Loaded Dice：赋能视障者协同设计

Loaded Dice：与盲人和视障者共同探索连接设备的设计空间

凯文·勒弗鲁尔，索伦·托茨奥尔，安德烈亚斯·比朔夫，阿尔布雷希特·库尔策，迈克尔·斯特尔茨，莉莎·乌尔曼，阿恩·伯格
计算机科学系，媒体信息学讲席，开姆尼茨工业大学，德国开姆尼茨09107 firstname.lastname@informatik.tu‐chemnitz.de

本摘要文提出了Loaded Dice，这是一种基于无线连接的 Arduino、由两个3D打印立方体组成的交互工具，其中一个立方体包含多种传感器，另一个则配备多种执行器。该工具旨在支持盲人和视力障碍者在智能连接设备的设计空间内开展协同设计活动。文中描述了该交互式协同设计工具的设计原理与设计过程，介绍了工具本身，并分析了共同设计者在协同设计研讨会中如何利用该工具探索智能连接设备技术。本文展示了此次研讨会的研究发现。所提出的交互式工具及配套的协同设计活动被证实能够有效赋能并吸引参与者围绕物联网构想和创想未来技术。

作者关键词

设计案例；设计方法；参与式设计；协同设计；通过设计进行研究；视力障碍；可访问技术；触觉技术。

ACM分类关键词

H.5.2. [信息接口与呈现]：用户界面 ‐ 触觉输入/输出，原型制作，输入设备与策略。
K.4.2. [计算机与社会]：社会问题 ‐ 残疾人辅助技术。

引言

我们自身、家庭及环境日益通过智能连接的传感器、执行器和应用程序实现无处不在的增强，使我们能够追踪、分析并改变某些因素，从而（可以说）让生活更加舒适、安全和愉悦。自我增强由健身追踪器和智能秤支持的智能增强，使我们有可能将自己转变为更健康、更具运动能力的人。通过智能恒温器对家庭进行智能增强，可以在节约能源的同时，帮助保护环境，并让我们回到家时仍能享受适宜的温暖。这些是所谓物联网（IoT）中连接设备潜力的标志性示例，其基本特征是将传感器和执行器嵌入日常物品和情境中，并通过网络进行组织，以期为用户、家庭和环境带来更大的价值。

通过连接日常物品并为其增加交互功能，特别是特殊需求用户能够在日益数字化连接的世界中更好地参与日常互动。然而，尤其是针对特殊需求用户，特别是具有感官障碍的用户，连接设备的设计空间仍然在很大程度上未被充分探索。我们的研究动机源于缺乏专为盲人和视障用户协同设计活动而开发的工具，以及相应的适配协同设计工作坊概念的缺失。

我们报告了支持设计过程以及基于无线连接Arduino的两个立方体Loaded Dice的开发，旨在支持并赋能与盲人和视力障碍者开展协同设计活动。其中一个设备的六个面各配备一种不同的传感器，而另一个设备的每个面则各配备一种不同的执行器。这两个设备通过符号学原理在视觉和触觉上进行了增强，以体现各自传感器和执行器的功能。为了探索这些交互工具在协同设计活动中使用的可行性、局限性和能力，我们与作为共同设计者的盲人和视障学生开展了一系列工作坊。

本文首先讨论了面向盲人和视力障碍者的协同设计活动的交互工具的相关方法。我们描述了迭代的设计原理与过程，这些最终促成了我们的交互式协同设计工具Loaded Dice的实现，并特别关注智能连接设备的需求与可能性。接着，我们分析了在协同设计研讨会中，共同设计者如何探索并使用这些交互工具，以界定连接设备领域中的问题及可能的解决方案。最后，我们探讨了将该交互工具应用于其他协同设计形式的可能场景，并指出了此类工具在赋能特殊需求用户参与使用场景的协同设计过程中所能发挥的作用，同时提出了此类工具未来迭代的设计启示。

本文做出了两项贡献。首先，提出了一种用于支持感官障碍用户进行协同设计活动的交互工具，并描述了能够创建此类工具的设计过程。其次，通过在协同设计活动中使用此类工具，探讨其特性并揭示了使用策略。本研究的总体目标是赋权特殊需求用户，使其能够探索连接设备的可能性、其应用的设计空间以及可能的使用场景。因此，我们的工具致力于帮助用户掌握并熟练运用相应的连接技术，协助设计师和研究人员深入了解这些用户的经验，并与他们共同开发有意义的成果。此外，我们希望促进社区对连接和交互工具在协同设计活动中的研究兴趣。

