AIGC賦能下的兒童智能繪畫游戲設(shè)計研究

何思倩，王心睿，樊開然，杜芃，羅若琳，覃京燕

AIGC賦能下的兒童智能繪畫游戲設(shè)計研究

何思倩1a，王心睿2，樊開然1a，杜芃1a，羅若琳1a，覃京燕1b*

（1.北京科技大學(xué) a.機(jī)械工程學(xué)院 b.智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100083；2.北京理工大學(xué) 設(shè)計與藝術(shù)學(xué)院，北京 100081）

探討AIGC支持的人機(jī)智能協(xié)同創(chuàng)作應(yīng)用于學(xué)齡前兒童（3～6歲）美術(shù)教育并培養(yǎng)兒童藝術(shù)創(chuàng)造力的潛力和方法。基于學(xué)齡前兒童美術(shù)教育與人工智能融合的背景，通過對學(xué)齡前兒童數(shù)智化美術(shù)教育產(chǎn)品現(xiàn)狀和AIGC在兒童繪畫表達(dá)中實際應(yīng)用現(xiàn)狀的分析，討論了AIGC應(yīng)用于學(xué)齡前兒童美術(shù)教育的機(jī)會和潛力。從人機(jī)協(xié)同的特征出發(fā)，分析人機(jī)智能協(xié)同繪畫的研究案例，探討了AI與兒童的人機(jī)關(guān)系。歸納出AIGC可以通過提升能力、激發(fā)創(chuàng)意和協(xié)作共創(chuàng)三種方式賦能兒童繪畫創(chuàng)作，提出了基于人機(jī)智能協(xié)同的學(xué)齡前兒童繪畫游戲設(shè)計策略，即AI在兒童創(chuàng)作的不同階段可以作為協(xié)助者、啟發(fā)者、激勵者、共創(chuàng)伙伴、再創(chuàng)造者，并據(jù)此設(shè)計了兒童繪畫游戲Artventure。AIGC在輔助繪圖、協(xié)同創(chuàng)作和靈感激發(fā)上具有獨特優(yōu)勢。AIGC賦能下的兒童美術(shù)教育產(chǎn)品不僅有助于提高兒童繪畫創(chuàng)作能力，更能指導(dǎo)“α世代”對個性化的追求和數(shù)字素養(yǎng)的培養(yǎng)，以便適應(yīng)未來人機(jī)協(xié)同合作的新模式。

AIGC；學(xué)齡前兒童；美術(shù)教育；人機(jī)智能協(xié)同；游戲設(shè)計

人工智能正在加速實現(xiàn)從感知內(nèi)容、理解內(nèi)容到生成內(nèi)容的躍遷，從DALL-E 2、Stable Diffusion等AI圖像生成模型，到最新的Pika、Sora等AI視頻生成模型；從最初的ChatGPT一枝獨秀到如今雨后春筍般誕生的各種大語言模型，無一不預(yù)示著人工智能生成內(nèi)容（AI-generated Content，AIGC）的爆發(fā)態(tài)勢。AI圖像生成技術(shù)為輔助用戶進(jìn)行繪畫藝術(shù)創(chuàng)作提供了極大潛力，展現(xiàn)出全新的人機(jī)智能協(xié)同創(chuàng)作模式，也啟發(fā)著未來美術(shù)創(chuàng)作與教育的發(fā)展方向。AIGC將推動教育領(lǐng)域發(fā)生深層次變革，重塑教育的形態(tài)[1]。將AIGC應(yīng)用于學(xué)齡前兒童的美術(shù)教育是一個新興研究領(lǐng)域，有望充分發(fā)揮人機(jī)智能協(xié)同的優(yōu)勢，賦能兒童繪畫創(chuàng)作并培養(yǎng)兒童創(chuàng)造力。

1 人工智能技術(shù)賦能下的兒童美術(shù)教育變革

1.1 人工智能技術(shù)推動傳統(tǒng)兒童美術(shù)教育轉(zhuǎn)型

互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、XR等新興技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，推動著各行各業(yè)進(jìn)入人機(jī)協(xié)同、跨界融合、共創(chuàng)分享的新時代，教育行業(yè)成為了變革的主要陣地之一。學(xué)齡前兒童教育會奠定學(xué)校教育和終身教育的基礎(chǔ)[2]，其重要性不言而喻。其中，美術(shù)教育能培養(yǎng)兒童的藝術(shù)感受力、想象力、表現(xiàn)力和創(chuàng)造力，促進(jìn)綜合素質(zhì)的提升[3]。對于學(xué)齡前兒童，美術(shù)活動具有游戲性質(zhì)[4]，可以使兒童自發(fā)地進(jìn)行多維度的學(xué)習(xí)實踐[5]，享受自我表達(dá)和創(chuàng)造帶來的愉悅和滿足。

