基于交互设计的可穿戴式教学扩音器设计研究

　　中图分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（a）-0108-02

　　目前市?錾弦延械谋阈?式蓝牙音箱、穿戴式扩音小蜜蜂等多种交互便携的扩音产品，可谓是“乱花渐欲迷人眼”的节奏。同时，交互技术的发展促使终端客户越来越期望他们现有的设备得到更好的改进。该文正是基于以上发展和市场需求前提下，以可穿戴式教学扩音器的改良设计为研究对象，从用户体验设计的角度出发，以人机交互方式的设计作为研究基础，将原来的可穿戴式教学扩音器由单一的用户体验向多元化用户体验进行改良设计，提供未来可穿戴式教学扩音器发展前景的研究和实践经验。

　　1 相关技术理论

　　1.1 人机交互技术

　　人机交互技术（Human-Computer Interaction Techniques）是指通过计算机输入、输出设备，以有效的方式实现人与计算机对话的技术。不论是计算机信息系统还是现今流行的可穿戴设备的用户界面设计中，人机交互技术是一个重点内容，它包括了人机工程学、认知学、心理学等多个不同的学科领域。

　　1.2 传感技术

　　传感技术是关于从自然信源获取信息并对之进行处理（变换）和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术。随着传感器性能的提升，可穿戴智能设备逐渐向人体全身布局，具有了信息交互和通信以外的意义，具备了对外部环境数据的收集、监控和传输服务[1]。

　　1.3 操作系统

　　在现行的可穿戴设备中，主要有3类操作系统应用：一是嵌入式RTOS操作系统；二是裁减后操作系统；三是基于可穿戴设备的独立开发系统。而大多数电子设备产品，其应用操作系统要与智能手机互联，与其他智能电子设备相互独立运行的操作系统，是今后可穿戴设备应用系统研发的主力方向。

　　1.4 开源设计研发

　　平台开源和代码开源促进了计算机技术和计算产品的飞速发展。很多厂商推出了很多面向开源技术的平台和解决方案，形成了一种通过开源的方式、水平化的模式构造产业生态的方式，它给可穿戴设备的生态构建提供了极大便利，为该研究的软硬件交互方案设计和构建奠定了良好的技术基础。

　　2 硬件交互需求及方案设计

　　2.1 需求分析

　　2.1.1 穿戴式扩音设备

　　该扩音设备应满足以下硬件交互功能。

　　（1）当代流行的可穿戴需求，简洁、方便、美观。

　　（2）具有扩音功能且可进行扩音音量的大小调节。

　　（3）具有“开始上课”按键，按下后确定上课开始时间。

　　（4）具有“点名”功能按键，按下后可进行自动播放点名，还具有学生答“到”后的确认按键。

　　（5）具有蓝牙麦克风（兼耳机功能）放置功能，当用户拿起蓝牙麦克风后，自动进入扩音模式。

　　（6）具有蓝牙发射功能，可支持多用户连接。

　　（7）具有USB充电接口功能，接口旁边应有充电指示灯，指示灯为红色时表示正在充电，指示灯为绿色时表示充电完成。

　　（8）具有专用APP扫描的二维码，通过智能手机扫描后可网络下载进行安装。

　　2.1.2 USB充电器

　　一端接上电源，一端接入扩音设备，可实现对扩音设备的充电。

　　2.1.3 蓝牙麦克风

　　（1）蓝牙麦克风应小而简便，不使用时放置在扩音设备凹槽处，由嵌入式按钮固定。

　　（2）蓝牙麦克风具有外部声音输入和扩音器声音输出功能，当从扩音设备取出时，自动进入扩音输入模式；当放置到扩音设备时，关闭扩音输入模式。

　　2.1.4 智能手机

　　智能手机作为配合扩音设备使用专用APP的载体，在智能手机上可完成专用APP的安装、系统初始化设置及相应配置等功能。

　　2.2 方案设计

　　根据调研，对目前市场上穿戴式教学扩音器的分析和研究，频率响应在50～80 Hz之间的扩音器外观尺寸的长×宽×高（单位：mm）均值在相应的区间：（108～90）×（58～38）×（138～80）。基于此外观尺寸数据和人机工学以及视觉效果，该文设计产品外观尺寸为90×90×30较为合适，设定频率响应在50 Hz～10 KHz，适合100人左右的课堂中使用。形态设计方案如图1。

