兒童測溫儀設計研究與實踐

陳雨萌　馬宏宇

關鍵詞：測溫儀 額溫槍 用戶體驗 兒童產品 人機工程學

中圖分類號：JO-05 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2022）07-0142-04

引言

在防疫常態化的大背景下，醫療產品在我國快速發展，大量家用醫療產品逐漸進入到人們的生活當中。根據2021年《中國語言生活狀況報告》的信息，“測溫儀”已成為社會高頻詞語，測溫儀在人們的日常生活中已經占據重要位置。 我國的兒童約占現有總人口的 30% 。事實證明，兒童在心理和生理上都比成年人更加敏感和脆弱，會更加輕易地受到外界的影響，此前有團隊在對兒童的行為研究中發現，現有的測溫設備對著兒童的額頭進行測溫時，兒童會產生一定的壓迫感和緊張感。因此，一款好的測溫產品不僅有利于兒童的心理健康，更可以幫助測量體溫者減輕負擔，節省精力，提高體溫測量效率。本課題將從用戶體驗的角度出發，以3-6歲之間的兒童作為主要研究對象，針對兒童測溫儀進行研究與創新設計實踐。

一、測溫儀研究現狀與發展趨勢

（一）測溫儀原理及技術

在自然界中，所有溫度高于絕對零度的物體都在不斷地向外界發出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量是根據其波長分布的，并與其表面溫度密切相關。因此，通過測量物體本身輻射的紅外能量，可以精確地測量其表面溫度。紅外測溫儀的測溫原理是將物體發射的紅外線的輻射能量轉換成電信號，根據轉換后的電信號的大小，可以確定物體的溫度。

測溫儀具有非接觸測量、測量范圍廣、測量速度快、精度高以及靈敏度高等特點，因此測溫儀的使用往往非常廣泛。紅外測溫儀的外觀設計和內部結構有所不同，但其基本結構大體相似，主要包括光學系統、光電探測器、信號放大器、信號處理、顯示輸出等部分。其基本結構如圖1所示。[1]

（二）現有市場概況

近年來，隨著技術的不斷發展進步和測溫儀的快速發展，水銀溫度計已逐漸被電子溫度計、紅外測溫儀取代。受新冠肺炎疫情等社會情況影響，電子體溫計和紅外測溫儀市場需求逐漸得到釋放，行業產量顯著提高，市場規模明顯擴大。市面上現有的電子測溫設備種類良多，主要分為以下幾類（表1）：

防疫常態化的社會現狀下，現最常使用的電子測溫設備為額溫槍。本課題將以額溫槍作為主要研究對象進行調研和分析。市面上額溫槍主要分為醫用和家用兩大類，額溫槍的使用群體范圍廣泛，包括家長、老師、安檢人員、醫務人員等，其終端應用包括家庭、醫院、社區、超市、學校、火車站等。額溫槍造型多樣，現經過調研將市面上現有產品的造型趨勢總結如圖2所示。此類產品外觀逐漸重視手的握持感，同時造型也更加趨于簡約化。

經過搜集與整理，現取市面上相對具有代表性的兩款產品進行對比分析，如表2。通過整理分析發現，兩款熱銷產品的共同優勢是手持部分均經過人機設計，握持感好，但共同的劣勢有產品趣味性較弱，無法很好地滿足兒童對測溫的心理需求。

（三）測溫儀設計趨勢

1.智能化：測溫儀正在不斷嘗試更精準更快速的技術來達到精準測溫的目的，其發展趨勢正趨于智能化。經過幾十年的研究，紅外技術在國外已經達到很高的水平。另一方面，在國內，因為起步較晚，測溫技術水平還遠不及國外。但因為2020年年初新冠肺炎疫情的爆發，國家和眾多企業提高了對測溫技術的重視，不少企業正在積極研發新技術，開發新產品。[2]

2.個性化：產品個性化是工業產品的一大發展趨勢。隨著社會的發展和人們生活水平的提高，人們選擇產品的自由程度越來越大。人們往往會從技術和外觀兩個層面選擇產品。從技術層面看，知名公司往往能夠圍繞用戶的需求提供不可替代的技術解決方案，因此能夠保持領先地位，獲得消費者口碑。從外觀層面來看，以外觀為核心競爭力的產品，往往是通過對新一代用戶的仔細觀察，找出不同于以往的新場景，挖掘用戶對產品的新需求，以此吸引大量消費者。在功能點相差無幾的情況下，一個個性化的外觀是決定產品是否會被購買的重要因素。[3]

