科普专栏 > 虚拟游戏如何支持孤独症儿童教育？

一、引言

孤独症谱系障碍（Autism Spectrum Disorder，ASD）是一组以社会交流和社会互动缺陷、行为重复刻板与兴趣固定狭窄为特征的神经发育性障碍疾病（American Psychiatric Association，2013，p.426），其在儿童群体中患病率呈逐年递增的态势（五彩鹿自闭症研究院，2017），目前ASD治疗以教育训练为主，药物治疗为辅（闫海虹等，2022）。因此，面向ASD儿童的教育研究具有重要的现实意义。

虚拟游戏是基于互联网和计算机技术发展起来的游戏方式的总称，包括交互式视频游戏、虚拟环境等（孙岩，2008），其不仅可作为娱乐消遣工具，还可为ASD儿童的教育干预提供助力。已有研究表明，虚拟游戏对孤独症患者的孤独感存在显著影响，孤独症患者用适量时间体验网络游戏，能够减少孤独感（Sundberg，2018）。近年来，为了提升虚拟游戏在ASD儿童教育中的应用成效，学者们在虚拟游戏框架设计和对ASD儿童群体特征分析的基础上，聚焦基于不同技术的虚拟游戏对ASD儿童教育教学的影响和评估等方面开展了一系列的研究。如Bremer等（2016）探讨了两组基本运动技能干预对ASD 儿童运动技能及社交技能的作用；Stone 等（2019）发现了多人虚拟游戏对患孤独症小学生的社会互动质量提升具有支持作用，并且通过多模态交互技术与虚拟游戏对其社交技能进行有效性评估。由此可见，虚拟游戏支持ASD儿童的教育教学研究已积累了一定的经验，尤其在缺陷补偿教学与技能培训领域。但面向ASD儿童的虚拟游戏干预仍存在操作性差、实施难度大等问题，缺少全局性、系统性和针对性的技术应用方法，缺乏明确的技术干预机制（Mora et al.，2015）。基于此，本研究梳理国内外虚拟游戏支持ASD儿童教育的相关研究，探讨虚拟游戏支持ASD儿童教育的关键技术及其特征，揭示当前虚拟游戏在ASD儿童教育中的作用及应用重点，以期为我国ASD儿童教育游戏化研究提供理论参考和行动指南。

二、虚拟游戏在ASD儿童教育中的应用路径

虚拟游戏在ASD儿童教育中的应用主要聚焦于作为学习的认知工具以及作为教与学的支持工具两个方面。

1.作为学习的认知工具

随着以虚拟现实为代表的新一代信息技术的快速发展，基于虚拟游戏的认知工具日益成为ASD儿童适应性认知发展的有效手段，具体包括化身与手势两类。

化身技术可为ASD儿童提供形象直观的交互载体，创设真实的视觉体验。例如，Bosseler 等（2003）设计并研发了一款虚拟游戏“LanguageWizard/Player”，利用虚拟教师角色教授词汇和语法知识，为ASD儿童独立学习词汇提供了有效的认知平台。在游戏化教学过程中，虚拟教师Baldi发出语音指令，ASD儿童响应后屏幕将出现反馈正误的表情，强化ASD儿童的认知效果。经过30天的实验干预，评估结果显示，ASD儿童的词汇学习效果得到了显著改善，30天后单词记忆率仍保持在91%左右。江苏师范大学的陈阳等学者通过虚拟现实技术为 ASD 患儿技能训练设计了具体方案（如图一图二所示为技能训练虚拟空间案例），该研究邀请多名相关专业康复人员对该系统场景的真实性、治疗过程的沉浸性、治疗效果的有效性及系统的整体效果进行了评价。实验结果表明，相对以往康复方法的诸多问题，虚拟互动空间以反馈性、安全性、可重复性良好等特点对这些问题进行补足。

图1 交通技能虚拟空间

图2患者在空间内进行互动训练

手势在ASD儿童的知识习得、复杂精细运动和认知发展中具有重要作用。基于手势的虚拟游戏是一种极具潜力的认知工具，能够帮助ASD儿童更好地与计算机进行交互，并获得即时反馈，持续提升其精准运动技能及认知能力（Cai et al.， 2018）。“粉红海豚游戏”通过基于虚拟现实技术的沉浸式互动，赋予ASD儿童海豚驯养师的角色体验，让其能根据游戏指令以手势的方式为海豚指出正确路径，培养ASD儿童对不同手势作用和含义的认识，缓解其在方向跟随、心理动作和手眼协调能力上较弱的问题。除此之外，该游戏还可通过不同的游戏情境和关卡设置来帮助ASD儿童习得算术以及识别颜色和形状等技能（Lu et al.， 2018）。