然而，傳統(tǒng)美術(shù)教育活動的互動性和趣味性存在不足，教學(xué)內(nèi)容和媒介使用也較為滯后[6]，不能適應(yīng)“α世代”[7]兒童的特點和需求。學(xué)齡前兒童美術(shù)教育的目的不只是單純的繪畫技能訓(xùn)練，更應(yīng)注重興趣培養(yǎng)及創(chuàng)造性思維的開發(fā)。學(xué)齡前兒童美術(shù)教育與人工智能的融合能夠拓寬傳統(tǒng)美術(shù)教育的形式，提供更多元化的媒介。豐富學(xué)齡前兒童美術(shù)教育的互動內(nèi)容，通過趣味性的藝術(shù)探索過程提高兒童的積極性，并根據(jù)兒童特點做出適應(yīng)性變化。拓寬傳播途徑，讓兒童快速接觸到最新資源。此外，也讓兒童接觸前沿數(shù)字技術(shù)、提升數(shù)字素養(yǎng)，在未來更好地融入數(shù)智時代。

1.2 學(xué)齡前兒童數(shù)智化美術(shù)教育產(chǎn)品現(xiàn)狀分析

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)智化美術(shù)教育產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計逐漸白熱化。國內(nèi)外數(shù)智化美術(shù)教育數(shù)字產(chǎn)品以繪畫工具、繪畫游戲和繪畫教育平臺為主。繪畫游戲以涂鴉、上色為主。例如，Draw and Tell允許兒童給圖畫的線稿涂色并選擇喜歡的背景。益智游戲則與美術(shù)內(nèi)容相結(jié)合。例如，Monster Mingle讓兒童在生物世界中尋找身體部件來創(chuàng)造自己的怪獸。繪畫教育平臺通常包含在線學(xué)習(xí)、課程推送、作品點評等功能。然而，這些應(yīng)用的大部分功能和技術(shù)開發(fā)的重合度高、缺乏亮點，偏向?qū)L畫技能（如線條、色彩）的鍛煉，忽視對兒童創(chuàng)造力的培養(yǎng)。一些繪畫游戲受技術(shù)限制，內(nèi)容相對貧乏，預(yù)設(shè)素材有限，無法持續(xù)性地輸出高質(zhì)量內(nèi)容。

人工智能技術(shù)（如自然語言處理、數(shù)據(jù)挖掘、情感計算等）已越來越多地用于K12階段的多學(xué)科教育。例如，通過教學(xué)評估、情緒檢測和個性化推薦等方式促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展[8–10]。然而兒童美術(shù)教育與人工智能的融合仍處于早期探索階段。國內(nèi)外結(jié)合AI技術(shù)的兒童繪畫產(chǎn)品形式有AI課程、視頻游戲、智能玩具和機(jī)器人等?！靶⌒苊佬g(shù)AI課”采用AI結(jié)合真人教學(xué)的方式進(jìn)行場景化交互，讓兒童跟隨示范練習(xí)；Bini Bambini的繪畫游戲讓兒童描摹卡通形象的輪廓線，并經(jīng)AI識別后“活起來”；在美國Osmo的“冰雪奇緣”AI早教應(yīng)用中，兒童可以模仿程序提供的簡筆畫在紙上繪制，由AI識別并復(fù)刻入游戲中以推動劇情；Quincy繪畫機(jī)器人可以一筆一畫地繪制形象，引導(dǎo)兒童進(jìn)行逐筆模仿。雖然AI技術(shù)越來越多地被應(yīng)用于以游戲形式為主的兒童繪畫產(chǎn)品，但這些產(chǎn)品通常引導(dǎo)兒童跟隨既定步驟或依照參考圖進(jìn)行繪畫，尚未脫離Web 2.0時代兒童繪畫應(yīng)用的范式。

1.3 AIGC在兒童繪畫教育中的應(yīng)用機(jī)會與價值

近年來，以AI生成圖片為代表的人工智能生成內(nèi)容（AI-generated Content，AIGC）正在顛覆現(xiàn)有內(nèi)容生產(chǎn)模式[11]，其展開了人與AI共創(chuàng)的未來畫卷。AIGC是繼傳統(tǒng)的專業(yè)生成內(nèi)容（PGC）與用戶生成內(nèi)容（UGC）模式之后，以大數(shù)據(jù)為支撐、通過算法模型驅(qū)動生成內(nèi)容的新興生產(chǎn)方式[11]，在協(xié)助數(shù)字內(nèi)容創(chuàng)作方面已經(jīng)嶄露頭角，目前已被應(yīng)用于生成文字、圖片、音視頻等人類獨有的創(chuàng)作領(lǐng)域。AI繪畫是AIGC的重要分支：神經(jīng)風(fēng)格遷移（NST）技術(shù)可以將某一圖片的藝術(shù)風(fēng)格混合到另一圖片上；Sketch-RNN[12]是一個遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以用類似人的方式繪制常見物體的形態(tài)；基于生成對抗網(wǎng)絡(luò)的GauGAN[13]僅憑用戶隨意畫的線條和色塊，就能實時生成逼真的景觀圖；Stable Diffusion、MidJourney、DALL-E 2等則可以通過文字描述生成圖片。AIGC使人的精力從技能層面更多地轉(zhuǎn)移到思維層面，也帶來了人機(jī)交互的創(chuàng)新變革，為人和AI共同繪畫創(chuàng)作開辟了先河。

