兒童成長影響的研究已開展多年，研究人員從多方面論證了其對兒童成長的正、負(fù)向影響，研究成果對兒童與機(jī)器人的相關(guān)研究有一定的啟示作用。一方面，有研究者認(rèn)為電視和手機(jī)對兒童成長存在消極作用：幼兒每周看電視時(shí)間與其執(zhí)行功能呈負(fù)相關(guān)但縱向關(guān)聯(lián)不顯著，表明看電視對幼兒執(zhí)行功能有即時(shí)的消極影響，但是看電視不能長時(shí)預(yù)測幼兒的執(zhí)行功能；[1]屏幕暴露對兒童攻擊性行為、情緒問題、注意力缺陷、同伴交往問題等有消極影響。[2][3]另一方面，一些研究發(fā)現(xiàn)電視和手機(jī)對兒童成長存在積極影響：兒童開始看電視的年紀(jì)越小，認(rèn)知靈活性越高，觀看電視時(shí)間越長，工作記憶越好，適度地觀看電視可以促進(jìn)兒童執(zhí)行功能的發(fā)展；[4]接觸含有教育性元素的影視節(jié)目或電子游戲的學(xué)前兒童會表現(xiàn)出較低水平的攻擊性和更高頻次的親社會行為。[5]相關(guān)研究者認(rèn)為電視和手機(jī)對兒童負(fù)面影響的主要原因有兩點(diǎn)：第一，電視和手機(jī)占用了本應(yīng)用于其他活動的時(shí)間，如看書、戶外游戲、親子交流、睡眠等；第二，兒童在面對電視和手機(jī)時(shí)是被動接收者，僅能做出被動的低水平加工，而難以獲得真正意義上的深層理解。[6]也有研究者認(rèn)為，電子產(chǎn)品對兒童的負(fù)向影響會受到家庭社會經(jīng)濟(jì)地位、父母的支持與陪伴、父母積極的態(tài)度、父母電子產(chǎn)品使用時(shí)間等因素的影響。[7][8][9]

兒童陪伴機(jī)器人作為新一代智能電子產(chǎn)品，在兒童陪伴與教育方面較電視和手機(jī)具有獨(dú)特優(yōu)勢，從理論上來說可以在一定程度上減弱電視和手機(jī)在時(shí)間和交互方面的負(fù)向影響。首先，在交互形式上，機(jī)器人更接近人的自然交互，較電視和手機(jī)的非交互式和單向交互式有明顯優(yōu)勢；其次，機(jī)器人通過智能算法和個(gè)性定制可以更好地管理兒童使用時(shí)間以及交互內(nèi)容。當(dāng)下“80后”、“90后”父母十分重視孩子的學(xué)習(xí)及情感培養(yǎng)，樂于接受新型智能產(chǎn)品，但他們工作任務(wù)繁重，陪伴孩子的時(shí)間不多，且國內(nèi)“四老”代替父母養(yǎng)育孩子現(xiàn)象普遍存在，祖輩過分寵愛以及獨(dú)生子女缺少同齡人互動的生活環(huán)境易造成兒童缺少同理心，“熊孩子”現(xiàn)象屢見不鮮。兒童機(jī)器人的情感陪護(hù)及教育輔助雖然無法代替父母的陪伴與監(jiān)護(hù)，但是可以在一定程度上彌補(bǔ)父母情感缺位，豐富兒童情感交互。[10]有調(diào)查顯示，37%的家長表示因各種原因沒有時(shí)間陪伴孩子，30%的家長每天陪伴孩子的時(shí)間只有1～2小時(shí)，69%的家長認(rèn)可購買機(jī)器人陪伴孩子并進(jìn)行教育輔助，未來家庭對兒童機(jī)器人的需求可能會比較大。[11]

