面向学龄前儿童的益智玩具交互设计研究

■张红颖，刘 暄，张宗登

(湖南工业大学包装设计艺术学院，湖南株洲 412007）

玩具在儿童成长过程中扮演着重要角色，它可以增进认知、激发联想，拓展思维，调动儿童的积极性和团队意识[1]。益智玩具是玩具的一种类型，能促进使用者的智力发展，具有明显启迪智慧的要素（如逻辑思维、空间思维、情感思维、符号思维等）[2]。韩志毅（2004）的《益智玩具》较为系统地梳理了50种益智玩具制作方法[3]；此后，学者们从益智玩具的发展趋势、产业状况、研发方向等方面开展了相应的研究，成果较为丰硕。从益智玩具的发展脉络来看，儿童益智玩具具有以下几方面的特征：一是人口出生率呈下降趋势，家庭结构发生较大变化，家长育儿观念也发生改变，他们愿意在儿童娱乐方面倾注更多的时间与精力。二是信息化、智能化的益智玩具逐渐取代传统玩具，家长越来越注重儿童玩具的交互方式与体验感受。三是家长更加青睐寓教于乐的益智玩具，如体验游戏类玩具（角色扮演、互动游戏等），才艺拓展类玩具（绘画、阅读等），音乐启蒙类玩具（乐器、儿歌等）等。近年来，随着感性工学、多元智能理论、认知发展理论、情感层次理论等受到更多关注，儿童益智玩具在创新性和效用性方面得到较快发展。特别是增强现实（AR）、虚拟现实（VR）、全息投影等技术的广泛使用，益智玩具的交互体验得到增强，部分玩具可以提供眼动交互、人机交互、体感交互等多种互动方式。新技术的融入，有效提升了玩具的娱乐性，但玩具的教育性并未得到显著加强，游戏过程中儿童认知能力的提升并不明显。因此，如何围绕儿童接受益智教育过程的反馈要素，开发出符合儿童心理、认知、教育及健康成长需求的益智交互玩具，更好地帮助儿童智力发展，成为设计师急需解决的难题。

1 学龄前儿童的基本特征

“儿童”是一个抽象的概念，依据联合国《儿童权力公约》的规定，0-18岁都属于儿童的范畴[4]。但不同年龄阶段的儿童，其生理、心理、认知等方面的特征均存在较大差异，且对玩具的需求也是截然不同的，为了更好地开展设计分析，本文的用户群体界定为3-6岁的学龄前儿童。这一阶段儿童的情感意识逐渐增强，语言能力不断提升，且具有一定的逻辑性与想象力，能开展简单的游戏与学习，其生理、认知、行为、心理等方面具有明显的自身特征。

1.1 学龄前儿童的生理特征分析

学龄前阶段是儿童生理发展的关键时期，其骨骼、肌肉、身高、体重、神经系统、协调能力等得到快速提升[5]。这一阶段的儿童能使用筷子、画画等简单的动作，但动作完成的精准性、灵活性稍有欠缺。由于骨骼与肌肉的快速发育，儿童的身高与体重显著提升（表1），骨骼弹性大、硬度低，肌肉发育不平衡，承受力较差，易受外力损伤。

表1 3-6岁儿童体重/身高发育情况

在设计玩具时，需充分考虑儿童身高、体重，以及身体发育情况，玩具的尺寸大小、承重能力要符合人体工程学原理。儿童的各身体部位均处于发育阶段，设计定位时还需考虑儿童的体能负荷，高强度的运动速率与频率不利于儿童的健康成长。3-6岁是一个年龄区间，儿童的身高体重在这个区间存在较大的变化，玩具的尺寸尽量可以调节，以便充分考虑儿童的成长性。

1.2 学龄前儿童的认知特征分析

人类的感觉分为内在感觉与外在感觉，内在感觉有渴、饿、晕等，外在感觉有视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉等。玩具通过外在感觉与儿童产生联系，设计构思时需将外在感觉作为设计要素之一。学龄前儿童的视觉系统与成年人相差不大，能够识别基本色，区分色块的大小与形状，还具有自主调整色彩明度与饱和度的能力。学龄前儿童听觉敏锐，协调性强，对环境中的听觉刺激，能形成完善的听觉记忆。触觉、嗅觉也发育完整，能清晰分辨空气中的气味，活泼好动。