相关工作 盲人用连接设备

各种连接设备层出不穷，从用于个人使用的健身追踪器到家庭自动化的智能照明，设计时都以易于使用、舒适和愉悦为目标。专为盲人和视力障碍者设计的产品范围本身并不受限，但目前仅限于支持日常活动的设备，这些设备更多是使用上的必需品，而非带来乐趣和享受的产品。另一方面，像自动驾驶汽车这样的近未来技术虽然并非直接面向特殊需求用户设计，但将对感官障碍人士的自主性产生巨大影响。尽管未来前景看似乐观，但当前现成的技术仍远不够先进，却往往是为用户提供更多自主性的唯一可用解决方案。

当前的相关研究主要集中在增强现有工具和可穿戴设备，以帮助视障人士，例如手指阅读器 [24]，这是一种戴在手指上的设备，使盲人和视力障碍者能够阅读纸质印刷文本。导航腰带 [6] 可引导视障用户在未知区域中行走，它由小型计算机、耳机和传感器组成，通过双耳反馈为用户提供导航信息，并佩戴于腰部。同样，导盲杖 [7] 也能快速安全地引导用户，它由长手柄和装有超声波传感器的传感器头组成，传感器位于可转向轴上。当检测到障碍物时，系统会确定合适的行进路线，并通过可感知的力由该轴引导用户。

然而，智能手机对视障用户的影响也最大。但他们的主要交互发生在触摸屏上，而这种屏幕无法为盲人提供反馈。目前已有大量解决方案来促进此类设备的使用，例如 VizWiz[4]，这是一款适用于 iPhone 的智能手机应用程序，可帮助盲人用户更轻松地提出问题。它允许用户拍摄周围环境的照片，并将照片与一段简短的录音问题一起发送至 Amazon Mechanical Turk。通常在不到一分钟的时间内，来自众包平台的多位人员会提供答案，以确保获得令人满意的答复。SemFeel[26]是一种用于移动触摸设备的系统，在设备背面添加了振动电机，从而实现触觉反馈。通过不同的振动模式，SemFeel 能够向用户传达屏幕上发生的情况，并建议适当的操作。SpaceSense [27],是一种手持式系统，提供地理信息，同样依赖于安装在移动触摸设备上的振动电机所提供的触觉反馈。通过振动触觉反馈，SpaceSense 可在提供方向和距离信息的同时引导用户。显然，当前乃至未来的科技为视力障碍人士带来了巨大的潜力。然而，大多数现有方法仅是对主流市场技术的“黑客行为”，勉强满足感官障碍用户的基本需求。例如，我们的一位学生共同设计者告诉我们，她的家庭不得不专门为她制作一种特殊设备，以便她在使用 VizWiz 拍照时能正确固定物体。尽管这种黑客装置聪明且成本低廉，可能使许多其他用户受益，但其使用过程既不愉悦也不有趣，反而是一种负担，且不便携，它的存在只是为了弥补最初为明眼人设计的平面触摸屏的缺陷。

利用传感器和执行器为开发面向感官残障人士的愉悦性产品开辟了一个巨大但尚未充分探索的设计空间，这些产品将极大地影响他们在日常活动中的自主性以及社会和文化参与感。虽然为盲人及其他边缘化用户群体创造更好的产品是我们工作的最终目标，但我们认为有必要首先让潜在用户成为更优秀的共同设计者。为此，我们开发交互工具以支持协同设计活动，从而弥合在两大最显著领域中存在的两个差距。有合适的可用方法。硬件草图设计几乎能让所有人对物理和连接设备进行原型设计，而协同设计研讨会和游戏已被证明有助于提升在设计决策中的参与感。

协同设计与硬件草图设计

I 通风口 o 在硬件 [1],物理连接设备的原型制作几乎与软件原型制作一样简单。借助Arduino和3D打印，快速制作交互式电子设备及其物理形态比以往任何时候都更容易。然而，硬件草图设计日益简便并不自动意味着设计流程能更紧密地整合用户参与。在连接产品领域，[11]指出了不利的方向： “物联网的概念存在演变为一个人们无法掌控的世界的风险”。这促使作者提出了物联网DIY宣言，旨在“构想一种系统，使每位用户都能通过网络连接日常物品，创造属于自己的有意义体验”。

协同设计是参与式设计中的一套工具和方法，通过直接让受影响的用户群体参与设计活动，以更好地理解个人使用场景。特别是在为特殊需求用户[22]设计产品以及与这类用户（尤其是可能被边缘化的群体）合作时，协同设计在工业界和学术界正受到越来越多的关注例如 [14]。然而，大多数协同设计方法严重依赖参与者的视觉能力，以便让他们参与典型的协同设计活动，如草图绘制或书写，而这些活动主要依靠视觉辅助。此外，大多数协同设计游戏[8] ——尽管从理论上讲对视觉沟通的依赖较小——通常并未针对视障用户的需求进行设计。我们认为，无论是协同设计还是硬件草图设计，通常都没有考虑到让盲人或视障者参与设计活动。

