STEAM理念下的ASD兒童玩教具設(shè)計(jì)研究

摘要：本研究以孤獨(dú)癥譜系障礙（ASD）兒童的認(rèn)知特征為出發(fā)點(diǎn)，采用可視化分析軟件CiteSpace作為研究工具，從年度發(fā)文量、關(guān)鍵詞等維度對ASD兒童和STEAM教育理念的相關(guān)研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢進(jìn)行了深入分析。通過應(yīng)用Kano模型，結(jié)合市場上的ASD教育玩具及STEAM玩具，以及ASD兒童康復(fù)過程中不同用戶群體的需求，對設(shè)計(jì)要素進(jìn)行了分類和優(yōu)先級排序。最終，本研究提出了基于STEAM理念的ASD教育玩具設(shè)計(jì)策略，并對ASD兒童在STEAM教育理論下的干預(yù)康復(fù)訓(xùn)練進(jìn)行了深入探討，闡述了以STEAM理念為指導(dǎo)的教育玩具作為干預(yù)工具對ASD兒童康復(fù)訓(xùn)練的重要性。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)

一、STEAM教育理念概述

1986年，美國國家科學(xué)委員會首次使用STEM一詞來描述多學(xué)科融合的相關(guān)政策和文件，STEM是由科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineer）、數(shù)學(xué)（Mathematics）等多學(xué)科融合的綜合性教育理念和教育模式[1]。2006年，美國弗吉尼亞理工大學(xué)GeorgetteYakman教授及其團(tuán)隊(duì)將藝術(shù)（Arts）學(xué)科融入STEM教育[2]。至此STEM教育增加對藝術(shù)素養(yǎng)的關(guān)注。STEAM教育是一種在真實(shí)情境中以多學(xué)科綜合方式發(fā)展學(xué)生STEAM素養(yǎng)的教育形式[3][4]。

二、融合文獻(xiàn)分析的steam玩教具需求分析

本研究旨在探索將STEAM理念融入ASD玩教具設(shè)計(jì)中的潛在機(jī)會，研究流程如圖1所示。首先，研究流程中通過運(yùn)用可視化分析軟件Citespace分析當(dāng)下的研究空白尋找創(chuàng)新點(diǎn)；然后，在ASD兒童以及家長、教育者等相關(guān)群體需求的基礎(chǔ)上，對市面上產(chǎn)品樣本篩選。運(yùn)用Kano模型，提取玩教具的設(shè)計(jì)方法策略，這不僅有助于提升玩教具的實(shí)用性和吸引力，還能為相關(guān)人群在選擇和設(shè)計(jì)玩教具時提供科學(xué)依據(jù)和實(shí)用指導(dǎo)。

（一）文獻(xiàn)研究的量化剖析工具

CiteSpace是美國德雷克大學(xué)陳超美博士研發(fā)的可視化分析軟件工具[5]，是一款可視化分析軟件，通過從數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)入和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)來工作，具有實(shí)用的操作、良好的可視化效果、簡單的研究成果解讀等功能。（二）精準(zhǔn)探究需求輔助工具

Kano模型是美國心理學(xué)家赫茨伯格提出的“雙因素理論”上，日本質(zhì)量管理專家狩野紀(jì)昭并在其基礎(chǔ)上構(gòu)建了產(chǎn)品性能可用性與用戶滿意度的雙維度認(rèn)知模型[6]。模型首先分析了用戶需求對用戶滿意度的影響，并強(qiáng)調(diào)了產(chǎn)品性能與用戶滿意度之間的非線性關(guān)系[7]，根據(jù)產(chǎn)品性能對用戶滿意度影響的特征曲線，并將用戶需求屬性劃分為5類，如圖2所示。（三）文獻(xiàn)分析洞察結(jié)果

1.發(fā)文量分析：為了更好地理解ASD兒童玩教具和STEAM理念的研究趨勢，本研究對2009年至2024年間的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了橫向比較[8]。通過在中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫中檢索，獲取了兩個領(lǐng)域的發(fā)文量數(shù)據(jù)，如圖3所示。從圖中可以看出，STEAM理念的研究熱度在2013年后逐漸上升，而ASD兒童玩教具的研究熱度相對較低，且增長趨勢較為平緩。