综上所述，虚拟游戏通过化身和手势将学习内容以沉浸式、体验式、定制化和趣味化的形式进行呈现，为ASD儿童提供了认知发展的支持，持续提升其认知学习效果。

2.作为教与学的支持工具

（1）以多感官通道整合促进词汇学习

词汇在日常语言交流中发挥着社会意义建构的桥梁作用，其不仅是阅读理解中不可或缺的组成部分，也是语言运用的“催化剂”。但词汇学习对ASD儿童而言是一项极具挑战性的任务。与普通儿童相比，ASD儿童在语用能力和情绪认知方面存在着一定程度的障碍（Melogno et al.， 2016）。正常发育的儿童仅需8~14 个月便能说出第一个单词，而ASD儿童却需约38个月，且ASD儿童不能遵循正常儿童的言语发音顺序（Howlin， 2003）。一般情况下，结合真实的生活情境，利用虚拟游戏开展面向ASD儿童的词汇教学，可对学习效果产生积极影响。马来西亚学者Khowaja等（2019）基于ASD儿童特征设计了专门针对ASD儿童词汇学习的游戏设计框架并在此基础上研发了词汇学习软件“Vocab Builder”，旨在通过视听教学媒介呈现日常生活中的物品，以辅助ASD儿童学习不同类别

的单词。在游戏过程中，ASD儿童可以自由选择一个物体来浏览，也可选择不同的声音播放对应的单词发音。实证结果显示，在该软件的帮助下，ASD儿童的词汇学习能力有所提升，表现为只听物体名称就可以识别出相应物体，且在一段时间内还能回忆起相同物体。可见，将词汇学习的文本和其表征的视觉图像、声音相结合，有助于ASD儿童对目标词汇的记忆和习得，也有助于其语言理解能力的提升。

（2）以沉浸式虚拟场景支持数字化阅读

虚拟游戏将声音、视频与阅读文本等多媒体信息进行有效整合，以沉浸式虚拟教学场景的方式，为ASD 儿童的数字化阅读提供支持。研究发现，ASD儿童在阅读课文并理解文本意义的过程中，面临着不同程度的困难与挑战（Khowaja et al.，2020）。数字化阅读是一种基于终端阅读设备的超文本阅读方式。伴随信息社会发展，数字化阅读已成为阅读的重要组成部分（邹群霞，2020）。在数字化阅读的过程中，通过虚拟游戏，将ASD儿童的注意力转移到数字阅读场景中，并设置与之相匹配的虚拟游戏资源，可以帮助ASD儿童便捷获取阅读内容并理解文本的意义。基于对ASD儿童阅读障碍的考量，可采用“1分钟课堂”等策略帮助他们获取关键信息，通过“阅读书签”“社会日历”等辅助工具帮助其理解虚拟化阅读情境，或引导其将注意力集中于人物的语音语调或面部表情等线索（Melogno et al.，2016），最大程度地为ASD儿童解决“数字使用鸿沟”带来的差异化阅读困难。综上，面向ASD 儿童的数字化阅读，以虚拟游戏为载体，集图像、声音、视频、动画和VR/AR等技术为一体，表现内容趋于生动且精简，显著提升ASD儿童的文本理解能力。

（3）以多元交互支持ASD儿童编程教育

虚拟游戏与编程教育的融合为ASD儿童计算思维的发展提供了新的可能性。研究显示，ASD儿童表现出对数字工具的自然倾向性，因此计算机编程被认为是一种较为适合孤独症患者从事的工作类型（王纯纯等，2021）。当虚拟游戏应用于编程教育时，其智能可视化、协同交互的特点，对ASD儿童的社交技能、计算思维和认知发展具有显著的影响作用。例如结合“虚拟”与“社交”之意的“Virtuoso”虚拟游戏（Schmidt et al.，2016），利用“虚拟可编程机器人”帮助11~14岁ASD儿童解决计算机编程的入门问题。在问题解决过程中，ASD儿童利用虚拟学习材料，在虚拟学习空间中开展协作学习，可针对性地改善其社交技能。总体而言，以虚拟游戏集成的计算工具不仅能够提升ASD儿童的社交技能，也能提升其计算思维。

综上，作为ASD儿童的教与学支持工具，虚拟游戏对ASD儿童的词汇学习、数字化阅读和编程学习等具有积极影响。其中有两方面值得重点关注：一是国际上已经具备了专门面向ASD儿童学习的游戏设计框架，并且通过了有效性和适用性检验，但是我国对虚拟游戏设计框架的研究还未被重视，对游戏易用性和可用性的评估还较为欠缺（宿淑华等，2019）。二是通过已有研究可知，国际上基于虚拟游戏的ASD儿童教育愈来愈趋向于数字素养与技能的全面培养，这也与我国《提升全民数字素养与技能行动纲要》中的“数字社会无障碍改造提升工程”要求不谋而合。多措并举提升ASD儿童的数字意识、计算思维、终身学习能力等，是我国加快弥合数字鸿沟的普惠性服务重点与经验（中央网络安全和信息化委员会，2021）。

