基于STEAM 理论的学龄前儿童益智类玩具设计研究
2024-07-09张莉邓嘉宝
张莉 邓嘉宝
摘要:本文以设计出一套切合STEAM理论的益智玩具为目的,同时能够提升学龄前儿童的各项智力能力。通过文献查阅对STEAM理论进行深入分析,归纳出STEAM理论的4项特点,STEAM益智玩具应满足的5个方面。根据皮亚杰理论对儿童的分析,选择前运算阶段儿童为目标群体,归纳出该阶段儿童的4项益智需求。通过上述分析设计出一款STEAM益智玩具套装,为后续STEAM益智玩具设计提供了参考。
关键词:STEAM理论;益智玩具;学龄前儿童;皮亚杰理论;前运算阶段儿童
中图分类号:TB472 文献标识码:A
文章编号:1003-0069(2024)10-0118-04
引言
当今社会的儿童家长,多为具有知识涵养的家长群体,因此,家长对儿童综合能力的培养具有更高期望。家长为儿童选择玩具时,益智玩具的占有量相比过去逐步上涨。同时,我国教育部也颁布了《教育信息化“十三五”规划》[1],其中明确指出今后的教育模式中,要积极探索STEAM 理论的应用,从幼儿园到中小学均可接受STEAM理论教育。家长对儿童期望的提升与新教育政策的颁布,促使着儿童玩具市场的转变,市场上出现了以STEAM 理论为核心的益智类玩具,旨在提升儿童的创新能力、实践能力、团队协作能力,学习STEAM理论的相关知识。
一、STEAM理论概述
STEM 理论最初由美国国家科学委员会在1986 年提出,是Science(科学)、Technology(技术)、Engineering(工程)、Math(数学)4 个学科首字母的缩写,被称为STEM[2]。伴随时代科技的进步,美国学者格雷特亚克门为实现跨学科融合,使美国学子从艺术的角度拥有更加积极的审美,在STEM 理论中加入艺术(Art)这一学科,由此STEAM 理论正式形成。此时,STEAM 理论的主要培养目标为3-12 岁的儿童及青少年,到了2016 年,美国政府将STEAM 理论的教育重点放在学龄前儿童身上,并使部分美国儿童可以接受免费的STEAM 教育[3]。
(一)STEAM 理论四项特点。格雷特亚克门教授强调将数学、物理、科学、音乐、绘画等学科融合,在儿童学习时不受学科限制。同时也强调了培养儿童时应具备的4 个特点,分别为跨学科属性、寓教于乐、团队协作、包容性,以下分别叙述STEAM 理论的4 项特点。
1. 跨学科属性
跨学科属性表示在教学中不局限于单一的学科,强调学习过程中同时运用数学、工程、艺术等多个学科,打破传统学习模式的桎梏。例如,从2021 年开始我国教育部已经开始尝试新的高考政策,取消传统的文理分科模式。高二学生在物理、历史、生物、化学、地理、政治六门学科中任选其三,文理的取消让学生选择自己更加擅长并喜爱的学习方向,让学生能够全面地发挥自我,与STEAM 理论的跨学科模式相切合。同时,伴随着生命科学进入后基因组时代,过去以单一学科为依靠的学术研究无法支撑起新的研究,科学家们开始探索出具有跨学科性质的交叉学科,如生物化学、生物物理学、生物数学、生物工程学等。通过物理、化学、计算机等非生命学科与生物的交叉,辅助生命科学进行新的探索。
2. 寓教于乐
STEAM 理论主张儿童亲自动手、在娱乐中发现简单的自然规律,并针对生活中的问题进行探索。例如,在浙江椒江区通巨幼儿园开展的STEAM 教学中,老师们组织儿童利用格尺、绳子、生活中常见的物品制作小船模型,探索重量与浮力的关系;让儿童制作图纸,然后使用毛线、黏土、胶水、竹竿等材料制作可以升降的球门,解决幼儿园球门不足的问题。老师们通过上述任务,让儿童在娱乐的过程中发现自然规律,激发儿童的创造力与想象力。
