基于STEAM 理論的學(xué)齡前兒童益智類玩具設(shè)計(jì)研究

張莉　鄧嘉寶

摘要：本文以設(shè)計(jì)出一套切合STEAM理論的益智玩具為目的，同時(shí)能夠提升學(xué)齡前兒童的各項(xiàng)智力能力。通過文獻(xiàn)查閱對STEAM理論進(jìn)行深入分析，歸納出STEAM理論的4項(xiàng)特點(diǎn)，STEAM益智玩具應(yīng)滿足的5個(gè)方面。根據(jù)皮亞杰理論對兒童的分析，選擇前運(yùn)算階段兒童為目標(biāo)群體，歸納出該階段兒童的4項(xiàng)益智需求。通過上述分析設(shè)計(jì)出一款STEAM益智玩具套裝，為后續(xù)STEAM益智玩具設(shè)計(jì)提供了參考。

關(guān)鍵詞：STEAM理論；益智玩具；學(xué)齡前兒童；皮亞杰理論；前運(yùn)算階段兒童

中圖分類號：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（2024）10-0118-04

引言

當(dāng)今社會的兒童家長，多為具有知識涵養(yǎng)的家長群體，因此，家長對兒童綜合能力的培養(yǎng)具有更高期望。家長為兒童選擇玩具時(shí)，益智玩具的占有量相比過去逐步上漲。同時(shí)，我國教育部也頒布了《教育信息化“十三五”規(guī)劃》[1]，其中明確指出今后的教育模式中，要積極探索STEAM 理論的應(yīng)用，從幼兒園到中小學(xué)均可接受STEAM理論教育。家長對兒童期望的提升與新教育政策的頒布，促使著兒童玩具市場的轉(zhuǎn)變，市場上出現(xiàn)了以STEAM 理論為核心的益智類玩具，旨在提升兒童的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，學(xué)習(xí)STEAM理論的相關(guān)知識。

一、STEAM理論概述

STEM 理論最初由美國國家科學(xué)委員會在1986 年提出，是Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）、Math（數(shù)學(xué)）4 個(gè)學(xué)科首字母的縮寫，被稱為STEM[2]。伴隨時(shí)代科技的進(jìn)步，美國學(xué)者格雷特亞克門為實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科融合，使美國學(xué)子從藝術(shù)的角度擁有更加積極的審美，在STEM 理論中加入藝術(shù)（Art）這一學(xué)科，由此STEAM 理論正式形成。此時(shí)，STEAM 理論的主要培養(yǎng)目標(biāo)為3-12 歲的兒童及青少年，到了2016 年，美國政府將STEAM 理論的教育重點(diǎn)放在學(xué)齡前兒童身上，并使部分美國兒童可以接受免費(fèi)的STEAM 教育[3]。

（一）STEAM 理論四項(xiàng)特點(diǎn)。格雷特亞克門教授強(qiáng)調(diào)將數(shù)學(xué)、物理、科學(xué)、音樂、繪畫等學(xué)科融合，在兒童學(xué)習(xí)時(shí)不受學(xué)科限制。同時(shí)也強(qiáng)調(diào)了培養(yǎng)兒童時(shí)應(yīng)具備的4 個(gè)特點(diǎn)，分別為跨學(xué)科屬性、寓教于樂、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、包容性，以下分別敘述STEAM 理論的4 項(xiàng)特點(diǎn)。

