面向?qū)W齡兒童的中國鐵路科普信息交互設計

摘要：突破兒童科普現(xiàn)有的形式，采用新型互動體驗和表達方式，激發(fā)兒童深入了解鐵路發(fā)展歷程的興趣，增強對鐵路發(fā)展的認知，從而達到科普中國鐵路發(fā)展歷程和鍛煉兒童邏輯思維的目的。運用調(diào)查問卷、用戶畫像和歸納數(shù)據(jù)等方法，調(diào)查當前鐵路科普方式的現(xiàn)狀，分析其優(yōu)缺點，提出適用于兒童鐵路科普教育的最優(yōu)交互設計。以“鐵路小探險家”科普App設計為例，開發(fā)針對鐵路知識科普教育的數(shù)字產(chǎn)品，為中國鐵路科普教育尋求新的呈現(xiàn)方式。

關鍵詞：信息交互；中國鐵路；學齡兒童；知識科普；用戶需求

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2024）21-0132-05

引言

近年來，在國家政策的支持下，兒童科普教育正加速向數(shù)字化傳播方式轉(zhuǎn)型，市場對高質(zhì)量數(shù)字教育資源的需求日益增長。目前，兒童鐵路科普教育的推廣仍依賴傳統(tǒng)方式，如課本學習和博物館實地探索，而數(shù)字化教育的應用相對滯后，難以貼近兒童的實際生活與興趣點，效果有限?；谶@一現(xiàn)狀，采用信息交互的方法，設計了一款專為學齡兒童打造的鐵路科普應用程序。通過直觀有趣的互動方式傳播鐵路知識，激發(fā)兒童的科學好奇心，培養(yǎng)創(chuàng)新意識與實踐能力，促進兒童科普教育發(fā)展。

一、學齡兒童鐵路科普的數(shù)字化趨勢

習近平總書記強調(diào)，科技創(chuàng)新和科學普及是推動創(chuàng)新發(fā)展的兩個重要方面，應將科學普及置于與科技創(chuàng)新同等重要的地位。學齡兒童正處于認知發(fā)展的關鍵時期，科學普及有助于他們了解科學原理、掌握科學方法，從而培養(yǎng)他們的科學素養(yǎng)。中國鐵路承載著深厚的工業(yè)底蘊，融合了悠久的歷史文化。因此，普及鐵路知識對學齡兒童的成長具有積極導向，幫助他們了解鐵路發(fā)展歷程，增強民族自信。

（一）學齡兒童科普教育的研究現(xiàn)狀

學齡兒童時期是科學素質(zhì)培養(yǎng)的重要階段，科學教育對其認知發(fā)展和興趣激發(fā)具有深遠影響。隨著科學技術的飛速發(fā)展，針對學齡兒童的科普教育研究逐漸增多，但仍存在一些問題。首先，很多研究和實踐主要集中在科普教育內(nèi)容的開發(fā)上，而對教學方法和策略的研究相對較少?，F(xiàn)有的科普教育方式缺乏系統(tǒng)性，無法滿足學齡兒童的認知需求，導致教育效果不佳。其次，現(xiàn)有的教學方式多為傳統(tǒng)形式，缺乏數(shù)字化互動元素，這在一定程度上影響了兒童的學習興趣和參與度。

（二）中國鐵路科普教育的研究現(xiàn)狀

目前，鐵路科普的方式主要包括繪本、動畫片、App 和鐵路博物館等。這些方式具有不同優(yōu)勢，整體表現(xiàn)出知識性與趣味性并重的特點，共同構(gòu)成了鐵路科普的多元化傳播體系。具體類別區(qū)分見表1：

繪本通過各種插圖傳播科學知識，盡管都是平面形式，卻體現(xiàn)出交互特征。例如，《高鐵立體書》以其獨特的物理互動特性，為讀者提供生動豐富的閱讀體驗，但設計師過度側(cè)重于交互機制的創(chuàng)新，忽略了故事情節(jié)和教育內(nèi)容的核心價值，導致內(nèi)容被邊緣化。另外，《火車頭》執(zhí)著于內(nèi)容的深度，使交互變得形式化。動畫片的科普方式往往是單向的，兒童只能被動接受，限制了兒童的參與感和對科普內(nèi)容的深入理解。目前關于鐵路科普的App 較少，與繪本和動畫片相比，數(shù)字產(chǎn)品通過互動模式，提高了兒童在使用時的興趣。然而，現(xiàn)有的互動設計主要側(cè)重于游戲方面，娛樂性較強，在內(nèi)容方面教育性不足。同時忽視了兒童的認知發(fā)展特征，只針對特定年齡段的用戶設計。在鐵路博物館科普方面，東郊展館展示了真實的火車和鐵路，這為兒童提供了近距離接觸的機會，同時深化對鐵路世界的認知。但與數(shù)字產(chǎn)品和書籍科普相比，博物館的受眾群體相對有限，其影響力常因地區(qū)而受到限制。因此，在兒童對各種科學知識充滿求知欲的階段，應重點關注他們的心理與認知特征，設計更加符合兒童需求的互動體驗?？赏ㄟ^游戲化的學習方式，提升兒童的參與感和趣味性，從而增強他們的學習動機。此外，應結(jié)合數(shù)字化技術，創(chuàng)作互動性強且內(nèi)容豐富的科普資源，以提升兒童對鐵路知識的理解，獲得最佳的科普效果。

