生物質復合材料在學齡前兒童益智玩具設計中的應用研究

李寧　王家俊　張濤

關鍵詞：學齡前兒童 益智玩具 生物質復合材料 材料應用 健康設計

中圖分類號：TS958.02 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2022）09-0094-03

引言

日本設計大師武藏野曾說，“設計就是追求新的可能”[1]，雖然一直以來有趣的玩法是一件兒童玩具的靈魂，但隨著可持續(xù)發(fā)展觀念的深入以及家長對于健康問題的關注，玩具本身是否“健康”也逐漸成為設計師著重考慮的問題，目前市場上兒童用品絕大部分是塑料制品，近些年兒童玩具的安全事件報道頻率也越來越高，據(jù)數(shù)據(jù)顯示，物理傷害占事故總量的50%，化學危害為30%，易燃或毒性為15%[2]。玩具結構和材料安全會對兒童的健康造成直接影響，玩具設計是否符合他們的心理需求則是一個潛移默化的過程。

益智玩具作為兒童早期成長的必需品，具有開發(fā)兒童大腦，培養(yǎng)積極思考，尋求合作能力的功能，而材料作為玩具的載體，對玩具本身的質感和兒童健康都有決定作用，玩具設計不僅要考慮兒童的生理和心理需求，還要關注社會層面，如生態(tài)影響，經(jīng)濟成本等問題，生物質復合材料的出現(xiàn)或許可以化解這一問題，其目前在汽車內(nèi)飾領域廣泛應用，但未涉及兒童玩具領域，提高玩具產(chǎn)品性能和豐富產(chǎn)品功能的優(yōu)勢使其在玩具設計行業(yè)擁有廣闊的前景。

一、生物質復合材料

（一）什么是生物質復合材料

生物質復合材料又名“木塑”復合材料，一般是將一種或多種聚合物和植物填料熔融共混所制得的一種新型材料，植物填料多為木材加工的剩余物，如秸稈，稻殼，竹屑，花生殼等，隨著研究者的不斷探索，越來越多的生物質成分被發(fā)掘利用，種類和利用率也在不斷提高。聚合物為一些常用的塑料，例如聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯等，近些年來在可持續(xù)發(fā)展觀念的影響下，越來越多的可降解塑料如聚乳酸（PLA）也被作為聚合物添加制成可降解的生物質復合材料。

（二）可降解生物質復合材料優(yōu)勢

1.綠色環(huán)保：生物質復合材料設計之初是為了解決塑料難以降解而造成環(huán)境污染的問題，由于常用的塑料填充物如PP，PE這些塑料自身可降解性能較差，因此會對復合材料的降解性能產(chǎn)生影響，因此，目前生物質復合材料研究熱點是將可降解塑料與生物填充物復合，這種材料可100%降解，符合綠色發(fā)展理念。

2.豐富功能：生物質復合材料可用銀離子等抗菌物質對其改性而使其具有抗菌功能;加入阻燃劑具有阻燃功能，能夠增加產(chǎn)品的創(chuàng)新性。學齡前兒童免疫力較低，加上他們有手-口交叉行為，因此很容易造成細菌感染，具有抗菌功能的玩具能夠殺死常見的食源性細菌，呵護兒童的健康。

3.降低成本：可降解產(chǎn)品不常見的原因歸根結底在于原料成本過高，因此商家為了追求商業(yè)利益不得以繼續(xù)使用常規(guī)塑料。生物質復合材料是在保證產(chǎn)品使用性能的前提下將生物質填充物以一定比例添加到可降解塑料中，因此在一定程度上可以降低材料的成本。

（三）常見可降解生物質復合材料研究現(xiàn)狀及其應用

聚乳酸（PLA）是常見的聚合物填料，因此，生物質復合材料主要是植物纖維/聚乳酸復合，其中植物纖維中又以麻纖維，木纖維，竹纖維為多，目前很多學者對其進行了研究：

麻纖維/PLA復合材料：蘭碧等以熱壓成型制備劍麻纖維（SF）/PL A復合材料，當劍麻纖維質量分數(shù)為30%時，材料綜合性能最高;龐錦英等在劍麻纖維/PL A復合材料中加入阻燃劑，使其阻燃性能進一步提高，為設計的應用和安全性方面提供了新的思路。目前麻纖維復合材料在汽車內(nèi)飾領域應用廣泛，Kafus環(huán)境工業(yè)公司將其生產(chǎn)的汽車內(nèi)飾材料已廣泛應用于Volvo，F(xiàn)ord等汽車公司[3]。如圖1，寶馬X1的車門內(nèi)飾由洋麻纖維復合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)塑料制成，不僅能在保證使用性能的前提下實現(xiàn)減重，而且具有抗紫外線，吸音，環(huán)保的功能[4]。