面向盲人和视障用户的协同设计活动与工具

直接让用户参与设计活动，不仅有助于让他们感受到自己被纳入了通常被排除在外的设计和决策过程中，还为他们提供了表达自身关切并提出可能使自己直接受益的未来技术的机会。因此，动手感知促进了面向用户、源自用户并与用户共同进行的直接学习。以这种方式让视障用户参与其中，高度依赖于通过专门设计的交互工具支持的协同设计活动。

电子纺织编织 [16] 就是一种这样的方法。它是一个专注于电子纺织品的创意工作坊，将纱线和普通织物等材料与电子元件相结合，通过让盲人和视力障碍者参与其中，探索便捷的技术。这些电子纺织品不仅旨在鼓励参与者探索材料本身，还让他们设想此类技术如何在日常生活中发挥作用，从而为未来技术寻找创意。所有参与者都能够动手实践由于所提供的交互工具具有易于理解的触觉信息，以及整体针对用户群体的特定方法，参与者对电子纺织品表现出浓厚兴趣。参与者非常享受这种合作方式，并提出了许多关于未来设备和技术的不同想法。另一项研究基于盲人和视力障碍者在电脑游戏和玩具设计过程中注重音频和触觉反馈的理念。共有18名盲童和视力障碍儿童作为共同设计者参与其中，旨在设计出符合这些儿童需求的技术。研究开展了三个不同的情景，每个情景包含不同的研究问题。为了满足这些工作坊的需求，研究人员专门开发了一个软件平台、一个操纵杆和一个发声玩具。这些工具与各种面向儿童的材料（如织物）结合使用，以针对诸如儿童声音定位能力或发声玩具使用情况等研究问题获得有价值的答案。为了为盲人和视力障碍者设计合适的基于手表的触觉信息显示，研究人员与视力障碍人士合作开展了一项研究，旨在探索在小型显示器上呈现触觉信息的使用案例和方法。通过与七名盲人参与者的讨论、访谈以及设备演示，了解他们当前如何使用设备，从而得出有关此类触觉信息显示器设计的结论。在测试过程中，使用了一款名为TPad的具备表面触觉功能的手表原型，该原型同时也作为早期设计理念的实验平台。

灌铅骰子原型 设计原则

B残障人士需要专注于不同的感官，以理解当今的世界。对于设计师而言，在创造合适的工具和产品时，了解他们感知和互动的方式是一项重要任务。在创造有益的产品时，视觉功能的缺失不应成为障碍。尽管存在例外情况，但大多数设计师并非盲人，因此存在设计出居高临下或不贴合需求的产品的风险。我们通过反思相关研究的设计原理，并结合本文三位作者的亲身经历来开展工作。其中一位研究人员的家庭中有盲人，另一位曾在盲人和视障人士学校完成为期一年的社区服务，还有一位为盲人和视力障碍者提供陪护工作的志愿者。

我们希望以一种可独立使用的方式来设计我们的交互工具，以避免造成更多需要残障人士求助的场景。为此，我们没有依赖颜色来区分功能。字母也是如此；虽然可以使用盲文来创建注释，但并非所有盲人或视障者都能阅读盲文，这会造成挫败感。这些工具还应设计得鼓励用户触摸；应去除危险边缘等类似风险，以避免造成伤害。然而，这类工具应当仍然需要具有美学设计。盲人使用设计糟糕的工具时感到不悦，就像我们其他人一样。

连接设备的基本功能

为了让盲人和视力障碍者参与智能连接设备的协同设计过程，我们认为首先需要建立对物联网及其机遇的理解。仔细观察，商业化的连接设备通常由多种传感器及其相关执行器组合而成。传感器将来自环境、物体或人体的物理量转化为电子信号；而执行器则将这些电子信号重新转化为物理世界中的变化（示例见表1）。传感器和执行器均基于物理、化学或生物现象和原理。在本研究中，我们重点关注用于感知和产生以下感官体验的传感器与执行器：光、温度、声音以及运动（机械运动）。

物理量	传感器（输入）	执行器（输出）
光，可见光/颜色，紫外线，红外线	LDR（光依赖电阻），光电晶体管，CCD芯片	LED（发光二极管), 灯泡, 条形图显示器, … 显示器
温度	温度计, 接触基于热量耗散，非接触热量辐射	热制冷电器/加热器 (珀尔帖效应)
声音	麦克风	扬声器, 压电, 机械噪声输出
位置和运动（相对位置变化）	被动雷达红外运动检测，超声波距离传感器	电机（直线运动或旋转） 振动，风扇 （空气流动）
压力	气压计	泵，压电
空气成分，分子	空气质量传感器 湿度传感器 气体传感器，粉尘传感器	气味，香水，嗅觉输出
引力场 磁场	力/场，陀螺仪，加速度计，指南针