3. 团队协作
STEAM 理论提倡儿童在团队协作中发现并解决问题,在共同完成任务的过程中锻炼个人表达能力,体现在团队的自我价值。例如,浙江省的括苍镇中心校开展的孔明锁STEAM 课程中[4],老师十分注重团队协作的重要性。老师将三通与六柱两种难度的孔明锁交给学生令其自主探索,并鼓励已经解开孔明锁的学生指导未解开的学生。孔明锁解锁的过程由学生们在团队协作中完成,老师仅起到辅助引导作用,让学生在团队协作中获得书本以外的教学体验。
4. 包容性
STEAM 理论强调产品操作难度适龄化,适合不同层次的儿童使用。外观造型色彩方面适合男女儿童,不存在性别差异。产品本身的价格与使用方式易推广,满足不同地区家长及儿童的需要。例如,国内一款名为天才少女系列魔法居里的儿童玩具,其产品以著名科学家居里夫人为女性榜样,鼓励女性儿童利用电子积木的拼搭学习编程,培养女性儿童在理工学科、计算机学科方面的天赋,改变传统思想中女性不适合学习理工与计算机的错误观念。天才少女系列魔法居里儿童玩具如图1 所示。
(二)基于STEAM 理论的玩具评价规范。2021 年我国玩具和婴童用品协会发布了《STEAM 玩具评价规范》(T/CTJPA 007—2021),其旨在以一套可行的STEAM 产品认定标准,规范市场上的STEAM 益智玩具。评价规范中要求STEAM 益智玩具应符合STEAM5个学科内容的标准,分别是科学、技术、工程、艺术、数学5 个方面。
1. 科学方面
科学指生物、化学、物理、气象等方面的学习。STEAM 玩具评价规范要求产品能够让儿童热爱探究自然、培养初步探索能力、在探索中认识自然现象与规律。例如,产品中可以包含生活中常见的现象与事物,在儿童使用过程中认知相关现象并感到乐趣。在使用玩具的过程中发现产品零部件的不同并了解产品设计的规律。记住生活中常见的动植物与人类的关系、感知气候对人类生活的影响等。
2. 技术方面
技术指利用已存在的工具与方式建立新的产品并用于改善生活。例如,上文中的浙江椒江区通巨幼儿园,老师鼓励学生利用常见的毛线、黏土、胶水、竹竿等材料制作新的产品,解决生活中的问题并探究物理、机械等方面的知识。在产品中可以表现为让儿童使用基本零部件去组装出房屋、高塔、汽车等物体,教导儿童通过仔细思考解锁玩具的使用方式,并根据自己的兴趣创造出新的玩法。
3. 工程方面
工程指儿童使用玩具过程中培养系统评价问题、做简单的方案推理的能力。例如,儿童在使用传统玩具华容道、九连环、孔明锁的过程中,需要在头脑中推演玩具的解锁方式,并预演出移动哪一块零部件才能解锁玩具。在产品设计中的启示为,可以根据传统玩具的使用方式进行创新,吸引儿童观察产品零部件的差异,并做方案推演解锁玩具的玩法。
4. 艺术方面
艺术指儿童在使用玩具的过程中能够欣赏自然中的景象、声音,培养积极的审美能力,并强调产品应具有亲和力提升吸引力。例如,可以在产品中融入动植物、星空、海洋等自然中美好的事物,吸引儿童观察的过程中关注其色彩与结构特征。电子产品可以播放鸟鸣、动物的吼叫、风声雨声等声音,让儿童在聆听时感受自然,培养自然柔和的审美倾向。
5. 数学方面
数学指产品能够帮助儿童记住简单的加减法,发现产品零部件的几何规律,使儿童对数学产生兴趣,不局限于传统机械式的背诵加减法。例如,产品零部件的差异明显,让儿童了解几何形体是多种多样的,利用动植物的变形让儿童对几何形体产生兴趣。产品可以帮助儿童比较数字的大小,让3-4 岁的儿童数出5 或10 以内的数字,让4-5岁的儿童理解5 比3 多2 的数字规律,让5-6 岁的儿童记住10 以内的加减法。