盡管AIGC在繪畫領(lǐng)域取得了許多進(jìn)展，但在學(xué)齡前兒童美術(shù)教育中的應(yīng)用尚未被充分挖掘。當(dāng)前有少數(shù)嘗試在兒童繪畫表達(dá)過程中引入AIGC的案例。阿派朗創(chuàng)造力樂園使用AI圖像生成技術(shù)對兒童繪畫作品進(jìn)行了精細(xì)化表達(dá)和探索（如圖1所示）。AI藝術(shù)家Pindar Van Arman展示了AI機(jī)器人模仿一名兒童的筆觸風(fēng)格來重塑兒童照片的過程，證實了AI圖像生成技術(shù)集成到兒童繪畫游戲中的可行性。

圖1 阿派朗創(chuàng)造力樂園AI課程案例

基于AIGC模式的“人-AI”共創(chuàng)系統(tǒng)能夠在兒童繪畫過程中發(fā)起良性交互循環(huán)，使兒童創(chuàng)作時脫離傳統(tǒng)規(guī)則和邏輯限制，不受公認(rèn)表達(dá)習(xí)慣的束縛，避免兒童形成認(rèn)知慣性，培養(yǎng)其創(chuàng)造性思維，推動創(chuàng)作內(nèi)容向更具創(chuàng)意的方向發(fā)展。在AI與兒童的共創(chuàng)過程中，AIGC技術(shù)如何支持兒童繪畫中的具體環(huán)節(jié)、AI如何主動激發(fā)兒童的藝術(shù)想象力和創(chuàng)造力、AI如何潛移默化地影響兒童的藝術(shù)審美，以及AI與兒童的人機(jī)關(guān)系等問題亟待探討。

2 AIGC賦能學(xué)齡前兒童繪畫創(chuàng)作的三種模式

早在2005年，Lubart[14]就提出計算機(jī)可以充當(dāng)保姆、教練、筆友和同事來增強(qiáng)人的創(chuàng)造力。隨著人機(jī)交互相關(guān)研究的推進(jìn)，計算機(jī)和人共同創(chuàng)作作品的過程被定義為人機(jī)協(xié)同創(chuàng)作（Human-Computer Co-Creativity）[15]，要求計算機(jī)響應(yīng)人的輸入并做出創(chuàng)意貢獻(xiàn)，與人的貢獻(xiàn)相互影響。這初步闡釋了 AI與人的交互關(guān)系從工具性向協(xié)作性的轉(zhuǎn)變。研究表明，AI的主動交互可以培養(yǎng)人的創(chuàng)造力[16-17]——AI通過主動交互提供隨機(jī)刺激和認(rèn)知支持，顯著影響創(chuàng)作結(jié)果。當(dāng)人與AI的協(xié)作達(dá)到更深刻的水平時，將形成一種“人機(jī)組隊”式[18]合作。人機(jī)智能協(xié)同（Human-AI Collaboration）就是在AI驅(qū)動下誕生的一種伙伴式的人機(jī)關(guān)系[19]?；谏鲜鋈藱C(jī)智能協(xié)同關(guān)系，筆者將AIGC賦能學(xué)齡前兒童繪畫創(chuàng)作的模式分為如表1所示的三種類型。

2.1 AIGC提升兒童的能力——運用圖像生成算法協(xié)助人類繪圖

AIGC最初的誕生就是為了彌補人類在身體和大腦層面的能力缺陷，輔助人類進(jìn)行創(chuàng)作。經(jīng)過海量繪畫素材的學(xué)習(xí)和模型算法的打磨后，AIGC能夠以優(yōu)于人類的制造能力和認(rèn)知水平承擔(dān)信息挖掘、素材調(diào)用、復(fù)刻編輯等基礎(chǔ)性勞動，同時還能為更具想象力的內(nèi)容、更加多樣化的傳播方式提供支持[11]。AIGC拓展了人類的體力和腦力，人類也可以繼續(xù)對AI進(jìn)行訓(xùn)練，使之獲得與人相似的行為和認(rèn)知，創(chuàng)作符合需求的繪畫作品。在AI圖像生成技術(shù)的加持下，AIGC產(chǎn)品具備了指定功能來滿足人的指定需求，便也具備了工具屬性。

表1 AIGC賦能學(xué)齡前兒童繪畫創(chuàng)作的三種模式

Tab.1 Three patterns of AIGC empowering preschoolers to create paintings

學(xué)齡前兒童通常可以使用涂鴉表達(dá)創(chuàng)意想法，但缺乏繪畫技巧。AI能識別繪畫內(nèi)容并對繪畫知識及實踐進(jìn)行引導(dǎo)，減輕兒童繪畫過程中任務(wù)處理的難度，提升兒童繪畫的自信心。Chen等[20]開發(fā)的AI訓(xùn)練模塊（如圖2所示）能夠為兒童提供建議配色的信息和色比，從而鍛煉色彩感知運用能力；Ali等[21]設(shè)計的涂鴉轉(zhuǎn)換模塊可將兒童的初始涂鴉轉(zhuǎn)換成有意義的、相對完整的目標(biāo)涂鴉。AI能模仿兒童繪畫風(fēng)格并對繪畫內(nèi)容進(jìn)行重塑，體現(xiàn)了AIGC在幫助兒童理解藝術(shù)風(fēng)格和審美表現(xiàn)上的優(yōu)勢。阿派朗創(chuàng)造力樂園就通過AI生成圖像為兒童畫作拓展創(chuàng)意細(xì)節(jié)，也會根據(jù)繪畫內(nèi)容生成不同方向的探索圖像。AI還能將學(xué)習(xí)材料和兒童畫作建立思維上的關(guān)聯(lián)，對當(dāng)下創(chuàng)作的內(nèi)涵進(jìn)行延展。ArtMatch能識別兒童畫作并顯示與之最相似的名畫，讓兒童間接瀏覽全世界不同風(fēng)格的優(yōu)秀作品及藝術(shù)家，潛移默化地培養(yǎng)藝術(shù)審美和對藝術(shù)的熱情[22]。