（三）數(shù)字化科普教育的研究現(xiàn)狀

隨著信息技術的迅猛發(fā)展，數(shù)字化科普教育逐漸成為教育改革的重點。通過多媒體、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實等手段，數(shù)字化科普教育為科學知識的傳播提供了新的渠道。數(shù)字化科普教育資源日益豐富，涉及自然科學、社會科學等多個領域，涵蓋科普網(wǎng)站、在線課程、虛擬博物館和科普App 等多種形式。通過數(shù)字化手段，這些資源將復雜的科學原理以生動直觀的方式呈現(xiàn)給公眾，注重實踐性和趣味性，激發(fā)學習者的興趣和動力，提高他們的科學素養(yǎng)和實踐能力。

二、面向?qū)W齡兒童的交互產(chǎn)品屬性

面向?qū)W齡兒童的交互產(chǎn)品，應具備認知適宜性、趣味性、互動性和良好的反饋機制。這些產(chǎn)品通過簡單的界面和游戲化元素吸引兒童，兼具教育與娛樂性，促進兒童的認知發(fā)展和技能學習。家長控制功能設計確保產(chǎn)品適合家庭使用，增強了產(chǎn)品的普適性與教育價值。

（一）學齡兒童的生理與心理特征

學齡兒童一般指6 至12 歲正在小學階段學習的兒童，處于身心發(fā)展的關鍵時期。皮亞杰的認知發(fā)展理論將兒童的認知發(fā)展分為4個階段：感覺運動期、前運算期、具體運算期和形式運算期。學齡兒童正處于前運算期向具體運算期的過渡階段，求知欲強對事物充滿好奇，具有獨特的認知特征。例如，在乘坐地鐵、火車和高鐵等交通工具時，表現(xiàn)出強烈的探索欲望，所以在設計時應充分考慮這些特征，增強用戶與信息內(nèi)容之間的互動和參與感，提升用戶體驗[1]。

1. 生理特征

在生理特征方面，兒童的感官系統(tǒng)隨著身體機能的生長發(fā)育呈現(xiàn)出早期特征，主要體現(xiàn)在5 種感覺器官上：視覺、聽覺、觸覺、味覺和嗅覺[2]。視覺途徑是學齡兒童獲取信息的重要方式，通過視覺能夠感知外界物體的大小、明暗、顏色和動靜等特征，色彩捕捉力也更強。聽覺方面，學齡兒童的聽力幾乎與成人一致，能夠?qū)χ車曇粜纬梢欢ǖ穆犛X記憶，尤其對運動音樂特別敏感。嗅覺和味覺方面，兒童的嗅覺和味覺已相對成熟，嗅覺刺激信息可以直接傳達至大腦的邊緣系統(tǒng)，幫助兒童建立和尋找記憶。與其他感覺相比，觸覺在全身的分布最廣，接收到的信息也最多且最復雜，因此，根據(jù)學齡兒童使用移動設備時的行為習慣繪制了相應的手勢圖，見圖1。

找到適用于學齡兒童的交互方式是極為重要的，產(chǎn)品的使用方法和功能應簡單易懂，符合兒童認知水平，避免過于復雜的設計。《設計移動應用程序交互性》中提到，兒童與移動電子設備的手勢交互方式，為科普App 的設計提供了參考[3]。兒童的生理特征反映出他們的交互形式主要依賴于常規(guī)動作，例如點擊、滑動和拖拽等，這些動作協(xié)調(diào)了視覺、聽覺和觸覺3 種感官的映射，從而激發(fā)兒童對娛樂和學習的興趣[4]。