表1：不同物理量的环境传感器与执行器（示例）

初始概念

将功能、交互性和外观分解为可配置的基本输入和输出是一种可行的方法[2，3.]这种方式不仅我们不仅能够更容易地观察到用户认为哪些输入和输出是有用且更受偏好的，而且我们认为这种方式使用户能更轻松地从实际形态中抽象出传感器/执行器的功能。此外，组合传感器和执行器变得更加方便，这种自由配置的可能性使得在物联网设计空间的范围内进行设计更加容易。我们最初决定将一个传感器或执行器集成在一个外壳中，是基于加弗的研究，该研究表明清晰的设计和一功能一设备的方法不仅是可行的，而且有助于非技术用户群体的采纳[15]。

在使用3D打印外壳的早期迭代过程中，我们发现选择立方体作为外部结构相比为每个传感器或执行器单独封装具有多个优势。一方面，立方体允许传感器与执行器组合之间快速更换。其次，骰子的形态及其所代表的随机性含义强化了传感器与执行器的配对没有对错之分，同时仍保持直观的一对一配对方式。此外，骰子的形状传达出一种直观的认知，即顶部面为激活面。最后，通过将技术需求（如线缆、电流）整合到每个骰子中仅需一次，也降低了生产复杂性。

界面设计与符号学原理A意识 o es 可以为用户提供更高效的设备功能传达方式，无论他们是否为视障者。其理念在于，界面体现产品的功能，从而增强产品的可用性。对于Loaded Dice，我们专注于将外壳作为用户界面，这与通常以视觉信息为主的用户界面不同。为了向异构用户群体提供令人满意的可用性，我们决定采用凸起的二维图案并整合指示符，使其既可通过视觉也可通过触觉识别。

我们假设基本形状将促进对骰子及其功能的前文字理解，从而有助于克服感官和文化障碍。选择骰子各面的设计也是为了避开习惯性联想机制（例如模仿主页按钮）。该原型的目的在于与共同设计者开展创意构思过程，其中显性技术知识并非关键标准。因此，我们设计了圆形凸起图案，作为一种可访问的方式，用以表示不同传感器和执行器的功能。目标是使这些图案对应非词汇、非抽象且不言自明或“自然”的符号，以便解释者理解[20] 。骰子的形式与功能联想基于功能性和描述性机制（见下文说明）。此外，还设计了其他界面功能，如按钮（用于开关以及手动激活特定面）和振动反馈。

传感器芯片

• 温度传感器 ：围绕传感器中心孔的波浪形凹槽表示闪烁的热量。
• 光传感器 ：中间的半透明材料用于隐藏和保护传感器，周围的边框象征着光线。
• 麦克风 ：锥形漏斗可引导声音并指示出嘴部或耳件的位置，盖子代表听膜。
• 运动传感器 ：凹痕指示并限制了检测角度。
• 电位器 ：旋钮表示一种动能功能，而尺寸递增的半球表示刻度和范围。
• 距离传感器 ：实现该功能需要两个孔（发射器和接收器），反射的平行线代表超声波回波的技术原理。

执行器芯片

• 振动 ：三个同心凹槽表示振动脉冲。
• 加热表面 ：四个圆形金属元件传导热量，让人联想到电热炉盘。
• LED条形图 ：其形状强调了LED之间的视觉分离，以及具有不同层级的旋钮设定概念。
• 扬声器 ：覆盖的网格让人联想到抽象风格化的声音波纹，并表示音量逐渐增大。
• LED ：中间的半透明材料用于隐藏和保护LED，漏斗形状表示光束或灯罩。
• 风扇 ：表面覆盖着风扇叶片，并暗示了旋转运动和气流。

每个骰子由两个各含三个面的半壳组成。外壳采用3D打印（聚酰胺激光烧结）制成。表面具有令人愉悦的触感，呈现绒面质感且不打滑。3D打印的质量很好地还原了各面预先设计的符号学原理，并达到了所需的精度。骰子紧凑轻量，易于双手握持。外壳（13x13x13厘米）足够坚固，适合与用户进行实际评估。每个骰子的三个角落被扁平化，形成三角形。这些空间用于布置电源开关、操作模式开关以及用于充电的 Mini‐USB端口。每个面的小凹痕下方设有触摸传感器，可实现手动的传感器/执行器选择（相对于方向模式）。每次用户交互（选择面或切换模式）都会通过内部小型电机引发整个骰子的短暂振动作为反馈。小型LED指示运行模式以及选定的传感器或执行器侧，即使视障用户也能识别。