知觉是人脑感知外在世界的综合反馈，知觉可以分为形状、方位、时间等类型[6]。在形状方面，3-6岁儿童的认知是渐进提升的，最开始可以识别方形、圆形、三角形，接下来能识别半圆形、梯形，最后识别椭圆形、菱形。学龄前儿童的视听觉已基本具备上下左右等方位识别能力。学龄前儿童能认知短期的时间顺序，如昨天、今天、明天、上一周、下一周等，更长的时间区间（如一个月、一年）很难理解和形成记忆。学龄前儿童注意力尚未发育完善，以无意注意为主，有意注意处于初始阶段，需要成人合理的引导。其语言表达能力也处于发展阶段，能清晰表达一些简单的话语，喜欢模仿他人言语。

■图1 感官联觉效应示意图

■图2 玩具对儿童吸引力指数

■图3 设计草图构思

1.3 学龄前儿童的行为特征分析

学龄前儿童的动作行为处于不成熟到成熟的过程中，一般3-4岁的学龄前儿童神经系统发育不完善，跳、跑、自由行走等动作完成度欠佳。4-5岁儿童行动更为灵活，动作控制能力提升，能独立完成跳动、吃饭、系鞋带等动作。5-6岁儿童神经系统已基本发育成熟，协调能力与控制能力明显提升，能独立完成精细手工，能自如地控制自己的动作（表2）。

表2 3-6岁儿童动作发展情况

学龄前阶段儿童的社会化行为有明显发展，社会适应性增强，主要表现在：与同伴共同完成某个游戏，将喜悦分享给同伴，同伴遇到困难主动帮助，对不幸的遭遇表示同情等等[7]。社会化行为可以提升儿童的语言、协作、想象能力，掌握必备的社会技能，娱乐方式逐渐从独自性游戏向联合型游戏和合作型游戏转变，游戏设计时，可以设置互助、谦让、协作等环节，正向促进儿童亲社会行为的发展。

1.4 学龄前儿童的心理特征分析

学龄前儿童对周边事物具有强烈的好奇心，对不熟悉的事物习惯向身边的大人请教，喜欢模仿大人的言行。这一阶段儿童对事物的预见性和计划性不够，需要大人给予正向引导与反馈。他们的行动容易受到环境与情绪的支配，碰到困难不能找到有效的解决方式，在情绪低落时需给予鼓励，适当给予负面教育，以提升未来应对困难的能力。

学龄前儿童受限于语言表达、记忆发展、感知能力的不完善，其想象力具有感性无规律的特点[8]。这一阶段的儿童无意想象占主导，由于儿童的关注点容易变化，其思维方式容易受环境刺激，思考方式比较杂乱，想象的内容碎片化、随意化。玩具设计时，可以适当增加表象信息和物化素材，以促进儿童想象力的发展。

2 学龄前儿童玩具交互设计模式

玩具的交互行为发生在儿童与玩具的互动过程中，强调以儿童为中心，通过感官联觉、动作行为、情感体验等交互方式，促进儿童的身体、语言、认知、思维、想象和情感的发展。随着感官交互、情感计算、多通道交互等新的人机交互技术的发展，儿童玩具设计也更加智能化、情境化、形象化、多元化。

2.1 感官联觉交互模式

“联觉”也称通感，是一种心理现象，旨在通过联想，将人体的五官（视、听、触、嗅、味）感受连接起来，实现感官关联与互通，进而产生情绪上的共鸣。人类的五官感觉在生理上称为“本觉”，在受到外界刺激后，五大感官通道在解析过程中，出现不同通道之间的互连或互通，并产生认知融合和心理映射，从而在心理、思维、情感等层面产生联觉（移觉）体验效应（图1）。

常见的感官联觉交互有三种类型，一是感官互通，主要发生在两种感官之间，二者相互映射或迁移的现象，如：视—触”“视—听”“听—触”“视—味”等。二是多感官叠加，即一种感官反应触发多种感官联觉的感官体验。多感官叠加是感官互通的衍生阶段，但感觉体验相对而言更加丰富，包括多种感官的连结与互通。三是意象迁移，即用户的感官反应能够引起其思考和情感上的共鸣。意向迁移是用户情感与产品之间达到心灵融合，用户的情感体验在所使用的产品身上找到共鸣，也是设计师与用户之间心与心的交流。在设计儿童益智玩具时，不同感官之间的融合与叠加，能促进儿童与玩具之间的交流互动，丰富儿童的参与感和体验感，激起儿童的心理共鸣与反思，达到教育启蒙的目标。当然，不同儿童在认知、思维、情感体验方面也存在一定的差异，在使用玩具时，所产生的的体验效应和体验结果会存在一定偏差[9]。