圖2 AI顏色訓(xùn)練模塊[20]

2.2 AIGC激發(fā)兒童的創(chuàng)意——運用圖像生成算法提供認(rèn)知刺激

AIGC發(fā)展的重要趨勢是擁有一定程度的認(rèn)知和交互能力[23]，AI在與人的協(xié)作中能夠扮演提供外部刺激的角色，觸發(fā)人的橫向思維并影響創(chuàng)作想法和成果。在創(chuàng)作時，人可能在某個有限的想法上持續(xù)僵化，此時外部刺激可以使人重新構(gòu)想問題并找出新的方向。AIGC激發(fā)人的創(chuàng)意是指由AI向人發(fā)起交互行為，通過引入外來元素給人帶來認(rèn)知刺激，促使人打破慣性思維方式并尋求新的思路。AI可以通過各種方式介入并影響人的繪畫，例如發(fā)出提示、貢獻(xiàn)新的繪畫等。在這樣的人機(jī)關(guān)系中，AI不僅是一個工具，還可以對人進(jìn)行啟發(fā)和激勵。

AIGC激發(fā)創(chuàng)意的協(xié)作形式可分為：無目的；有目的。無目的協(xié)作不以任務(wù)為導(dǎo)向，旨在鼓勵人參與創(chuàng)作，較少關(guān)注系統(tǒng)生成的準(zhǔn)確性。Davis等[24]設(shè)計的Drawing Apprentice系統(tǒng)旨在激發(fā)人的新想法，提供愉快的創(chuàng)意體驗。AI能夠?qū)W習(xí)和識別用戶草圖中的語義信息，繪出與用戶所畫對象相同或互補類型的草圖。該系統(tǒng)以一種刺激認(rèn)知的娛樂化方式激發(fā)了人的創(chuàng)造力，并有助于以頭腦風(fēng)暴的方式幫助設(shè)計師進(jìn)行構(gòu)思。有目的協(xié)作則關(guān)注因AI的反饋使人思考創(chuàng)作的不同角度而產(chǎn)生的創(chuàng)意，系統(tǒng)生成的準(zhǔn)確性更為重要。Karimi等[25]設(shè)計的Creative Sketching Partner（如圖3所示）就是幫助設(shè)計師在草圖階段發(fā)散創(chuàng)意的目的性協(xié)作系統(tǒng)。它可以生成與用戶草圖有一定關(guān)聯(lián)性的新草圖，用戶可以從中獲取靈感來修改設(shè)計。與Drawing Apprentice不同的是，用戶可以調(diào)整視覺和概念相似度的大小值，使生成內(nèi)容的相關(guān)性對應(yīng)不同構(gòu)思階段中激發(fā)創(chuàng)意的角度。研究同樣證明，該系統(tǒng)加快了想法的誕生并有助于克服思維固化問題。運用類似的方式，可以使兒童與AI的即興構(gòu)建過程超越兒童單獨完成創(chuàng)作時的思維能力，從而激發(fā)兒童的創(chuàng)作靈感。

2.3 AIGC促進(jìn)兒童與智能系統(tǒng)共創(chuàng)：運用圖像生成算法主動參與創(chuàng)作

人機(jī)協(xié)作的更進(jìn)一步，是AI成為與人類平等的合作伙伴。人類擁有獨一無二的思想能力，能夠在現(xiàn)實與思維的交織中創(chuàng)作出富有特色與靈魂的作品，但在創(chuàng)作效率和認(rèn)知記憶方面存在弱勢。而AI建立于對現(xiàn)有風(fēng)格和技巧大量學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，其靈感源源不竭，且不受人類思維的束縛，但在內(nèi)容原創(chuàng)和情感表現(xiàn)上的發(fā)揮有限，偏向風(fēng)格的組合與模仿[26]，創(chuàng)作上限也受算法模型的限制，暫時無法完美地傳達(dá)情緒、象征等思維含義[27]。AI激發(fā)人的創(chuàng)意思維，而人又促進(jìn)AI的學(xué)習(xí)過程，互相織補彼此貢獻(xiàn)的內(nèi)容，其合作優(yōu)勢就能夠被極大地增強(qiáng)。

兒童與AI之間形成積極的雙向互動不僅可以促進(jìn)兒童的創(chuàng)作參與度，也激發(fā)了兒童的想象力。在協(xié)同創(chuàng)作系統(tǒng)StoryDrawer[28]（如圖4所示）中，兒童向AI講述故事情節(jié)，AI便將兒童的講述實時地轉(zhuǎn)化為簡筆畫，或生成與已有故事語義相似的圖畫，逐步帶領(lǐng)兒童創(chuàng)作出完整的故事情節(jié)。AI的介入不僅能降低兒童在視覺敘事中多任務(wù)處理的難度，更能在創(chuàng)作時幫助兒童建立大膽的聯(lián)想并產(chǎn)生創(chuàng)造性想法。AI對兒童創(chuàng)作的支持和引導(dǎo)使AI與兒童之間形成了和諧融洽的雙向氛圍，構(gòu)建了引人入勝的創(chuàng)意體驗，激發(fā)了兒童的創(chuàng)作靈感。