骰子内部的电子元件基于带有扩展板的Arduino开发板。我们将这种标准硬件与单独设计、制造和组装的电路板相结合。这种模块化方法带来了诸多优势，同时也存在一些挑战，例如将所有不同组件、它们的互连以及（非常重要）合适的电源（锂离子电池）安装进空间受限的外壳中。所有组件仅通过堆叠或插接在一起，从而实现快速的重新配置和更换。摆脱线缆是该设计中一个非常重要的方面。这意味着骰子之间需实现无线通信。首先，我们的目标是在低数据速率、短距离（从一个房间到另一个房间）的情况下，实现设备间可靠、低延迟且低功耗的通信。因此，我们在原型中选用了ZigBee模块。骰子在初始阶段进行配对以实现通信。由于每个传感器可能具有不同的范围并且意味着传感器芯片首先解释原始数据，然后将标准化传感器值传输到执行器芯片。除了硬件之外，运行在骰子上的软件也是至关重要的部分。该软件提供了极大的灵活性，可以在不改变电子设置的情况下，调整设备之间的通信方式、用户交互中的行为，以及传感器值到执行器值的映射方式。

Loaded Dice：与盲人和视障者共同探索连接设备的设计空间

原型评估

我们希望探索Loaded Dice是否是一种合适的支持与盲人和视力障碍者共同设计活动的工具，以共同创造未来产品的设计虚构或设计机会。因此，这些工作坊被设定为开放式，允许根据我们的共同设计者所选择的方向进行衍生。因此，这些工作坊是一次富有创意的实践体验，旨在探索Loaded Dice如何作为激发未来连接设备问题构建和创意生成的方法。首先，我们希望观察用户对 Loaded Dice的探索策略，以及他们如何从所提供的附加信息输出和符号学原理的实现中受益。其次，我们想了解学生在日常情境中如何借助连接设备的启发进行问题构建；第三，我们关注共同设计者将如何利用这些工具进行创意生成。

方法论

我们的研究遵循定性研究方法，旨在从参与者视角分析和理解协同设计策略。此外，我们将研究与开发工作视为一个过程，其指导理念是通过让用户作为共同设计者参与其中来赋权用户。共同设计探索的目标是了解这些用户的问题和需求，以进一步开发适当的设计解决方案，并让他们参与设计决策。

总体的方法论方法以及具体应用的数据收集与分析方法，依赖于符号互动论[5]和实用主义 [12]的社会理论。同样的，本研究框架也遵循科宾和施特劳斯提出的扎根理论方法[10]。这些理论和方法论将研究描述为一个“足够灵活以理解各种变化的情境[…][且]具有足够的普遍性以适用于整体图景”[17, p.242]。此外，其目标是产生对受研究现象影响并面对该现象的人们来说易于理解和接受的解释。我们关于通过设备补充共同设计过程所形成的理论，应对我们作为设计师和设计研究人员，以及目标用户群体和其他利益相关者（如护理人员或教育工作者）都具有实际意义。

工作坊

我们与一所盲童和视障儿童学校及支持中心的学生组织了一场为期一整天的工作坊。共有来自八年级和九年级的11名学生参与，其中4名为女生，7名为男生。四名学生为盲人，其余七名为不同程度的视障者。他们中有些人能够阅读大字号印刷文字，并借助内置屏幕放大镜在笔记本电脑和智能手机上使用图形界面，另一些人至少能够识别明暗对比。尽管我们根据他们的视觉能力进行描述，但这些共同设计者都是典型的青少年，关注同龄人、音乐以及智能手机的使用。

我们将班级分成了四个较小的小组，每组两到三名学生，以便更好地控制人员与学生的比例，并为每位参与者提供充足的时间和空间参与练习。工作坊期间没有教师在场，这使我们能够建立一种信任的氛围，让工作坊成为学校日常生活的受欢迎的改变。在工作坊当天，我们在小组设置中结合了不同的方法和协同设计工具，安排了两个工作坊，形成两个年长组和两个年轻群体。我们组织了关于盲人或视障者日常生活挑战的小组讨论，并提供了两种不同的共同设计工具（Loaded Dice 和另一种市面上可获得的协同设计工具），让学生在构思阶段进行探索和应用。通过这种方式，我们希望充分贯彻我们的协同设计理念，既让学生自由探索这些工具，又能设想他们可以使用 Loaded Dice 解决的潜在问题和方案。