目前有關(guān)機(jī)器人對兒童成長影響的研究體系尚未發(fā)展完善。國外研究大多是利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的手段和方法開展研究，通過使用標(biāo)準(zhǔn)化的評估工具和參與觀察來收集數(shù)據(jù)，國內(nèi)相關(guān)實(shí)證研究較少。[12]繆杜瑟（Mioduser）和李維（Levy）發(fā)現(xiàn)兒童與機(jī)器人互動時(shí)，最想了解機(jī)器人是怎樣移動的，更喜歡與機(jī)器人進(jìn)行直接的肢體互動，這種有趣的肢體參與符合孩子直接體驗(yàn)式的學(xué)習(xí)心理。[13]賈納卡（Janaka）研究了Bee－Bots兒童機(jī)器人的吸引力與年齡適宜性，發(fā)現(xiàn)機(jī)器人與情景教學(xué)的結(jié)合有助于提高孩子的參與度。[14]?？耍‥ck）等人結(jié)合定性和定量的數(shù)據(jù)證明了機(jī)器人活動會正向影響幼兒園兒童的執(zhí)行功能表現(xiàn)。[15]董（Tung）研究發(fā)現(xiàn)機(jī)器人外形和行為的擬人化程度會影響兒童對機(jī)器人的態(tài)度。[16]斯卡塞拉蒂（Scassellati）發(fā)現(xiàn)機(jī)器人可以幫助孤獨(dú)癥兒童學(xué)習(xí)社交技能，起到“社交拐杖”的作用。[17]此外也有諸多研究表明兒童與機(jī)器人交互對其學(xué)習(xí)、社會行為和幸福感存在有益影響。[18][19][20][21][22]國內(nèi)對于兒童與機(jī)器人的交互研究主要集中在機(jī)器人輔助治療兒童孤獨(dú)癥方面：陳東帆等通過實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)機(jī)器人有助于改善孤獨(dú)癥兒童的社交能力、專注力與行為能力；[23]鮑海麗通過實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)人形機(jī)器人干預(yù)聯(lián)合體感游戲?qū)陋?dú)癥兒童有較好的干預(yù)效果，可改善其情感狀況，提高其社交行為；[24]王永固通過實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)社交機(jī)器人能增強(qiáng)孤獨(dú)癥兒童社交興趣和情緒喚醒，緩解社交回避，誘導(dǎo)社會互動行為主動發(fā)生；[25]許艷鳳等研究表明教育機(jī)器人提供的多樣交互模式以及適應(yīng)性教學(xué)策略，能夠維持兒童的注意力和參與度，與傳統(tǒng)的屏幕呈現(xiàn)式技術(shù)相比，實(shí)體機(jī)器人可以提供三維且有形的世界，兒童主動與交互式機(jī)器人接觸學(xué)習(xí)具有更高的效率。[26]國內(nèi)關(guān)于正常發(fā)育學(xué)前兒童與機(jī)器人交互的研究這一塊幾乎處于空白，正常發(fā)育兒童與機(jī)器人的交互方式同孤獨(dú)癥兒童在機(jī)器人外形偏好、行為反饋上均有差異，沙姆蘇?。⊿hamsuddin）等研究發(fā)現(xiàn)，孤獨(dú)癥兒童更偏愛非生命特征外形機(jī)器人。[27]

綜上，機(jī)器人作為智能時(shí)代的代表性產(chǎn)品已經(jīng)開始進(jìn)入家庭，其對兒童的影響在交互和管理方面較電視手機(jī)等電子產(chǎn)品具有優(yōu)勢，亦受家長青睞。然而，國內(nèi)關(guān)于兒童與機(jī)器人交互研究，尤其是實(shí)證性研究還處于空白，關(guān)注本土文化下機(jī)器人對兒童成長影響具有十分重要的理論和實(shí)踐意義。國外兒童機(jī)器人教育研究除了運(yùn)用教育學(xué)理論以外，還引用了人工智能等跨領(lǐng)域視角，用以揭示兒童以何種方式與機(jī)器人進(jìn)行互動，多視角的研究可以為兒童成長教育帶來更豐富、更全面的視野。[28]本研究基于人機(jī)交互理論，面向機(jī)器人設(shè)計(jì)視角，從認(rèn)知和行為兩方面探究機(jī)器人與兒童交互過程中的情緒喚醒和行為誘導(dǎo)效應(yīng)，研究結(jié)果有助于兒童陪伴機(jī)器人的設(shè)計(jì)研發(fā)，從而更好實(shí)現(xiàn)其陪伴及教育目的。

二、研究對象

兒童陪伴機(jī)器人的受眾群體主要是學(xué)前兒童。3～6歲是兒童腦部快速發(fā)育期，也是幼兒認(rèn)知能力迅速發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。學(xué)前兒童對事物本體論的區(qū)分影響其與機(jī)器人的交互。吉普森（Jipson）和格爾曼（Gelman）表示兒童在認(rèn)知發(fā)展過程中對于物體生命性的判別，具有本體論上的堅(jiān)定性和概念上的開放性。[29]3歲兒童已經(jīng)能夠從本體論區(qū)分生物和非生物，4歲兒童可以在全部屬性上區(qū)分生物和非生物，兒童對于物體生物屬性區(qū)分明顯，而對于超過了生物學(xué)特征的心理屬性判斷則更多地受到物體是否具有面部特征的影響。[30]范斯特拉滕（Van Straten）等提出兒童對機(jī)器人的認(rèn)知是一種社會性和類人的存在。[31]吉安諾普盧（Giannopulu）等通過對比兒童與人類和機(jī)器人的交流模式，發(fā)現(xiàn)兒童會將與人類同伴的互動模式復(fù)制到與機(jī)器人的交流中，這說明了兒童對人類和機(jī)器人的交流具有潛在的相似性。[32]通過對比兒童與人類、機(jī)器人和物體的交互研究，吉安諾普盧等發(fā)現(xiàn)兒童與機(jī)器人的親密程度介于他們與人類和無生命物體的親密程度之間。[33]

