基于數(shù)理認(rèn)知的兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具設(shè)計(jì)研究

馬琳

關(guān)鍵詞 ：數(shù)理認(rèn)知 ;兒童 ;數(shù)理邏輯類(lèi) ;益智玩具 ;設(shè)計(jì)

兒童數(shù)學(xué)能力的后續(xù)發(fā)展與其早期啟蒙密不可分，對(duì)后續(xù)的學(xué)習(xí)與工作有重要影響 [1]。教育部 2001 年 7 月頒布的《幼兒園教育指導(dǎo)綱要（試行）》指出 ：“讓兒童從生活和游戲中感受到事物的數(shù)量關(guān)系，并體驗(yàn)到數(shù)學(xué)的重要和有趣”[2]。兒童通過(guò)玩具認(rèn)識(shí)外部世界，培養(yǎng)自身能力，兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具對(duì)學(xué)齡兒童的數(shù)學(xué)啟蒙及能力培養(yǎng)能起到很好作用。目前國(guó)內(nèi)益智玩具市場(chǎng)不夠細(xì)分，市面上的許多產(chǎn)品適用年齡界限模糊?；谏鲜銮闆r，設(shè)計(jì)適合兒童數(shù)學(xué)能力需求的兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具顯得尤其重要。

1 兒童數(shù)理認(rèn)知概述

1.1 兒童數(shù)理認(rèn)知概念

數(shù)理認(rèn)知是人類(lèi)認(rèn)知能力的重要組成部分，兒童數(shù)理認(rèn)知是指兒童能夠有效地運(yùn)用數(shù)字和推理來(lái)看清事物的全貌，并有了解事物之間關(guān)系的能力。在兒童身上反映出的具體特征為 ：樂(lè)于認(rèn)識(shí)數(shù)字及參與數(shù)學(xué)計(jì)算活動(dòng) ;可掌握因果、時(shí)間關(guān)系 ;能快速分辨事物之間的聯(lián)系 ;遇到復(fù)雜事件能夠合理安排等。2021 年《義務(wù)教育數(shù)學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)》將兒童數(shù)學(xué)能力分為 ：數(shù)感、符號(hào)意識(shí)、空間觀念、幾何直觀、數(shù)據(jù)分析觀念、運(yùn)算能力、推理能力、模型思維、應(yīng)用意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)、數(shù)學(xué)探索能力及選擇判斷能力。研究表明，兒童解決數(shù)學(xué)問(wèn)題的過(guò)程可以概括為符號(hào)化表達(dá)、數(shù)學(xué)化運(yùn)算和關(guān)系化建模三個(gè)主要認(rèn)知環(huán)節(jié) [3]。各認(rèn)知環(huán)節(jié)與兒童數(shù)學(xué)能力的關(guān)系如圖 1 所示。

1.2 兒童成長(zhǎng)發(fā)展及數(shù)理認(rèn)知特征

兒童在成長(zhǎng)過(guò)程中，生理、心理及認(rèn)知均隨著年齡的增長(zhǎng)而變化，設(shè)計(jì)兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具，必須關(guān)注兒童成長(zhǎng)發(fā)展與數(shù)理認(rèn)知特征。基于認(rèn)知發(fā)展理論和中國(guó)兒童學(xué)段規(guī)定，文章將0—11 歲兒童分為如下四個(gè)階段 ：0—3 歲嬰幼兒期、3—6 歲學(xué)前期、6—8 歲學(xué)齡前期以及 8—11 歲學(xué)齡中期。如表 1 所示對(duì)四個(gè)階段兒童的心理特征、生理特征及數(shù)理特征進(jìn)行歸納，為兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具需求分析提供理論依據(jù)。