圖3 創(chuàng)意發(fā)散協(xié)作系統(tǒng)：創(chuàng)意草圖搭檔[25]

圖4 兒童繪畫游戲：故事盒子[28]

3 基于人機(jī)智能協(xié)同創(chuàng)作的兒童繪畫游戲設(shè)計探究

3.1 基于人機(jī)智能協(xié)同創(chuàng)作的學(xué)齡前兒童繪畫游戲設(shè)計策略

根據(jù)前文的梳理和分析，可以總結(jié)出一套基于人機(jī)智能協(xié)同創(chuàng)作的學(xué)齡前兒童（3～6歲）繪畫游戲設(shè)計策略（如圖5所示），用以指導(dǎo)設(shè)計實踐。

3.1.1 AI作為協(xié)助者——提升兒童繪畫自信

根據(jù)兒童繪畫發(fā)展階段性理論：3歲前的兒童畫處于無造型的“動作表征”階段或“前表征”階段；3～4歲進(jìn)入“圖形表征”階段，開始有意識地利用圖案表達(dá)自我[29]。但學(xué)齡前兒童尚不能畫出圖案細(xì)節(jié)，也未形成寫實、透視、風(fēng)格等概念。AI可以扮演兒童繪畫的協(xié)助者，利用生成算法為畫面補充細(xì)節(jié)、轉(zhuǎn)換風(fēng)格或拓展內(nèi)容，減輕繪畫難度，從而提升兒童的自信心。

3.1.2 AI作為啟發(fā)者——激發(fā)兒童創(chuàng)造性思維

學(xué)齡前是培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的黃金時期[30]，老師或家長經(jīng)常作為啟發(fā)者來引導(dǎo)兒童的創(chuàng)作。但這一過程可能存在成人思維中的“像不像”“對不對”等單一評價方式，不利于兒童創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。AI可以扮演啟發(fā)者的角色，提供遠(yuǎn)多于人腦的海量創(chuàng)意，為兒童帶來隨機(jī)性的認(rèn)知刺激，觸發(fā)其創(chuàng)造性思維。在具體方法上，AI可以識別兒童的繪畫內(nèi)容，通過多模態(tài)交互提供下一步繪畫的靈感與引導(dǎo)；也可以為畫面補充相關(guān)內(nèi)容，或生成可直接使用的關(guān)聯(lián)性素材等，從而培養(yǎng)聯(lián)想能力并激發(fā)后續(xù)靈感。

圖5 人機(jī)智能協(xié)同創(chuàng)作模式的學(xué)齡前兒童繪畫游戲設(shè)計策略

3.1.3 AI作為激勵者——為兒童提供正向鼓勵

正向的鼓勵可以提升兒童的創(chuàng)作欲望。AI可以扮演激勵者的角色，通過文字、畫面等為兒童提供正向反饋。其中，話語文本應(yīng)結(jié)合兒童的繪畫內(nèi)容生成，如“你畫的太陽很鮮艷”，而并非只是“你真棒”等模式化夸贊，在評價方式中應(yīng)避免出現(xiàn)“像”或“不像”等詞匯。此外，還可以使用“不如試試……”等開放性句式來開拓兒童的思路。

3.1.4 AI作為共創(chuàng)伙伴——交替共創(chuàng)互相啟發(fā)

AI可以扮演虛擬共創(chuàng)伙伴，與兒童共同繪制作品。一方面，AI的繪畫行為是對兒童繪畫的反饋，以拓寬兒童下一步繪畫的思路；另一方面，兒童則在AI的改動之上繼續(xù)創(chuàng)作，反過來為AI提供創(chuàng)作素材。兒童與AI共創(chuàng)的過程中，人工智能的開放性創(chuàng)意與兒童智慧的獨特思維方式融合在一起，二者相互啟發(fā)。而對于兒童，與AI一起繪畫就如同與真實世界中的伙伴玩樂，能夠順利進(jìn)入心流狀態(tài)。此外，在設(shè)計虛擬形象時可以賦予AI多種“性格”，對應(yīng)不同風(fēng)格的繪畫行為，增強(qiáng)擬人感。

3.1.5 AI作為再創(chuàng)造者——對兒童畫作進(jìn)行衍生創(chuàng)作

AI可以扮演再創(chuàng)造者的角色，對兒童完成后的畫作進(jìn)行衍生創(chuàng)作。衍生創(chuàng)作的內(nèi)容要為作品帶來新的趣味性或交互性。例如，為兒童畫好的卡通角色綁定骨骼，使其“活起來”；記錄繪畫過程，將其編譯為故事性動畫等。這種完成作品后的正向獎勵反饋，可以提升兒童完成作品的目標(biāo)感與期待感，減少兒童因注意力分散而中途放棄創(chuàng)作的情況。