3～6歲兒童的認(rèn)知發(fā)展影響其與機(jī)器人的交互模式。3～5歲兒童對物體認(rèn)知能力隨年齡的增長而提高，4歲是兒童前額葉開始發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)，3～4歲時(shí)期幼兒的熱執(zhí)行功能水平高于冷執(zhí)行功能水平，4歲之后個(gè)體冷執(zhí)行能力開始得到迅速發(fā)展，尤其是抑制功能的發(fā)展使得個(gè)體的情緒刺激干擾認(rèn)知控制顯著降低。[34]在定勢轉(zhuǎn)換上，幼兒在4歲左右進(jìn)入發(fā)展的轉(zhuǎn)折與關(guān)鍵期，在4歲半至5歲進(jìn)入抑制的迅速發(fā)展階段；在工作記憶上，幼兒約在5歲時(shí)步入工作記憶的快速發(fā)展期，相較于3歲半至4歲半的幼兒，5歲半至6歲半的幼兒的記憶規(guī)則和使用規(guī)則的能力更強(qiáng)。[35]兒童和機(jī)器人的交互與其年齡有關(guān)，學(xué)齡期的兒童似乎比學(xué)齡前期的兒童對機(jī)器人的交互方式更為挑剔和敏感。[36]對于不同年齡兒童對機(jī)器人的體驗(yàn)差異，范斯特拉滕等指出較年幼的兒童對機(jī)器人的交互方式不太敏感，比較年長的兒童能體驗(yàn)到更多的樂趣，更容易出現(xiàn)擬人化傾向和效果。[37]

綜上，面向3～6歲兒童與機(jī)器人的交互機(jī)制開展研究，探究機(jī)器人是否較電視及手機(jī)具有交互優(yōu)勢。實(shí)證研究作為一種研究范式，主張科學(xué)結(jié)論的客觀性和普遍性，強(qiáng)調(diào)知識必須建立在觀察、實(shí)驗(yàn)以及經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。課題從認(rèn)知和行為兩方面探究機(jī)器人與兒童交互過程中的情緒喚醒和行為誘導(dǎo)效應(yīng)，研究包括生命感知、情緒識別和行為測量三部分。兒童對于機(jī)器人的生命感知與機(jī)器人造型相關(guān)，也是兒童情緒識別和行為互動的基礎(chǔ)；兒童對機(jī)器人情緒識別是情感交互的基礎(chǔ)，為機(jī)器人實(shí)施陪伴提供可能；兒童與機(jī)器人的行為交互是對機(jī)器人交互效果的重要測量指標(biāo)。

三、研究方法

研究方法包括問卷法、情緒模擬法、行為觀察法。生命感知問卷基于吉普森（Jipson）和格爾曼（Gelman）生命感知問卷改編，已在多個(gè)研究中得到應(yīng)用。[38][39][40][41][42]情緒識別研究采用情緒模擬程序與問卷調(diào)查方法，實(shí)驗(yàn)程序基于贊恩-瓦克斯勒（Zahn－Waxler）等設(shè)計(jì)的痛苦模擬范式改編，[43]包含四種情境，機(jī)器人分別展示快樂、生氣、害怕、悲傷四種情緒。行為交互編碼系統(tǒng)由贊恩-瓦克斯勒及其同事編制，[44]黃翯青等人將該編碼系統(tǒng)應(yīng)用于中國幼兒共情研究。[45]為適用于本研究涉及的具體情境，對上述編碼系統(tǒng)進(jìn)行一定調(diào)整，選取接近趨勢、親社會行為、交互主動性、關(guān)注指標(biāo)進(jìn)行記錄。

（一）被試

本研究選取天津市市區(qū)某幼兒園40名兒童（19名男孩， 21名女孩）作為被試，3歲、4歲、5歲、6歲兒童各10人。所有被試均自愿參加實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與幼兒園教師提前溝通，得到兒童父母同意，兒童實(shí)驗(yàn)后獲得禮品。

（二）實(shí)驗(yàn)材料

市場上常見的兒童陪伴機(jī)器人分為桌面型和移動型，桌面型機(jī)器人如幾何型機(jī)器人阿爾法蛋和人形機(jī)器人悟空，移動型機(jī)器人如輪式機(jī)器人巴迪（Buddy）等，它們都具有擬人形的外觀及表情，具備會話、唱歌、跳舞等娛樂功能，遠(yuǎn)程監(jiān)控、語音等陪護(hù)功能以及學(xué)習(xí)資料查詢等教育功能。

