基于脑科学理论的益智儿童产品设计策略研究

魏国

基于脑科学理论的益智儿童产品设计策略研究

魏国

（西华大学 美术与设计学院，成都 610039）

探讨基于脑科学理论的益智儿童产品设计策略。通过深入研究益智玩具市场及各阶段儿童玩具的设计特点，总结出趣味性、互动性、教育性、创新性和安全性等关键要素。将儿童发展心理学作为益智儿童产品设计的理论依据，结合脑科学原理，制定出创新的益智儿童产品设计策略。重点关注脑科学理论以解析儿童的认知特点，从而提供更具针对性和有效性的设计方案。通过深入理解儿童脑部的发育规律，借鉴脑图谱所揭示的认知特性，以制定出益智儿童产品设计的前沿策略，提升儿童的认知能力，在推动益智产品设计的创新方面具有深远的影响和实践价值。

益智儿童产品设计；脑科学理论；认知发展规律；产品设计策略；儿童发展心理学

在21世纪的数字化、信息化大潮中，儿童成长环境经历了翻天覆地的变革。在科技的迅猛发展之下，益智儿童产品已然成为儿童日常生活中不可或缺的一环。它们既是娱乐的源泉，又是促进儿童认知能力发展的关键媒介。通过多样化的互动形式，这些产品能够极大地激发儿童的想象力、创造力，以及解决问题的能力，从而在儿童的智力及心理成长过程中发挥至关重要的作用。

然而，尽管益智儿童产品在教育领域的重要性逐渐显现，但现有的研究和设计实践往往过于关注产品的功能性和娱乐性，忽视了从脑科学的角度深入探究如何更有效地推动儿童的认知发展。笔者通过文献的梳理发现，儿童脑部发育的规律与特点对益智产品的设计具有极大的指导意义。例如，根据儿童不同成长阶段的认知特点，可以设计出更符合其认知发展水平的产品，从而更好地满足儿童成长的需求。

本文结合益智儿童产品市场与儿童发展心理学，探讨益智产品设计中的核心要素。同时结合脑科学的相关理论，提出创新的设计策略，旨在为益智儿童产品的设计与研发提供新的思路与方法。通过深入的研究与探讨，为设计出更符合儿童认知发展需求的益智产品贡献一份力量。本文从益智玩具市场与儿童产品特性、儿童发展心理学与益智产品设计，以及基于脑科学理论的益智产品设计策略三个层面进行详细阐述。

1 益智玩具市场与儿童产品特点

益智玩具作为儿童成长过程中的重要陪伴产品，在儿童产品市场上占据着越来越重要的地位。随着家长对儿童教育重视程度的不断提高，益智玩具市场也呈现出了快速增长的趋势。在这一市场背景下，儿童产品设计需要考虑其认知特点和发展需求，以满足学习和娱乐的双重需求。

1.1 益智玩具市场概况

益智玩具市场是一个充满活力且不断扩张的领域，在当今社会备受广大家长的关注。最新报告显示，全球益智玩具市场规模持续增长，并预计未来将继续保持增长趋势。这一趋势的背后反映了人们对儿童智力发展的重视及对高质量教育资源需求的不断增加。

益智玩具在整个玩具市场中占据着重要地位，其覆盖了从早期启蒙到青少年阶段的各个年龄段。这些玩具不仅具有娱乐性，更重要的是，它们融合了教育元素，能够促进儿童在认知、逻辑思维、创造力等方面的发展。因此，益智玩具在家长和教育机构中受到广泛欢迎，被视为促进儿童全面发展的重要工具之一。

随着科技的进步和社会的发展，益智玩具市场也在不断创新和拓展。现代的益智玩具不仅限于传统的拼图、积木等，还涵盖了电子玩具、智能玩具，以及与STEM教育相关的产品等。这些新型益智玩具结合了先进的科技和教育理念，为儿童提供了更丰富、更有趣的学习体验，符合当今家长对孩子综合能力培养的期待。

总的来说，益智玩具市场在满足儿童娱乐需求的同时，也在促进其认知和智力发展方面发挥着重要作用。随着社会对教育的重视程度不断提高，益智玩具市场有望继续保持稳健增长，并不断推出更多创新产品，为儿童的成长提供更多有益的资源和支持。