此外，本研究還對“STEAM理念產(chǎn)品”的發(fā)文量進(jìn)行了分析，如圖4所示。從圖中可以看出，2013年至2024年間，“STEAM理念產(chǎn)品”的發(fā)文量總體呈上升趨勢，共發(fā)表了126篇文獻(xiàn)，占“STEAM理念”相關(guān)文獻(xiàn)總數(shù)的11.03%。盡管這一數(shù)量相對較少，但相較于其他主題，其增長趨勢較為明顯。這表明STEAM理念在教育領(lǐng)域的關(guān)注度較高，而ASD兒童玩教具的研究相對較少，值得進(jìn)一步關(guān)注。這進(jìn)一步表明，STEAM理念在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究逐漸受到關(guān)注，而ASD兒童玩教具的研究則相對較少，存在較大的研究空間。

2.關(guān)鍵詞分析：為了考察關(guān)鍵詞的發(fā)展趨勢，本研究對關(guān)鍵詞進(jìn)行了分類，并采用聚類分析方法進(jìn)行了深入探討。國內(nèi)外研究關(guān)鍵詞聚類圖如圖5所示，從圖中可以看出，“ASD玩教具”研究關(guān)鍵詞的ModularityQ值為0.7793（如果網(wǎng)絡(luò)模塊化評價指標(biāo)Qgt;0.3，說明聚類效果好）；MeanSilhouette為0.6715（如果平均網(wǎng)絡(luò)同質(zhì)性值gt;0.5，說明同質(zhì)性高），這些數(shù)據(jù)表明該圖的網(wǎng)絡(luò)聚類是合理的?！癆SD玩教具”關(guān)鍵詞聚類分為7組，具體聚類依次為：0#孤獨(dú)癥兒童、1#園藝療法、2#康復(fù)中心、3#虛擬現(xiàn)實(shí)、4#玩具設(shè)計(jì)、5#設(shè)計(jì)策略。文獻(xiàn)研究表明，與自然的接觸對孤獨(dú)癥兒童具有多方面的積極影響，因此，未來的研究可以考慮將自然元素融入ASD玩教具的設(shè)計(jì)中。

為了進(jìn)一步了解ASD兒童玩教具的研究熱點(diǎn)，本研究對相關(guān)文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行了突現(xiàn)分析，如表1。關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析有助于揭示在特定時期內(nèi)ASD兒童玩教具的發(fā)展趨勢和變化規(guī)律，幫助學(xué)者們了解ASD兒童目前在學(xué)術(shù)界的關(guān)注點(diǎn)。

從關(guān)鍵詞的突現(xiàn)強(qiáng)度來看，近10年來，ASD兒童玩教具研究領(lǐng)域的關(guān)注重點(diǎn)依次為：產(chǎn)品設(shè)計(jì)（1.96）康復(fù)花園（1.91）干預(yù)（1.22）五感體驗(yàn)（0.94）設(shè)計(jì)策略（1.21）康復(fù)機(jī)構(gòu)（1.33）。這些關(guān)鍵詞的突現(xiàn)強(qiáng)度表明，研究者們對ASD兒童玩教具的設(shè)計(jì)和康復(fù)功能給予了較高的關(guān)注。

從關(guān)鍵詞的突現(xiàn)持續(xù)時間來看，這些關(guān)鍵詞大多只在當(dāng)年進(jìn)行了研究，但其突現(xiàn)強(qiáng)度和持續(xù)時間的分析結(jié)果表明，ASD兒童玩教具的研究在近年來呈現(xiàn)出多樣化和深入化的趨勢。研究者們不僅關(guān)注玩教具的設(shè)計(jì)和功能，還關(guān)注其在康復(fù)治療中的應(yīng)用效果。通過橫向比較和關(guān)鍵詞分析，本研究揭示了ASD兒童玩教具和STEAM理念在研究熱度、研究熱點(diǎn)和研究方法上的差異。未來的研究可以進(jìn)一步探索如何將STEAM理念融入ASD兒童玩教具的設(shè)計(jì)中，以提高ASD兒童的康復(fù)效果和教育質(zhì)量。