3.2 基于人機(jī)智能共創(chuàng)的學(xué)齡前兒童繪畫游戲設(shè)計實踐

根據(jù)前述設(shè)計策略，筆者進(jìn)行了一項面向?qū)W齡前兒童（3～6歲）的繪畫游戲設(shè)計與開發(fā)。Artventure是一款培養(yǎng)學(xué)齡前兒童藝術(shù)創(chuàng)造力的嚴(yán)肅游戲（如圖6所示）。兒童將在游戲中扮演“神筆馬良”，通過繪畫對游戲世界造成影響，每個關(guān)卡以一個畫派為主題，包含不同的故事情節(jié)。為了使兒童的創(chuàng)造力在構(gòu)建虛擬世界和物體的過程中得到提高[31]，筆者構(gòu)建了基于人機(jī)智能協(xié)同的涌現(xiàn)式創(chuàng)作流程（如圖7所示），筆者設(shè)置了一名由AI扮演的NPC伙伴與兒童共同進(jìn)行交替創(chuàng)作。兒童的繪畫作為輸入可以改變故事的走向，AI伙伴識別繪畫內(nèi)容并隨機(jī)生成故事文本和畫面來推動情節(jié)發(fā)展，同時輔以語音講述，通過延伸故事情節(jié)和畫面帶給兒童沉浸感并激發(fā)兒童的創(chuàng)作思路和意圖。兒童也可以通過語音與AI伙伴對話，一起討論靈感或決定故事走向。

此外，兒童還可以利用“魔法畫筆”畫出各種草圖，經(jīng)AI識別后生成對應(yīng)形狀的素材（例如：兒童畫出曲線，AI可能生成蛇、繩索等）。素材的風(fēng)格與關(guān)卡的畫派主題風(fēng)格一致，可以起到風(fēng)格科普的效果。兒童可以使用素材作為創(chuàng)作的一部分，這簡化了繪畫流程，讓兒童將更多精力放在創(chuàng)意表達(dá)上。AI生成素材的隨機(jī)性也可以隨時為兒童帶來新的靈感，幫助兒童打破慣性思維并充分發(fā)揮想象力。

4 基于人機(jī)智能協(xié)同創(chuàng)作的兒童繪畫游戲設(shè)計實驗驗證

由于學(xué)齡前兒童思維較為跳躍，語言表達(dá)能力正處于發(fā)展階段，很難通過填寫問卷或訪談的方式得出直觀結(jié)論。此外，創(chuàng)造力的評價通常是主觀的和感性的，兒童的創(chuàng)意表達(dá)更加難以被成人的評價所量化。因此，本文參考Lee等[32]培養(yǎng)兒童創(chuàng)造力的研究過程及利用解釋性現(xiàn)象學(xué)[33]的評價方法開展了一項基于實踐過程的設(shè)計驗證，希望通過觀察和分析兒童在使用繪畫游戲時的語言、行為和繪畫表現(xiàn)來驗證Artventure的效果。

4.1 實驗設(shè)計

本次研究共邀請10名兒童，其中2名兒童由于時間原因中途放棄實驗，最終共8名兒童（男4名，女4名，平均年齡5歲）作為正式的被試，同時獲得了家長的知情同意，每位兒童耗時30 min。實驗開始前，研究者先與兒童進(jìn)行接觸和熟悉，鼓勵兒童保持放松并在過程中盡可能多地表達(dá)任何想法。兒童使用Artventure經(jīng)歷了兩個有目標(biāo)的任務(wù)。第一次實驗選用蒙德里安派風(fēng)格的關(guān)卡，給出“氣球”圖片并引入故事情景：“是誰的氣球找不到了？氣球的主人一定很傷心吧，你能幫助這些氣球找到主人嗎？”兒童需要繪制簡筆畫以完成系統(tǒng)設(shè)置的任務(wù)目標(biāo)。AI根據(jù)兒童的繪畫內(nèi)容進(jìn)行多輪開放式語音和繪畫互動。第二次實驗選用超現(xiàn)實主義關(guān)卡，系統(tǒng)給出一張“蘋果”圖片，兒童需要進(jìn)行自由聯(lián)想創(chuàng)作，與實驗一的區(qū)別在于系統(tǒng)不會設(shè)置固定劇情任務(wù)，研究員根據(jù)時間或完成度主動結(jié)束。

兩個步驟的實驗時間均為15 min，同時所有兒童被安排在同一間辦公室中以體驗游戲，使用相同的12.5英寸（1英寸=2.54 cm）iPad設(shè)備和第二代Apple Pencil進(jìn)行繪畫，所有被試均為右利手。筆者使用了綠野仙蹤（Wizard of OZ）[34]的方法來模擬AI系統(tǒng)與兒童的交互，由研究者來扮演AI與兒童進(jìn)行啟發(fā)對話，圖像部分則為真實的AI生成內(nèi)容。系統(tǒng)會鼓勵兒童親自畫出所想，但由于兒童事前并不知道AI繪畫會影響故事情節(jié)，研究者提示兒童可以通過語音拒絕接受該情節(jié)或提出其他故事走向。

數(shù)據(jù)收集包括：拍攝手部繪畫的視頻錄像、AI與兒童對話的語音轉(zhuǎn)錄（經(jīng)過同意），以及軟件中的繪畫過程。所有被試的基本特征與研究信息均在表2中顯示。本文選擇了最具代表性的3位被試的錄像和錄音片段進(jìn)行討論，并參照兒童創(chuàng)造性思維（ACCT）框架[35]對兒童創(chuàng)造力的表現(xiàn)進(jìn)行判斷。本實驗嘗試回答以下3個問題。