所有这些信息均已进行分析和比较（见发现部分）。

本文报告了以Loaded Dice作为协同设计工具，在工作坊阶段进行的探索与构思阶段的研究成果。这些工作坊阶段的特点在于我们希望为协同设计参与者提供动手实践的体验。因此，四位负责的研究人员深度参与了工作坊，不仅提供支持与指导，还作为讨论者与学生共同探讨和探索。我们首先简要介绍了Loaded Dice，从而开启了本研究所述的工作坊阶段。除了探索设备之外没有其他任何要求。在学生探索完设备后，紧接着明确地讨论了这些设备在其日常生活中可能的应用或问题‐解决方案对的想法。

数据分析

这些工作坊由五位负责的研究人员通过实地笔记进行记录。这些资料在工作坊结束后进行了整合，并以备忘录 [9] 形式的后续数据加以补充。备忘录包含了进一步的观察结果、研究人员对自身在工作坊中所扮演角色的反思，以及对工作坊实施过程的思考。另外开展的两次小组讨论的记录已被转录。

每个协同设计小组都被视为一个互动模式的案例进行分析。观察记录表按照扎根理论的方法逐行分析，以重构触觉或言语事件的顺序。特别是，我们关注共同设计者如何解释和与Loaded Dice进行互动。所得到的编码被记录在电子表格中，并部分参考相关研究 [16] 分为四类：探索与理解、使用独立性、参与度和趣味性。

随后，对互动模式的编码进行了比较，不同行为模式和解释方式变得更加明显。案例被浓缩为其典型模式，以重构典型案例结构[18] ，这成为第二阶段编码的衡量标准。在最后一步中，我们结合其结构性互动组件的背景，讨论了有趣且有意义的序列，以巩固或重新考虑我们的解释。

研究结果

我们想了解参与者会如何探索我们的设备，他们能否识别Loaded Dice的各个区域及其功能，以及如何识别。我们还想了解这些连接设备将如何影响他们发现日常生活中问题的能力，并基于连接设备的功能构思可能的解决方案。我们的分析表明，这两种有趣的行为密切相关。

首先，每个小组尝试了不同的探索策略来推断Loaded Dice及其功能。然而，在随后的构思阶段中显示，每组主要采用的探索策略对学生们进行协同设计的方式产生了重要影响。

探索策略

我们的首要兴趣是观察盲人和视力障碍者如何探索 Loaded Dice及其功能。在设计过程中，我们假设这些设备通过提供视觉之外的额外信息输出，能够满足这些用户群体的需求。第二个目标是测试并验证原型符号学的设计原则：学生能否通过设备表面的设计发现 Loaded Dice？在开始阶段，在工作坊中，学生共同设计者被直接面对Loaded Dice，除了问题“你认为这些骰子有什么作用？”之外，没有得到任何进一步的解释。他们通过三种主要策略探索 Loaded Dice，这些策略相互交融，代表了使用 Loaded Dice及其功能组合时的不同熟练阶段。

• 触觉探索
• 联想探索
• 功能探索

在工作坊初期，最常观察到的策略是触觉探索。特别是盲人学生依赖于触摸骰子的各个区域，并由此识别其功能。我们注意到，这些进行触觉探索的学生比其他依赖视觉印象的共同设计者更快地准确推断出对应的功能。例如，距离传感器的功能通常是通过触摸其周围宽度逐渐增加的凹槽而识别出来的。而珀尔帖元件的热功能实际上仅由进行触觉探索的学生发现，视障者和视力正常者则因其带有两块金属板的外观而误认为是电磁铁。

我们将触觉探索在语言互动中引发对可能功能的进一步假设的情况称为联想探索。这一过程通常由学生协同设计者说出某个联想意义而触发，研究人员会追问“这可能意味着什么？”或“它可能会有什么作用？”，以促进更深入的解释。以下两名学生（P01和P05）之间的联想探索过程既展示了该现象的典型表现，也体现了其在协同设计中激发即使看似不可能或推测性概念的潜力：

P05：“这可能是声波。”
P05：“可能是和空气有关的东西。”
P01：“没错！”
P05：“这个收集空气，然后这个把空气释放回去。”

Loaded Dice 的 功能探索 是第三种也是最后一种策略。它包括从对这对骰子进行 playful 探索，到对其有意操控的一系列活动，例如通过麦克风传感器和扬声器执行器之间创建无限音频循环。这种利用反馈回路实现的功能探索，标志着我们在工作坊中达到的最高使用熟练度状态。当共同设计者从功能上发现这些设备时，他们开始探索各种内在动机驱动的用途，例如开玩笑或表达自己的兴趣，比如在组合麦克风传感器和LED条形图时即兴唱起自己最喜欢的歌曲。在全部四个案例中，功能探索都标志着学生小组探索阶段的结束。例如，当一名学生将无限音频循环作为一种工具的“黑客行为”创造出来后，他的同桌便关闭了设备，仿佛整个探索“游戏”已经完成。