2 兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具是指能夠使兒童在玩耍過(guò)程中培養(yǎng)數(shù)學(xué)認(rèn)知、數(shù)理邏輯、開(kāi)發(fā)智力的兒童玩具。將數(shù)學(xué)與玩具結(jié)合，既可以培養(yǎng)兒童的數(shù)學(xué)能力，也可以增強(qiáng)其對(duì)數(shù)學(xué)的興趣。兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具按使用形式，可分為積木類(lèi)、卡片類(lèi)、棋牌類(lèi)與串珠類(lèi)等 ;按培養(yǎng)能力，可分為數(shù)字及符號(hào)認(rèn)知類(lèi)、邏輯運(yùn)算類(lèi)、幾何空間能力培養(yǎng)類(lèi)等。目前市場(chǎng)上的兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具種類(lèi)繁多，但質(zhì)量參差不齊。從設(shè)計(jì)的角度分析，其問(wèn)題表現(xiàn)為：不符合兒童真實(shí)需求、可用性不佳、使用壽命短三個(gè)方面。

2.1 不符合兒童真實(shí)需求

目前市面常見(jiàn)的兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具一味迎合家長(zhǎng)與市場(chǎng)的需要而設(shè)計(jì)，未充分考慮兒童的真實(shí)需求，因此存在功能不適齡以及產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重的問(wèn)題[4]。例如部分產(chǎn)品為符合家長(zhǎng)過(guò)高的數(shù)學(xué)培養(yǎng)要求，降低了玩具的適用年齡，或設(shè)置過(guò)于復(fù)雜的玩法，使兒童很難掌握，因此無(wú)法通過(guò)這類(lèi)玩具來(lái)提升兒童的數(shù)學(xué)能力;還有部分產(chǎn)品未充分考慮兒童對(duì)綜合數(shù)學(xué)能力的培養(yǎng)需求，僅針對(duì)性地培養(yǎng)某個(gè)單一的數(shù)學(xué)能力，缺乏對(duì)全年齡段兒童多層面數(shù)學(xué)能力的培養(yǎng)研究[5]。

2.2 可用性不佳

產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)與交互設(shè)計(jì)均會(huì)影響可用性。在外觀設(shè)計(jì)中，產(chǎn)品的部件、材料、造型設(shè)計(jì)都會(huì)對(duì)可用性產(chǎn)生影響，若未綜合考慮，會(huì)降低兒童的喜愛(ài)度，甚至威脅兒童安全。例如，部分為幼童設(shè)計(jì)的數(shù)感培養(yǎng)玩具部件細(xì)小，易造成兒童誤食;還有部分產(chǎn)品為追求造型變化，采用尖銳的外觀形態(tài)，易劃傷兒童。在交互設(shè)計(jì)中，產(chǎn)品的操作與反饋同樣會(huì)對(duì)可用性造成影響。例如，部分產(chǎn)品交互操作復(fù)雜，易導(dǎo)致兒童出現(xiàn)不耐煩的心理;還有的產(chǎn)品負(fù)反饋信息過(guò)重，會(huì)導(dǎo)致兒童產(chǎn)生負(fù)面情緒。

2.3 使用壽命短

目前市場(chǎng)上的兒童玩具種類(lèi)繁多，但能夠伴隨兒童成長(zhǎng)不斷使用的產(chǎn)品卻很少。多數(shù)兒童玩具在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮到兒童的成長(zhǎng)性特征，產(chǎn)品的可變性不強(qiáng)，僅能作為消耗品短期使用[6]。兒童數(shù)學(xué)能力的培養(yǎng)是隨年齡增長(zhǎng)而持續(xù)進(jìn)行的，市面上大多數(shù)產(chǎn)品僅滿足兒童某一成長(zhǎng)階段對(duì)數(shù)學(xué)能力培養(yǎng)的需求，未考慮長(zhǎng)期對(duì)數(shù)學(xué)綜合能力構(gòu)建的需求。

3 基于數(shù)理認(rèn)知的兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具設(shè)計(jì)意義

