基于认知过程的儿童智能交互玩具设计研究

张祖耀　张紫然

摘要：通过对儿童认知过程的分析得出儿童智能交互玩具的设计方法。通过儿童认知过程分析，归纳关键认知模式，提出基于玩具设计的认知强化和认知拓展的信息接纳理论模型，并总结相应的智能化、交互性的设计方法。通过认知过程设计模型设计出一款以博物馆文创玩具产品设计为背景的儿童智能交互玩具设计。以认知信息接纳理论模型为基础的智能交互设计方法与理论，能够帮助提升儿童玩具的设计效率，并提升儿童娱乐认知。

关键词：产品设计 儿童玩具 智能交互 认知过程

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2019）07-0020-03

引言

信息时代的到来让更多的智能产品开始逐渐进入生活，智能交互涉猎多个行业，同样的，在儿童玩具行业也兴起了一股智能风，早期的概念设计中就有智能交互运用在儿童玩具中来达到玩具寓教于乐的效果。但如今琳琅满目的玩具市场中，大多表里不一，并不适合儿童使用。

一、智能儿童交互玩具的兴起与作用

（一）智能交互玩具与市场

智能交互玩具在功能上将电子芯片、智能遥控和无线连接等智能模块注入设计，改变传统玩具单一玩法，通过功能的变化增添玩法乐趣。

儿童智能交互玩具市场空缺大，与儿童需求不匹配，据数据显示前年中国玩具市场整体消费高达680亿，位居世界第二，而其中智能玩具只占比5%。

（二）现有的智能交互玩具的优势

玩具市场大，品类繁多，玩具容易缺乏亮点，智能交互的介入可以给玩具增添趣味，通过智能的交互方式打破传统玩具的单一性，建立多个玩法入口。

智能交互玩具的设计更加宽泛，形式更加多样，智能交互的拓展方向相比传统玩具更广，可以链接虚拟网络，实现虚拟现实结合，还可以通过硬件模块实现玩具的联动效果，实现更好的使用体验。

智能交互玩具通过自然的人机交互形式引导儿童独立思考，构建“玩具-儿童-环境”三者的紧密联系，使得玩具与儿童之间不止是单向的输出，而是双向的交流。

（三）市场上现有的智能儿童交互玩具的问题

市场上现有的智能交互玩具大多虚有其表，更多的智能交互玩具不过是借用了智能的噱头，实际上只是将玩具设计为传统玩具的充电版或者是智能机器人的简化版，没有真正地利用智能交互的方式在玩具设计上进行实质的创新。

其次是性质上没有遵循儿童的需求。在玩具设计上儿童年龄设定广泛，针对性不明确，反而造成符合大多儿童的玩具往往是都不符合其中任何一个儿童年龄层的。

最重要的—点是玩具设计的效果不明显，达不到预期效果。很多儿童智能交互玩具在设计上太过于专注“智能”的特点，从而忽略了儿童的认知程度、使用习惯，造成玩具与儿童的脱离，产生不合理的玩具设计。

二、儿童认知过程与信息接纳模型特征

儿童玩具设计必定遵循儿童成长规律，因此分析儿童的认知流程，并且归纳整理其信息接纳模式、认知特点和行为习惯等因素，从更科学的视角了解儿童玩具设计的痛点，并以此为切入口，解决现有玩具存在的问题，通过设计方法注入优化传统玩具的不足，做出合适儿童的玩具设计。

（一）儿童认知过程及特征，如图1

儿童在接触到刺激后会对未知事物产生兴趣，并探索事物。例如一个在学步车中的婴儿被沙发扶手边上的玩具吸引，就用手呈现捞的动作想將玩具圈过来。这就是儿童通过自身认知探索新事物的过程。紧接着婴儿发现因为学步车的限制自己无法接触到玩具，但是因为学步车移动拉到了沙发上的罩子，玩具向外移动，儿童就用手拉沙发罩子，玩具就掉了下来。在这个过程中儿童通过探索得到了一种新的拿到玩具的方式，这种方式被儿童吸收接纳后就会表现出来，不断吸收接纳的过程中儿童的自身储备也会越来越丰富，使用方法也不断被优化升级。当玩具被放到沙发靠背的上面，而儿童不能通过拉罩子将玩具取下来的，他哭了，母亲把玩具拿下来放到他怀里，此时的儿童又摄入了一种新的拿玩具的方法，该方法在很多时候甚至比其他的方法更有效，于是儿童常会用哭吸引注意达到满足需求的效果。这个过程中前面的拉罩子的方法已经不适用了，从而又进行新一轮的探索到应用的过程，通过不断的循环达到提升儿童认知的效果。