3.細分化：測溫儀常用于不同的場景，伴隨著疫情的影響，測溫儀市場近年來也呈現出逐步細分化的趨勢。隨著溫度計的使用范圍逐漸增大，測溫儀的使用者也逐漸細分，市面上出現了許多為不同人群設計的體溫計，如老年人、孕婦等，然而兒童群體，尤其是3-6歲學齡兒童，作為體溫測量使用者的一大組成部分，市面上卻幾乎沒有針對年齡較小的兒童設計的測溫儀?？茖W技術的發展使人們的生活節奏逐漸變快，因而忽視了兒童身心的健康發展。因此，有必要設計出一款基于兒童情感共鳴的兒童體溫計，既能增加感官興趣，又能促進智力開發，有利于兒童身心的健康成長。

二、用戶行為及需求分析

（一）兒童行為特點及喜好

本課題以3-6歲的兒童作為主要對象進行設計研究。3-6歲的學齡兒童在行為上有以下行為特征：好奇心強，喜歡詢問關于周圍許多事物的問題;想象力比較豐富，6歲時兒童的想象力發展到了一個高峰;心理發育還不成熟，心理比較脆弱、敏感;渴望大人的賞識、表揚等等。在兒童對產品的喜好上，情感化特征讓兒童更愿意去選擇那些有安全感、溫暖柔和的產品，因此兒童產品往往以一些動植物的造型呈現。而感知化特征使兒童通過視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺五大感官與外界發生接觸，因此可以通過賦予產品多種功能形式，使兒童可以更直觀的認知各類產品。[4]另外，3-6歲的學齡兒童在這個階段已經對色彩有了自己的取向，他們更青睞明亮、溫暖、柔和的顏色，反之，冰冷的白色、金屬色不適合兒童。同時，造型上，他們可以輕松分辨三角形、圓形、四邊形這些簡單造型，對于圓潤、簡單、厚實的產品形態更有好感，同時也對具有鮮艷色彩的自然生物形態頗具好感。

（二）測溫行為及過程

本課題將主要使用場景定位在3-6歲兒童每日上學進入教室之前，老師對兒童逐個進行體溫排查的場景下。在該場景下，測溫儀的使用對象是兒童，即本課題假定的3-6歲幼兒園學齡兒童，兒童的心理目的為盡快測量完畢進入教室，分析這個過程中兒童的用戶體驗，兒童用戶體驗圖如表3。在老師逐個給兒童進行體溫測量的過程中，測溫槍的使用者往往是成年人，可能是幼兒園的老師、家長或者其他排查工作人員，使用者的心理目標是盡快地準確地給兒童測量體溫，記錄數據，并希望兒童可以盡量配合測量，減少不必要的時間浪費，分析這個過程中使用者的用戶體驗，使用者用戶體驗圖如表4。

（三）痛點分析

給兒童測溫過程中，額溫槍一般會對準額頭，這動作會讓兒童產生一種本能的緊張感，同時普通額溫槍的設計也未考慮兒童認知，會給兒童一種陌生感和冰冷感，從而導致測溫會讓兒童產生不安和緊迫感，甚至抗拒反應。在對大量兒童同時進行測溫時，如果兒童不太配合，會導致每一位兒童的測量都需要花費較長時間，而且會導致現場后續需要測溫兒童的耐心不足、無法配合的情況，從而影響測量的準確性和整體的體溫測量效率。因此，兒童測溫儀需要進一步從外觀、材質、功能、交互等方面提高親切程度和趣味程度，使兒童在測量過程中與測溫儀展開互動，以此提高兒童的興趣，從而降低兒童的不適感。另外，可以增加提供正向反饋的機制，讓兒童測量完體溫后可以獲得一定獎勵，降低兒童對下一次測溫的畏懼感，讓兒童對體溫測量的認知轉變為有趣的過程。

（四）需求分析

由上述分析歸納出整體用戶需求為：兒童在體溫排查的環節中對測溫儀產生輕微抵觸情緒，需要提高體溫排查的過程更有趣味性;使用者在體溫排查的環節中遇到了兒童無法很好配合檢查導致的時間和精力的浪費問題，需要兒童更積極地配合測溫，提高體溫排查效率。用戶需求轉換為相應的產品需求包括：功能趣味性、外觀趣味性、產品交互性、外觀親和性、快速精準測量功能、產品舒適性、靜音功能、預警功能。我們基于KANO模型設置了調研問卷，調查用戶對以上需求功能點的態度。本次問卷調查得到了278份數據，其中有效數據258份，使用KANO模型對產品需求進行分析，得出產品需求功能散點分布圖，如圖3所示。在后續創新設計過程中，滿足期望屬性和魅力屬性應更為重要。

