面向兒童創(chuàng)意設(shè)計(jì)的益智數(shù)碼玩具

李哲等

如今，孩子們玩的很多玩具都使用了數(shù)字技術(shù)，如遙控飛機(jī)、電動(dòng)汽車，但實(shí)際上孩子們僅僅是使用這些數(shù)碼玩具在娛樂，而幾乎沒有接觸制造數(shù)碼玩具的機(jī)會(huì)。因此，有必要從孩子的好奇心開始，讓孩子們逐步接觸數(shù)碼玩具的原理，甚至讓他們能夠做出富有創(chuàng)意的玩具。在英國的初等教育課程中設(shè)置有“Design and Technology”課，美國2012年已經(jīng)推出今后4年內(nèi)在千所大學(xué)設(shè)置數(shù)字應(yīng)用設(shè)備工作室，加強(qiáng)數(shù)字化實(shí)踐制作教育，美國麻省理工大學(xué)開發(fā)了面向兒童的編程語言“Scratch”和數(shù)碼玩具“Cricket”，可以讓孩子們自由發(fā)揮想象力，在學(xué)習(xí)編程語言的同時(shí)可以逐步理解電流、傳感器等知識(shí)，寓教于樂。另外，在全世界展開的OLPC（One Laptop per Child）計(jì)劃就是采用一人一臺(tái)筆記本的教學(xué)模式，分組作業(yè)協(xié)同學(xué)習(xí)，可以增進(jìn)孩子們的協(xié)作能力和動(dòng)手能力。

而與此相對(duì)，日本的中小學(xué)教育現(xiàn)場其實(shí)多采用模擬玩具，如動(dòng)物或者卡通人物的模型、積木等。并且，在課堂教育上多摒棄以玩具或者模型進(jìn)行教育的形態(tài)，仍然以書本知識(shí)為主，即便是涉及動(dòng)手實(shí)踐的課程，如理科、畫圖工作、社會(huì)等課堂上也很難見到數(shù)字化類的教學(xué)內(nèi)容。因此，近年來日本比較注重從義務(wù)教育開始導(dǎo)入ICT教育內(nèi)容，“未來學(xué)校”項(xiàng)目中就投入巨額資金全面更新學(xué)校的軟硬件設(shè)備，以追趕發(fā)達(dá)國家的數(shù)字化教學(xué)水平。在這種趨勢下，大阪大學(xué)、CAMP開發(fā)中心等多個(gè)研究機(jī)構(gòu)都在面對(duì)中小學(xué)生展開技術(shù)實(shí)踐教育，不斷在教育的第一線嘗試新的教學(xué)設(shè)備，讓數(shù)碼玩具逐漸走入中小學(xué)教育中。筆者有幸隨同大阪大學(xué)森老師一起深入中小學(xué)校，和孩子們一起動(dòng)手學(xué)習(xí)和制作屬于自己的數(shù)碼玩具，給玩具注入新的生命力。

數(shù)碼玩具走入小學(xué)

由于日本的中小學(xué)教學(xué)課程都必須遵循文部省規(guī)定的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，很難在理科等課堂上采用數(shù)碼玩具進(jìn)行教學(xué)，因此多數(shù)只能利用學(xué)校設(shè)置的自由學(xué)習(xí)課堂，如綜合學(xué)習(xí)時(shí)間，每周數(shù)小時(shí)左右，基本上都由任課教師自己安排內(nèi)容。為培養(yǎng)孩子們更為廣泛的學(xué)習(xí)興趣，日本奈良女子大學(xué)附屬小學(xué)專門設(shè)置了自由學(xué)習(xí)課堂，可以根據(jù)孩子和家長的要求適當(dāng)安排既定教材和課程之外的內(nèi)容。該校與大阪大學(xué)人間科學(xué)研究科教育技術(shù)研究室長期進(jìn)行合作，設(shè)置有別具特色的數(shù)碼玩具實(shí)踐課。比如，作為計(jì)算機(jī)入門環(huán)節(jié)，通過教授孩子們編程語言“Scratch”，讓孩子們逐步學(xué)習(xí)繪制和控制各類動(dòng)畫角色?！癝cratch”的可視化編程界面讓孩子們很快就能明白程序各部分的需要控制的內(nèi)容，非常興奮地自由發(fā)揮，如讓卡通貓邊走邊叫，讓小汽車前進(jìn)后退等。在室外實(shí)踐課上，孩子還可以拿著筆記本電腦給風(fēng)景人物拍照，然后以此為素材自己編寫一段小故事，制作數(shù)碼動(dòng)畫，和大家一起分享。可視化編程語言“Scratch”還可以利用一些周邊硬件，如聲光傳感器、觸摸傳感器等來進(jìn)行交互控制，可以讓孩子們直觀地理解程序中條件語句、循環(huán)語句等基本概念，能夠激發(fā)孩子們對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備的好奇心。