基于數(shù)理認(rèn)知的研究，將兒童不同階段的認(rèn)知特征與數(shù)理邏輯能力的外在表現(xiàn)有效結(jié)合[7]，為兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具設(shè)計(jì)提供新的切入點(diǎn)，具有重要意義。從設(shè)計(jì)師角度看，能夠幫助其充分了解兒童特征，系統(tǒng)性地發(fā)掘各階段兒童數(shù)學(xué)能力培養(yǎng)的痛點(diǎn)與需求，設(shè)計(jì)出用戶滿意的產(chǎn)品;從兒童角度看，符合自身數(shù)理認(rèn)知階段的玩具更具有可用性，在使用上更符合自身的能力與習(xí)慣，能夠在愉快的玩耍中提升數(shù)學(xué)能力;從家長(zhǎng)角度看，基于數(shù)理認(rèn)知設(shè)計(jì)的兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具，更易看到培養(yǎng)成效?？傊?，基于數(shù)理認(rèn)知的兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具的設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了以兒童為中心的理念，能夠?yàn)閮和】党砷L(zhǎng)與數(shù)學(xué)能力發(fā)展提供有力保障，并以科學(xué)的方式讓兒童在玩耍中學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。

4 基于數(shù)理認(rèn)知的兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具設(shè)計(jì)原則

4.1 適配性原則

兒童的自身成長(zhǎng)與所處的社會(huì)環(huán)境都是動(dòng)態(tài)發(fā)展的，因此兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具應(yīng)適配兒童年齡特征與時(shí)代發(fā)展特征兩個(gè)方面。適配兒童年齡特征是指，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮兒童的成長(zhǎng)發(fā)展特征與數(shù)理認(rèn)知特征。例如3—6 歲兒童的數(shù)學(xué)能力培養(yǎng)需求為認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)符號(hào)與數(shù)量關(guān)系，其數(shù)理認(rèn)知水平處于實(shí)物操作階段。因此通過(guò)實(shí)物操作使兒童認(rèn)識(shí)數(shù)量關(guān)系的產(chǎn)品，如蒙氏教具，更適配這一階段兒童。在此類(lèi)產(chǎn)品部件的設(shè)計(jì)中，還應(yīng)考慮3—6 歲兒童精細(xì)動(dòng)作技能還未發(fā)展完善的特點(diǎn)，產(chǎn)品部件設(shè)計(jì)不宜過(guò)于細(xì)小，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不宜復(fù)雜;此外，適配時(shí)代發(fā)展特征是指，在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮時(shí)代大背景對(duì)于兒童數(shù)學(xué)能力的具體要求。例如設(shè)計(jì)鍛煉兒童編程能力的產(chǎn)品，來(lái)培養(yǎng)兒童適應(yīng)當(dāng)下時(shí)代要求的能力。

4.2 安全性原則

安全是兒童玩具設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則，安全性是保障兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具可用性的基礎(chǔ)。2007 年6 月1 日，我國(guó)就童車(chē)、電動(dòng)玩具、塑膠玩具等玩具產(chǎn)品，專門(mén)宣布了強(qiáng)制執(zhí)行的 3C 認(rèn)證制度，使兒童玩具的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售有了安全性生產(chǎn)的法制規(guī)范[8]。根據(jù)規(guī)范要求，兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具設(shè)計(jì)的安全性體現(xiàn)在：（1） 材料及造型安全。產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)須符合兒童的人機(jī)尺寸，保證兒童玩耍過(guò)程中的安全性及舒適性;材料應(yīng)盡量選擇天然材料或無(wú)毒無(wú)害材料;（2） 部件及結(jié)構(gòu)安全。產(chǎn)品每個(gè)單獨(dú)使用的部件結(jié)構(gòu)及尺寸都要考慮其安全性，防止發(fā)生誤吞或卡住手指等安全隱患;各部件之間的連接結(jié)構(gòu)要穩(wěn)固，不可出現(xiàn)尖銳的連接件，以防劃傷;（3） 交互安全。在產(chǎn)品本身及其交互系統(tǒng)中，應(yīng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，防止誤操作帶來(lái)的損失和傷害。