1. 跨學(xué)科屬性

跨學(xué)科屬性表示在教學(xué)中不局限于單一的學(xué)科，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過程中同時(shí)運(yùn)用數(shù)學(xué)、工程、藝術(shù)等多個(gè)學(xué)科，打破傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式的桎梏。例如，從2021 年開始我國教育部已經(jīng)開始嘗試新的高考政策，取消傳統(tǒng)的文理分科模式。高二學(xué)生在物理、歷史、生物、化學(xué)、地理、政治六門學(xué)科中任選其三，文理的取消讓學(xué)生選擇自己更加擅長并喜愛的學(xué)習(xí)方向，讓學(xué)生能夠全面地發(fā)揮自我，與STEAM 理論的跨學(xué)科模式相切合。同時(shí)，伴隨著生命科學(xué)進(jìn)入后基因組時(shí)代，過去以單一學(xué)科為依靠的學(xué)術(shù)研究無法支撐起新的研究，科學(xué)家們開始探索出具有跨學(xué)科性質(zhì)的交叉學(xué)科，如生物化學(xué)、生物物理學(xué)、生物數(shù)學(xué)、生物工程學(xué)等。通過物理、化學(xué)、計(jì)算機(jī)等非生命學(xué)科與生物的交叉，輔助生命科學(xué)進(jìn)行新的探索。

2. 寓教于樂

STEAM 理論主張兒童親自動手、在娛樂中發(fā)現(xiàn)簡單的自然規(guī)律，并針對生活中的問題進(jìn)行探索。例如，在浙江椒江區(qū)通巨幼兒園開展的STEAM 教學(xué)中，老師們組織兒童利用格尺、繩子、生活中常見的物品制作小船模型，探索重量與浮力的關(guān)系；讓兒童制作圖紙，然后使用毛線、黏土、膠水、竹竿等材料制作可以升降的球門，解決幼兒園球門不足的問題。老師們通過上述任務(wù)，讓兒童在娛樂的過程中發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律，激發(fā)兒童的創(chuàng)造力與想象力。

3. 團(tuán)隊(duì)協(xié)作

STEAM 理論提倡兒童在團(tuán)隊(duì)協(xié)作中發(fā)現(xiàn)并解決問題，在共同完成任務(wù)的過程中鍛煉個(gè)人表達(dá)能力，體現(xiàn)在團(tuán)隊(duì)的自我價(jià)值。例如，浙江省的括蒼鎮(zhèn)中心校開展的孔明鎖STEAM 課程中[4]，老師十分注重團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性。老師將三通與六柱兩種難度的孔明鎖交給學(xué)生令其自主探索，并鼓勵(lì)已經(jīng)解開孔明鎖的學(xué)生指導(dǎo)未解開的學(xué)生?？酌麈i解鎖的過程由學(xué)生們在團(tuán)隊(duì)協(xié)作中完成，老師僅起到輔助引導(dǎo)作用，讓學(xué)生在團(tuán)隊(duì)協(xié)作中獲得書本以外的教學(xué)體驗(yàn)。

4. 包容性

STEAM 理論強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品操作難度適齡化，適合不同層次的兒童使用。外觀造型色彩方面適合男女兒童，不存在性別差異。產(chǎn)品本身的價(jià)格與使用方式易推廣，滿足不同地區(qū)家長及兒童的需要。例如，國內(nèi)一款名為天才少女系列魔法居里的兒童玩具，其產(chǎn)品以著名科學(xué)家居里夫人為女性榜樣，鼓勵(lì)女性兒童利用電子積木的拼搭學(xué)習(xí)編程，培養(yǎng)女性兒童在理工學(xué)科、計(jì)算機(jī)學(xué)科方面的天賦，改變傳統(tǒng)思想中女性不適合學(xué)習(xí)理工與計(jì)算機(jī)的錯(cuò)誤觀念。天才少女系列魔法居里兒童玩具如圖1 所示。

（二）基于STEAM 理論的玩具評價(jià)規(guī)范。2021 年我國玩具和嬰童用品協(xié)會發(fā)布了《STEAM 玩具評價(jià)規(guī)范》（T/CTJPA 007—2021），其旨在以一套可行的STEAM 產(chǎn)品認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范市場上的STEAM 益智玩具。評價(jià)規(guī)范中要求STEAM 益智玩具應(yīng)符合STEAM5個(gè)學(xué)科內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)，分別是科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)5 個(gè)方面。