　　设计思路如下。

　　（1）以腰挂式教学用扩音器为佩戴主要方式。

　　（2）以圆形为主要造型设计元素，符合大众对扩音器的传统审美要求。扩音器采用金属镀膜工艺，使使用者体验重金属质感，与扩音器使用体验相辉映。

　　（3）圆形中央液晶显示小屏幕与APP应用交互形成对应提示，为用户带来更多直观使用体验。

　　（4）无线蓝牙式耳麦扩音装置与扩音器形成对应相接整体，使使用者更加便于携带以避免耳麦丢失的情况发生。

　　3 软件交互需求及方案设计

　　3.1 系统初始化设置

　　系统初始化设置包含以下几个方面。

　　（1）设备名称及密码设置：该功能可动态进行添加、修改、删除管理，即可设置为一个或多个设备名称如“高等数学、大学英语、大学物理”等，每个设备名称设置相应的连接密码。如果只有一个设备名称时，默认为当前开放的设备，如添加多个设备名称时，需要选择确认哪个为当前开放的设备。 　　（2）账号管理：该功能实现对用户角色的分配和用户账号的管理，作为教师用户账号分配时，需要与扩音器设备验证码相匹配从而获得教师角色及用户权限分配，如系统设置、课堂管理、学生信息管理等功能；作为学生账号自动生成时不需要验证匹配，获得连接设备、下载存储录音等功能。

　　3.2 连接设备

　　（1）?{牙麦克风连接：蓝牙麦克风为系统的声音输入设备，连接时需要设备验证码进行匹配并输入设备连接密码。

　　（2）扩音设备连接：扩音设备作为系统的外置扬声器，连接时需要设备验证码进行匹配并输入设备连接密码。

　　（3）学生连接：通过手机蓝牙功能，搜索周边设备信息，根据学生发送蓝牙标识及学生学号信息，自动匹配，无需进行连接。

　　3.3 课堂点名

　　（1）课堂学生信息管理：提供Excel表固定样式，包含课堂学生的学院、年级、学号、姓名等信息，在相应课堂名称下进行导入，并可进行动态修改、删除和查询操作。该功能为学生连接设备和课堂点名建立基础数据库。

　　（2）后台自动点名管理：当教师按下“点名”功能键时，系统后台启动自动执行操作，自动下发考勤请求，学生收到请求后，确认考勤，将本机蓝牙唯一号及对应学号推送到服务器并自动打开蓝牙等待扫描。智能设备的通过扫描周边设备信息情况，将从服务器收到的学号信息、蓝牙唯一信息及课堂学生信息表进行比对，形成连接设备的学生签到表。

　　（3）手动点名管理：在后台自动点名管理的基础上，系统自动筛选出未连接设备的学生名单并按顺序进行自动播报，每个名单播报3遍（间隔2 s），直到教师按下“确认”键可提前跳转到下一个学生名单。在播放最后一个名单后，提示“点名完毕”。

　　3.4 时间提醒

　　（1）提醒时间设置：该功能主要用于设置每个上课小节上课开始时间、上课时长，从开始时间到达上课时长后，系统自动通过蓝牙耳机发送“滴滴滴”3声提醒，并播报“下课时间到”。

　　（2）提醒时段选择：时段分为上午、下午、晚上3个大的时段，每个时段分为两个小时段；选择方式分为固定设置和自动匹配两种方式，其中固定设置方式为教师根据相对固定的上课时间确定，该方式将严格按照设定的开始上课时间和时长进行下课提醒，自动匹配方式主要考虑到突发情况教师迟到或课前处理其他事宜等情况下，将开始上课时间动态调整为教师拿起蓝牙耳机（麦克风）的真正开始上课时间，在该时间基础上，达到设定的上课时长时，才进行下课提醒。

　　3.5 录音及存储

　　（1）自动录音：当教师在扩音器上取下蓝牙耳机（麦克风）时，自动开启录音功能，在教师将蓝牙耳机（麦克风）归位到扩音器上时，结束录音功能，同时将录音以固定方式（课程名称+日期）命名，存储在服务器固定目录下。

　　（2）下载录音：教师及学生用户均可在该栏目下，通过课程名称或上课日期进行搜索，点击“下载”后将上课录音下载至手机进行存储和播放。

　　4 结语

　　随着信息技术的飞速发展，扩音设备的创新和设计也一直不断在电声设备的发展路径上追逐前行，消费类电子产品正在朝着多功能、个性化、便携化、高保真的方向发展，促使微型电声元器件朝着超小型化、数字化、集成化和模组化的方向发展。在这样的背景下，基于交互设计的可穿戴式教学用扩音设备的研究、设计和研发，更需要紧跟时代步伐并能结合3G、4G网络的发展趋势，呈现出更加具有人性化、个性化且体现工作化与娱乐化相结合的特点，才能不断满足当代教师、学生在学习、生活和工作中的独特需求。

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