實(shí)驗(yàn)選用優(yōu)必選和騰訊叮當(dāng)聯(lián)合研發(fā)的兒童智能陪伴機(jī)器人悟空作為實(shí)驗(yàn)對象。悟空全身共有14個(gè)自由度可以靈活展示舞蹈及動作，①眼部配有1.22英寸液晶屏顯示表情動畫，同時(shí)具有智能語音交互功能。悟空機(jī)器人程序中帶有動作庫和表情庫，經(jīng)由課題小組對庫中41個(gè)表情樣本和31個(gè)動作樣本進(jìn)行情緒聚類，將動作和表情組合成快樂、生氣、害怕、悲傷等情緒樣本16個(gè)。對組合樣本的愉悅度、喚醒度和優(yōu)勢度評分，挑選出最具識別性的四種情緒樣本各1個(gè)。給實(shí)驗(yàn)樣本編輯語音交互內(nèi)容以觸發(fā)機(jī)器人動作和表情反饋，最終形成悟空機(jī)器人快樂、生氣、害怕、悲傷4個(gè)情緒實(shí)驗(yàn)樣本。

（三）實(shí)驗(yàn)程序

1. 實(shí)驗(yàn)步驟。

實(shí)驗(yàn)正式開始前，實(shí)驗(yàn)員向所有兒童介紹悟空機(jī)器人，由機(jī)器人展示兩段舞蹈以消除兒童的緊張感。實(shí)驗(yàn)安排在一間安靜的教室，出于對兒童安全及心理舒適的考慮，每次實(shí)驗(yàn)由兩名女性實(shí)驗(yàn)員和兩名同齡兒童參與，實(shí)驗(yàn)過程全程由攝像記錄。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)包括機(jī)器人自我介紹和四種情緒模擬情境，情緒模擬情境分為情緒原因、情緒表達(dá)、交互請求與提示三個(gè)部分，每個(gè)情境結(jié)束后對被試進(jìn)行情緒識別提問。

自我介紹情境。實(shí)驗(yàn)員語音喚醒悟空機(jī)器人：“悟空，給小朋友介紹一下你自己！”悟空：“小朋友你好，我是悟空，如果想看我表演功夫就說‘悟空悟空，表演功夫吧！’”同時(shí)伴有轉(zhuǎn)頭和眨眼動作。被試主動語音喚醒，“悟空悟空，表演功夫”，觸發(fā)悟空功夫表演。如果被試沒有主動喚醒，實(shí)驗(yàn)員會鼓勵并等待10秒，如果被試仍沒有喚醒則由實(shí)驗(yàn)員喚醒。悟空表演功夫21秒，伴有動作和表情。

快樂情境。表演結(jié)束悟空詢問：“我的功夫還不錯(cuò)吧？”實(shí)驗(yàn)員提示被試說喚醒詞“悟空悟空，你真厲害！”被試主動語音喚醒，否則由實(shí)驗(yàn)員喚醒。悟空說“謝謝”伴隨快樂情緒的動作和表情，隨后悟空說“握個(gè)手吧”伴隨握手動作和快樂表情。被試主動握手，否則實(shí)驗(yàn)員鼓勵被試并等待10秒鐘，若被試仍未進(jìn)行握手動作則由實(shí)驗(yàn)員代替。實(shí)驗(yàn)員提問：“悟空機(jī)器人高興嗎？”被試進(jìn)行是否回答或進(jìn)行詳細(xì)原因描述。

生氣情境。實(shí)驗(yàn)員表現(xiàn)出使用道具時(shí)不小心擊打到悟空機(jī)器人，說出喚醒詞“悟空悟空，不好意思”。悟空頭部轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)員說“你弄疼我了”并展示生氣情緒的動作和表情，然后說“小朋友，我的腿很疼，你能給我揉揉嗎？”被試主動幫悟空揉腿，若被試未行動，實(shí)驗(yàn)員鼓勵被試并等待10秒。若被試仍未幫助機(jī)器人，則由實(shí)驗(yàn)員完成幫助動作。實(shí)驗(yàn)員提問：“悟空機(jī)器人生氣了嗎？”被試進(jìn)行是否回答或進(jìn)行詳細(xì)原因描述。