木纖維/PLA復合材料：吳蘊忱等研究了楊木纖維/PLA復合材料;呂閃閃等研究了木纖維（WF）/淀粉（S）/PLA復合材料。木纖維復合材料將是未來最具發(fā)展?jié)摿Φ牟牧现?，原因在于其中木纖維可以將木材加工業(yè)的邊角料作為原材料，不僅節(jié)約成本，而且還可以起到廢物利用的作用，如圖2，Chen-Feng Kuan等人將PLA和咖啡渣復合制作高爾夫球桿握把，在保障產(chǎn)品性能的前提下還具有芳香除臭，降碳的功能[5]。

竹纖維/PLA復合材料：目前，日常生活中已有使用竹纖維和PE等復合制成的產(chǎn)品，主要應用于家具設計。竹材生長周期短，易栽培，因此，竹纖維/聚乳酸復合材料更容易掌握成本和原材料來源，Nurul將回收的竹纖維和PLA復合，制得的材料不僅較強的力學性能，而且還可回收利用，這將為消費時代大規(guī)模產(chǎn)品置換問題提供了解決方案。

二、學齡前兒童益智類玩具分類及現(xiàn)狀

（一）學齡前兒童益智玩具分類

兒童益智玩具，顧名思義，即是能夠對兒童智力起促進作用的玩具，根據(jù)1983年美國哈佛大學著名教育心理學家霍華德·加德納提出的多元化智能理論，人類的智力內(nèi)涵存在多元化，每個人都擁有九種智能，分別為語言智能、邏輯智能、空間智能、身體協(xié)調(diào)智能、音樂智能、交流智能、內(nèi)省智能、自然探索智能和存在智能[6]，這九種智能可以相互作用，并外化為人的智能行為，因此益智玩具可按其對智力產(chǎn)生的作用分為八大類：

語言類益智玩具：語言類的益智玩具目的是鍛煉學齡前兒童的語言表達能力，學齡前兒童處在左腦快速發(fā)展的階段，學習能力強，語言類益智玩具不僅能使他們學到知識，同時還能夠訓練其表達自己想法的能力，常見的語言類益智玩具有兒童磁性畫板。

音樂類益智玩具：音樂類益智玩具注重對兒童右腦的開發(fā)，鍛煉其對音符，節(jié)奏的理解能力。玩具類型有敲擊類玩具，如架子鼓（圖3）;彈奏類玩具，如電子琴（圖4）

邏輯推理類益智玩具：邏輯類益智玩具主要是啟發(fā)兒童對數(shù)字的敏感能力[7]，鍛煉其抽象思維能力，常見的有推理類玩具，棋牌類玩具等。

空間類益智玩具：空間類益智玩具可以鍛煉兒童對于空間變化的感知，能夠加強他們記憶以及辨別等能力，常見的有積木類玩具等。

身體協(xié)調(diào)類益智玩具：身體協(xié)調(diào)類益智玩具鍛煉兒童對身體平衡能力的掌握，訓練他們對四肢的協(xié)調(diào)使用，常見的如四肢訓練類玩具，如學步車，搖搖椅。

交流類益智玩具：交流類益智玩具鍛煉兒童的人際交往能力，可以訓練其對于情緒的控制、觀察和反應，常見的有角色扮演類玩具。

觀察類益智玩具：觀察類益智玩具能夠鍛煉兒童對于身邊事物細節(jié)的分辨能力，訓練其細心，耐心等多方面品質，常見的有DIY類玩具。

綜合類益智玩具：綜合類益智玩具是將多種益智功能相融合的一種玩具，如多功能早教類玩具。

（二）學齡前兒童益智玩具設計現(xiàn)狀

中國兒童益智玩具的發(fā)展源遠流長，像七巧板，九連環(huán)和孔明鎖都是優(yōu)秀的民間傳統(tǒng)益智玩具，但是，隨著現(xiàn)代的玩具設計向更加關注人，關注兒童的身心健康方向發(fā)展，西方的益智玩具設計走在了中國前面，我國也于2019年發(fā)布了《兒童益智玩具等級評價技術規(guī)范》，但市面上一些益智玩具設計仍然存在一些問題，如下：