1.2 不同年龄阶段儿童产品特点分析

不同年龄段儿童的认知发展特征和兴趣爱好各有不同，他们喜欢使用的玩具也各有千秋，其具体特点见表1。

表1 各年龄段儿童玩具产品特点

Tab.1 Characteristics of toy products for children of different age groups

1.3 关键设计要素——趣味性、互动性、教育性、创新性和安全性

通过前面对不同年龄阶段儿童产品特点的分析可知，巧妙地融合了儿童的天性与成长需求的玩具，能够为儿童创造出既有趣又富有教育意义的玩伴。色彩斑斓、形态各异、声音动听的玩具自然而然地吸引了孩子们的目光，引导他们投入玩耍，从而在尝试、探索和创新中找到乐趣，即体现出玩具设计的趣味性。表1列举的玩具设计不仅为孩子们提供了丰富的感官体验，还点燃了他们探索未知世界的渴望，唤醒了内心深处对万物奥秘的好奇与追寻。鼓励了玩具与儿童之间的积极互动，通过手眼协调、动手操作和解决问题等多样化的玩法，培养他们的社交和协作能力。这种互动不仅增强了儿童与玩具之间的联系，也促进了他们与同伴之间的交流合作，即体现出玩具设计的互动性。这些玩具设计通过游戏的形式，让儿童在快乐中学习数学、语言、科学和空间感知等基础知识，同时培养他们的思维和创造能力。设计师通过巧妙地将知识点融入玩具中，确保了教育内容的适宜性和趣味性，避免了过于复杂或简单的内容，这体现出玩具设计的教育性。在玩具设计中通过引入新的游戏方式和体验，不断激发儿童的创造力。玩具的多变性和个性化设计，让每个孩子都能找到适合自己的玩法，从而在玩耍中发现新的乐趣，满足不同年龄段和个性的儿童需求，这体现出玩具设计的创新性。安全性是玩具设计的基础，它确保了儿童在使用过程中的身体健康和环境的可持续性。无毒的材料和环保的生产流程，减少了对环境的影响，而清晰的使用说明则帮助家长和儿童了解玩具正确的使用方式，避免潜在的风险，这体现出玩具设计的安全性。

综上所述，玩具设计的阶段需要通过细致地考虑儿童的年龄、心理特点和兴趣爱好，结合教育目标，为孩子创造出既安全又富有教育意义的玩具，为他们的成长提供支持。

2 儿童发展心理学与益智儿童产品设计

儿童发展心理学为益智儿童产品设计提供了重要的理论依据。通过了解儿童在不同年龄阶段的认知、情感和行为发展特点，可以有针对性地设计出符合其发展需求的产品，从而促进其全面发展。

2.1 简述儿童发展心理学原理

儿童发展心理学研究儿童从出生到成年期间的心理变化和发展规律，旨在深入了解儿童认知、情感和社会行为等方面的发展特点。皮亚杰的认知发展观、维果茨基的社区观点、爱里森的情绪发展观，这些都是当今学术界广泛接受和推崇的重要思想。

皮亚杰的认知发展观表明，孩子的智慧会在他们成熟的过程中得到持续提升，包括从触觉到抽象、从概念到实际应用、从数字到图像、从抽象到表达的各个方面。在这一过程中，儿童通过与环境的互动，逐渐建立起对世界的认知结构，并实现认知的不断演进和提升。

维果茨基的社区观点强调了社会环境和文化对儿童认知和学习的重要影响。他认为，儿童的认知和语言发展是在社会互动和文化传承的基础上进行的。在儿童与成人及其他同龄人的交往中，他们通过模仿、合作和指导等方式，逐渐掌握和运用文化中的认知工具，实现认知能力的提升。

爱里森的情绪发展观关注儿童情感经验对其个性发展的影响。他认为，儿童的情感发展经历了依恋、分离、认同和成熟等阶段，这些阶段的情感体验对儿童的心理健康和人格发展具有重要影响。儿童在与父母、家庭成员，以及社会环境的互动中，逐渐建立起自我认知和情感调节能力，实现情感发展的良性循环。

通过对这些理论的深入理解和运用，可以更好地把握儿童发展的规律和特点，为产品设计提供科学依据和指导。在益智玩具设计中，可以根据儿童不同年龄段的认知、情感和社会发展需求，设计出更具启发性和适应性的产品，促进其全面发展和健康成长。

2.2 将儿童发展心理学应用于益智儿童产品设计

儿童发展心理学为益智儿童产品的设计和开发提供了宝贵的指导和理论基础。通过将儿童发展心理学的知识融入产品设计的过程，可以更好地满足儿童的成长需求，提升产品的教育性和吸引力。