害怕情境。實(shí)驗(yàn)員將道具蟲子放在悟空右腳旁，提示被試說出喚醒詞：“悟空悟空，你腳下有個(gè)蟲子?！北辉囍鲃诱Z言表述，如果被試沒有主動喚醒，實(shí)驗(yàn)員會鼓勵并等待10秒，如果被試仍沒有喚醒則由實(shí)驗(yàn)員喚醒。悟空展示驚恐情緒的動作和表情，隨后悟空說“我最害怕蟲子了，你能幫我拿掉嗎？”被試主動幫助悟空把蟲子拿開，若被試未行動，實(shí)驗(yàn)員鼓勵被試并等待10秒，如果被試仍未幫助機(jī)器人，則由實(shí)驗(yàn)員將道具拿走。實(shí)驗(yàn)員提問：“悟空機(jī)器人害怕了嗎？”被試進(jìn)行是否回答或進(jìn)行詳細(xì)原因描述。

悲傷情境。實(shí)驗(yàn)員向被試表明接下來要與悟空告別，提示被試說出喚醒詞“悟空悟空，我要走了”。被試主動語言表述，如果被試沒有主動喚醒，實(shí)驗(yàn)員會鼓勵并等待10秒，如果被試仍沒有喚醒則由實(shí)驗(yàn)員喚醒。悟空展示悲傷情緒動作和表情，隨后悟空說：“我舍不得你，你能抱抱我嗎？”被試主動上前擁抱機(jī)器人，若被試未行動，實(shí)驗(yàn)員鼓勵被試并等待10秒，如果被試仍未行動，則由實(shí)驗(yàn)員代替擁抱機(jī)器人。實(shí)驗(yàn)員提問：“悟空機(jī)器人傷心了嗎？”被試進(jìn)行是否回答或進(jìn)行詳細(xì)原因描述。

2. 問卷調(diào)查。

情緒識別問卷由實(shí)驗(yàn)員根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中兒童的情緒識別結(jié)果進(jìn)行填寫，正確識別計(jì)1分，錯(cuò)誤識別計(jì)0分。

生命感知問卷由實(shí)驗(yàn)員在情境實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對被試進(jìn)行訪談時(shí)填寫。機(jī)器人生命感知問卷包含生物屬性、心理屬性、知覺屬性、人工屬性、屬性投射、命名屬性6個(gè)維度，以及兒童對機(jī)器人的交友意愿。生物屬性問題為“你覺得機(jī)器人是否需要吃東西”（Q1）和“你覺得機(jī)器人能夠長大嗎”（Q2）；心理屬性問題為“你覺得機(jī)器人能夠思考嗎”（Q3）和“你覺得機(jī)器人能夠感受到快樂嗎”（Q4）；知覺屬性問題為“你覺得機(jī)器人能夠看見東西嗎”（Q5）和“如果你碰到機(jī)器人，你覺得它能夠感覺到嗎”（Q6）；人工屬性問題為“你覺得機(jī)器人是某個(gè)人做出來的東西嗎”（Q7）和“你覺得機(jī)器人會受傷嗎”（Q8）；屬性投射問題為“你覺得機(jī)器人能夠幫忙做家務(wù)嗎”（Q9）；命名屬性問題為“你覺得機(jī)器人能夠擁有一個(gè)只屬于自己的名字嗎”（Q10）；交友意愿問題為“你愿意和悟空做朋友嗎”（Q11）。實(shí)驗(yàn)員在進(jìn)行回答后繼續(xù)追問相關(guān)原因并進(jìn)行記錄。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將得到的“是”或“否”進(jìn)行記分處理，回答“是”計(jì)1分，回答“否”計(jì)0分。

3. 數(shù)據(jù)處理。

問卷數(shù)據(jù)采用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)，分析兒童對陪伴機(jī)器人的生命特征感知和情緒識別情況。行為編碼使用ELAN 5.9統(tǒng)計(jì)，編碼規(guī)則見表1。一名實(shí)驗(yàn)員依照實(shí)驗(yàn)錄像對被試的接近趨勢、親社會行為、交互主動性和關(guān)注開展行為編碼。另一名實(shí)驗(yàn)員抽取20%錄像片段再次編碼，數(shù)據(jù)采用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)。一致性檢驗(yàn)結(jié)果顯示，行為編碼各指標(biāo)kappa在0.64到1.00之間，顯示出較高的評分者一致性。