1.玩具材質不具備環(huán)保性。隨著我國玩具行業(yè)的蓬勃發(fā)展，涌現(xiàn)了一大批玩具設計企業(yè)，競爭也愈發(fā)激烈。然而現(xiàn)在市面上大部分購買的塑料益智玩具大都仍在使用PP，PE，PVC等不可降解塑料，并添加如雙酚A，鄰苯二甲酸酯等化學物質，而PVC在高溫下甚至會滲出有毒物質[8]，這是由于生產(chǎn)這些玩具的廠商為了追求經(jīng)濟利益，加上市場監(jiān)管的制度和手段不完備的原因。反觀樂高公司，他們于2018年就開始使用從甘蔗中提取元素制成的聚乙烯設計產(chǎn)品（圖5），雖然目前還不足以覆蓋所有的產(chǎn)品，但這也是向2030年之前完全使用可降解材料邁出的重要一步。

2.益智玩具功能作用的人群劃分不明確。中國作為玩具生產(chǎn)大國，玩具種類齊全，但對于消費人群的劃分不夠細致，如果使用低于適齡兒童年齡的玩具，會阻礙兒童大腦智力的發(fā)展，反之則會給兒童帶來心理上的壓力。因此，玩具設計需要從性別，年齡段等因素來對兒童進行細致劃分并進行針對性的設計。

三、學齡前兒童特征及需求分析

聯(lián)合國對于兒童的定義為未滿十八周歲的人，醫(yī)學界和心理學界普遍認為兒童是0-14周歲左右的未成年人，其中學齡前階段（3-6歲）具體又可以細分為學齡前初期（3-4歲），學齡前中期（4-5歲），學齡前后期（5-6歲）三個階段[9]。本文將研究對象設定為學齡兒童階段學齡前中期（4-5歲）的兒童，這一階段歲是兒童發(fā)展的黃金時期，是人格塑造和身心發(fā)展的關鍵時期，玩具作為促進兒童發(fā)育的最有效因素之一，對培養(yǎng)他們的動手和抽象思維能力大有裨益。因此，幼兒玩具設計應充分考慮他們的生理和心理特征，才能啟發(fā)智慧，保障身心健康。

（一）幼齡兒童生理特征分析

學齡前中期兒童肌肉，骨骼和大腦發(fā)育較快，機體可以做跑，跳，蹬等基本動作，味覺，嗅覺和觸覺等感官能力不斷提高，此時的他們對周圍充滿了好奇心，迫切渴望認識這個世界，最直接的表現(xiàn)就是喜歡用推，拉，聞，聽等動作，甚至會用嘴嘗去了解新事物。

然而此階段的兒童視覺能力發(fā)育還不夠完善，據(jù)研究表明，4歲的兒童只具有一些基本的辨認紅、黃、藍這三色的能力，對于混合色或明度相近色的辨別能力較低，然而隨著年齡的增長，他們對于色彩的喜好也將從鮮艷明亮轉向溫和，5歲后辨別顏色的能力進一步增加，6歲之前，性別的差異對于顏色的喜好影響不大。

在身體抵抗力方面學齡前兒童的生理特征決定了和成人相比他們更容易受到消費品和環(huán)境中的傷害[10]，這與他們習慣用嘴咀嚼，口對物等獨特行為有關，這有可能增加化學物質在體內(nèi)積累的風險。另外，兒童的代謝，排毒的能力較弱，因此更容易受到有害化學物質的影響，學齡前兒童的血腦屏障還沒發(fā)育完全，這些化學物質可能會進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，對神經(jīng)，內(nèi)分泌，生殖系統(tǒng)產(chǎn)生深遠的影響[11]。