独立与认同作为问题定义框架

一旦传感器和执行器的功能被揭示，便启动了构思阶段。我们在此的核心关注点是观察Loaded Dice是否能够帮助学生针对他们日常生活中遇到的问题，构想出连接设备的可能解决方案。在工作坊过程中，共同设计者强调了两个对其问题定义至关重要的方面，这两个方面塑造了协同设计过程：他们对所涉及利益相关者的认同，以及对独立与自主的迫切需求。这两种价值观在共同设计者的互动中居于核心地位，并影响了后续形成的问题‐解决方案对。通过预先审视这些价值观，我们的分析遵循了共同设计者所重视的相关结构，从而得以充分反映他们的需求。

我们在工作坊的构思阶段开始时，简要说明了我们的目标是设计用于制作和标记骰子的工具，以作为后续讨论的辅助。研究人员提出的引导问题是以“盲人在日常生活中会遇到哪些问题”结束的。令我们惊讶的是，一些学生共同设计者拒绝了这个问题，因为他们并不认为自己属于“盲人”群体。

P10：“我们并不是真正的盲人。也许我们无法很好地帮助你们。”

因此，我们看到了参与者在协同设计过程中对相关利益相关者的认同所起的关键作用。另一组由三名盲人学生组成的共同设计者，则直接从自身的日常生活经验中提出了设计问题。这种参与感的差异导致了回答该问题的两种不同方式，尤其影响了所提出概念化解决方案的特点（见下文）。

然而，两组人提出的问题差异不大。这两名不认同“盲人”身份的年长学生，由于曾与盲人同龄人一起接受教育，因此对盲人的需求和愿望较为敏感。因此，两组人拥有相似的经验领域，并指出了类似的问题领域。这一点在两组人都将盲人的自我决定视为其问题定义中的关键因素时尤为明显。例如，年长组描述了一种面向盲人的连接式身份标识，该标识仅在佩戴它的盲人希望获得帮助时才发出求助意愿信号。另一组则注意避免设计那些会不必要地暴露他们盲人身份的解决方案：

学生们讨论了从盘子、餐具等进食的困难。一名研究人员建议使用光学执行器来提示汤碗的填充水平。
P02拒绝了这个想法，理由是：“使用特殊设备会让人感到尴尬”。

这种强调与研究人员的经验相一致，即视障者出于对独立的渴望，会拒绝使用盲人手杖或德国典型的带黑点的黄色臂章等指示符。此外，与共同设计者开展的小组讨论也凸显了自我决定的重要性，以及他们在日常生活中对非盲人提供的误导性帮助的排斥。

想象与构思阶段

我们的假设是Loaded Dice的展示以及流畅的使用方式激发了共同设计者们以游戏化的方式组合传感器/执行器配对，从而针对他们提出的日常问题构想可能的解决方案。在构思阶段中互动的强度和所产生想法的密度明确表明这一目标已经实现。根据参与感的不同程度所带来的影响，我们希望展示在工作坊中观察到的两种不同的协同设计策略：一种是 解决方案驱动模式 ，另一种是 对问题空间的个性化探索 。

年长且仅有轻微视觉障碍的群体通过将Loaded Dice理解为一个工具箱，超越了所展示设备的局限性和外观，专注于工程解决方案。他们构想出例如一种复杂的导航系统，该系统结合了超声波距离传感器和多种力反馈执行器，并将其放置在盲人身体上，使其能够独立行走（P10：“就像蝙蝠感知周围环境一样。”）。以这种方式，他们开发了五种不同的问题‐解决方案对，从求助信号装置到电磁整理系统，再到脑‐车接口。这种组合方式源于对Loaded Dice的功能性探索，将其视为一种可轻易以各种方式重新组合的现成传感器聚合体。显而易见的是，学生们持有一种观点，即他们针对日常问题提出的解决方案必须是“新颖的”且前所未有的（P09：“滑动控制器到处已经有了。”）。这一点进一步印证了学生所持有的工程导向，以及他们以解决方案为导向的协同设计思路。

相比之下，第二组更关注可能解决方案的可接受性，而不是对其进行工程设计。他们提出了两个问题‐解决方案对。其中一个是一种设备，如果将其放置在盆栽中，就可以下载并传递有关该植物的信息。另一个则是用于登记和寻找错放的家居物品（如智能手机或拖鞋）的定位设备。该设备会通过振动而非语音来指示位置，并根据物品所在的房间采用特殊的振动模式。以下摘录还表明，学生高度参与了构想过程，因为他们提出了从所设计场景中衍生出的额外挑战。