1）兒童在使用Artventure作畫時語言上是否表現(xiàn)出創(chuàng)造性思維方式？

2）兒童在使用Artventure時在行為上是否表現(xiàn)出創(chuàng)造性思維方式？

3）兒童在使用Artventure作畫時的繪畫內(nèi)容是否表現(xiàn)出創(chuàng)造性思維方式？

4.2 分析與討論

兒童會認(rèn)真思考并完成系統(tǒng)為畫作延伸出的劇情任務(wù)，依托AI生成的情節(jié)與素材構(gòu)建自己的世界。研究員明顯觀察到兒童存在自我堅持與反思的過程，同時他們尊重自己腦海中的想法。例如，P3的語言特征表現(xiàn)出自我效能感，即對自己想法的自覺意識，以及享受這項游戲[35]。當(dāng)研究員提問：“氣球的主人是坦克的主人嗎”，他會反駁：“不，是這個坦克上的”。而當(dāng)研究員再次提問：“現(xiàn)在這個坦克是不是能空中作戰(zhàn)了”，他在一陣停頓后會開心地補充道：“那氣球也需要裝一些炮彈”。兒童在實驗過程中充分發(fā)揮主觀能動性，沒有對AI生成的內(nèi)容產(chǎn)生依賴。兒童不會完全按照AI提供的靈感去畫，反而因為受到啟發(fā)而延伸出新的內(nèi)容，這也是筆者期待的。P1的性格靦腆，其行為特征反映出她能夠利用已有知識表現(xiàn)出靈活性，并在困難面前表現(xiàn)出適應(yīng)力[35]。當(dāng)研究員提問：“這輛蘋果車要開向哪里”，她略微思考后畫出一條小河，研究員啟發(fā)道：“現(xiàn)在蘋果車想要渡河需要一座橋嗎”，她便在蘋果車上畫上了一對翅膀（如圖8所示）。在這個過程中AI反而可能受到兒童的啟發(fā)，共同創(chuàng)作出令人驚喜的作品。

意料之外的是，AI和兒童互動的流暢程度非常受兒童本身性格的影響（如表2所示）。較為開朗的兒童會表現(xiàn)得更加喜歡這個游戲，因為他們會與AI保持充足的互動交流，并且持續(xù)獲得正反饋。例如，當(dāng)較為活潑的P3被問到“畫在坦克上的是履帶嗎”，他清晰地回答“是的”，甚至?xí)鲃臃窒硖嶙h“這里要有一個方向盤”（邊說邊畫），這是自我衡量并做出決定的表現(xiàn)[35]。但性格完全相反的P1和P2則幾乎全程沉默。較為內(nèi)向的兒童與AI溝通時更加沉默寡言，但這并不代表AI不能激發(fā)他們的創(chuàng)造力。因為從結(jié)果來看，兒童雖然會沉默，但其仍然認(rèn)真對待AI發(fā)起的對話與生成內(nèi)容并從中受到啟發(fā)。例如，當(dāng)研究員對P2說：“一支箭要把氣球射下來了，你要怎么保護(hù)它”，他默不作聲地畫了一只小狗，研究員不解并發(fā)出問詢，他表示希望小狗能把氣球牽走。雖然與研究員互動的連續(xù)性和流暢性受挫，但兒童仍然表現(xiàn)出面對困難時的適應(yīng)力與思維的獨創(chuàng)性[35]。

值得一提的是，非?；顫姷膬和c非常內(nèi)向的兒童都會讓系統(tǒng)無法激發(fā)足夠精彩的共創(chuàng)（即生成的素材和故事影響了兒童的發(fā)揮），因為游戲系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈活性較低，以及筆者設(shè)置的交互通道和方式較為單一，使AI與兒童的溝通產(chǎn)生壁障。例如：P1內(nèi)向害羞，研究員發(fā)起的對話很像出演“獨角戲”；P2則缺乏耐心，不愿在一項任務(wù)中花費較長時間；P3表達(dá)欲旺盛，研究員來不及跟上他的繪畫和敘述過程。由此可得，不同性格的兒童適合不同的鼓勵辦法。此外，當(dāng)家長介入并在游戲過程中與兒童發(fā)生交流，兒童會更愿意分享自己的想法。例如，研究員對P1說：“現(xiàn)在很開心，你想去公園做什么”，她的母親在旁提醒：“想去散步嗎？或者找朋友玩”，她表現(xiàn)出了喜悅感，母親繼續(xù)引導(dǎo)：“你拿著氣球去公園，想象到了什么呀，隨便畫”，她隨即畫出了一棵樹。兒童或許會在父母的陪同下更順利地完成理解和表達(dá)的過程，同時保持較高的游戲興致，從而更充分地發(fā)揮AIGC優(yōu)勢。