4.3 延續(xù)性原則

延續(xù)性原則是兒童玩具的探索方向，基本出發(fā)點(diǎn)是在滿足產(chǎn)品本質(zhì)屬性的同時(shí)，延伸出更多功能，以達(dá)到提升使用年限、伴隨兒童成長(zhǎng)的目標(biāo)。通過(guò)運(yùn)用兒童數(shù)理認(rèn)知與數(shù)學(xué)能力的發(fā)展規(guī)律來(lái)指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，多元構(gòu)建產(chǎn)品功能，以培養(yǎng)兒童多種數(shù)學(xué)能力。產(chǎn)品功能不再以單一的功能點(diǎn)呈現(xiàn)，可隨著兒童成長(zhǎng)豐富可變，在使用過(guò)程中也能夠?yàn)閮和癄I(yíng)造進(jìn)階感，提升兒童的學(xué)習(xí)興趣。通過(guò)產(chǎn)品的多功能設(shè)計(jì)適配不同階段兒童，可陪伴兒童成長(zhǎng)，為玩具注入情感化因素，也符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略與綠色設(shè)計(jì)理念。

5 基于數(shù)理認(rèn)知的兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具設(shè)計(jì)策略

5.1 立足于兒童需求

兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具的設(shè)計(jì)應(yīng)立足于兒童需求，將兒童數(shù)學(xué)能力培養(yǎng)與自身發(fā)展相結(jié)合。研究發(fā)現(xiàn)0—3 歲兒童的主要培養(yǎng)方向應(yīng)為完成精細(xì)動(dòng)作，過(guò)早對(duì)此階段兒童灌輸數(shù)學(xué)知識(shí)反而會(huì)適得其反，因此對(duì)于需求的研究主要聚焦于 3—11 歲兒童。如表 2 所示，通過(guò)兒童數(shù)理認(rèn)知特征與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《玩具適用年齡判定指南》展開(kāi)調(diào)研，分別總結(jié)出兒童學(xué)前期、學(xué)齡前期以及學(xué)齡中期對(duì)于兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具的數(shù)學(xué)能力需求與玩具設(shè)計(jì)需求。

從上述需求出發(fā)，可以對(duì)市場(chǎng)反饋較好的數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具進(jìn)行分析，在表 3 中總結(jié)出適配各階段兒童的玩具形式與應(yīng)培養(yǎng)的數(shù)學(xué)能力，并給出產(chǎn)品舉例，以期為兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具提供優(yōu)秀設(shè)計(jì)案例參考。

5.2 提升產(chǎn)品可用性

產(chǎn)品作為用戶感知和使用的直接對(duì)象，包含多種影響可用性表現(xiàn)優(yōu)劣的關(guān)鍵因素，如產(chǎn)品外觀、交互機(jī)制等。以滿足用戶需求為基礎(chǔ)，提升產(chǎn)品外觀及交互的可用性，能夠?yàn)橛脩魩?lái)更好的體驗(yàn)。兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具外觀可用性可以從符合用戶感官特征的色彩、具有質(zhì)感的材料與符合兒童心理特點(diǎn)的造型設(shè)計(jì)三方面提升，設(shè)計(jì)出符合兒童審美且具有滿意度的產(chǎn)品外觀。兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具的交互可用性可以從合理地引導(dǎo)、恰當(dāng)?shù)胤答伵c簡(jiǎn)單地操作三方面提升，降低產(chǎn)品的使用門(mén)檻，讓兒童易理解，不但能夠提升產(chǎn)品的效率，同時(shí)也保證了操作的有效性。