除“Scratch”外，實(shí)踐課堂上還使用數(shù)碼玩具“Cricket”讓孩子們動(dòng)手制作。該課程首先會(huì)向孩子們展示數(shù)碼玩具的各種模型和基本原理，如簡單的電流線路、聲音控制、LED控制等原理，然后讓孩子們嘗試用可視化的編程界面向數(shù)碼玩具“Cricket”發(fā)出指令，直觀地理解程序的原理和流程的差異。Cricket的編程界面類似“Scratch”，在簡單解釋操作方法之后，基本上所有的孩子們都能動(dòng)手操作，制作出一些可順利運(yùn)行的小程序?！癈ricket”其實(shí)是一個(gè)嵌入式的程序化微型電腦，內(nèi)部的芯片可以存儲(chǔ)一定的指令，控制外部設(shè)備，如馬達(dá)、聲光傳感器、LED、擴(kuò)音器、控制開關(guān)、數(shù)字顯示屏等。

僅僅Scratch編程和控制Cricket對(duì)于孩子們來說還是比較枯燥的，所以其后大量添加諸多外圍玩具，如樂高玩具、積木、羽毛、橡皮筋、紐扣、紙板、毛線等，讓孩子們自由發(fā)揮想象力，制造出屬于自己的獨(dú)一無二的玩具。在課堂上讓三四個(gè)孩子為一組，先頭腦風(fēng)暴一下，討論想要制作的玩具，設(shè)計(jì)玩具的外觀圖紙和程序流程圖，再和其他小組交流意見探討制作的可能性、重難點(diǎn)，之后開始實(shí)際制作。制作完畢之后進(jìn)行中期發(fā)表總結(jié)，展示小組制作的成果，如果制作失敗或者未能完成計(jì)劃，則重新修改設(shè)計(jì)，再投入實(shí)際制作，最后進(jìn)行總結(jié)發(fā)表大會(huì)，逐一展示自己制作的玩具，并提交研究報(bào)告總結(jié)制作過程的優(yōu)缺點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

有意思的是，很多小組剛開始胃口很大，要實(shí)現(xiàn)很強(qiáng)大的數(shù)碼玩具，如類似變形金剛、自動(dòng)掃除機(jī)、飛機(jī)、電子狗之類的，結(jié)果是難度過大，外形姑且不論，基本的行動(dòng)都未能實(shí)現(xiàn)，在編程中出現(xiàn)了諸多問題。在中期發(fā)表時(shí)大家就發(fā)現(xiàn)，其實(shí)計(jì)劃與能力密切相關(guān)，要想實(shí)現(xiàn)理想中的玩具是需要付出很多努力的。實(shí)踐制作中出現(xiàn)的困難極大刺激了孩子們的好奇心，有的孩子去圖書館查詢資料，有的孩子上網(wǎng)搜索求助，有的孩子拉著家長一起參與制作，甚至回家之后繼續(xù)加工完善。