三、設計目標與原則

通過上述分析，確定本次設計的目標：在滿足快速精準測量兒童體溫并預警功能的同時，提高產品趣味程度、親和程度以及交互程度，以此吸引兒童注意力，使兒童主動配合測溫，提高測溫過程的效率和用戶體驗感。要滿足上述設計目標，需要從以下三個原則出發。

（一）安全性原則

設計兒童產品的一項基本原則是安全原則，在設計的過程中有必要確保產品在正常使用過程中不會對用戶及其使用者造成傷害，此外，兒童產品的設計在結構上也要盡可能穩定，應注意產品零件的裝配方式，以免零件容易掉落并引起不必要的安全問題。在兒童產品的設計中，材料的選擇也非常重要，所選材料的化學性質直接決定了產品是否對健康有害 [5]。與兒童直接接觸的部分需要由柔軟且無刺激性的材料制成，而外部結構在保持結構安全性和穩定性的基礎上可以由硬質材料制成。

（二）舒適性原則

在設計額溫槍這類手持產品時，為了保證使用者的舒適度，我們必須要考慮產品的人機性。兒童測溫儀的人機工程學是一種雙系統的人機工程，其中設計產品的研究對象包括兩層，分別為“兒童-額溫槍-測量環境”與“測量者-額溫槍-測量環境”。[4]從保持測量者良好的握持感的角度出發，需要考慮手部測量數據以及合理的尺寸修正量來設計產品。同時，按鍵的分布也要符合手部的人機工程學。按鍵的順序要根據按鍵使用頻次多少來進行布局，以提高使用舒適度。[6] 另外，要保證用戶的使用舒適度，還體現在材料的選用和顏色的選擇上。材質需要采用親膚的材料，按鍵部分的材質可以相對偏軟，并設定一定按壓阻力給用戶按鍵的反饋，以達到更好的操作效果，減少誤操作。

（三）趣味性原則

兒童的心智發展在各個方面都剛剛開始發育，這一階段的孩子內心脆弱敏感，渴望別人的欣賞和贊美，用孩子內心的渴望來設計產品，可以引起孩子的好奇心和探索欲，不僅可以滿足溫度測量的需求，還可以提高溫度測量的效率以及用戶和成年人的滿意度，優化體驗。從功能層面出發，基于兒童活潑好玩的天性，在設計時可以在功能上進行某些有趣的創新。另外，從產品的外觀層面出發，孩子們非常善于想象事物并建立聯系。他們可以在產品的外觀上使用一些簡單有趣的形狀，以提高興趣并吸引孩子的注意力。從色彩層面出發，色彩是產品設計中非常重要的一部分，它可以控制人們的情緒變化，引起人們的快感。[5]設計時，暖色與冷色適當搭配，為孩子營造輕松愉悅的外觀。

四、方案設計

（一）設計定位

本課題將以趣味性的功能改進為基礎，對額溫槍的外觀從視覺（外觀造型、色彩）和觸覺（材質選用）兩個方面進行改進設計，從而對額溫槍進行創新設計。[7]

1.功能定位

根據上述設計目標及趣味性原則，確定功能定位包括以下三個主要功能點：1）測距投影功能。測溫時探測頭對目標進行距離探測，當測溫探頭與目標之間距離達到有效測量范圍（1-5cm）后系統投影出一朵小紅花到目標位置）同時開始測溫，該功能可以避免距離不在有效范圍內而造成的測量結果誤差，同時花朵投影也為兒童測溫提供了一種正反饋機制，提高體溫測量過程中的趣味程度。2）靜音功能。在需要時可以將設備調整至靜音模式，同時也可以在兒童對聲音鳴響感到反感時可以通過去除聲音來達到更人性化的關懷。3）測溫與預警功能。體溫異常時額溫槍發出聲音信號警示。

2.造型定位

根據上述安全性原則，產品形態主要采取圓潤的形狀作為基本型，用圓潤的形狀打破原有體溫儀冰冷的造型，同時避免一些鋒利的倒角帶給兒童的視覺上的緊張感，提高產品的親切程度。根據上述舒適性原則，由于額溫槍測量時的操作手勢為握持式，所以手握部分的長度是由掌面寬度決定的?？紤]到給兒童進行體溫檢測的場景往往發生在幼兒園等場所，而幼兒教師往往是女性，這里數據采取女性手寬第50百分位數據，91mm。（表5）同時，持握部分的寬度是由手掌寬度決定的。這里數據同樣采取女性手長第50百分位數據，76mm（表6）?？紤]到一定的功能修正量和心理修正量，最終手握部分直徑為40mm，手握部分長度為110cm。[6]根據調研，探頭與手柄部分的夾角為100°時最為適合。另外，當使用額溫槍測量體溫時，操作者往往使用拇指進行操作，按鍵應根據拇指形狀和大小進行設計。同時，按鍵的功能分布根據功能使用頻次來進行布局，順序依次應為：測溫、開關、靜音、模式切換。