三、基于Kano模型與STEAM理念下ASD玩教具設(shè)計(jì)思路

（一）玩教具市場的前沿探索

1.ASD玩教具：孔祥勛[9]根據(jù)ASD兒童的認(rèn)知行為特征將玩具分為感覺統(tǒng)合、情緒緩解、社會互動以及認(rèn)知局限4類。韋鈺婕[10]根據(jù)玩具功能要素將ASD兒童玩具劃分為感統(tǒng)訓(xùn)練類、社交語言類、情緒放松類、認(rèn)知教育類、肢體訓(xùn)練類。自閉癥資源協(xié)會根據(jù)消費(fèi)者需求將玩具歸類為感官OT、視覺支持、鎮(zhèn)靜玩具和課堂工具[11]。本研究根據(jù)相關(guān)研究人員和孤獨(dú)癥兒童康復(fù)機(jī)構(gòu)對ASD兒童玩教具的分類，結(jié)合自閉癥兒童的身心特點(diǎn)、玩具特點(diǎn)和消費(fèi)者需求，將ASD兒童玩具分為六大類：感統(tǒng)合類、情緒放松類、認(rèn)知學(xué)習(xí)類、生活技能類、社交互動類以及注意力干預(yù)類，如表2。

2.STEAM玩教具：市場上STEAM兒童玩具形式種類繁多，鄭晨，向言詞等人在玩具的游戲形式上進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)究其內(nèi)在形式主要可分為3種，分別為拼搭構(gòu)建式玩具、實(shí)驗(yàn)觀測式玩具以及情景設(shè)定式玩具。在同一產(chǎn)品中，3種游戲形式可相互獨(dú)立，同時也可以靈活轉(zhuǎn)換[12]為家庭玩教具類、學(xué)校和機(jī)構(gòu)教學(xué)工具類，按功能類別可分為智能編。王軍，周揚(yáng)等人認(rèn)為STEAM相關(guān)教育產(chǎn)品按使用環(huán)境可分程類、科學(xué)探索類、實(shí)驗(yàn)操作類、拼裝搭建類、3D打印類[13]。宋穎佳，蔣曉等人將STEAM玩教具按照使用環(huán)境分為正式教育下和非正式教育下兩類[14]。通過對學(xué)者對STEAM玩具的分類，結(jié)合ASD兒童的認(rèn)知特點(diǎn)以及對ASD相關(guān)玩教具種類分析，將其針對其功能形式進(jìn)行分類整理并分析，可以將現(xiàn)有STEAM玩教具以玩法種類分為四大類，分別是可編程類、科學(xué)探索類、工程建構(gòu)類和數(shù)學(xué)類，如表3。

盡管STEAM玩教具和ASD玩教具在目標(biāo)、設(shè)計(jì)理念和應(yīng)用場景上有所不同，但它們的共同點(diǎn)在于都強(qiáng)調(diào)通過互動、動手操作和多感官參與來促進(jìn)兒童的認(rèn)知、情感和社交技能發(fā)展。STEAM玩具更多養(yǎng)批判性思維和創(chuàng)造力；而ASD玩教具則更加個性化和結(jié)構(gòu)化，專注于滿足ASD兒童在認(rèn)知、情感和社交方面的特殊需求。兩者的設(shè)計(jì)都反映了現(xiàn)代教育中對多樣化學(xué)習(xí)方式和個性化支持的重視。本文通過以上內(nèi)容的分析，結(jié)合市面上存在的玩教具市場，進(jìn)行全面闡述。

（二）KANO模型下的精準(zhǔn)定位

市場調(diào)研收集的信息和反饋為確定功能需求提供了重要的參考依據(jù)。通過對現(xiàn)有玩教具的分類整理和特點(diǎn)分析，可以初步了解ASD兒童的需求和市場上的產(chǎn)品現(xiàn)狀。在市場調(diào)研的基礎(chǔ)上，先篩選和確定ASD玩教具的核心功能設(shè)計(jì)需求。

除此之外，通過走訪徐州當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)機(jī)構(gòu)及康復(fù)醫(yī)院，ASD兒童的家長以及五彩鹿兒童行為矯正中心、禾潤福利院等老師。得到了如圖6所示的具體ASD兒童的問題和需求分析。同時與多名教輔人員以及相關(guān)行業(yè)專家展示當(dāng)今市面上的STEAM玩教具，并進(jìn)行深入探討，最終初步了解到了基于STEAM理念下ASD兒童玩教具的主要功能需求，后邀請多名產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究生，篩選STEAM理念下的ASD玩教具核心功能設(shè)計(jì)需求如下圖7所示。

（三）功能需求的深度挖掘

經(jīng)過設(shè)計(jì)和分析后，得出該功能的滿意度判斷。用戶滿意度的影響值為Bi級越高；不滿意度的影響值為W，在0～1之間變化，數(shù)值越大，表示敏感度越高，優(yōu)先i示敏感度越高，優(yōu)先級越高。