在實驗結(jié)束后，筆者也詢問了家長關(guān)于這款游戲的態(tài)度，發(fā)現(xiàn)這與家長的美術(shù)素養(yǎng)及日常對兒童美育的重視程度有關(guān)（如表2所示）。通常不具備美術(shù)素養(yǎng)及沒有關(guān)注過兒童美育領(lǐng)域的家長會更贊同游戲中AI與兒童共創(chuàng)模式的價值。例如，P3的家長表示家庭中缺少美育氛圍，作為父母也缺乏對孩子藝術(shù)教育的關(guān)注，因此認(rèn)為該游戲的存在可以很好地彌補兒童美育的缺失，并且認(rèn)為實驗中AI激發(fā)出了兒童日常中沒有的創(chuàng)作狀態(tài)。

表2 被試的實驗概況

Tab.2 Overview of experimental participants

圖8 兒童被試實驗作品

總之，AIGC能夠以共創(chuàng)者身份為培養(yǎng)兒童的創(chuàng)造力提供充足的支持，未來需要考慮不同性格、不同愛好的兒童對這款產(chǎn)品的細(xì)分需求，嘗試讓AI面對不同性格的兒童時有不同的互動形式和內(nèi)容。還可以深入探究家長在兒童與AI的互動過程中可以起到的輔助作用。兒童獨特的思維方式是當(dāng)前AIGC工具所缺少的，AI生成的內(nèi)容受其訓(xùn)練數(shù)據(jù)的影響會更加偏向成人思維。因此，專為兒童教育訓(xùn)練的大模型是未來值得探索的方向。

5 結(jié)語

AIGC賦能下的兒童美術(shù)教育產(chǎn)品不僅有利于培養(yǎng)兒童的藝術(shù)創(chuàng)造力，還有助于提升“α世代”的數(shù)字智商（Digital Quotient），以適應(yīng)智能時代人機(jī)協(xié)同創(chuàng)作的新常態(tài)。AI超越常規(guī)思維模式的整合創(chuàng)造能力將塑造數(shù)字內(nèi)容生產(chǎn)的人機(jī)協(xié)作新范式，讓更多創(chuàng)作者得以跨越“技法”和“效能”限制，從而推動人類整體創(chuàng)造力的提升。Web 3.0和元宇宙時代的到來使數(shù)字內(nèi)容需求不斷增加，未來數(shù)字內(nèi)容生產(chǎn)將依賴AIGC和“人-AI”的協(xié)同工作。今天的設(shè)計師應(yīng)重新構(gòu)建人和AI的交互關(guān)系，以實現(xiàn)人機(jī)協(xié)同創(chuàng)作價值的最大化。本文通過探討AI與兒童的人機(jī)關(guān)系，歸納出AIGC賦能兒童繪畫創(chuàng)作的三種方式，據(jù)此提出了指向創(chuàng)造性思維培養(yǎng)的兒童繪畫游戲設(shè)計策略并進(jìn)行設(shè)計實踐應(yīng)用，為邁向Web 3.0和元宇宙時代的兒童美術(shù)教育提供了新的思路。值得一提的是，AIGC主要以西方繪畫體系的視覺思維模式和元素為基礎(chǔ)，這意味著在訓(xùn)練AIGC模型時，所采用的數(shù)據(jù)集或樣本主要來源于西方繪畫作品、藝術(shù)風(fēng)格和視覺元素。未來AIGC大模型的訓(xùn)練應(yīng)考慮拓展其數(shù)據(jù)集和樣本，引入更多來自中國傳統(tǒng)繪畫和其他文化背景下的藝術(shù)元素，以豐富和多樣化生成的藝術(shù)內(nèi)容。通過引入不同文化的視覺元素，也能夠促進(jìn)跨文化交流和理解，使AIGC生成的藝術(shù)作品更具有包容性和多樣性。

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Design of Children's Intelligent Drawing Games Empowered by AIGC

HE Siqian1a, WANG Xinrui2, FAN Kairan1a, DU Peng1a, LUO Ruolin1a, QIN Jingyan1b*

(1. a. School of Mechanical Engineering b. School of Intelligence Science and Technology, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 2.School of Design and Art, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)

The work aims to explore the potential and ways to apply AIGC-supported human-AI co-creation to art education for preschoolers (ages 3-6) and foster children's artistic creativity. Based on the background of the integration of preschoolers's art education and AI, the opportunities and potential of AIGC application to art education for preschoolers were discussed through the analysis of the current situation of digital-intelligent art education products for preschoolers and the current situation of AIGC's practical application in children's painting expression. Starting from the characteristics of human-computer collaboration, the research case of drawing by human-AI collaboration was analyzed, and the human-computer relationship between AI and children was discussed. It was concluded that AIGC could empower children's drawing creation in three ways, namely, enhancing ability, inspiring creativity and collaborative co-creation. The design strategies of preschoolers's drawing game based on human-computer intelligence collaboration was proposed, i.e., AI could act as a facilitator, inspirer, motivator, co-creation partner, and re-creator at different stages of children's creativity, and a children's drawing game called Artventure was designed accordingly. AIGC has unique advantages in assisted drawing, collaborative creation and inspiration. AIGC-empowered children's art education products not only help to improve children's drawing ability, but also point to the pursuit of personalization and the cultivation of digital literacy of the "α-generation", so as to adapt to the new mode of human-computer collaboration in the future.

AIGC; preschoolers; art education; human-AI collaboration; game design

TB472

A

1001-3563(2024)08-0056-11

10.19554/j.cnki.1001-3563.2024.08.007

2023-11-12

2020北京市社科基金項目（20YTC024）

通信作者