儿童提升自己知识储备的过程被称为儿童的认知过程，在认知过程中最重要的是“吸收_接纳”的部分，在这个过程中，儿童的自我认知储备和外界新信息会进行同化和顺应的平衡，由此过程决定儿童的认知结果。

（二）基于认知过程的信息接纳模型

认知过程是自身知识储备与外界新信息融合的过程，根据不同的形式大致分为三类，如图2所示，分别是无法融合，同化和顺应。

无法融合是指儿童的自我认知储备与外界信息融合的结果失败，结果失败体现在未能成功将外界信息转变为自身知识储备。该结果体现出儿童的认知程度处于停滞不前的状态。自我认知与外界信息无法融合的原因分为两种，信息吸收程度的合理性无法融合和信息接收部分缺失性的无法融合。前者是正常的无法融合，儿童的认知发展和外界信息的不对等，认知信息过于跳跃。例如教给婴儿玩魔方，婴儿的认知处于感知运动阶段，对玩具基本采用触摸产生认知，而7-11岁处于具体运算阶段的儿童才会产生对魔方这类玩具有颜色的区分。这是没有考虑儿童的认知发展规律，而导致了吸收时的外界信息的错误选取。第二种是缺失性的无法融合，主要由于儿童自身特点和成长环境等因素导致。例如儿童是天生的色盲患者，那么对于颜色指示性的玩具色盲儿童相比起颜色感知正常的儿童来说就不能做到完整的信息接收。

而同化指的是外界信息与儿童自我认知储备平衡的过程中起到了强化儿童的自我认知的作用，这种认知强化是真实有效的，类似于知识积累的过程。强化认知是通过在认知过程中多次认知同一内容从而达到强化的效果。例如儿童在认字阶段通过拼字游戏、字形找不同等多种不同形式的认字游戏来强化汉字在儿童认知中的印象，帮助儿童更快更准确地记住汉字。

顺应与同化不同，同化是强化认知，而顺应则是拓展认知。顺应使得儿童自我认知逐渐扩大，类似于新技能打卡的过程，将新信息作为关卡，通过一关自己就强一点。但是在认知顺应的过程中会有成功和不成功两种顺应结果。例如儿童在通过老师给出的案例，做同类的题时会出现可以解答与无法关联案例作答的两种结果。前者称为成功顺应，在认知顺应的过程中会实现认知的拓展，有助于儿童大脑发展和认知扩充;后者则是无法顺应，对于外界新信息的接收不完整，对于这样的儿童通常会出现学习困难、冥顽的特征。

三、基于认知过程的智能交互儿童玩具的设计方法

（一）基于认知过程的产品设计方法模型

图3为根据认知过程的信息接收模型和同化顺应平衡的特点建立以提升儿童认知的设计方法模型，根据该模型流程设计的玩具具备强化儿童认知或者拓展儿童认知的功能。

以认知过程（不可见层级）中儿童的成功认知的两种结果作为玩具设计目标，通过关联用户（儿童）、产品（玩具）和环境（智能发展时代）延展到产品设计（可见层级）部分。从儿童的基础需求入手，考虑儿童本身的认知储备，增强认知基础和未知信息之间的递进性，减少跨度过大不匹配儿童认知阶段。由认知结果出发考虑设计原则，通过设计原则的注入使得玩具满足提升儿童认知的效果。智能时代的环境带来的好处就是玩具可以通过智能交互技术的注入更加方便，更贴切现代生活。

（二）儿童认知强化的玩具设计

将认知结果设定为：强化，那么玩具的设计原则应当注重重复中不重样的设计理念，玩具代表的是外界信息，儿童通过玩玩具的过程从中获得相应的认知的过程。根据儿童自身特点好动注意力易分散来看，强化认知的设计方法上主要是趣味重复性玩法设计。通过不同入口的使用模式给儿童加深某个信息的认识，通俗来说，这个过程类似于反复背课文，通过重复性记忆让认知达到强化的效果，与背书不同的是他可能用声音和图象提示等多种形式趣味性的加深记忆。

例如：TIMIO这个玩具，通过智能语音交互技术的注入，儿童更换玩具的转盘，类似于录音机磁带，使用点击转盘图案，相当于选择键盘，通过不同图案的选择，便可以展示相对应的音乐或者语音，建立视觉和听觉的联系，培养儿童自我学习的习惯，以一种玩具录音图书馆的形式强化儿童的知识，如图4。

（三）儿童认知拓展的玩具设计

如果将认知结果设定为：顺应，那么就需要使得玩具承担一部分教育工具的角色，在认知拓展的玩具设计方法中因突出注重玩具的提示性、引导性，可加入类似关卡的模式，为儿童营造成就感，促使继续拓展积极思考。