3.材質與顏色定位

材質上外殼部分需要選用化學性質穩定，無刺激性的材料。經過研究發現，ABS塑料是一種化學性質較穩定，表面光滑，耐用性高，著色性好且易于加工的材料，從環保角度來看，它也是一種可循環材料，因此，可以采用ABS塑料作為外殼的主要材料。該材料以注塑的方式進行制造，成型造型較為一體化，且ABS塑料滿足耐摔安全的特性，符合兒童產品對材料的需求[2]。按鍵部分選用較柔軟的可食用級硅膠材質。為了與上述投影測量功能進行呼應，整體造型的顏色可以采取高明度低飽和度的淡紅色，搭配少量同色系不同飽和度的其他顏色，以提高色彩的趣味性。

（二）設計靈感與草案

在中國，幼兒園的教師常會用在兒童額頭粘貼小紅花樣式貼紙這一行為來表示對兒童出色表現的嘉獎，而兒童也會因此表現出喜悅的情緒?，F將老師用額溫槍對準兒童額頭進行體溫測量的這一動作與老師往兒童額頭上貼上小紅花的這一動作進行聯系，將額溫槍設備給兒童帶來的緊張感和壓迫感轉化為兒童本能上對于嘉獎的渴望，以達到從根源上優化兒童測量體溫的體驗的目的。故造型上可以將額溫槍上測溫探頭的部分可以設計為圓潤的仿生花朵造型以提高外觀造型的趣味性。產品的整體造型上，由于兒童額溫槍面向的并不只有兒童這一被使用者，使用者也是本產品服務的對象之一，因此產品在形態上要在具有趣味性的同時達到一定的簡約程度，這首先是因為產品外形需要符合體溫測量的嚴謹性的特點，其次是過于復雜的形態對于兒童來說難以迅速理解，再者，過于復雜的形態和顏色對于長時間使用該產品的使用者來說會容易造成一定的視覺疲勞。[2]由此整體造型上根據上述設計分析推出了三個設計草案（圖6），造型上相比起來方案一造型過于傳統缺乏現代感，方案二過于圓潤缺乏現代簡約感，方案三外觀較為圓潤且不失現代簡約感，造型上也更方便握持，所以整體外觀造型上采用方案三。

（三）方案優化

在初版草案敲定后對草圖進行了深化以及三維可視化（圖7），而在后續幼兒園的實地調查和問卷調研中發現該造型并不能完全符合兒童的審美需求。對于探頭部分，相較于抽象的仿生造型，兒童更偏愛較為具象化的生動可愛的造型。從使用者的反饋來看，產品的探頭部分需要增加光線的顯示以快速提示兒童體溫是否正常，另外，產品的的握持感也需要通過對材質的區別化來進行強化。于是從探測頭部分的仿生造型及其功能、握持部分的材質選擇等多個角度對初版方案進行了方案優化。

（四）最終方案

最終本課題根據上述設計定位與分析設計出一款創新型兒童測溫儀產品（圖8），該產品的使用流程為：在兒童每日體溫測量場景下，使用者長按開關鍵開機，將測量探頭對準目標兒童的額頭，當探頭與額頭間隔距離在測量范圍內時，探頭上方的激光點投射出一朵小紅花到兒童額頭部位，持續一秒，同時進行溫度測量，測溫完成數據顯示在背部屏幕上，若體溫正常，探頭部分（如圖9）的花瓣間亮起暖光，若體溫異常，則亮起冷光警示，測量完成，繼續測量下一位兒童。產品使用效果圖和使用場景圖如圖8、9所示。

結語

本文通過設計研究得出優化兒童測溫體驗需要提高產品趣味性的結論，并通過設計實踐對測溫儀的功能以及外觀進行創新設計，使兒童對測溫這一動作產生興趣，降低兒童對測溫的畏懼感，讓兒童對體溫測量的認知轉變為有趣的過程。該兒童測溫儀可以同時滿足兒童和成年使用者的用戶需求，從根本上優化日常體溫測量的體驗。兒童比成年人更加脆弱敏感，好的兒童產品設計可以在滿足用戶需求的同時，更好地幫助其身心健康發展。