2.2 动作行为交互模式

智能玩具的行为交互包括学龄前儿童、家长、玩伴以及玩具等多个角色的互动，随着智能感知技术的发展，智能玩具能识别不同的动作，并作出相应的反馈[10]。玩具的大小、尺寸、形状、重量等要素的确定，要依据儿童的生理、认知、心理、行为等特征开展，力求符合人体工效学。学龄前儿童的肢体、肌肉尚未完全成熟，手的握力与控制力有一定局限，玩具设计时尽量减少操作难度与操作负荷，简化交互方式。在产生交互行为的部位，尽量设计操作比较简单的交互行为，按键、动作、语音比较容易被儿童接受，引导儿童迅速进入娱乐状态。

■图4 益智磁吸积木玩具设计方案

学龄前儿童动作行为的完成度不够，操作方式以粗犷的动作为主，尽量少设置比较细致的动作行为。肢体触碰是智能玩具的常见交互方式，与语音、图像交互相比，肢体交互拓展了人机交互的范围。儿童接触玩具后实现人机交互，玩具能产生声音、灯光或振动反馈，可以在无形中增加儿童对玩具的兴趣。玩具的开机/关机，音量控制，语音对话，媒体播放等按键，大多通过肢体碰触来实现，按键设置尽量降低难度，简化交互程序。在具体的操作过程中，关键的步骤需要有明确的操作反馈，如声音反馈、灯光颜色提示等，以减少学龄前儿童的学习时间，激发儿童的使用积极性，确保使用过程的趣味性与友好性。

2.3 情感体验交互模式

情感是个体对外在事物的主观反应，是一种特殊的心理现象。情感体验是个体对外在事物的经验性感受，强调体验过程与情感内容的一致性[11]。情感体验包含外显体验与内隐体验两种类型，外显体验的变化一般能够被设计师明晰发现，内隐体验属于无意识的情感意志，较难清楚地发现。不论是外显体验，还是内隐体验，个体出现情感体验时，会有特定的情感表现，并给个体发展带来一定是价值，如表3所示。

表3 个体情感体验的类型

学龄前儿童与玩具之间的情感交互，是玩具设计的较高阶段，设计师通过可视化、趣味化、图形化的功能元素和形式语言，向儿童传递出温暖、真诚、友爱、诚实的情感元素。儿童与玩具交互的界面或结构需简洁、易于操作与识别，可采用扁平化设计理念，去除多余的装饰要素。玩具的交互窗口可以创造性地营造出夸张、幽默的氛围，将儿童对玩具的好奇心转化为美好的使用体验。色彩在唤起用户情感方面具有独到的效果，色彩所产生的的视觉神经信号能迅速传递到脑神经，并与大脑中的色彩感知经验发生关联，让用户形成相应的情感体验与共鸣。儿童玩具一般使用明度与纯度较高的暖色，如红、黄、橙等，鲜艳的色彩能带来高兴、欢快、乐观、激动的情感体验，增强互动过程中的专注度与益智效果。

3 学龄前儿童玩具交互设计实践

交互设计的实质是让产品更好地服务人，满足人的功能需求。简洁的交互功能可以让用户带来新奇、独特的使用感受，并产生人性化、亲切的情感体验，人在互动的过程中获得满足感与成就感[12]。在学龄前儿童玩具交互设计过程中，既要考虑形态、色彩、功能、图形、结构等交互要素，还要依据儿童的家庭背景、心理需求、成长经历、文化元素等方面的差异，提出合适的设计方案。本文以“益智磁吸积木玩具”为设计对象，开发一款符合学龄前儿童使用需求、认知习惯、行为方式的益智交互玩具[13]。

3.1 用户需求分析

本次设计对象为3-6岁的学龄前儿童，学龄前儿童的玩具一般由家长购买，而玩具的使用者是儿童。为了更好地掌握用户的需求与信息，明确设计任务与目标，围绕交互式儿童玩具的偏好与不足，课题组对3-6岁儿童的亲属开展了问卷调研。本次问卷调查采用线上线下相结合的方式，经统计获得有效问卷206份。问卷填写者身份为：爸爸占比38.8%，妈妈占比54.4%，其他亲属占比6.8%，填写问卷的家长大多有大专以上学历。

家长们普遍认为，目前市面上的儿童玩具存在：玩法单调、操作难度大、颜色过于艳俗、材质安全性不够、外观没有吸引力等方面的问题，有待进一步优化与完善。关于玩具的交互特性，家长们提出很多具有参考性的设计建议：61%的家长希望玩具的交互方式更加多样，22%的家长指出玩具的交互过程要增加趣味性，11%的家长认为玩具交互过程中可以融入传统文化元素，7%的家长希望简化玩具的交互步骤，还有部分家长认为玩具交互方式要易学习、易操作，最好能实现多感官的情感体验交互体验[14-15]。