在中期發(fā)表和最后的總結(jié)發(fā)表中，孩子們可以熟練掌握電子黑板的使用方法，利用觸摸屏和電子手寫筆，在電子黑板上標(biāo)記出自己設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，各個(gè)小組派出代表向大家介紹自己的玩具，互相之間積極提問，在良好的小組協(xié)作和互教互學(xué)中掌握編程和制作的原理。

數(shù)碼玩具的簡化

為了彌補(bǔ)課堂時(shí)間不足和教室空間的限制，數(shù)碼玩具的許多實(shí)踐改在課外時(shí)間進(jìn)行，如利用放學(xué)后的俱樂部訓(xùn)練時(shí)間，征集自愿學(xué)生，采用周末時(shí)間，利用學(xué)校周邊的公民會(huì)館和志愿者機(jī)構(gòu)。通過實(shí)際的教學(xué)環(huán)節(jié)讓家長和學(xué)校的教師理解這類玩具的教育作用，通過多年的努力和研究實(shí)踐，尤其是在小學(xué)生的計(jì)算機(jī)程序?qū)W習(xí)、電流和聲光控制方面足見成效。

根據(jù)森老師的研究實(shí)踐證明，要掌握Scratch或Cricket，并且能夠做出比較有意思的數(shù)碼玩具，對(duì)于小學(xué)生至少需要400分鐘以上的教學(xué)實(shí)踐時(shí)間，而且Cricket、樂高等設(shè)備價(jià)格不菲，并不是每個(gè)家庭都愿意購買。所以現(xiàn)實(shí)情況就是，雖然數(shù)碼玩具的制作已經(jīng)被證明對(duì)兒童教育非常有效，但如此長的教學(xué)時(shí)間和高額的費(fèi)用導(dǎo)致這類數(shù)碼玩具推廣困難。因此，森老師研究開發(fā)了一套“可程序化的電池”，作為主體的“電池”是一個(gè)集成芯片，只需要兩節(jié)5號(hào)電池即可驅(qū)動(dòng)，通過按鈕控制馬達(dá)和聲光的頻率，然后讓其儲(chǔ)存在臨時(shí)內(nèi)存中，再次確定時(shí)即可回放指令。這樣簡化之后的數(shù)碼玩具，無需非常復(fù)雜的編程和教學(xué)，也可以控制鬧鐘、數(shù)字顯示屏、小火車、LED、馬達(dá)等等。只需要解釋每個(gè)按鈕的作用、連接線的方法，10分鐘即可速成，孩子們一樣可以通過樂高等周邊玩具創(chuàng)作出自己想要的數(shù)碼玩具。

后記

為了能讓孩子們在娛樂中學(xué)習(xí)到知識(shí)，確實(shí)需要費(fèi)不少工夫，如要注意玩具的安全衛(wèi)生問題，長期多次使用需要清潔和處理，剪刀、鐵絲等硬物容易受傷；組織和管理時(shí)要引導(dǎo)孩子們不要單是去玩那些作為配件的玩具，而是要專注于任務(wù)的完成。另外，還有諸如教室空間是否足夠大，小的配件容易丟失，事前準(zhǔn)備和事后收拾整理非常費(fèi)時(shí)，課堂制作時(shí)間往往不夠容易造成拖堂等問題，尤其要注意想要做出優(yōu)秀的數(shù)碼玩具需要理解和掌握的知識(shí)太多，如果課程時(shí)間不足，連貫性不夠的話，容易半途而廢，而實(shí)際上日本很多中小學(xué)都很難在課堂上騰出時(shí)間來做這類實(shí)踐。而且，家長還會(huì)擔(dān)心自己的孩子能否安全，學(xué)到的知識(shí)是否對(duì)考試有用。因此，如何在低價(jià)格、短時(shí)間內(nèi)有效安全地保證孩子們創(chuàng)造屬于自己的數(shù)碼玩具，如何讓孩子們在制作玩具當(dāng)中學(xué)習(xí)到知識(shí)，仍然還需要繼續(xù)探索。