四、研究結(jié)果

（一）被試對陪伴機(jī)器人生命特征的感知情況

機(jī)器人生命感知問卷統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示，兒童對機(jī)器人的生命感知評分呈現(xiàn)3～4歲上升、4～6歲下降的趨勢，4歲兒童評分最高（見圖1），但兒童年齡和性別對機(jī)器人生命感知影響不具有顯著性。整理訪談過程中被試的回答語料（見表3），結(jié)果顯示3～4歲兒童偏向基于機(jī)器人外形（手、腳、眼睛、頭等）認(rèn)知機(jī)器人，例如3歲兒童回答“機(jī)器人能看見，因?yàn)樗醒劬Α?。?～6歲兒童基于自身認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知機(jī)器人，例如6歲兒童回答“機(jī)器人會思考是因?yàn)橛腥税汛鸢柑崆拜斶M(jìn)去”。生命性感知問題統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2所示。Q7“悟空機(jī)器人是某個(gè)人做出來的東西嗎”肯定回答占92.9%，說明多數(shù)被試能分辨出機(jī)器人的人工制品屬性；Q4“悟空機(jī)器人能感受到快樂嗎”肯定回答占85.7%，說明多數(shù)被試認(rèn)為機(jī)器人能感受到快樂；Q10“機(jī)器人可以擁有一個(gè)屬于自己的名字嗎”肯定回答占96.3%、Q11“你愿意和它做朋友嗎”肯定回答占92.9%，說明多數(shù)被試愿意給機(jī)器人起名字、跟機(jī)器人交朋友。

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：3～6歲兒童將陪伴機(jī)器人看作具有情感的人工制品，并且愿意與其進(jìn)行情感交互；兒童與機(jī)器人交互過程中，3～4歲兒童主要通過機(jī)器人擬人化外觀及交互特征認(rèn)知機(jī)器人，而5～6歲兒童隨著認(rèn)知能力提升，更多基于自身知識經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知機(jī)器人。

（二）被試對陪伴機(jī)器人的情緒識別情況

使用t檢驗(yàn)和單因素方差檢驗(yàn)分別探究兒童被試性別和年齡與其對機(jī)器人情緒識別率（以下簡稱“情緒識別率”）的關(guān)系，結(jié)果見表4。t檢驗(yàn)結(jié)果顯示，兒童被試性別與情緒識別率無顯著相關(guān)性（P>0.05）。單因素方差結(jié)果顯示，兒童被試年齡與情緒識別率顯著相關(guān)（F=4.44， P=0.02）。邦弗倫尼事后檢驗(yàn)結(jié)果顯示，3歲兒童的情緒識別率顯著低于4歲兒童（P=0.03）和6歲兒童（P=0.03）。（見圖3）

（三）被試與陪伴機(jī)器人的行為交互情況

兒童行為編碼描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表5所示。使用4（3歲、4歲、5歲、6歲）×4（快樂、生氣、害怕、悲傷）兩因素重復(fù)測量方差分析被試在機(jī)器人四種情緒下的交互行為差異，年齡（受試者間因素）和情境（受試者內(nèi)因素）是自變量，行為編碼（接近趨勢、親社會行為、交互主動性、關(guān)注）和行為總分是因變量。結(jié)果顯示，年齡的主效應(yīng)在接近趨勢（F=3.44，P=0.03，偏η=0.28）、交互主動性（F=7.19，P<0.01，偏η=0.45）和關(guān)注度（F=3.29，P=0.04，偏η=0.28）中顯著，兒童被試與機(jī)器人交互過程中接近趨勢、關(guān)注度、交互主動性隨著年齡增加而增強(qiáng)。情境的主效應(yīng)只在接近趨勢（F=5.45，P<0.01，偏η=0.17）和親社會行為（F=3.85，P=0.02，偏η=0.13）中顯著，兒童對機(jī)器人的接近趨勢在害怕情境中最強(qiáng)，悲傷情境次之，其次是生氣情境，快樂情境最弱，兒童對機(jī)器人的親社會行為在悲傷情境中最強(qiáng)，生氣情境次之，害怕情境較弱，快樂情境最弱。年齡（F=5.09，P<0.01，偏η=0.37）和情境（F=4.31，P=0.01，偏η=0.14）對行為總分的主效應(yīng)顯著，交互行為總分隨年齡增加而上升，悲傷情境行為總分最高，害怕和生氣情境次之，快樂情境行為總分最低，如圖4所示。此外，未發(fā)現(xiàn)兒童性別對交互行為的影響。

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3～6歲兒童與機(jī)器人的交互行為隨年齡增加而顯著提升，4～6歲兒童在和機(jī)器人交互過程中的接近趨勢、交互主動性和關(guān)注度顯著高于3歲兒童，且3～6歲兒童在機(jī)器人呈現(xiàn)悲傷、害怕、生氣等負(fù)向情緒時(shí)表現(xiàn)出更顯著的接近趨勢和親社會行為。