(三)益智玩具设计规范
本次设计研究中,基于STEAM 理论的儿童玩具除了要满足STEAM 理论的各项属性外,还应该符合益智玩具设计的基本规范,分别为安全性、趣味性、益智性3 种属性。以此3 种属性满足儿童使用产品过程中的身心安全,提升儿童的使用欲望。以下为3 种益智玩具设计规范的详细分析。
1. 安全性
儿童玩具的安全性应满足材料安全、结构强度安全、处理工艺安全、内容安全4 个方面,以保证儿童在使用产品过程中的身心健康。
材料安全方面,由于儿童年龄较小,使用玩具产品时喜欢抓咬、摔打,这就要求儿童玩具的材料必须安全无毒。材料本身必须具有一定的强度与稳定性,避免儿童使用过程中被破坏。材料还应该易于清洗、紫外线下不易变质,因此本次设计以木材、树脂、ABS 塑料等稳定性较高的材料为主。
结构强度方面,产品的结构也是影响产品强度的重要因素,如果儿童玩具结构不稳定,在使用过程中容易被儿童破坏。并且,玩具设计应避免尖锐的棱角,用圆滑的曲线作为代替[5]。同时,设计玩具时应避免出现内腔,导致滋生细菌积累灰尘对儿童造成伤害。
处理工艺方面,对材料的稳定性与结构强度也具有重要影响。玩具的表面处理工艺应避免含有甲醛、重金属等有害物质。并且,表面处理工艺的合理选择可以延长产品材料的使用寿命,提升产品结构强度的稳定性、耐磨耐腐蚀性。例如,使用油性材料渗透、油性漆喷涂的木材表面处理工艺可以使木质产品无毛刺、保留木材纹理、防虫腐,延长木质产品的使用周期。
内容安全方面是目前儿童产品审核的重点,儿童玩具带有的贴图、电子产品的音乐、使用方式等应绿色健康,无黄赌毒等不雅内容,并激励儿童积极向上以健康稳定的情绪面对未来的学习生活。
2. 趣味性
作为儿童玩具,趣味性设计是不可或缺的一方面,市场上益智儿童玩具的设计以鲜艳的色彩、童趣的造型、灵活的玩法吸引着儿童的专注力与探索欲望[6]。
在本次设计研究中首先可以通过产品独特的结构,以排列、拼插、旋转等方式形成新颖的玩法提升玩具的灵活性、玩法的多样性,同时,灵活变化的玩具产品能够提升儿童的空间几何感、开发想象力与创造力。
其次,可以引入动植物情趣化的造型,让儿童感受理解产品所要表达的情感,以可爱的造型、诙谐幽默的故事感刺激家长及儿童的使用感受,因此,情趣化设计在儿童产品中具有重要地位。例如,在本次设计研究中可以提炼出夸张、变形的动物神态,将动物的表情与习惯做拟人化处理,让儿童感受动物与人类的亲密关系,使儿童热爱自然同时也切合STEAM 理论的科学性。
最后,可以引入儿童喜爱的著名IP,当儿童看到电视中出现的卡通人物展现在产品中时,可以最大限度地刺激家长及儿童的购买欲望。例如,美国与日本的玩具市场对著名IP 的使用享誉世界,迪士尼、变形金刚、侏罗纪世界、精灵宝可梦等与儿童IP 相关联的产品畅销世界各地,因此在设计研究中融入儿童IP,不仅能够吸引儿童的使用兴趣,还能够提升产品的销量与知名度。
3. 益智性
儿童益智玩具的益智性是设计重点,对儿童能力开发不足将使产品失去意义,同时益智功能应与儿童的智力能力逐一对应。例如,国内一款名为启蒙町积木套装的产品,其使用方式为令儿童根据图卡中阴影的造型摆放积木位置、区分积木的长短关系。该产品针对儿童的空间几何感做出设计,同时考验儿童的阅读能力与专注力。启蒙町积木套装如图2 所示。
为使本次益智玩具的设计切合儿童的智力能力,后续将详细分析目标儿童群体的智力特点以此满足儿童的需要。
二、儿童特征分析
根据上述对STEAM 理论与儿童益智玩具产品的分析,归纳出接下来应对儿童成长阶段进行划分,选择具体的目标群体,并分析目标群体的智力能力相关特征,对设计研究提供设计方向。