（二）幼齡兒童心理特征分析

學齡前中期的兒童由于生理的發(fā)展，生活中有機會接觸更多的人和物，使得他們在認知，情感和人際交往能力上得到迅速提升。具體表現(xiàn)為：①情緒在幼兒心理當中起較強的主導作用，表現(xiàn)為易沖動，情緒狀態(tài)起伏不定，對其控制能力較弱且很容易受到環(huán)境的影響，經(jīng)常通過“哭”這一行為來釋放情緒和引起他人的注意。②好奇心變重，他們想迫不及待地去了解和接觸這個世界，然而，由于認知水平的限制，他們只能一邊做一邊想，而不是想好了再去做。③此階段幼兒最大的特點是他們的模仿行為，他們會通過模仿他人來獲得經(jīng)驗和知識，因此對他人的依賴性較高，在這一階段通過言傳身教或者工具的干預對其良好習慣的培養(yǎng)至關重要。

（三）兒童行為方式分析

很多家長對于兒童的行為方式十分抱怨和擔憂，例如孩子經(jīng)常吵鬧要買新玩具，沒了新鮮勁就會甩到腦后不予理會;用過的東西不會去收納，隨意擺放，沒有整理的習慣;沒有一刻坐得住，經(jīng)常跳，爬，翻，鉆，在大人眼里就是“非主流”的行為，然而仔細想想，這些無一不是兒童的天性，家長們?yōu)楹⒆訕淞⑺麄冄壑姓J為正確的條條框框，只會抹殺孩子的天性?，斃麃啞っ膳_梭利在《童年的秘密》中認為兒童的行為都是特定成長期的正常表現(xiàn)，例如自然界賦予兒童對秩序的敏感性會從嬰兒期開始隨著年齡的增長而逐漸消失，這也是為什么他們幼兒園時期會把物品收拾的整整齊齊的原因。

（四）學齡前兒童玩具需求分析

父母都希望自己的孩子比同齡人更優(yōu)秀，因此出現(xiàn)不少家長凌節(jié)而施的現(xiàn)象，忽視兒童身心發(fā)展的規(guī)律，為孩子購買超出年齡段限制的玩具，起到揠苗助長的副作用，殊不知學齡前兒童對玩具有自己的需求，基于他們的生理和心理特征可分為基本型需求和興奮型需求。

基本型需求是指兒童在玩耍過程中玩具給到的物理反饋，包括材質，色彩，造型，功能以及人機尺寸。由于學齡前兒童對事物認知程度不高，他們無法準確說出自己喜歡哪種玩具，然而基本型需求是他們與生俱來的能力，例如他們無法抵抗鮮艷玩具的誘惑，抱著造型可愛的玩具一整天不忍松手等，他們難以掩飾對于一件玩具的喜愛，從見到玩具的第一眼到整個玩耍過程結束，我們就可以初步判斷兒童是否喜歡這款玩具。

興奮型需求是指玩具除了具備基本的設計要素外，還能夠提高兒童使用時的體驗，包括互動交流以及人機交互。好的人機交互優(yōu)化了兒童玩耍的過程，可以讓兒童避免產(chǎn)生誤解而中斷游戲過程。4-5歲的兒童處在語言發(fā)展階段，我們常常可以看到兒童一個人玩玩具時自言自語，互動交流功能可以滿足兒童渴望與他人交流的需求，父母是陪伴兒童時間最多以及兒童最依賴的人，可以參與到游戲中進行引導和教育;此外，孩子們也樂于和同齡伙伴一起做游戲，互動交流也無形中鍛煉了社交以及合作能力，例如Play Shifu設計的AR字母拼圖玩具，該游戲通過AR模擬學習場景，內(nèi)置5個互動游戲，250多個字母等級，兒童可以在父母陪伴下或同伙伴一起游戲，跟著發(fā)音學習新單詞，增加詞匯量，讓學習變得有趣。

四、生物質復合材料兒童益智玩具設計原則探究

塑料類玩具工藝簡單，成型快，占據(jù)了玩具市場90%的份額，生物質復合材料同樣具備這種優(yōu)勢，據(jù)上文可知，其可根據(jù)產(chǎn)品目標設計材料功能（抗菌，阻燃等），抗菌類玩具為兒童健康樹起了一面綠色安全屏障，100%可降解屬性緩解環(huán)境壓力，對人類社會的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