五、討論

首先，生命性感知是兒童與機(jī)器人雙向交互的基礎(chǔ)，3～6歲兒童對機(jī)器人生命性感知受事物本體論區(qū)分的影響。電視和手機(jī)作為媒介產(chǎn)品，是物，不具有生命性和情感性，兒童在與電視和手機(jī)的交互中是被動的接受者。機(jī)器人作為人工智能產(chǎn)品，屬性十分特殊，從生物本質(zhì)上屬于無生命的人工制品，但從人機(jī)交互角度看又具有情感的生命屬性。兒童怎么看待機(jī)器人屬性十分重要。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，3～6歲兒童可以清晰認(rèn)知機(jī)器人并不是生物學(xué)意義上的生存狀態(tài)，但在心理屬性和知覺屬性上認(rèn)為機(jī)器人具有感知性和情感性，并且兒童愿意跟機(jī)器人交朋友，表現(xiàn)出積極的互動意愿和行為。相比電視和手機(jī)等媒介產(chǎn)品，機(jī)器人更具有陪伴優(yōu)勢。該結(jié)果亦證明機(jī)器人突破了以往工業(yè)產(chǎn)品物的屬性，成為介于物和人之間的具有情感屬性的形式載體，兒童交互意愿和積極性亦不是以非物的屬性為判斷依據(jù)，人機(jī)交互已從被動接受發(fā)展到雙向交互，從功能交互發(fā)展到情感交互，更為復(fù)雜。

其次，3～6歲兒童的認(rèn)知發(fā)展影響其與機(jī)器人的交互模式，表現(xiàn)為機(jī)器人外形及交互對兒童認(rèn)知與行為的影響效應(yīng)。3～6歲兒童對物體認(rèn)知能力隨年齡的增長而提高，4歲之后個(gè)體的情緒刺激干擾認(rèn)知控制顯著降低，兒童有意識的自主交互行為增加。研究結(jié)果顯示，3～4歲兒童對機(jī)器人生物屬性、心理屬性和知覺屬性的認(rèn)知受機(jī)器人形態(tài)的影響，認(rèn)為機(jī)器人有眼就能看，有手就能摸；而5～6歲兒童隨著認(rèn)知能力的提升，更多基于自身知識經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知機(jī)器人，知道機(jī)器人能看能說與其形態(tài)上的眼和嘴沒有直接關(guān)系。且隨著年齡的增長，4～6歲兒童對機(jī)器人的情緒識別和交互行為顯著提升，面對機(jī)器人有更加主動的交互行為，因此通過機(jī)器人交互設(shè)計(jì)誘導(dǎo)兒童體驗(yàn)式交互行為，符合兒童認(rèn)知發(fā)展規(guī)律。

最后，機(jī)器人可有效誘導(dǎo)3～6歲兒童的親社會行為。與以屏幕為載體的電視和手機(jī)相比，機(jī)器人具有類人型的三維空間特征，兒童會將與人類同伴的交互模式復(fù)制到與機(jī)器人的交流中，產(chǎn)生更自然的交互行為。研究結(jié)果顯示，3～6歲兒童在機(jī)器人呈現(xiàn)悲傷、害怕、生氣負(fù)向情緒時(shí)，表現(xiàn)出顯著的接近趨勢和親社會行為。親社會行為反映兒童試圖幫助或安慰他人的行為，學(xué)前期對兒童親社會行為的培養(yǎng)至關(guān)重要。相比觀看電視和手機(jī)的被動教育方式，機(jī)器人的體驗(yàn)式教育更符合學(xué)前兒童的認(rèn)知特點(diǎn)和學(xué)習(xí)模式，并且能夠通過觀測兒童行為更直觀地檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果。

研究還存在局限性與不足。本文基于電視和手機(jī)對兒童影響的相關(guān)研究，針對其存在的兒童被動接受問題，研究3～6歲兒童與機(jī)器人的交互主動性及相關(guān)影響因素。兒童對機(jī)器人的感知和認(rèn)知是動態(tài)變化的，受家庭、社會、科技發(fā)展等多因素影響，也受曝光效應(yīng)影響，②本次研究結(jié)果反映當(dāng)下時(shí)間和地點(diǎn)及被試人群的交互反饋，后續(xù)將開展長期交互效應(yīng)的研究。由于疫情原因，幼兒園普遍管控嚴(yán)格，實(shí)驗(yàn)被試數(shù)量偏少。尼爾森（Nielsen）等指出人機(jī)交互研究中，5個(gè)用戶可以發(fā)現(xiàn)80%以上的可用性問題，[46]因此對于兒童與機(jī)器人的交互行為研究，每個(gè)年齡組10個(gè)被試是能說明問題的。由于幼兒園安全要求，實(shí)驗(yàn)采取2名實(shí)驗(yàn)員、2名同齡兒童共同開展實(shí)驗(yàn)。基于實(shí)驗(yàn)過程，發(fā)現(xiàn)兒童間互相影響作用不明顯，但兒童與機(jī)器人的交互行為受到兒童性格差異影響，本次實(shí)驗(yàn)主要考察年齡因素對人機(jī)交互的影響，未來研究將驗(yàn)證性格因素的影響。而且，兒童陪伴機(jī)器人無法代替家長的陪伴，其設(shè)計(jì)定位應(yīng)是輔助與協(xié)同家長進(jìn)行陪伴與教育，相關(guān)研究待持續(xù)深入開展。