式中：Ai，Oi，Mi，Ii———Kano問卷調(diào)查分析表中對應(yīng)用戶需求類型的出現(xiàn)頻率。

具有豐富經(jīng)驗(yàn)的輔助專業(yè)人員、專家和兒童家長。通過對問卷數(shù)據(jù)的分析，得出了對8項(xiàng)功能的優(yōu)先級。每項(xiàng)功能都包括一個正面問題和一個負(fù)面問題，共20個問題，每個問題都采用李克特5級評分法。共發(fā)放了105份問卷。共收回90份問卷，其中80份有效。問卷調(diào)查的最終結(jié)果見表4和表5所示。

通過上述問卷調(diào)查結(jié)果分析，“游戲化互動”為興奮型需求，是帶來愉悅的用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵因素，應(yīng)著重重視發(fā)掘；用戶需求“社會互動支持”“反饋獎勵機(jī)制”“個性化學(xué)習(xí)”為期望型需求是影響用戶滿意度的重要影響因素，也是建立用戶信任度的關(guān)鍵；“促進(jìn)認(rèn)知發(fā)展”“促進(jìn)語言溝通能力”“增強(qiáng)動手能力和協(xié)調(diào)性”“多感官刺激”為基本需求是基本設(shè)計(jì)要點(diǎn)，最大程度提高用戶滿意度。

通常情況下產(chǎn)品設(shè)計(jì)的優(yōu)先級為：必備屬性gt;期望屬性gt;魅力屬性gt;無差異屬性。本設(shè)計(jì)應(yīng)該深入提高ASD使用玩教具過程中的游戲互動體驗(yàn)感。

四、STEAM理念下ASD兒童玩具的設(shè)計(jì)策略

根據(jù)以上Kano模型針對玩具類別以及用戶需求分析，文章針對STEAM下的孤獨(dú)癥兒童玩具的設(shè)計(jì)方向進(jìn)行總結(jié)并提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)策略建議。

（一）跨學(xué)科融合創(chuàng)新

將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等多學(xué)科知識融入玩具設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出具有挑戰(zhàn)性和趣味性的玩具任務(wù)，引導(dǎo)兒童積極參與，讓孩子在玩耍過程中接觸和運(yùn)用多學(xué)科知識，培養(yǎng)跨學(xué)科思維和綜合素養(yǎng)，增強(qiáng)主動探索和解決問題的能力，更好地適應(yīng)社會與學(xué)習(xí)生活。

（二）個性化定制滿足需求

開發(fā)具備互動性和個性化定制選項(xiàng)的玩具，使孩子們能夠根據(jù)個人喜好和需求定制玩具，例如挑選不同的顏色、形狀或功能模塊，以滿足ASD兒童的特定需求，并促進(jìn)他們的創(chuàng)造力與自主性發(fā)展。

（三）情境化與社交互動設(shè)計(jì)

創(chuàng)設(shè)情境化的玩具環(huán)境，促進(jìn)ASD兒童的社交互動和情感表達(dá)。玩教具的使用過程中，可以和其他小伙伴合作完成任務(wù)，在合作過程中學(xué)會溝通、協(xié)作和分享。引導(dǎo)孩子表達(dá)自己的情感和想法，提高他們的社交能力和情感認(rèn)知能力。

五、設(shè)計(jì)方案實(shí)踐

（一）設(shè)計(jì)定位

根據(jù)前期對ASD和STEAM玩教具分別進(jìn)行用戶調(diào)研與產(chǎn)品調(diào)研后，對用戶的綜合需求有了更清晰的了解。在此基礎(chǔ)上，將ASD玩教具的功能、材料、目標(biāo)人群、尺寸、風(fēng)格進(jìn)行進(jìn)一步的定位總結(jié)，如表6所示。

（二）設(shè)計(jì)方案展示

根據(jù)全面分析設(shè)計(jì)定位后進(jìn)行產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)，在具體的設(shè)計(jì)方案中，ASD兒童將通過拼搭形態(tài)各異的地形模塊，開啟一段充滿趣味的學(xué)習(xí)之旅。模塊組合為森林、沙漠、山地、水域4種模塊，功能上包含AR互動功能模塊、地形拼搭模塊、教育功能模塊共3個模塊。