1. 科學(xué)方面

科學(xué)指生物、化學(xué)、物理、氣象等方面的學(xué)習(xí)。STEAM 玩具評價(jià)規(guī)范要求產(chǎn)品能夠讓兒童熱愛探究自然、培養(yǎng)初步探索能力、在探索中認(rèn)識自然現(xiàn)象與規(guī)律。例如，產(chǎn)品中可以包含生活中常見的現(xiàn)象與事物，在兒童使用過程中認(rèn)知相關(guān)現(xiàn)象并感到樂趣。在使用玩具的過程中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品零部件的不同并了解產(chǎn)品設(shè)計(jì)的規(guī)律。記住生活中常見的動植物與人類的關(guān)系、感知?dú)夂驅(qū)θ祟惿畹挠绊懙取?/p>

2. 技術(shù)方面

技術(shù)指利用已存在的工具與方式建立新的產(chǎn)品并用于改善生活。例如，上文中的浙江椒江區(qū)通巨幼兒園，老師鼓勵(lì)學(xué)生利用常見的毛線、黏土、膠水、竹竿等材料制作新的產(chǎn)品，解決生活中的問題并探究物理、機(jī)械等方面的知識。在產(chǎn)品中可以表現(xiàn)為讓兒童使用基本零部件去組裝出房屋、高塔、汽車等物體，教導(dǎo)兒童通過仔細(xì)思考解鎖玩具的使用方式，并根據(jù)自己的興趣創(chuàng)造出新的玩法。

3. 工程方面

工程指兒童使用玩具過程中培養(yǎng)系統(tǒng)評價(jià)問題、做簡單的方案推理的能力。例如，兒童在使用傳統(tǒng)玩具華容道、九連環(huán)、孔明鎖的過程中，需要在頭腦中推演玩具的解鎖方式，并預(yù)演出移動哪一塊零部件才能解鎖玩具。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的啟示為，可以根據(jù)傳統(tǒng)玩具的使用方式進(jìn)行創(chuàng)新，吸引兒童觀察產(chǎn)品零部件的差異，并做方案推演解鎖玩具的玩法。

4. 藝術(shù)方面

藝術(shù)指兒童在使用玩具的過程中能夠欣賞自然中的景象、聲音，培養(yǎng)積極的審美能力，并強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品應(yīng)具有親和力提升吸引力。例如，可以在產(chǎn)品中融入動植物、星空、海洋等自然中美好的事物，吸引兒童觀察的過程中關(guān)注其色彩與結(jié)構(gòu)特征。電子產(chǎn)品可以播放鳥鳴、動物的吼叫、風(fēng)聲雨聲等聲音，讓兒童在聆聽時(shí)感受自然，培養(yǎng)自然柔和的審美傾向。

5. 數(shù)學(xué)方面

數(shù)學(xué)指產(chǎn)品能夠幫助兒童記住簡單的加減法，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品零部件的幾何規(guī)律，使兒童對數(shù)學(xué)產(chǎn)生興趣，不局限于傳統(tǒng)機(jī)械式的背誦加減法。例如，產(chǎn)品零部件的差異明顯，讓兒童了解幾何形體是多種多樣的，利用動植物的變形讓兒童對幾何形體產(chǎn)生興趣。產(chǎn)品可以幫助兒童比較數(shù)字的大小，讓3-4 歲的兒童數(shù)出5 或10 以內(nèi)的數(shù)字，讓4-5歲的兒童理解5 比3 多2 的數(shù)字規(guī)律，讓5-6 歲的兒童記住10 以內(nèi)的加減法。

（三）益智玩具設(shè)計(jì)規(guī)范

本次設(shè)計(jì)研究中，基于STEAM 理論的兒童玩具除了要滿足STEAM 理論的各項(xiàng)屬性外，還應(yīng)該符合益智玩具設(shè)計(jì)的基本規(guī)范，分別為安全性、趣味性、益智性3 種屬性。以此3 種屬性滿足兒童使用產(chǎn)品過程中的身心安全，提升兒童的使用欲望。以下為3 種益智玩具設(shè)計(jì)規(guī)范的詳細(xì)分析。

1. 安全性

兒童玩具的安全性應(yīng)滿足材料安全、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全、處理工藝安全、內(nèi)容安全4 個(gè)方面，以保證兒童在使用產(chǎn)品過程中的身心健康。