2. 心理特征

進入學齡期的孩子，其認知特點開始由具體轉(zhuǎn)向抽象，能夠進行簡單的歸納推理，初步具備了言語和情感的表達能力，智力顯著增長，想象力大幅提高，意志活動逐漸形成。這種心理的發(fā)展提升了學齡兒童參與社會實踐活動的能力，激發(fā)了他們對現(xiàn)代社會的好奇心與探索欲，使其在與外界環(huán)境積極互動的過程中，獲得深刻的情感體驗。

（二）面向?qū)W齡兒童的教學產(chǎn)品交互需求

根據(jù)《中國大百科全書》的定義，教學產(chǎn)品是指在教學中用于輔助教學和感知的模型、實物等工具[5]。在互動過程中，教學產(chǎn)品充當內(nèi)容傳遞的關鍵媒介，促進雙方的交流與學習。因此，這些產(chǎn)品本身具有互動性，本研究將對市面上常見的教具進行對比分析，見圖2。

將幾種常見的教學屬性產(chǎn)品進行對比后，可以直觀發(fā)現(xiàn)這些產(chǎn)品的核心設計理念強調(diào)了學習的優(yōu)先性和教育的成效性。然而，這種設計往往表現(xiàn)出急于求成的傾向，忽視了教育的漸進性和兒童心理發(fā)展的階段性。

對于傳統(tǒng)教具而言，其互動方式多局限于觸覺與視覺，缺乏多感官刺激，這容易導致兒童在使用過程中分散注意力和興趣減退，影響學習效率，難以達到預期的教學成效。為了解決這一問題，現(xiàn)代教學用具引入了即時反饋機制，以促進兒童對新信息的吸收理解。此外，針對單調(diào)乏味的學習材料，通過增強產(chǎn)品的互動性，可以有效提升學生的學習動力和效率。在運用新技術推進知識內(nèi)化的過程中，教育產(chǎn)品應當注重創(chuàng)造一個潛移默化的學習環(huán)境，使兒童在不知不覺中接受知識的熏陶。特別是在鐵路知識的教育推廣中，更需要采取多元化的傳播策略，以激發(fā)兒童的探索欲，從而實現(xiàn)鐵路知識普及的目標。

通過問卷調(diào)查，進一步了解兒童在課外科普鐵路知識的途徑，對市場現(xiàn)狀進行深入的了解，為形成信息交互設計目標及后續(xù)設計提供依據(jù)[6]。見圖3，兒童在課外獲取鐵路科普知識的主要途徑是閱讀書籍和觀看視頻，而使用App 的情況相對較少。博物館作為科普教育的重要載體，在展示鐵路知識方面所占比例有限，且存在多樣性和深度不足的問題，這在一定程度上阻礙了兒童對鐵路知識的理解和吸收。

隨著新媒體技術的不斷發(fā)展，新的產(chǎn)品形態(tài)和互動模式涌現(xiàn)，傳統(tǒng)教育產(chǎn)品的功能變得多樣化，使信息傳播與互動形式變得豐富，從而更好地滿足學齡兒童對科普知識的需求。

（三）優(yōu)化學齡兒童的鐵路學習體驗

在對交互產(chǎn)品的使用進行系統(tǒng)性分析時，應以學齡兒童的需求為核心。這要求在產(chǎn)品設計中巧妙協(xié)調(diào)各項設計元素，確保既能滿足功能性需求，又能契合兒童的情感體驗。因此，見圖4，本研究首先構(gòu)建了4 個用戶畫像，涵蓋學齡兒童及其家長的基本情況和目標。隨后，進一步采用用戶旅程圖的方法，見圖5，剖析學齡兒童在了解鐵路知識過程中的關鍵行為與動機，根據(jù)他們的認知程度，分析用戶痛點，并提出相應的解決方案，以優(yōu)化產(chǎn)品的整體用戶體驗。

根據(jù)用戶旅程圖的調(diào)研結(jié)果，對兒童及家長的主要行為和目標動機進行分析，可以發(fā)現(xiàn)兒童在使用現(xiàn)有教具的過程中，存在功能和情感兩個層面的需求痛點[7]。針對這些痛點和動機，制訂不同的轉(zhuǎn)化策略，用戶旅程圖聚焦于兒童對鐵路的了解與興趣。在行為方面，兒童通過書籍、電視、網(wǎng)絡等多種途徑了解鐵路，表現(xiàn)出不同的理解程度和興趣，家長也參與其中，但教育方式各異。主要痛點在于兒童對鐵路知識的了解有限，他們的需求是更豐富互動的學習資源。因此，要提供有趣的科普內(nèi)容和多樣化互動功能，以滿足兒童的學習需求。