(一)儿童阶段划分与目标群体选择
瑞士儿童心理学家让皮亚杰根据儿童心理认知情况、智力能力发展情况、年龄层段的不同,提出了儿童阶段划分依据。让皮亚杰将0-12岁的儿童划分为4 个阶段,分别为感知运算阶段、前运算阶段、具体运算阶段、形式运算阶段。接下来对儿童成长的4 个阶段进行详细分析。
1. 0 ~ 3 岁的感知运算阶段,此阶段中的儿童还处于婴幼儿阶段,还无法掌握精准的语言与运动能力。但是感知运算阶段的儿童对外部世界感到十分好奇,并通过简单运动爬行、触摸、观察等方式认知自然中的事物,同时在认知的过程中产生思维,逐步学习语言与运动。
2. 3 ~ 6 岁的前运算阶段,此时儿童的语言能力与运动能力开始逐步提升,能够控制自己的情绪,并产生计算能力与符号识别能力两种智力,让皮亚杰表示计算能力与符号识别能力的出现是儿童步入前运算阶段的重要特征。
前运算阶段儿童的语言能力表现为对词汇量与语调的掌握,3 岁的儿童通过模仿成年人,可以掌握800 ~ 1000 左右的词汇。词汇量的掌握在4 岁时达到2000 个左右,五岁时达到3000 个左右,6 岁时达到4000 个左右[7]。词汇量的增长过程中,儿童能够从简单地表达自我感受到流畅地表达自身想法,通过语调表示情绪。
前运算阶段儿童的运动能力表现为儿童能够逐步完成细致的操作,3 ~ 4 岁的儿童还无法完成精准的运动,喜欢奔跑、攀爬、摔打玩具等粗大动作运动。4 ~ 5 岁时的儿童已经可以使用魔方、拧螺丝、单手接住皮球,完成一些精准度较高的运动。5 ~ 6 岁的儿童运动能力趋向成熟,可以系鞋带、书写、图画、按钢琴键。
前运算阶段儿童的计算能力表现为对数量关系的掌握,此阶段中的儿童从3 岁开始逐步掌握5 以内的加减法,到6 岁时根据个体能力的不同可以掌握10 ~ 20 以内的计算。
前运算阶段儿童的符号识别能力表现为用一种事物去替代另一种类似的物体,例如儿童用木棍当做宝剑、用锅碗模仿成人做饭,这种能力的出现表明儿童了解事物的关联特征,是体现儿童发散思维的重要能力。
3. 6 ~ 12 岁的具体运算阶段,此时儿童已步入小学的学龄时期,前运算阶段中的语言能力、运动能力、计算能力、符号识别能力进一步提升。并且能够系统地掌握科学知识、培养社交能力,此时儿童的家长将时间精力投入到儿童的学习生活中,逐渐减少了玩具产品的购买。
4. 12 岁后的形式运算时期,如今这一阶段的儿童被认定为青少年,各方面智力能力已趋向于成年人,在购买玩具产品方面几乎没有益智类型的玩具,而是更有难度,更有爱好偏向的产品。
通过上述儿童阶段划分可以归纳出,儿童前运算阶段的治理能力提升,对后续儿童的学习生活具有重要影响。同时,基于STEAM理论的儿童玩具产品,期望儿童能够学习科学、数学、工程等方面的知识,因此,本次设计研究选择前运算阶段的学龄前儿童为主要目标群体,接下来分析前运算阶段儿童的益智需求,为设计研究提供了设计方向。
(二)前运算阶段儿童益智需求
根据皮亚杰对前幼年阶段儿童益智特征的分析,归纳出儿童需要提升或改善的4 项智力能力,分别为逆向思维、等级分类、守恒能力、自我中心,接下来对以上4 项智力能力进行详细分析。
1. 逆向思维
逆向思维指推演及计算的过程中,能够从步骤一运算至步骤二,再回到步骤一的能力。例如,在数学方面表现为,告诉一名儿童1+4=5,再询问儿童5 失去4 是几,儿童可能无法回答这一问题。在玩具产品中表现为,解锁华容道、九连环、孔明锁等传统玩具需要反向思考,将组成玩具的最后一个零件作为打开玩具的第一个步骤。皮亚杰认为3-6 岁的儿童尚不具备逆向思维,需要在成长过程中,辅助其学习才能在6 岁前后逐步掌握这一能力,通过上述分析可知,传统玩具有助于逆向思维的培养,因此,本次设计中将融入传统玩具的使用方式。