材料安全方面，由于兒童年齡較小，使用玩具產(chǎn)品時(shí)喜歡抓咬、摔打，這就要求兒童玩具的材料必須安全無毒。材料本身必須具有一定的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，避免兒童使用過程中被破壞。材料還應(yīng)該易于清洗、紫外線下不易變質(zhì)，因此本次設(shè)計(jì)以木材、樹脂、ABS 塑料等穩(wěn)定性較高的材料為主。

結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也是影響產(chǎn)品強(qiáng)度的重要因素，如果兒童玩具結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在使用過程中容易被兒童破壞。并且，玩具設(shè)計(jì)應(yīng)避免尖銳的棱角，用圓滑的曲線作為代替[5]。同時(shí)，設(shè)計(jì)玩具時(shí)應(yīng)避免出現(xiàn)內(nèi)腔，導(dǎo)致滋生細(xì)菌積累灰塵對兒童造成傷害。

處理工藝方面，對材料的穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也具有重要影響。玩具的表面處理工藝應(yīng)避免含有甲醛、重金屬等有害物質(zhì)。并且，表面處理工藝的合理選擇可以延長產(chǎn)品材料的使用壽命，提升產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的穩(wěn)定性、耐磨耐腐蝕性。例如，使用油性材料滲透、油性漆噴涂的木材表面處理工藝可以使木質(zhì)產(chǎn)品無毛刺、保留木材紋理、防蟲腐，延長木質(zhì)產(chǎn)品的使用周期。

內(nèi)容安全方面是目前兒童產(chǎn)品審核的重點(diǎn)，兒童玩具帶有的貼圖、電子產(chǎn)品的音樂、使用方式等應(yīng)綠色健康，無黃賭毒等不雅內(nèi)容，并激勵(lì)兒童積極向上以健康穩(wěn)定的情緒面對未來的學(xué)習(xí)生活。

2. 趣味性

作為兒童玩具，趣味性設(shè)計(jì)是不可或缺的一方面，市場上益智兒童玩具的設(shè)計(jì)以鮮艷的色彩、童趣的造型、靈活的玩法吸引著兒童的專注力與探索欲望[6]。

在本次設(shè)計(jì)研究中首先可以通過產(chǎn)品獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，以排列、拼插、旋轉(zhuǎn)等方式形成新穎的玩法提升玩具的靈活性、玩法的多樣性，同時(shí)，靈活變化的玩具產(chǎn)品能夠提升兒童的空間幾何感、開發(fā)想象力與創(chuàng)造力。

其次，可以引入動植物情趣化的造型，讓兒童感受理解產(chǎn)品所要表達(dá)的情感，以可愛的造型、詼諧幽默的故事感刺激家長及兒童的使用感受，因此，情趣化設(shè)計(jì)在兒童產(chǎn)品中具有重要地位。例如，在本次設(shè)計(jì)研究中可以提煉出夸張、變形的動物神態(tài)，將動物的表情與習(xí)慣做擬人化處理，讓兒童感受動物與人類的親密關(guān)系，使兒童熱愛自然同時(shí)也切合STEAM 理論的科學(xué)性。

最后，可以引入兒童喜愛的著名IP，當(dāng)兒童看到電視中出現(xiàn)的卡通人物展現(xiàn)在產(chǎn)品中時(shí)，可以最大限度地刺激家長及兒童的購買欲望。例如，美國與日本的玩具市場對著名IP 的使用享譽(yù)世界，迪士尼、變形金剛、侏羅紀(jì)世界、精靈寶可夢等與兒童IP 相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品暢銷世界各地，因此在設(shè)計(jì)研究中融入兒童IP，不僅能夠吸引兒童的使用興趣，還能夠提升產(chǎn)品的銷量與知名度。