三、“鐵路小探險家”科普App設計實踐

“鐵路小探險家”科普App 是一個以學齡兒童用戶為中心，滿足兒童對科普資源和交互需求的數(shù)字產(chǎn)品。設計實踐利用多感官模式構(gòu)建交互模型，通過模擬搭建鐵軌、駕駛火車穿越歷史與未來的場景、解開與鐵路歷史相關的謎題等豐富多樣的活動，讓兒童不僅能夠親身體驗到從蒸汽機車到高速列車的鐵路發(fā)展飛躍，還能深入了解中國鐵路的輝煌成就與背后的科技智慧?；驹O計實踐包括以下內(nèi)容：

（一）構(gòu)建交互策略模型

利用多感官模式，構(gòu)建了適用于中國鐵路知識學習的交互模型，分為前期、中期及后期3 個階段，見圖6。前期階段：融入語音交互技術，利用視聽覺感官促進互動。中期階段：通過觸控界面如滑動、點擊、放大縮小等操作，增加學齡兒童的互動性和參與感。后期階段，通過音效和動畫等形式給予即時反饋獎勵機制，幫助用戶確認操作的有效性。

在這個過程中，學齡兒童與客體的交互主要表現(xiàn)為兩種形式：離身交互和具身交互，見圖7。離身交互主要通過信息通信技術的遙在感，使得人類意識可以與認知載體產(chǎn)生遙在分離[8]。由于媒介形式的多樣性，其表現(xiàn)方式各異，導致認知過程、所涉及的感官以及最終的學習效果也會呈現(xiàn)出顯著差異。而具身交互則基于具身認知理論，強調(diào)身體、認知和環(huán)境間的動態(tài)統(tǒng)一特性[4]，其交互媒介主要表現(xiàn)為皮膚、肌肉等器官。

在與數(shù)字產(chǎn)品交互過程中，兒童常常會被新奇的事物吸引。產(chǎn)品的顏色、形狀、聲音和氣味等因素，會影響著學齡兒童的初步印象。隨著遠距離要素到近距離要素間的縮短，人機互動變得更為豐富，例如點擊、滑動和雙擊等手部動作，兒童在這一階段獲取信息時，并不適宜采取成人式的密集文本閱讀策略。因此，有必要對中國鐵路的龐大知識體系進行篩選和梳理，確保所呈現(xiàn)的知識結(jié)構(gòu)與兒童在成長過程中的認知發(fā)展水平相匹配，以便于他們更有效地吸收和理解相關信息。

（二）鐵路App 創(chuàng)新設計

面向?qū)W齡兒童的鐵路科普App 需要充分考慮學齡兒童的認知特點、興趣偏好及教育目標。以往的科普App 交互設計不夠人性化，缺乏與用戶的互動和反饋機制，導致兒童在使用過程中感到枯燥乏味。因此，在以往的科普類App 上進行了創(chuàng)新設計。

1. 寓教于樂的內(nèi)容設計

首先，色彩對兒童認知發(fā)展至關重要，鮮明的顏色能快速聚焦視線并加深印象。在設計時，引入豐富鮮艷的顏色元素，能有效幫助兒童理解與記憶鐵路信息。其次，將枯燥的鐵路知識轉(zhuǎn)化為生動有趣的故事、動畫和小游戲，通過模擬火車駕駛、鐵路建設等場景，讓兒童在玩樂中學習鐵路知識，強化他們對于鐵路文化的認同感，幫助兒童建立起更為深切的情感紐帶。最后，設計互動問答環(huán)節(jié)，通過提問引導兒童思考，并給予及時反饋，激發(fā)兒童的探索欲望與學習熱情，如在兒童完成學習任務后及時彈出獎杯畫面并說“你真是太棒啦”這樣的鼓勵，增強學習的參與感和成就感。

2. 個性化的學習路徑

基于兒童的學習進度、興趣偏好和認知水平，通過智能算法為其推薦個性化的學習內(nèi)容和難度等級，實現(xiàn)因材施教。并記錄兒童的學習軌跡和成績變化，為家長提供詳細的學習報告，幫助他們了解兒童的學習情況并做出相應調(diào)整。

（三）交互實踐路徑

中國鐵路蘊藏著深厚的知識和工學智慧，承載著歷史的記憶與文化。根據(jù)上述設計策略，設計出具有互動性的中國鐵路信息交互界面，讓兒童在進行互動操作的同時，寓教于樂地學習鐵路相關知識，以下開展具體的設計實踐。