在问卷调查中，围绕儿童与玩具的交互方式，设置了形态、材质、色彩、灯光、趣味、声音、其他等7个要素，玩具对儿童的吸引力指数如图2所示。从图中可知，家长在选择儿童玩具的时候，形态、色彩、灯光、声音和材质等几个要素的吸引力占比较高。在玩具交互设计时，需综合考虑外观形态、智能语音、色彩搭配、灯光设置、材料质感等方面的互动机制。在交互玩具的娱乐方式方面，家长更倾向于培养儿童的数理思维、逻辑思维、空间思维、创造性思维，以及艺术审美素养等[16]。

3.2 使用情景模拟

为了更好地定位儿童玩具交互设计要素，解决设计的痛点，依据3-6岁学龄前儿童的特征，课题组模拟了儿童日常生活中的几个典型情境（表4）。依据生活情境中学龄前儿童的行为，分析玩具购买者对儿童玩具的相关需求，并对玩具的功能提出了相应的设想。

表4 学龄前儿童生活情境模拟

儿童与玩具的交互过程是一个互动的系统，包括玩具自带的互动功能、儿童的动作行为、玩具使用的环境等因素构成。家庭是父母与儿童亲子互动的主要场所，玩具设计时需充分考虑儿童的自主性与父母的参与性。在社区公园、文化空间、亲子乐园等公共场所，可以通过多感官的交互设计，增强玩具的体验性，激起儿童探索环境的好奇心。

3.3 设计定位及方案

依据使用情境模拟中的用户需求，玩具类型定位为儿童最喜欢的积木搭建类玩具，并融入学龄前儿童的心理和生理诉求，将玩具结构定位拼搭、磁吸积木玩具。玩具的颜色采用简约化的单色进行设计，不会有视觉疲劳和颜色对视觉的污染。选用鲜艳的橙色和白色来吸引儿童对颜色敏感的心理，同时家长也更愿意选择。玩具的形态提取具有代表性的几何形态，主要是立方体和四面体，在保留基本几何形态的基础上尽量美化造型，关注到儿童愈发提高的智力需求，设计恰到好处的复杂度，尽可能的延长使用周期。玩具的功能定位为：模块化拼搭+语音交互+磁吸积木。

在设计构思的过程中，磁吸积木的形态借鉴了乐高积木的拼方式和几何造型，大量使用简单的几何形体进行拼接组合，从中找灵感，草图平面化，更能够简单有效地表达设计语言（图3）。在单体拼接的过程中，融入了数理和逻辑思辨，考虑将模块的拼接方式与教育学习的功能结合起来，同时简化拼搭的流程以便提升拼搭的效率。

此次的产品设计是面向学龄前儿童的益智磁吸积木玩具设计，也是一种模块化方法的儿童益智玩具（图4）。这款玩具的设计特点如下：参考模块化产品优化方法、交互方法、人机尺寸规则对益智玩具进行重构和升级，达到造型美观，颜色艳丽，玩耍简单，服务简单化智能化的要求；造型设计结合积木类玩具的形式，在激发创造力的同时培养学习基础达到益智的效果；通过结合“NFC通讯控制模式”和磁吸技术对儿童玩具进行的优化，从而达到与时俱进，让技术服务生活的期望；以造型大方、颜色鲜艳美观为造型设计要求，以益智、激发创造力为理念，以“NFC通讯控制模式”为智能技术指导，设计一款能够适应时代技术特点，且对学龄前儿童真正有益智的交互玩具。益智的功能实现通过磁吸积木拼搭和主模块的语音教学对话，磁吸积木的拼接简单，模块无限制，变化多便于操作，自由度更高，具备通用性和趣味性。而且内植入了单机简单交互模型和大量的适龄儿童知识，进而实现在玩耍的同时达辅助学习的目的。

4 结语

学龄前阶段是儿童身心、认知、情感发展黄金时期，在玩具设计过程中，需兼顾感官联觉、动作行为、情感体验等多种交互方式，以促进儿童身心健康成长。益智与娱乐的平衡，一直是儿童玩具很难抉择的难题，文中依据学龄前儿童的多方面特征，开发一款模块化、多功能、智能语音的磁吸积木，为儿童玩具的交互设计提供实践支撑。人是社会性的动物，人与物的交互，不可能替代人与人的交流，因此儿童与同伴、亲人之间的交互交流，对其社会化情感的发展至关重要，后续将在这方面开展更多研究。