3. 益智性

兒童益智玩具的益智性是設(shè)計(jì)重點(diǎn)，對兒童能力開發(fā)不足將使產(chǎn)品失去意義，同時(shí)益智功能應(yīng)與兒童的智力能力逐一對應(yīng)。例如，國內(nèi)一款名為啟蒙町積木套裝的產(chǎn)品，其使用方式為令兒童根據(jù)圖卡中陰影的造型擺放積木位置、區(qū)分積木的長短關(guān)系。該產(chǎn)品針對兒童的空間幾何感做出設(shè)計(jì)，同時(shí)考驗(yàn)兒童的閱讀能力與專注力。啟蒙町積木套裝如圖2 所示。

為使本次益智玩具的設(shè)計(jì)切合兒童的智力能力，后續(xù)將詳細(xì)分析目標(biāo)兒童群體的智力特點(diǎn)以此滿足兒童的需要。

二、兒童特征分析

根據(jù)上述對STEAM 理論與兒童益智玩具產(chǎn)品的分析，歸納出接下來應(yīng)對兒童成長階段進(jìn)行劃分，選擇具體的目標(biāo)群體，并分析目標(biāo)群體的智力能力相關(guān)特征，對設(shè)計(jì)研究提供設(shè)計(jì)方向。

（一）兒童階段劃分與目標(biāo)群體選擇

瑞士兒童心理學(xué)家讓皮亞杰根據(jù)兒童心理認(rèn)知情況、智力能力發(fā)展情況、年齡層段的不同，提出了兒童階段劃分依據(jù)。讓皮亞杰將0-12歲的兒童劃分為4 個(gè)階段，分別為感知運(yùn)算階段、前運(yùn)算階段、具體運(yùn)算階段、形式運(yùn)算階段。接下來對兒童成長的4 個(gè)階段進(jìn)行詳細(xì)分析。

1. 0 ～ 3 歲的感知運(yùn)算階段，此階段中的兒童還處于嬰幼兒階段，還無法掌握精準(zhǔn)的語言與運(yùn)動能力。但是感知運(yùn)算階段的兒童對外部世界感到十分好奇，并通過簡單運(yùn)動爬行、觸摸、觀察等方式認(rèn)知自然中的事物，同時(shí)在認(rèn)知的過程中產(chǎn)生思維，逐步學(xué)習(xí)語言與運(yùn)動。

2. 3 ～ 6 歲的前運(yùn)算階段，此時(shí)兒童的語言能力與運(yùn)動能力開始逐步提升，能夠控制自己的情緒，并產(chǎn)生計(jì)算能力與符號識別能力兩種智力，讓皮亞杰表示計(jì)算能力與符號識別能力的出現(xiàn)是兒童步入前運(yùn)算階段的重要特征。

前運(yùn)算階段兒童的語言能力表現(xiàn)為對詞匯量與語調(diào)的掌握，3 歲的兒童通過模仿成年人，可以掌握800 ～ 1000 左右的詞匯。詞匯量的掌握在4 歲時(shí)達(dá)到2000 個(gè)左右，五歲時(shí)達(dá)到3000 個(gè)左右，6 歲時(shí)達(dá)到4000 個(gè)左右[7]。詞匯量的增長過程中，兒童能夠從簡單地表達(dá)自我感受到流暢地表達(dá)自身想法，通過語調(diào)表示情緒。

前運(yùn)算階段兒童的運(yùn)動能力表現(xiàn)為兒童能夠逐步完成細(xì)致的操作，3 ～ 4 歲的兒童還無法完成精準(zhǔn)的運(yùn)動，喜歡奔跑、攀爬、摔打玩具等粗大動作運(yùn)動。4 ～ 5 歲時(shí)的兒童已經(jīng)可以使用魔方、擰螺絲、單手接住皮球，完成一些精準(zhǔn)度較高的運(yùn)動。5 ～ 6 歲的兒童運(yùn)動能力趨向成熟，可以系鞋帶、書寫、圖畫、按鋼琴鍵。

前運(yùn)算階段兒童的計(jì)算能力表現(xiàn)為對數(shù)量關(guān)系的掌握，此階段中的兒童從3 歲開始逐步掌握5 以內(nèi)的加減法，到6 歲時(shí)根據(jù)個(gè)體能力的不同可以掌握10 ～ 20 以內(nèi)的計(jì)算。