首先，了解儿童在不同年龄阶段的认知、情感和社交发展特点是产品设计的关键。例如，根据皮亚杰的认知发展理论，设计者可以根据儿童的年龄和认知水平，提供相应难度和挑战度的益智玩具，促进其认知能力的发展。此外，考虑到儿童的情感需求和社交互动，产品设计应该注重创造具有情感温度和社交互动性的体验，以激发儿童的学习兴趣并使其积极参与。图1的Fisher-Price Think & Learn系列产品和图2的LeapFrog系列智能学习玩具就是很好的例子。

图1 Fisher-Price Think & Learn系列产品

图2 LeapFrog系列智能学习玩具

其次，儿童发展心理学的知识有助于产品设计以促进他们的学习和发展。借鉴维果茨基的社区观点，产品设计可以通过提供社交互动和合作学习的机会，培养儿童的合作精神和社会技能。此外，结合儿童的学习方式和偏好，设计具有趣味性和互动性的教育内容，可以增强产品的吸引力和教育效果。

最后，基于儿童发展心理学的综合性产品设计能够促进儿童的全面发展。通过综合考虑儿童的认知、情感、社交和运动发展，设计出兼具娱乐性和教育性的产品，从而全方位地促进儿童的成长和发展。这种综合性产品设计不仅能够提高产品的市场竞争力，还可以对儿童的身心发展注入源源不断的动力，促进儿童在生活中的健康与幸福。

将儿童发展心理学应用于产品设计是非常重要的，可以帮助设计者更好地理解儿童的需求和特点，设计出更具有针对性和有效性的益智儿童产品，为儿童的成长和发展提供良好支持。

3 基于脑科学理论的益智儿童产品设计策略

益智儿童产品的设计策略应基于对儿童大脑发育规律的深入理解，结合脑科学的相关理论，以最大程度地促进儿童的认知发展和学习效果。

3.1 脑科学理论概述

脑科学是一门深入探索人类大脑运作机制与认知世界的科学，它向人类揭示了大脑如何处理信息、进行决策等复杂过程的奥秘。根据脑科学的最新研究，人类大脑由大约80～100亿个神经元构成。这些神经元通过复杂的突触结构紧密相连，共同构建了一个庞大而精细的神经网络。大脑的功能多样且复杂，包括感知外界环境、进行深度思考、学习新知识、存储记忆、控制身体运动，以及管理情绪等。更为神奇的是，大脑的不同区域承担着不同的功能，有的负责处理来自五官的感觉输入，有的负责进行决策和判断，还有的则调控着人的情感反应。具体功能分区见图3。

根据图3可以比较充分地了解到大脑的结构及分区功能，这表明通过深入研究儿童的认知发展规律和大脑神经机制，设计者可以更好地理解儿童的行为和需求，从而制定更具针对性的产品设计策略。脑科学的研究显示，儿童的大脑在不同年龄阶段存在着显著的发展特点，这对产品设计的内容、难度和形式提出了具体要求。

例如，儿童的大脑皮层在早期发育阶段呈现出迅速增长的趋势，而在青少年期则逐渐趋于成熟。这意味着设计者在制定产品内容和难度时应考虑到儿童的年龄特点和认知水平。此外，脑科学还揭示了儿童的注意力、记忆、语言、空间思维等认知功能的发展规律，为设计师提供了宝贵的指导。

基于脑科学的研究结果，设计者可以选择合适的游戏形式和任务类型，以促进儿童的认知能力和学习效果。通过设计能够吸引儿童注意力的内容，提供符合他们认知水平的挑战，并结合适当的奖励机制，益智儿童产品能够更好地促进儿童的认知发展。

因此，脑科学理论的运用不仅有助于提高益智儿童产品的质量和效果，也为设计者提供了更深入的认知基础，推动了益智儿童产品设计的创新和发展。通过将脑科学的研究成果与产品设计相结合，可以创造出更具吸引力、更有针对性、更符合儿童认知发展规律的产品，从而为儿童的成长和学习提供更好的支持。

3.2 利用脑科学理论解析儿童认知特点

基于脑科学理论，深入解析儿童的认知特点是设计者更好地满足其学习和成长需求的关键。脑科学研究发现，儿童的认知特点在不同年龄阶段存在着显著差异，这对产品设计提出了具体的要求和挑战。

首先，了解到儿童的注意力容易分散、记忆力尚未完全发展等特点后，设计者可以采取相应的设计策略。例如，增加产品的趣味性和互动性，以吸引儿童的注意力，并提高学习内容的可理解性和可记忆性，从而促进儿童的认知发展。