三、模糊综合评判法的 ASD 儿童干预方法效果评估

借助软件系统对患有ASD疾病的儿童进行情感认知辅助干预治疗，并用模糊综合评判法对干预治疗方法进行有效评判。选取孤独症治疗中心的ASD儿童作为试验研究对象，经过一段时间的情感认知干预康复训练后对干预效果进行评估。使用层次分析法（AHP）得到一级、二级的隶属度权重，并使用模糊数学法的二级模糊综合评判实现干预效果的量化分析。

3.1  干预方法效果评估准备阶段

3.1.1  评估流程

首先，基于AHP与多层模糊综合评价结合的方法首先建立干预方法评价体系；然后，应用AHP得到各评价指标权重大小,小组评判法获得相应指标的隶属度。根据目标的要求将问题分为不同层次的指标，按照获得的指标权重关系和隶属度构造多层次的分析模型，然后运用多层模糊综合评判方法进行二级模糊综合评价分析。

3.1.2 试验流程

本研究利用信息技术手段构建多场境下情感认知辅助治疗平台，对 ASD 儿童进行情感认知干预辅助治疗。第五环节是本文研究的重点，通过搭建多层模糊综合评判模型来评判干预方法的有效性[55,56]，进一步验证这种干预方法的教育应用价值。利用软件系统辅助治疗ASD 儿童情感认知，阶段性的评估并然后对评估效果进行处理。阶段性评估的目的在于适当的情况下调整教学方法和修订干预方法的不足。

3.2  评价指标权重求解方法

层次分析法(Analytical Hierarchy Process，简称  AHP  法)  是  20  世纪70年代由美国科学家萨蒂(Saaty)最早提出的一种多目标评价决策法。他率先将这种评判因素权重系数的方法应用到教育评判方面。该种方法一开始要把涉及到的问题分层处理，及按照评判对象的属性将评判的目标划分成不同体系和不同层别的因素；其次对同一个层次中各因素彼此进行对比，给出对比后的重要程度，然后把对比后的结果按照给出的图表量化；最后应用统计学方法，计算出该层的各评价指标的权重。

本研究的一级评判结果显示认知训练效果较好，说明计算机辅助ASD患者干预教学方法有效，这与既往研究结果一致。不同的文献报道的信息技术辅助ASD儿童认知干预方法不尽相同，研究旨在改善自闭症患者适应性功能和社会交往障碍。国内外其他文献报道的治疗效果评估多为单因素指标进行定量分析，而忽视了多因素情况下的影响。如受试者治疗经济能力、医疗环境、人员素质等都可影响治疗效果。本研究科学的利用了主观因素与客观因素，选择综合模糊评判数学模型系统性的对提出的干预法进行的有效评估。研究结果显示运用多层模糊综合评价法对情感认知干预方法进行了综合评价，其评价结论与调查统计及量化分析的结果是一致的，具有很好的客观性和科学性，得到的结果令人满意。多层评判结果能够呈现评判指标对评判目标的影响程度，研究人员可以利用这些评估信息合理的调整情感认知教学干预方案，指导软件辅助系统的设计和研发。多层模糊综合评价可以定量处理不确定模糊量，很好的解决了实际应用中模糊性评估问题，具有很好的推广价值。

由于ASD 病因非常不确定且每个患者的病因各不相同,到目前还没有针对相应病因的药物出现。而主流的治疗手段往往通过，不一般的教育训练和相应的行为干预法，来提高ASD患者自理、认知、适应大环境的能力。国内外利用信息技术干预法辅助ASD患者，因技术地域不同研究结果也不尽相同。在确定评价体系时在观察的指标中，有可能是常见因素有可能是罕见因素，有待在进一步的研究中不断完善模糊评判的数学模型。通过不同地域的大量受试者参与研究，以完成探索性的试验研究工作。

综上，虚拟游戏支持ASD儿童教育的关键技术日趋多元且个性化，其中有两方面值得重点关注：第一，由前文案例可知，有研究已经实现通过多种数据采集技术，获得并分析ASD儿童的多模态数据，从而计算出ASD儿童的行为模式，以提供精准的教育服务及反馈。在虚拟游戏教育应用过程中，多模态学习分析使得针对ASD儿童非语言信号的检测成为可能，也是创新多元测评方式的重要切入点。第二，伴随AR/XR技术、可穿戴设备等新技术的快速发展，其在ASD儿童教育应用中的风险问题变得尤为突出，例如安全性问题、隐私泄露、算法歧视等。这均是我国在特殊教育领域中科技伦理治理所需关注的内容。

参考文献

[1]蒋艳双,朱立新,逯行,高红英.虚拟游戏如何支持孤独症儿童教育？——基于国际研究的系统性文献综述[J].现代远程教育研究,2022,34(03):104-112.

[2]高宇童.ASD人群互动虚拟空间设计研究[D].武汉轻工大学,2022.

[3]高贝贝.基于虚拟游戏的ASD情感认知辅助治疗方法研究[D].华北理工大学,2016.