前運(yùn)算階段兒童的符號識別能力表現(xiàn)為用一種事物去替代另一種類似的物體，例如兒童用木棍當(dāng)做寶劍、用鍋碗模仿成人做飯，這種能力的出現(xiàn)表明兒童了解事物的關(guān)聯(lián)特征，是體現(xiàn)兒童發(fā)散思維的重要能力。

3. 6 ～ 12 歲的具體運(yùn)算階段，此時(shí)兒童已步入小學(xué)的學(xué)齡時(shí)期，前運(yùn)算階段中的語言能力、運(yùn)動能力、計(jì)算能力、符號識別能力進(jìn)一步提升。并且能夠系統(tǒng)地掌握科學(xué)知識、培養(yǎng)社交能力，此時(shí)兒童的家長將時(shí)間精力投入到兒童的學(xué)習(xí)生活中，逐漸減少了玩具產(chǎn)品的購買。

4. 12 歲后的形式運(yùn)算時(shí)期，如今這一階段的兒童被認(rèn)定為青少年，各方面智力能力已趨向于成年人，在購買玩具產(chǎn)品方面幾乎沒有益智類型的玩具，而是更有難度，更有愛好偏向的產(chǎn)品。

通過上述兒童階段劃分可以歸納出，兒童前運(yùn)算階段的治理能力提升，對后續(xù)兒童的學(xué)習(xí)生活具有重要影響。同時(shí)，基于STEAM理論的兒童玩具產(chǎn)品，期望兒童能夠?qū)W習(xí)科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程等方面的知識，因此，本次設(shè)計(jì)研究選擇前運(yùn)算階段的學(xué)齡前兒童為主要目標(biāo)群體，接下來分析前運(yùn)算階段兒童的益智需求，為設(shè)計(jì)研究提供了設(shè)計(jì)方向。

（二）前運(yùn)算階段兒童益智需求

根據(jù)皮亞杰對前幼年階段兒童益智特征的分析，歸納出兒童需要提升或改善的4 項(xiàng)智力能力，分別為逆向思維、等級分類、守恒能力、自我中心，接下來對以上4 項(xiàng)智力能力進(jìn)行詳細(xì)分析。

1. 逆向思維

逆向思維指推演及計(jì)算的過程中，能夠從步驟一運(yùn)算至步驟二，再回到步驟一的能力。例如，在數(shù)學(xué)方面表現(xiàn)為，告訴一名兒童1+4=5，再詢問兒童5 失去4 是幾，兒童可能無法回答這一問題。在玩具產(chǎn)品中表現(xiàn)為，解鎖華容道、九連環(huán)、孔明鎖等傳統(tǒng)玩具需要反向思考，將組成玩具的最后一個(gè)零件作為打開玩具的第一個(gè)步驟。皮亞杰認(rèn)為3-6 歲的兒童尚不具備逆向思維，需要在成長過程中，輔助其學(xué)習(xí)才能在6 歲前后逐步掌握這一能力，通過上述分析可知，傳統(tǒng)玩具有助于逆向思維的培養(yǎng)，因此，本次設(shè)計(jì)中將融入傳統(tǒng)玩具的使用方式。

2. 等級分類

等級分類指兒童了解事物的同一性，即了解物體的大小、形狀、顏色不同，本質(zhì)卻相同。例如，詢問一名兒童紅蘋果多還是黃蘋果多，兒童能夠答出，然而再次詢問其紅蘋果多還是蘋果多，兒童可能無法回答這一問題。本次設(shè)計(jì)培養(yǎng)兒童等級能力時(shí)，可以融入分類游戲，例如，將蔬菜玩具放置到同種顏色的籃筐中。