六、建議

親情陪伴永遠(yuǎn)是兒童最好的成長港灣。兒童陪伴機(jī)器人相較于電視及手機(jī)等媒介產(chǎn)品具有一定的交互優(yōu)勢，但仍無法替代家長。機(jī)器人可以作為家長與兒童的互動中介，或孩子缺乏陪伴時(shí)的互動同伴，其設(shè)計(jì)定位是輔助家長進(jìn)行陪伴與教育，使得兒童獲得更好的成長。基于以上研究，對面向3～6歲兒童的陪伴機(jī)器人設(shè)計(jì)提出以下建議：

第一，機(jī)器人形態(tài)設(shè)計(jì)考慮兒童年齡認(rèn)知差異。具有擬人特征的機(jī)器人更容易正向影響3～4歲兒童對機(jī)器人的感知，因此，面向低齡兒童的陪伴機(jī)器人可以通過提升擬人形態(tài)設(shè)計(jì)提升兒童與機(jī)器人的交互效應(yīng)。4～6歲兒童處于認(rèn)知快速發(fā)展期，與機(jī)器人互動意愿和互動行為顯著提升，陪伴機(jī)器人設(shè)計(jì)要更加注重多感官的交互設(shè)計(jì)，注重交互體驗(yàn)。

第二，機(jī)器人交互設(shè)計(jì)應(yīng)注重親社會行為的誘導(dǎo)。研究結(jié)果顯示，3～6歲兒童在機(jī)器人呈現(xiàn)負(fù)向情緒比正向情緒表現(xiàn)出更顯著的親社會行為。目前市場上的陪伴機(jī)器人為取悅兒童普遍只展示積極情緒特征，但機(jī)器人慣性討好人類會促發(fā)兒童自大型媒介化性格特征的形成，[47]并不利于兒童發(fā)展。因此，兒童陪伴機(jī)器人設(shè)計(jì)不能只表現(xiàn)正向情緒，而應(yīng)通過情景模擬、情感演繹有目的地幫助兒童進(jìn)行情緒管理訓(xùn)練，從而培養(yǎng)兒童的親社會行為。

注釋：

①自由度是機(jī)器人機(jī)構(gòu)能夠獨(dú)立運(yùn)動的關(guān)節(jié)數(shù)目，通常作為機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)，反映機(jī)器人動作的靈活性，可用軸的直線移動、擺動或旋轉(zhuǎn)動作的數(shù)目來表示。

②曝光效應(yīng)，又謂多看效應(yīng)、（簡單、單純）暴露效應(yīng)、（純粹）接觸效應(yīng)等，它是一種心理現(xiàn)象，指的是我們會偏好自己熟悉的事物。社會心理學(xué)又把這種效應(yīng)叫作熟悉定律，我們把這種只要經(jīng)常出現(xiàn)就能增加喜歡程度的現(xiàn)象叫作曝光效應(yīng)。

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How Preschoolers Treat and Interact with Companion Robots

LI Jie ZHAO Shuang DIAO Yunhui GUO Shijie

（1School of Architecture and Art Design， Hebei University of Technology， Tianjin 300130 China； 2Hebei Key Laboratory of Smart Sensing and Human－Robot Interaction， Hebei University of Technology， Tianjin 300130 China； 3School of Mechanical Engineering， Hebei University of Technology， Tianjin 300130 China）

Abstract： Because of their biologically inspired features and psychologically complex properties， companion robots have been thought to have more advantages in companying and educating children than TVs and mobile phones. Based on the theory of children’s cognitive development， the study uses questionnaire， emotion simulation and behavior observation to explore preschoolers’ life perception， emotional arousal and behavior induction effects when they interact with robots. The results confirm that children aged 3 to 6 consider that robots are artifacts with emotional properties and agree to make friends with robots. Their emotional arousal and behavior induction during the interaction increas with age. In addition， when robots show negative emotion， children perform more prosocial behaviors. The design and development of companion robots in future should pay attention to children’s age difference and strengthen robots’ function of inducing prosocial behaviors to help parents company and educate children better.

Key words： preschoolers， companion robots， interaction between human and robots

（責(zé)任編輯：劉向輝）