P02：“我在一个房间里掉了东西，然后去了别的地方，之后就得寻找那个东西，比如我的智能手机。”
P04：“或者我的眼镜。”
P02：“或者我的拖鞋。”
研究人员：“你认为可以如何解决这个问题？”
P02：“可以用类似找钥匙的传感器。有一些应用程序，可以像在谷歌地图上标记位置一样，标记物品的位置。哪个东西在哪里？”
P04：“当我寻找某个物品时，我可以询问我的智能手机，然后通过振动模式告诉我它在厨房。”
研究人员：“所以你希望每个房间有不同的振动模式？”
P02：“嗯，但这样你就需要经常重新配置，比如在酒店的时候。”

这种行为一方面基于对目标用户群体更高的认同感，另一方面，年轻群体的概念化体现了对Loaded Dice作为感觉关联物的不同探索和解读方式。年轻群体并未将骰子理解为传感器与执行器的组合，他们的问题‐解决方案对受到其独特世界观的强烈影响，甚至达到了近乎诗意的层面：

研究人员：“你怎么知道晚上有没有下雨呢？”
P04：“我会询问天气应用，因为我无法从窗户往外看。否则的话，当我感觉到街道是湿的，我就会注意到。”
研究人员：“那你不会担心脚被弄湿吗？”
P03：“有过这种经历。”
P04：“你还能闻出是否下过雨。”
P03：“没错！”
P02：“我觉得快下雨时，鸟儿的鸣叫听起来更忧郁地。”

这一序列表明，该群体的联想探索引导他们对问题空间进行了极具感官性和合理性的探索。他们并未简单地结合技术选项和解决方案来应对缺陷，而是基于自身对世界的感知，在各种简洁的设计情境中形成了问题与解决方案的配对，这些配对将作为未来设备开发的蓝图。我们将这种协同设计模式称为特有的，以突出其以体验和感知为核心的独特特征。

讨论

Loaded Dice 在与盲人和视障学生的工作坊中的应用证明，该设备作为协同设计工具在针对此类用户群体的活动中能够成功发挥作用。我们工作坊中的学生共同设计者完全能够发现该工具的功能和潜力——有时甚至比通过视觉理解得更好。此外，我们还深入了解了共同设计者对骰子本身含义以及其抽象呈现方式的理解。

这些联想在两方面起到了帮助作用：一方面，它们成为了共同设计者创建使用场景的起点。我们可以看到，Loaded Dice 激发了学生设计出聚焦于年轻参与者愿望和需求的思想实验和场景。另一方面，口头表达的联想使我们能够借鉴共同设计者解释中更广泛的含义背景。这揭示出一种强烈的倾向，即将Loaded Dice及其功能与消费电子产品，特别是智能手机和MP3播放器联系起来。这种将协同设计工具迁移到青少年学生自身媒体生活世界的现象，表明参与式设计过程已成功启动。尽管我们原本期望从第一人称视角激发特定目标群体设计，例如特有的协同设计模式，但我们很高兴地发现，这些设备同样能够满足高水平的技术素养和工程化思路，例如解决方案驱动模式。我们还发现，我们的设计原则得到了盲人和视障用户的认同，他们进一步揭示了触觉反馈的其他方面，例如辨别振动位置，或针对不同信息采用特定的振动反馈模式。

我们展示了用于支持协同设计活动的交互工具的设计、设计原理及开发过程。该工具是一种可推广的表示形式，旨在体现为盲人和视障协同设计者所设计的连接设备的基本功能。基于与目标用户群体开展的参与式工作坊所获得的积极成果，得出以下结论：

感官障碍用户参与的协同设计活动，得益于针对共同设计者特殊需求量身定制的交互工具。以动手且全面实用的方式呈现连接设备的基本功能，有助于参与者理解连接设备的可能性及其影响。这种工具与协同设计活动的整体结合，支持对相关功能的探索，以及对共同设计者日常问题的定义与反思。同时，这也是一个有益且富有吸引力的方式来想象和构想基于物联网的未来技术。

从个人角度来看，我们举办的工作坊配置得到了教师和学生的高度赞扬。我们坚信，Loaded Dice 以及我们提出的开放性场景有助于感官障碍的共同设计者在连接设备领域的技术使用、采纳和创意方面成为熟练的共同设计者。这使他们能够在设计更好的产品方面拥有更大的发言权，并将在长期来看带来更好、更愉悦的产品。

Loaded Dice 的进一步迭代将对语义原则的表达进行小幅调整，因为此前部分合作设计师未能明显理解其功能。一个面向不同年龄的盲人和视障用户更广泛受众以及更聚焦使用场景的系列工作坊已在进行中。