拓展认知的方法主要是同元素提示性移用性玩法设计。通过相同原理的方法进行提示性玩法设计，同一个知识的学习时注入不同的拓展内容，丰富认知，建立思维发展的空间，促进创造能力的形成。

例如，Lego Fusion是樂高公司推出的结合有摄像头的平板的新型游戏，通过对乐高的堆叠形成的儿童的创意场景作品可以直接被扫描到平板中作为虚拟场景进行游戏，给予儿童对堆叠形成的场景的新认知，不止局限于视觉的可触摸形态，亦可以充当游戏场景，通过堆叠游戏的方式给儿童建筑成型的基本概念，如图5。

（三）儿童智能交互玩具的设计原则

1.保证安全性原则，考虑到使用者儿童的自我防护意识不足、身体抵抗力较弱等原因，儿童玩具的首要注意事项便是安全达标，例如表面材质的选取必须无毒无害、产品外观形态选取曲面为主、物体形态的不能过小，防止儿童吞食。2.突出玩具的功能性原则，突出玩具的智能化特点，通过科学的认知发展理论模型和科技手段达到推进儿童认知。3.玩具形式创新原则，在玩具的材料选取和功能确定上应当注重培养儿童的独立思考和创新精神，利用玩具为儿童培养敏锐观察力和操作创新能力，用科学的设计方法和便捷的智能交互提升儿童认知的同时促进其养成勤动脑勤动手的好习惯。

（四）认知型儿童玩具的设计方法

1.锁定人群，设计聚焦。不同年龄的儿童需求差异很大，大而广的产品在市场上非常普遍，无法满足儿童真实的需求，因此小而精的产品才可以体现对儿童需求的真正关怀，去研究深挖不同年龄段的差异需求的出来的玩具设计才是为儿童设计的玩具。2.智能提示、引领认识。儿童的探索认知更有助于儿童自身对物体的理解和思考，告知性教学无法满足儿童的真正认知，这是对儿童增长认知的错误了解。说出来的不一定被记住，做过的会有印象，重复作过的印象更深刻。3.善用网络，趣味升级。互联网的多样性和数据库存丰富性为儿童创造了趣味娱乐的效果，还为儿童的认知发展建立了强大的数据库，使得认知不仅局限在实物上，更有多种方式可达成。4.激励挑战，创造成就。在玩具的设计上注重关卡，儿童挑战后形成了成就感会使得在精神层面给予儿童巨大鼓励，有很强的激励作用，推进儿童自我进步发展。

四、基于上述理论与方法的设计验证

为了验证上文总结归纳的认知过程下的智能交互玩具的设计方法是否能真的设计出符合儿童使用的玩具设计，以文字博物馆文创玩具产品设计为背景，用该模型设计一款文创玩具产品设计，并且以此为模型拿去给儿童使用，证明设计方法的合理性。

（一）使用人群特征

根据皮亚杰提出的认知发展论可将儿童分类为四个类型，分别是感知运动阶段、前运算阶段、具体运算阶段和形式运算阶段，如表1。

3-6岁的儿童处于前运算阶段，这一阶段的儿童主要需求是思维物体表象认知，将脑海中物体由模糊状态转变形成清晰状态，通过辨认和区分来达到强化脑部物体认知的效果，因此在玩具的设计上应当注重物体辨认和区分，给予儿童适当的刺激引导，如图6、7。

（二）设计概念阐述

该玩具是基于文字博物馆文创设计的一个设计案例，玩具在交互上运用了语音交互技术，帮助儿童实现大量文字的重复性读法认知和触屏书写，帮助儿童记忆汉字，了解汉字发展历史和笔画顺序等。

根据儿童试用反馈得出儿童在使用后对玩具产生极大的兴趣，书写教学上从一开始就让孩子学习到汉字的正确读音，笔画顺序，让儿童的文字学习更加趣味多样，每天都有新的进展。玩具作为介质，培养儿童的动手操作和思维活跃能力，在强化儿童认知的同时利用儿童敏锐注意力和好奇心的特点，通过语音讲解和触觉操作强化文字认知输出，加强刺激儿童的脑部活跃，为儿童构建一个良好的探索文字到强化文字认知的环境。结论

儿童玩具逐步走向智能化，玩具帮助儿童快速了解和融入生活，促进儿童思维发展和人格塑造，因此玩具的设计需要遵循儿童认知过程中的规律、在认知信息接纳模型的基础上进行设计，融合智能交互的方式，合理地设计玩具。

以上总结的儿童玩具的设计方法虽然跟随儿童认知过程，但是因为现阶段研究未考虑个体差异以及环境等其他因素影响，因此在后期的设计研究中在还可以注入环境等因素更加深入地剖析儿童认知过程的玩具设计方法，通过科学认知理论和多样的智能交互方法帮助儿童更好地提升认知。