1. 交互框架建立

交互邏輯框架是交互設計中至關重要的組成部分，通過精簡與分類信息的方式，串聯(lián)起相互連接的交互層級，見圖8。以4 個不同的交互等級進行劃分，達到有條不紊地整理中國鐵路的相關信息。首先，借助交互邏輯框架，系統(tǒng)化地對鐵路知識進行整理分類；其次，通過明確的導覽和流程設計，讓兒童能夠瀏覽掌握相關信息，進行清晰的操作。此外，交互框架展現(xiàn)出高度靈活性與可擴展性，能夠基于兒童用戶的實際使用反饋，進行持續(xù)調(diào)整優(yōu)化，以更精準地滿足兒童在學習成長過程中的個性化需求?？傊ㄟ^交互框架有助于整理和展示鐵路相關知識，提供直觀易用的學習路徑。同時，作為交互設計的基礎，指引了后續(xù)的界面開發(fā)與操作設定。交互框架的建立提供給兒童清晰且流暢的體驗，既是構(gòu)建信息體系的關鍵，也是一系列后續(xù)設計活動的基石。

2. 交互界面設計

設計面向兒童的信息交互界面時，需兼顧美學與實用性的雙重目標，包括配色、圖標和布局等，既吸引注意力又便于理解操作，見圖9。以下兩點是整體界面設計的關鍵原則：

（1）風格清新明亮：色彩是塑造情感氛圍的重要元素。鑒于學齡兒童正處于生理快速發(fā)展的關鍵階段，本設計在構(gòu)思過程中始終緊密關注這一用戶群體的獨特生理特征，確保設計方案的適宜性。選擇溫和自然的色調(diào)，如淺黃、淡藍、粉色或米黃色調(diào)，這些顏色不僅對兒童的眼睛更加友好，還能夠營造出溫馨的環(huán)境。避免使用鮮艷、強烈對比的色彩組合，以免帶來視覺疲勞。兒童普遍偏好富有創(chuàng)意和趣味性的圖形和符號，設計可愛的圖案可以提升兒童的參與度。這些設計不僅要引人注目，還要易于理解，以幫助兒童快速識別人機交互的各個組件，比如按鈕、選項和提示信息。同時，界面布局應遵循簡潔原則，避免復雜的層級結(jié)構(gòu)和過多的細節(jié)。使用大尺寸的圖標和文字，確保足夠的行間距和邊距適應兒童的手部大小，便于點擊操作。

（2）用戶路徑明確：交互邏輯框架作為交互設計的基石，其重要性不言而喻。在構(gòu)建交互界面時，應緊密圍繞交互框架來確立界面間的邏輯聯(lián)系，以確保設計的連貫性。通過這一框架，不同層級間的交互邏輯從屬關系得以清晰界定，交互流程變得明確，用戶流程的順暢性直接關乎信息傳遞的效果。學齡兒童作為用戶，設計過程需兼顧其特定的心理發(fā)展規(guī)律與認知特點。在呈現(xiàn)中國鐵路知識體系時，采用由淺入深、循序漸進的方法，為學齡兒童設計簡潔明了的用戶流程，引導他們輕松探索鐵路的奧秘，幫助他們更高效地吸納并消化所傳遞的信息。

3. 交互反饋及時

為深化交互的沉浸感與滿足感，交互界面需具備實時響應的能力，確保學齡兒童在執(zhí)行操作后能夠迅速收到明確的反饋信號。例如，當兒童觸發(fā)某一界面元素或完成特定任務時，系統(tǒng)應通過動畫展示、聲音反饋或清晰直接的文字提示，向兒童傳達操作已成功執(zhí)行的信號，以鼓勵用戶采取行動。

結(jié)語

教育是國之大計，黨之大計，兒童教育更是重中之重。中國鐵路知識繁復冗雜，難以有效激發(fā)兒童的學習興趣和參與度。文章首先通過分析科普教育的現(xiàn)狀，找出現(xiàn)有針對兒童的鐵路科普教育方式存在的問題。其次，針對學齡兒童生理和心理的發(fā)展特征以及教學產(chǎn)品的交互需求，探討了科普交互設計中的關鍵要點。最后，在此基礎上搭建了面向?qū)W齡兒童的鐵路科普信息交互模型，并進行設計實踐。文章主要集中于向?qū)W齡兒童如何有效傳遞鐵路知識，但本文的研究不足之處在于對鐵路知識科普內(nèi)容的層次不夠清晰，因此在接下來的研究中需進一步完善和優(yōu)化。希望科普傳播形式跟隨時代變化，源源不斷產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)科普產(chǎn)品，讓晦澀難懂的鐵路知識不再與兒童有距離，最終達到寓教于樂的目的。

基金項目：內(nèi)蒙古自治區(qū)哲學社會科學規(guī)劃項目“中華文明資源可視化創(chuàng)作與傳播”（項目編號：2023ZZB070）

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