（一）安全為前提

安全性原則是設計學齡前兒童益智玩具的根本原則，是家長們選購玩具時首先考慮的因素，主要包括結構和材料安全，

結構設計需要設計師在設計之初進行嚴格的“產(chǎn)品生命周期”審查，考慮到玩具在整個生命周期可能會出現(xiàn)的問題，美國玩具安全標準要求所有的玩具邊，角和接口處無毛刺等危險邊緣，外形無銳角，盡量避免使用微小零件，如必須使用應在醒目位置給予提示，因為學齡前兒童經(jīng)常有“手—口”交叉行為，很容易被吸入而導致窒息;另外，整體或局部外形禁止設計成食物形狀;由于兒童天性好動的特點，應充分考慮到玩具上可移動的零件在用力使用時的位移對兒童四肢，頭部的傷害[12]。合理的結構設計是玩具設計的前提，這樣兒童的安全才能夠得到保障。

在材料選擇上應使用無毒素，結構，易燃性危險的材料;表面涂層應使用無鉛成分的顏料，兒童對鉛，甲醛等有毒物的吸收率是成年人的5倍;應避免使用年久或高溫下會揮發(fā)有毒物質的材料，玩具長時間的使用表面會布滿細菌，鑒于兒童的這種行為，有必要選擇具有抗菌功能的材料來制作玩具，生物質復合材料可以通過改性具有抗菌性能，且自身無毒環(huán)保，適用于幼齡兒童益智玩具設計，山東天邦童心公司推出的這款木質玩具具有抗菌功能，抗菌效果為99%。

（二）環(huán)保為附加值

兒童玩具行業(yè)隨著未來孩童人口增加將是最興盛的產(chǎn)業(yè)之一，對于玩具的需求也愈發(fā)龐大，生物質復合材料中生物質成分來源于木材加工業(yè)的邊角料或生活中的廚余垃圾，如柚子皮，咖啡渣等，廢物利用，不僅能夠減少成本，也可以避免廢棄后對環(huán)境造成污染，由其制成的玩具100%可完全降解，具有較高的社會價值。

（三）情感化為支撐

玩具情感屬性的是設計師思想和創(chuàng)意在玩具上的表達。學齡前兒童玩具身份特殊，理應當需要情感化設計，根據(jù)心理學大師諾曼情感化設計的三個層次：本能層，行為層和反思層，一件優(yōu)秀的兒童玩具設計在外觀一定是吸引人的，在色彩，功能的設置上能夠引起孩子的情感共鳴，并通過玩玩具的過程讓他們獲得一定積極的感受，如張紫然設計的兒童儲蓄罐[13]，充分提取海豹肥肥的肚子形象，與所設計的產(chǎn)品功能相符，在孩子眼里展現(xiàn)出直觀的美感，第一眼看到就會愛不釋手，另外，儲蓄罐會培養(yǎng)孩子勤儉節(jié)約的好習慣，兒童在玩耍過程中會產(chǎn)生一種充實感和自信感。

（四）啟發(fā)性為目的

學齡前兒童生活中大部分時間都在玩游戲，玩具作為游戲的載體，是學齡前兒童接觸最多的物體，玩具對他們習慣和個性的養(yǎng)成起到了關鍵作用，學齡前兒童的成長過程伴隨著學習，游戲和勞動三部分，他們相輔相成，不可分割[14]。兒童主要通過游戲的方式學習，所謂寓教于樂即是一件玩具最好的狀態(tài)，由于在此階段是開發(fā)兒童右腦最好的階段，過了6歲即過渡到左腦優(yōu)勢階段因此，玩具的設計要以開發(fā)兒童的智力為導向，鍛煉他們邏輯思維和空間想象能力。

結語

我國兒童基數(shù)大，對于玩具的需求量高，這也要求兒童玩具設計的玩具標準也要提高，學齡前兒童益智玩具設計需要切實尊重兒童的生理和心理客觀發(fā)展規(guī)律，根據(jù)上文的介紹，生物質復合材料在汽車領域應用廣泛，其應用于玩具創(chuàng)新設計是切實可行的，不僅能夠解決塑料玩具廢棄帶來的污染問題，還能通過材料所發(fā)揮的功能保護兒童的健康，具有良好的生態(tài)和經(jīng)濟效益，此外，學齡前兒童處在人生成長的關鍵期，智力和情緒有明顯特征，針對他們的益智玩具設計不同于其他年齡段的兒童，這就要求設計師能夠挖掘需求，在提高玩具可玩性的同時，增強兒童的操作和認知能力。