相同種類的飲料放置到對應(yīng)的框架上，在訓(xùn)練分類能力的同時(shí)，也加深兒童對生活常識的了解。分類游戲如圖3 所示。

3. 守恒能力

守恒能力指兒童認(rèn)知物體，不受到物體大小、形狀、顏色的影響。例如，在兒童守恒能力測驗(yàn)中，測驗(yàn)者會為兒童倒兩杯牛奶，一個(gè)杯子高而細(xì)，另一個(gè)杯子矮而胖，并詢問兒童哪個(gè)杯子中的牛奶更多，兒童可能無法正確回答出這一問題。接下來，測驗(yàn)者將高而細(xì)的牛奶倒入矮而胖的杯子中，兒童發(fā)現(xiàn)實(shí)際上兩杯牛奶一樣多。這一測驗(yàn)表明，當(dāng)兒童觀察事物時(shí)，比較容易受到外部條件的影響，與等級分類能力相似，守恒能力的提升需要兒童了解事物的本質(zhì)。同時(shí)，守恒能力也表現(xiàn)在數(shù)學(xué)方面，如逆向思維中的數(shù)學(xué)舉例，學(xué)習(xí)加減法運(yùn)算也是培養(yǎng)兒童守恒能力的重要方式。因此在本次設(shè)計(jì)中，產(chǎn)品可以帶有不同形狀卻質(zhì)量、體積相同的零部件，以玩具本質(zhì)的同一性訓(xùn)練兒童守恒能力。守恒能力測驗(yàn)如圖4 所示。

4. 自我中心

自我中心指兒童思考問題以自我為出發(fā)點(diǎn)，很難接受別人的觀點(diǎn)，即兒童思考時(shí)單純地認(rèn)為其他人的想法與自己相同。皮亞杰針對這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了著名的“三山實(shí)驗(yàn)”。實(shí)驗(yàn)中，讓兒童坐在不同大小的三座大山模型前，放置一個(gè)玩具娃娃在大山模型的另一面。接下來詢問兒童兩個(gè)問題，1. 自己看到的三座大山是什么樣的？2. 玩具娃娃看到的三座大山是什么樣的？然而兒童的兩個(gè)回答卻是一樣的。

這一實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，兒童尚不具備從他人角度看待問題的能力，也就是呈現(xiàn)出思維的自我中心化。在生活中表現(xiàn)為，兒童不愛分享自己的經(jīng)歷自己的玩具、說話經(jīng)常指責(zé)別人、不體諒父母、不做家務(wù)。皮亞杰表明消除兒童的自我中心，需要在其成長中循循善誘，例如，幫助父母收拾使用后的玩具、鼓勵(lì)兒童分享喜歡的玩具學(xué)到的知識，以此幫助兒童摒棄自我中心?！叭綄?shí)驗(yàn)”如圖5 所示。

根據(jù)上述分析，本次基于STEAM 理論的益智玩具不僅要對應(yīng)STEAM 理論的5 項(xiàng)內(nèi)容，還要針對兒童的益智需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品能夠提升或改善兒童的4 項(xiàng)智力能力，符合益智玩具設(shè)計(jì)的要求，滿足兒童需要。

三、STEAM益智玩具設(shè)計(jì)實(shí)踐

針對上述STEAM 玩具設(shè)計(jì)規(guī)范、兒童益智需求的四項(xiàng)特征，設(shè)計(jì)出一款基于STEAM 理論的益智玩具套裝，套裝包含4 個(gè)玩具種類，分別為貼圖積木、趣味平衡木、幫助小朋友回家、收納瓶。接下來對四個(gè)玩具種類進(jìn)行詳細(xì)敘述。

（一）貼圖積木

貼圖積木是針對兒童等級分類與守恒能力的設(shè)計(jì)，積木分為24種外觀造型10 種尺寸規(guī)格，不同規(guī)格的積木重量卻可能相同，貼圖內(nèi)容包含自然、科學(xué)、情態(tài)3 種內(nèi)容，通過等級分類、守恒能力、內(nèi)容表達(dá)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)與市場上的產(chǎn)品區(qū)別開來。