1.AR互動功能模塊：用戶使用App掃描拼搭好的模塊，虛擬的生態(tài)場景將生動地呈現(xiàn)在孩子們眼前，如圖8所示。例如，當(dāng)掃描森林模塊時，孩子們可以看到栩栩如生的動物，聽到樹葉沙沙聲；掃描高海拔的水域模塊時，又能驚奇地發(fā)現(xiàn)企鵝在雪地中行走，感受到獨(dú)特的地貌特性。這種虛擬與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的方式，極大增強(qiáng)了孩子們的互動體驗(yàn)和學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)一步增加知識儲備，使他們更加主動地去探索和發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)互動性和學(xué)習(xí)興趣。

2.教育功能模塊：教育貫穿于整個玩教具的設(shè)計(jì)之中，孩子們在拼搭地形模塊的過程中，可以學(xué)習(xí)到不同地形的特點(diǎn)和相關(guān)生態(tài)知識。同時，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中將STEAM理念全方位地融入其中，如圖10所示，這種跨學(xué)科的融合，使孩子們在玩耍中不僅能夠獲得樂趣，還能對綜合素質(zhì)進(jìn)行全面提升，培養(yǎng)綜合素養(yǎng)和解決問題的能力。

3.地形拼搭模塊：不同顏色，表面設(shè)計(jì)有不同的觸感，促進(jìn)觸覺發(fā)展，如圖11所示。同時，不同的顏色模塊代表著各自獨(dú)特的地形，如圖12所示，孩子們可以通過自由拼搭這些模塊，創(chuàng)造出各種各樣的地形景觀，如森林、沙漠、山地和水域等，這不僅鍛煉了他們的動手能力，還激發(fā)了他們的創(chuàng)造力和想象力。

（二）設(shè)計(jì)評價

本文的設(shè)計(jì)實(shí)踐為ASD兒童玩教具設(shè)計(jì)提供了新的方向，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：跨學(xué)科融合創(chuàng)新：將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等多學(xué)科知識融入玩具設(shè)計(jì)，讓孩子在玩耍中接觸和運(yùn)用多學(xué)科知識，培養(yǎng)綜合素養(yǎng)。個性化定制滿足需求：玩具具備個性化定制選項(xiàng)，提供多種顏色和形狀的模塊，孩子們可根據(jù)喜好選擇。玩具配備的基礎(chǔ)地形模塊和可擴(kuò)展功能模塊，如動植物模型、氣象元素等，孩子們可依需求自由組合，豐富玩耍體驗(yàn)，促進(jìn)創(chuàng)造力與自主性發(fā)展。沙漠等情境，仿佛置身真實(shí)自然環(huán)境，增強(qiáng)學(xué)習(xí)趣味性和記憶效果；情境化與社交互動設(shè)計(jì)：兒童通過拼搭和AR互動，創(chuàng)造出森林、在情境化玩耍中，設(shè)計(jì)鼓勵兒童與同伴合作拼搭和探索，在過程中孩子們學(xué)會溝通、分工和分享創(chuàng)意，提高社交能力。

結(jié)語

增加的背景下，ASD兒童的教育與康復(fù)問題愈發(fā)凸顯。盡管市場上兒童的成長發(fā)展一直是社會關(guān)注的重點(diǎn)。在兒童人口數(shù)量不斷的兒童玩具種類繁多，但針對ASD兒童的益智玩具創(chuàng)新性不足，難以滿足其特殊需求。本文以ASD兒童的認(rèn)知特點(diǎn)為基礎(chǔ)，通過可視化分析軟件CiteSpace研究手段，從年度發(fā)文量、關(guān)鍵詞等維度分析STEAM教育理念的相關(guān)研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢。運(yùn)用Kano模型，結(jié)合市面上的ASD玩教具和STEAM玩具，以及ASD兒童康復(fù)過程中不同用戶群體的需求，對設(shè)計(jì)要素進(jìn)行分類及優(yōu)先級排序，最終得出基于STEAM理念下的ASD玩教具設(shè)計(jì)策略。本文的設(shè)計(jì)實(shí)踐不僅為ASD兒童玩教具的設(shè)計(jì)開辟了新的發(fā)展方向，而且期望能夠?yàn)槲覈鳤SD兒童玩教具產(chǎn)業(yè)的繁榮做出貢獻(xiàn)，大力支持和鼓勵祖國ASD兒童的發(fā)展，提供幫助與支持。

基金項(xiàng)目：2023年國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃：基于圖形組織者策略的ASD兒童STEAM玩教具設(shè)計(jì)研究（項(xiàng)目編號：202310320046Z）

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