其次，儿童大脑的发育也受到环境和经验的影响。丰富多样的刺激和经验可以促进儿童大脑的发育，并有助于建立复杂的认知功能网络。因此，提供丰富多彩的学习环境和经验对儿童的认知发展至关重要。脑科学研究还揭示了儿童的感知、运动控制和情绪调节等方面的特点，这些特点也需要在产品设计中予以考虑。理解儿童的认知特点对设计益智儿童产品至关重要。设计者应根据儿童的认知发展规律，选择合适的设计元素和交互方式，从而最大程度地促进其认知能力的提升。

研究表明，儿童的大脑在不同的发育阶段呈现出显著的变化，这些变化直接影响了他们的认知能力和学习过程。首先，儿童大脑的发育经历了突触的形成和消失，以及神经元连接的重塑，这些过程对感知、记忆、思维和语言等认知功能的发展至关重要。例如，在儿童早期，大脑皮层的发育和突触的形成会影响到他们的感知和语言习得能力。而随着年龄的增长，大脑的前额叶皮层逐渐成熟，影响到执行功能的发展，如自我控制、决策制定和问题解决能力。因此，在产品设计中应考虑到儿童不同年龄段的认知特点，以确保产品的适用性和有效性。

基于脑科学理论解析的儿童认知特点为产品设计提供了重要的参考依据。通过深入理解儿童的认知发展规律，设计者可以更好地满足其学习和成长需求，为儿童提供更有针对性和有效性的益智产品。

3.3 探讨脑科学在益智儿童产品设计中的价值

脑科学在产品设计中的应用为设计者提供了深入理解儿童认知和行为的新途径，从而可以创造出更具吸引力和有效性的产品。脑科学的研究成果使得设计者能够更加准确地把握儿童的认知需求和心理特点，并针对性地设计出能够促进他们认知发展的产品。

首先，通过了解儿童大脑的发育规律和认知功能的发展过程，设计者可以更好地选择产品内容和形式。例如，根据不同年龄阶段儿童的感知、注意力、记忆和思维能力的发展特点，设计出更符合其认知水平的产品，如简单的感官刺激对幼儿期的儿童更具吸引力，而涉及更复杂逻辑的内容则适合学龄前期儿童。

图3 人类大脑布罗德曼分区系统

其次，利用脑科学原理设计产品可以刺激儿童的大脑活动和促进其认知发展。例如，采用游戏化设计的学习应用可以激发儿童的好奇心和学习动机，同时提供具有挑战性的任务，促进他们的思维发展。交互式教育玩具则可以通过与儿童的互动，提供个性化的学习体验，有针对性地促进他们的认知和技能发展。

脑科学在产品设计中的应用不仅可以提高产品的吸引力和教育效果，还可以为儿童的认知发展和学习提供更好的支持和促进。通过深入了解儿童大脑的认知特点和发展规律，并结合脑科学原理进行产品设计，可以创造出更具有创新性和实用性的益智儿童产品，为儿童的成长和发展提供更好的帮助。

3.4 脑科学理论指导下的益智儿童产品设计策略

根据前面了解到的儿童大脑发育规律和认知特征，益智玩具的设计需要深入考虑儿童的认知发展和感官偏好，以创造既安全又富有教育意义的玩乐体验。具体的设计策略如下。

1）形状与颜色策略。玩具的设计应采用具有强烈视觉吸引力的形状和颜色，如结合孩子们喜爱的动物形象或超级英雄角色，使用鲜艳的原色或柔和的渐变色来吸引儿童的视线。例如，一个以动物园为主题的益智玩具可以设计成各种动物形状，使用橙色、蓝色和绿色等明亮的色彩，以激发孩子们对动物世界的兴趣和认知。

2）声音设计策略。声音设计应精心挑选，以符合儿童的认知水平和兴趣点。例如，可以集成具有教育意义的儿歌旋律，或者模拟自然界的声音，如鸟鸣和水流声。这些声音不仅能够吸引儿童的注意力，还能在无形中提高他们的听觉辨识能力和音乐感知。

3）材质选择策略。在选择玩具材质时，应优先考虑那些对儿童皮肤友好、易于清洁且耐用的材料。例如，使用柔软的硅胶或光滑的竹木，这些材质不仅安全无毒，还能够提供舒适的触感，同时易于清洁，确保儿童在使用过程中的卫生和安全。

4）交互设计策略。交互设计应注重简单直观的操作方式，以便儿童能够轻松上手。例如，可以设计带有触摸感应的益智拼图，当儿童正确拼合形状时，玩具会发出鼓励的声音和光亮，这种即时反馈能够增强儿童的成就感和继续探索的动力。