5.3 延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用年齡

在滿足用戶需求、保證良好體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，可以考慮讓兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具更具有延續(xù)性，以此延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用年限。例如基于兒童數(shù)理認(rèn)知特點(diǎn)的發(fā)展規(guī)律，融入一物多用的設(shè)計(jì)理念。采用功能集成、組合變換等方式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多元使用，使同一款產(chǎn)品既能夠作為數(shù)學(xué)符號(hào)玩具培養(yǎng)兒童的數(shù)感，也能夠作為基礎(chǔ)的加減運(yùn)算工具，培養(yǎng)兒童的運(yùn)算能力，以實(shí)現(xiàn)學(xué)前期與學(xué)齡前期的持續(xù)使用，拓寬產(chǎn)品的使用年限 ;亦或采用無(wú)限玩法的形式，產(chǎn)品的初始呈現(xiàn)與形態(tài)只是單一的若干個(gè)體 [9]，使兒童在探索過(guò)程中發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)規(guī)律，這樣的產(chǎn)品既能夠激發(fā)兒童的好奇心，也能開(kāi)發(fā)更多的產(chǎn)品使用場(chǎng)景，達(dá)到延長(zhǎng)使用年限的目標(biāo)。

6 基于數(shù)理認(rèn)知的兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具設(shè)計(jì)實(shí)踐

6.1 方案構(gòu)建

成長(zhǎng)型智能數(shù)字積木（見(jiàn)圖 2）的設(shè)計(jì)立足于兒童數(shù)理認(rèn)知特征與兒童用戶需求。對(duì)兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具產(chǎn)品的外觀及交互形式展開(kāi)分析，采用系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法生成方案。

6.2 設(shè)計(jì)說(shuō)明

成長(zhǎng)型智能數(shù)字積木的目標(biāo)用戶是 3—8 歲兒童，通過(guò)不同的使用方式實(shí)現(xiàn)伴隨兒童成長(zhǎng)的目標(biāo)。產(chǎn)品使用模式分為兩種，第一種模式的目標(biāo)用戶為 3—6 歲兒童，主要培養(yǎng)空間幾何能力與數(shù)感。通過(guò)搭建積木可培養(yǎng)兒童的空間幾何能力，單體積木上有數(shù)字且內(nèi)嵌 RFID 模塊，靠近主機(jī)感應(yīng)區(qū)會(huì)朗讀對(duì)應(yīng)數(shù)字的讀音，可在玩耍中培養(yǎng)兒童數(shù)感 ;第二種模式的目標(biāo)用戶為 6—8歲兒童，主要培養(yǎng)數(shù)學(xué)運(yùn)算能力及動(dòng)手能力。兒童將數(shù)字填入對(duì)應(yīng)位置做運(yùn)算，主機(jī)通過(guò)聲光等形式反饋兒童運(yùn)算的結(jié)果，以此培養(yǎng)兒童的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力。此階段兒童手部動(dòng)作精細(xì)化，可將單體數(shù)字積木拆分為更細(xì)小的零部件自行拼接，以此鍛煉動(dòng)手能力。

7 結(jié)語(yǔ)

數(shù)學(xué)能力對(duì)兒童未來(lái)發(fā)展具有重要作用。兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具作為兒童接觸數(shù)學(xué)、培養(yǎng)數(shù)學(xué)能力的主要方式，對(duì)兒童成長(zhǎng)發(fā)展具有重要意義。數(shù)理認(rèn)知特征是設(shè)計(jì)兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具必須考慮的因素。文章通過(guò)分析兒童成長(zhǎng)發(fā)展情況與數(shù)理認(rèn)知特征，為兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)，并總結(jié)出兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具應(yīng)具有適配性、安全性與延續(xù)性原則，提出從用戶需求出發(fā)、提升產(chǎn)品的可用性、延長(zhǎng)產(chǎn)品使用年限的設(shè)計(jì)策略。旨在讓兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具能夠真正達(dá)到科學(xué)培養(yǎng)兒童數(shù)學(xué)能力的目的，為兒童數(shù)理邏輯類(lèi)益智玩具設(shè)計(jì)提供參考。