适用于盲人儿童的基于听觉和触觉的多模态交互式实物编程环境研究及设计

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61907037
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    17.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0701.教育信息科学与技术
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

While the trend of kids coding has boosted globally, the current highly visual kids-coding tools are not suitable for blind children, causing an unequal situation for them to learn coding and computational thinking. There currently lacks sufficient research on how to make coding education suitable for this group of children, and there is no specific learning tool for them all over the world. Targeting blind children from 7 to 10 years-old, this project aims to investigate the user model and the interaction model of blind children coding, and develop an auditory- and tactile-based multimodal tangible programming environment. There are five main parts in this project: Firstly, we will investigate the perceptual and the cognitive ability of blind kids through field study and participatory design workshop; we then conceptualize the user model and the interaction model of blind children learning coding; Based on the theoretical models and the design requirement of “low floor high ceiling and wide walls”, we will design and develop a set of auditory- and tactile-based tangible coding input and output modules, and customizable tangible coding sprites; and then develop a list of integrated coding environments by combining different input and output modules; Finally, we will conduct between-subject user studies, to compare the user experience and the learning outcome of different prototypes. In a macro scale, the proposed system will be also suitable for non-blind children, making it possible for blind and non-blind children to collaboratively learn coding together. With this project, we aim to provide solutions on the problem of blind children learning programming, and make children coding education more popularized.
儿童编程教育已经在国内外受到越来越多的关注。但是,现今流行的基于视觉的儿童编程环境对于盲童并不适用,使盲童得不到同等的学习条件和机会。本项目以7-10岁盲童作为目标用户,先针对粤港澳地区的盲童做试点,研究基于听觉与触觉的多模态交互式实物儿童编程环境。本项目将开展以下几方面的工作:实地调研盲童的感知和认知能力以及对计算机编程的直观认识;建立盲童编程的用户模型及交互模型;根据“低地板高天花板宽墙壁”的特点,研究开发基于听觉与触觉的程序输入输出模块以及可自定义的实物程序控件;整合开发多模态交互式实物编程环境系统;对不同的系统原型进行用户评估,对比用户体验和学习效果。广义上,本项目拟研发的基于听觉和触觉的实物编程环境也适用于非盲儿童,为盲人儿童和非盲儿童协同学习提供可能。本项目的研究工作将解决盲童编程环境设计和开发面临的关键问题,使儿童计算机编程教育得到更广泛的普及。

结项摘要

儿童编程教育已经在国内外受到越来越多的关注。但是,现今流行的基于视觉的儿童编程环境对于盲童并不适用,使盲童得不到同等的学习条件和机会。本项目以7-10岁盲童作为目标用户,研究基于听觉与触觉的多模态交互式实物儿童编程环境及工具。本项目开展了以下几方面的工作:通过实地考察建立盲童编程的用户模型及交互模型;根据“低地板高天花板宽墙壁”的特点,研究开发基于听觉与触觉的程序输入输出模块以及可自定义的实物程序控件及学习平台;对不同的系统原型进行用户评估,对比用户体验和学习效果;探索适用于盲人的多模态前沿技术。通过实地考察,我们发现盲童主要通过触摸和体感来学习不同的知识概念。因此,我们针对性地设计了基.于音乐的用于视障儿童学习计算机编程的实体编程模块CodeRhythm,用户实验体现了系统优良的用户体验。在前沿探索方面,我们实验了不同的触觉反馈技术,包括热感、震感、压感等等,并探索了它们在不同领域的针对盲人人机交互的应用。项目成果发表于人机交互相关领域的优秀会议及期刊,部分获得优秀论文奖。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(7)
专利数量(3)
GestOnHMD: Enabling Gesture-based Interaction on Low-cost VR Head-Mounted Display
GestOnHMD:在低成本 VR 头戴式显示器上实现基于手势的交互
  • DOI:
    10.1109/tvcg.2021.3067689
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Taizhou Chen;Lantian Xu;Xianshan Xu;Kening Zhu
  • 通讯作者:
    Kening Zhu
PropelWalker: A Leg-Based Wearable System With Propeller-Based Force Feedback for Walking in Fluids in VR.
PropelWalker:一种基于腿部的可穿戴系统,具有基于螺旋桨的力反馈,可在 VR 中的流体中行走。
  • DOI:
    10.1109/tvcg.2022.3205181
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Pingchuan Ke;Shaoyu Cai;Haichen Gao;Kening Zhu
  • 通讯作者:
    Kening Zhu
GAN-based image-to-friction generation for tactile simulation of fabric material
基于 GAN 的图像到摩擦生成,用于织物材料的触觉模拟
  • DOI:
    10.1016/j.cag.2021.09.007
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Computers & Graphics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Shaoyu Cai;Lu Zhao;Yuki Ban;Takuji Narumi;Yue Liu;Kening Zhu
  • 通讯作者:
    Kening Zhu
Visual-Tactile Cross-Modal Data Generation Using Residue-Fusion GAN With Feature-Matching and Perceptual Losses
使用具有特征匹配和感知损失的残差融合 GAN 生成视觉-触觉跨模态数据
  • DOI:
    10.1109/lra.2021.3095925
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE ROBOTICS AND AUTOMATION LETTERS
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Cai Shaoyu;Zhu Kening;Ban Yuki;Narumi Takuji
  • 通讯作者:
    Narumi Takuji
FritzBot: A data-driven conversational agent for physical-computing system design
FritzBot:用于物理计算系统设计的数据驱动对话代理
  • DOI:
    10.1016/j.ijhcs.2021.102699
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    International Journal of Human-Computer Studies
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Taizhou Chen;Lantian Xu;Kening Zhu
  • 通讯作者:
    Kening Zhu

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其他文献

飞机多层结构铆钉周围裂纹脉冲涡流检测传感器参数优化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    失效分析与预防
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱克宁;付跃文;李朝夕;蔚道祥
  • 通讯作者:
    蔚道祥

其他文献

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AI技术路线图

朱克宁的其他基金

基于数据驱动的用于虚拟材料仿真的温度触觉信号生成及渲染
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    61 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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