貼圖中，第1 種貼圖包含兒童澆花、做家務(wù)、曬衣服、喂小雞等活動，讓兒童感知自然對人類生活的影響。第2 種貼圖包含簡單的科學(xué)常識，如陰影關(guān)系、杠桿原理、恐龍滅絕等，讓兒童了解簡單常識。第3 種貼圖包含貓咪的10 種情緒表情，以擬人化的方式提升產(chǎn)品趣味性，讓兒童對動物產(chǎn)生共鳴。通過貼圖的內(nèi)容的表達(dá)方式切合STEAM 理論的科學(xué)性與跨學(xué)科屬性，情趣化的設(shè)計(jì)切合STEAM理論的藝術(shù)性。

貼圖積木的10 種尺寸規(guī)格，分為質(zhì)量1 到質(zhì)量5 五種重量單位。設(shè)每體積2×2×2 厘米/8 厘米? 大小的積木塊重量為單位1，體積為16 厘米? 的積木塊重量就為單位2，體積為24 厘米? 的積木塊重量就為單位3，以此類推。當(dāng)平衡木左邊加上重量為單位1 和單位2的積木時(shí)，右邊就需要加上重量為單位3 的積木，以此來保證積木平衡。

質(zhì)量1 ～質(zhì)量5 的五種積木，分別有1 ～ 3 種造型，積木形狀不同但質(zhì)量卻相同，以此培養(yǎng)兒童等級分類與守恒的能力。貼圖積木如圖6 所示。

（三）幫助小朋友回家

幫助小朋友回家是針對逆向思維做出的設(shè)計(jì)，市場上類似的著名產(chǎn)品有松鼠推球、ThinkFun 賽車時(shí)間等，此類產(chǎn)品均以華容道為基礎(chǔ)培養(yǎng)逆向思維，但是使用方式單一，因此本次幫助小朋友回家的設(shè)計(jì)特點(diǎn)中，將上述貼圖積木融入幫助小朋友回家棋盤，使一款積木具有多種玩法。

幫助小朋友回家的使用方式為，將貼圖積木與小朋友積木擺放于棋盤中，每次移動一個(gè)貼圖積木，讓左下角的小朋友積木從右上角的缺口移動出棋盤。幫助小朋友回家以傳統(tǒng)玩具華容道的益智方式培養(yǎng)兒童的逆向思維，使用玩具時(shí)可以與家長伙伴團(tuán)隊(duì)協(xié)作幫助小朋友積木移出棋盤，符合理論的團(tuán)隊(duì)屬性，同時(shí)通過方案的推演切合STEAM 理論的工程性。幫助小朋友回家如圖7 所示。

（四）收納瓶

收納瓶是針對兒童自我中心化與等級分類的設(shè)計(jì)，市場上兒童積木多種多樣，卻忽略了積木收納的設(shè)計(jì)。因此收納瓶的設(shè)計(jì)特點(diǎn)中，將收納積木變成一個(gè)玩法。

使用方式為，兒童需要根據(jù)貼圖積木的內(nèi)容、質(zhì)量、造型、顏色的不同進(jìn)行等級分類，將不同類型的積木收納于收納瓶中，每套STEAM 益智玩具套裝配有4 個(gè)收納瓶。以此方式培養(yǎng)兒童等級分類能力的同時(shí)，幫助兒童養(yǎng)成整理玩具的好習(xí)慣。幫助家長整理玩具的過程中，兒童將克服使用玩具過后的懶惰，逐步消除自我中心化。收納瓶如圖8 所示。

結(jié)論

本次基于STEAM 理論的學(xué)齡前兒童益智類玩具設(shè)計(jì)研究，通過深入分析STEAM理論、益智玩具設(shè)計(jì)規(guī)范、前運(yùn)算階段兒童益智特征，提出產(chǎn)品設(shè)計(jì)定位。并歸納總結(jié)上述理論，設(shè)計(jì)了一款STEAM 益智玩具套裝，通過4 種類型的玩具切合STEAM 理論5 個(gè)屬性，提升兒童的智力能力，滿足家長及兒童的需求，為后續(xù)STEAM 益智玩具設(shè)計(jì)提供參考與方向。

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