5）游戏设计策略。游戏设计应富有创意，能够引导儿童进行深入的思考和探索。例如，可以创建一个多层次的益智游戏，其中包含解锁新关卡的挑战，每个关卡都需要儿童运用不同的技能，如记忆力、逻辑思维和空间感知能力。通过这样的游戏设计，儿童在享受游戏乐趣的同时，也在不知不觉中锻炼和提升了这些关键的认知技能。

通过这些设计策略，益智玩具不仅能够吸引儿童的注意力，还能够在玩乐中促进他们的认知发展和技能提升，为儿童的全面成长提供有力的支持。

3.5 案例分析——脑科学理论在益智产品设计中的应用

几个脑科学理论在益智产品中的应用案例分析如下。

1）NeuroSky MindWave头戴式脑波传感器（如图4所示）利用脑机接口技术，可以实时监测用户的脑电波，并将其转化为可控制的信号。这一技术被广泛应用于益智游戏产品中，如MindWave系列游戏，通过儿童的脑波活动来控制游戏角色的移动或其他互动，促进儿童的认知发展和学习效果。

图4 NeuroSky MindWave头戴式脑波传感器

2）Sphero Edu编程球（如图5所示），是一种球体机器人，它结合了物理运动和编程教育。儿童可以通过编程来控制Sphero Edu进行各种活动，如绘制形状、执行任务等。这种产品设计利用了儿童的视觉、空间思维和计算能力，既具有趣味性又具有教育性，促进了儿童的认知发展。

图5 Sphero Edu编程球

3）LEGO Mindstorms机器人套件（如图6所示）是一款教育机器人套件，儿童可以通过组装和编程来创造自己的机器人作品。这种产品设计既培养了儿童的动手能力和创造力，又通过编程任务促进了儿童的逻辑思维和问题解决能力，充分发挥了儿童的学习潜能。

图6 LEGO Mindstorms机器人套件

这些案例展示了脑科学理论在益智产品设计中的多样化应用，为儿童认知发展提供了丰富而有效的学习工具和资源。通过案例分析，可以具体了解脑科学理论在益智产品设计中的应用效果。利用脑机接口技术，开发出一款具有智能化特性的益智游戏，它可以根据儿童的脑电波活动，实时调节游戏难度和内容，从而有效地提升孩子的学习成果和娱乐体验。另外，借助脑成像技术，研究了儿童在使用益智产品时的脑部活动情况，为产品设计提供了宝贵的反馈信息。这些案例展示了脑科学理论在益智产品设计中的巨大潜力和应用前景。

5 结语

通过前面对基于脑科学理论的益智儿童产品设计策略进行阐述，可以发现理解儿童认知发展规律对益智产品设计的重要性。深入了解儿童不同年龄阶段的认知特点，能够帮助制定更贴近儿童认知发展需求的产品设计策略。基于脑科学理论的设计策略能提升益智产品在效果方面的潜力。运用脑科学的研究成果，设计出具有挑战性、变化性和情感化的产品，能够更好地激发儿童的学习兴趣和动机，促进其认知能力的发展。在未来，基于脑科学理论的益智产品设计将会迎来更加广阔的发展空间。通过跨学科的合作和持续创新，可以为儿童提供更加优质和个性化的学习工具，推动儿童认知能力的全面发展，为儿童认知发展和教育做出更大的贡献。

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Design Strategies of Brain Science-informed Educational Toys for Children

WEI Guo

(School of Art and Design, Xihua University, Chengdu 610039, China)

The work aims to explore the design strategies of brain science-informed educational products for children. By conducting an in-depth study of the educational toy market and the design characteristics of toys for different stages of children, key elements such as fun, interactivity, educational value, innovation, and safety were summarized. Child development psychology was used as the theoretical basis for the design of educational products for children. Combined with principles of brain science, the innovative design strategies were formulated. Special attention was paid to using brain science theories to analyze the cognitive characteristics of children, thereby providing more targeted and effective design solutions. Through a deep understanding of the developmental patterns of children's brains and drawing on the cognitive features revealed by brain mapping, cutting-edge strategies for the design of educational products for children are developed to improve children's cognitive ability, which has a profound impact and practical value in promoting innovation of educational product design.

design of educational products for children; brain science; cognitive development rules; product design strategy; child development psychology

TB472

A

1001-3563(2024)08-0488-07

10.19554/j.cnki.1001-3563.2024.08.055

2023-11-07

四川省社会科学重点研究基地“西南音乐研究中心”一般项目（XNYY2022002）