觸控螢幕教育遊戲中手寫筆與手指觸控交互方式的fNIRS分析

核心概念

與使用觸控筆相比，在觸控螢幕上使用手指進行教育遊戲交互所需認知負荷更低，更直觀自然，使用者體驗更佳。

摘要

Sharmin, S., Bakhshipour, E., Abrar, M. F., Kiafar, B., Kullu, P., Getchell, N., & Barmaki, R. L. (2025). Functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS) Analysis of Interaction Techniques in Touchscreen-Based Educational Gaming. In Proceedings of Human Factors in Computing Systems (CHI’25). ACM, New York, NY, USA, 10 pages. https://doi.org/XXXXXXX.XXXXXXX

本研究旨在探討在觸控螢幕教育遊戲中，使用手指觸控與觸控筆進行交互對使用者認知負荷、學習成效和使用者體驗的影響。

從以下內容提煉的關鍵洞見

fNIRS Analysis of Interaction Techniques in Touchscreen-Based Educational Gaming

by Shayla Sharm... 於 arxiv.org 11-12-2024

https://arxiv.org/pdf/2405.08906.pdf

深入探究

在虛擬實境或擴增實境等更沉浸式的學習環境中，使用手指觸控和觸控筆進行交互的認知負荷和學習成效有何差異？

在虛擬實境 (VR) 或擴增實境 (AR) 等更沉浸式的學習環境中，使用手指觸控和觸控筆進行交互的認知負荷和學習成效差異會更加明顯。

手指觸控：

優勢： 更加直觀自然，更符合 VR/AR 環境中模擬真實世界的交互方式，可以減少學習者對工具的適應時間。
劣勢： 精確度較低，容易誤觸，特別是在需要進行精細操作的學習任務中，可能會增加學習者的認知負荷和挫敗感。此外，手指觸控缺乏觸覺反饋，學習者難以感知虛擬物件的形狀、大小和材質等信息，可能會影響學習效果。

觸控筆：

優勢： 精確度更高，可以完成更精細的操作，例如書寫、繪畫、3D 建模等，更適合需要精確交互的學習任務。此外，觸控筆可以與 VR/AR 設備結合，提供更豐富的觸覺反饋，例如震動、阻尼等，增強學習者的沉浸感和學習體驗。
劣勢： 不夠直觀，需要學習者花費一定的時間適應，可能會增加學習者的認知負荷。
總體而言，在 VR/AR 等沉浸式學習環境中，手指觸控和觸控筆各有優劣。選擇哪種交互方式需要根據具體的學習任務、學習者的特點以及 VR/AR 設備的功能進行綜合考慮。例如，對於需要進行大量文字輸入或精細操作的學習任務，觸控筆可能是更好的選擇；而對於需要進行更直觀、自然的交互的學習任務，手指觸控則更為適合。
未來研究可以針對不同類型的 VR/AR 學習環境、學習任務和學習者，深入探討手指觸控和觸控筆對認知負荷和學習成效的影響，為 VR/AR 學習環境的設計和開發提供更具體的指導。

對於患有運動障礙或精細運動技能受損的使用者，觸控筆是否比手指觸控更有利於學習？

對於患有運動障礙或精細運動技能受損的使用者，觸控筆相較於手指觸控，在學習中具有明顯的優勢。

更高的精確度: 觸控筆可以幫助這些使用者更精確地進行點擊、拖拽等操作，減少誤觸的可能性，從而提高學習效率和成就感。
更好的控制力: 觸控筆可以提供更好的控制力，讓使用者更容易地完成書寫、繪畫等需要精細動作的學習任務。
減輕疲勞: 使用觸控筆可以減少手指和手腕的負擔，避免長時間使用觸控螢幕造成的疲勞和疼痛。
然而，也需要考慮以下因素：

觸控筆的握持舒適度: 對於手部力量較弱或關節活動受限的使用者，選擇握持舒適的觸控筆至關重要。
觸控筆的重量和尺寸: 過重或過大的觸控筆可能會增加使用者的負擔，影響使用體驗。
軟體的輔助功能: 學習軟體應提供相應的輔助功能，例如放大顯示區域、提供語音輸入等，以更好地支持使用觸控筆的使用者。
總之，對於患有運動障礙或精細運動技能受損的使用者，觸控筆可以成為更有效的學習工具，幫助他們更好地克服學習障礙，提高學習興趣和自信心。

如何設計更符合人體工學的觸控筆，以減少其在教育遊戲中的認知負荷和提高使用者體驗？

設計符合人體工學的觸控筆對於減少認知負荷和提升使用者體驗至關重要。以下是一些設計方向：

形狀和尺寸:

模仿真實書寫工具：設計應參考傳統筆的形狀和尺寸，讓使用者感到熟悉和舒適。
適應不同手型：提供不同尺寸和粗細的觸控筆，以適應不同年齡和手型的使用者。
防滑設計：筆身採用防滑材質或紋理，確保使用者握持穩固，減少使用過程中需要用力抓握的情況。

重量和平衡:

輕量化設計：採用輕質材料，減輕長時間使用帶來的疲勞感。
重心平衡：合理分配觸控筆的重量，使其重心穩定，書寫時更加流畅自然。

筆尖設計:

適當的阻尼感：筆尖應提供適當的阻尼感，模擬真實書寫體驗，並提高操控的精確度。
可替換筆尖：提供不同材質和粗細的筆尖，滿足不同學習任務的需求，例如書寫、繪畫、遊戲等。

其他功能:

壓力感應：加入壓力感應功能，讓使用者可以通過不同的力度控制線條粗細或顏色深淺，提升繪畫和書寫的表現力。
傾斜感應：加入傾斜感應功能，讓使用者可以模擬毛筆或鋼筆的書寫效果，豐富創作形式。
觸覺反饋：加入震動反饋功能，在使用者進行特定操作時提供觸覺提示，例如選中目標、觸發事件等，增強遊戲的互動性和趣味性。
除了觸控筆本身的設計，軟體介面和交互設計也需要考慮人體工學因素：

清晰的視覺反饋： 提供清晰的游標或筆跡顯示，讓使用者清楚地看到自己的操作結果。
合理的按鍵布局： 將常用的功能鍵設置在觸控筆上，方便使用者快速操作。
個性化設置： 允許使用者根據自己的習慣調整觸控筆的靈敏度、按鍵功能等參數。
通過以上設計策略，可以打造更符合人體工學的觸控筆，減少使用者在教育遊戲中的認知負荷，提升學習效率和遊戲體驗。