2. 等级分类
等级分类指儿童了解事物的同一性,即了解物体的大小、形状、颜色不同,本质却相同。例如,询问一名儿童红苹果多还是黄苹果多,儿童能够答出,然而再次询问其红苹果多还是苹果多,儿童可能无法回答这一问题。本次设计培养儿童等级能力时,可以融入分类游戏,例如,将蔬菜玩具放置到同种颜色的篮筐中。
相同种类的饮料放置到对应的框架上,在训练分类能力的同时,也加深儿童对生活常识的了解。分类游戏如图3 所示。
3. 守恒能力
守恒能力指儿童认知物体,不受到物体大小、形状、颜色的影响。例如,在儿童守恒能力测验中,测验者会为儿童倒两杯牛奶,一个杯子高而细,另一个杯子矮而胖,并询问儿童哪个杯子中的牛奶更多,儿童可能无法正确回答出这一问题。接下来,测验者将高而细的牛奶倒入矮而胖的杯子中,儿童发现实际上两杯牛奶一样多。这一测验表明,当儿童观察事物时,比较容易受到外部条件的影响,与等级分类能力相似,守恒能力的提升需要儿童了解事物的本质。同时,守恒能力也表现在数学方面,如逆向思维中的数学举例,学习加减法运算也是培养儿童守恒能力的重要方式。因此在本次设计中,产品可以带有不同形状却质量、体积相同的零部件,以玩具本质的同一性训练儿童守恒能力。守恒能力测验如图4 所示。
4. 自我中心
自我中心指儿童思考问题以自我为出发点,很难接受别人的观点,即儿童思考时单纯地认为其他人的想法与自己相同。皮亚杰针对这一特点,设计了著名的“三山实验”。实验中,让儿童坐在不同大小的三座大山模型前,放置一个玩具娃娃在大山模型的另一面。接下来询问儿童两个问题,1. 自己看到的三座大山是什么样的?2. 玩具娃娃看到的三座大山是什么样的?然而儿童的两个回答却是一样的。
这一实验的结果表明,儿童尚不具备从他人角度看待问题的能力,也就是呈现出思维的自我中心化。在生活中表现为,儿童不爱分享自己的经历自己的玩具、说话经常指责别人、不体谅父母、不做家务。皮亚杰表明消除儿童的自我中心,需要在其成长中循循善诱,例如,帮助父母收拾使用后的玩具、鼓励儿童分享喜欢的玩具学到的知识,以此帮助儿童摒弃自我中心。“三山实验”如图5 所示。
根据上述分析,本次基于STEAM 理论的益智玩具不仅要对应STEAM 理论的5 项内容,还要针对儿童的益智需求进行设计,使产品能够提升或改善儿童的4 项智力能力,符合益智玩具设计的要求,满足儿童需要。
三、STEAM益智玩具设计实践
针对上述STEAM 玩具设计规范、儿童益智需求的四项特征,设计出一款基于STEAM 理论的益智玩具套装,套装包含4 个玩具种类,分别为贴图积木、趣味平衡木、帮助小朋友回家、收纳瓶。接下来对四个玩具种类进行详细叙述。
(一)贴图积木
贴图积木是针对儿童等级分类与守恒能力的设计,积木分为24种外观造型10 种尺寸规格,不同规格的积木重量却可能相同,贴图内容包含自然、科学、情态3 种内容,通过等级分类、守恒能力、内容表达的设计特点与市场上的产品区别开来。
贴图中,第1 种贴图包含儿童浇花、做家务、晒衣服、喂小鸡等活动,让儿童感知自然对人类生活的影响。第2 种贴图包含简单的科学常识,如阴影关系、杠杆原理、恐龙灭绝等,让儿童了解简单常识。第3 种贴图包含猫咪的10 种情绪表情,以拟人化的方式提升产品趣味性,让儿童对动物产生共鸣。通过贴图的内容的表达方式切合STEAM 理论的科学性与跨学科属性,情趣化的设计切合STEAM理论的艺术性。
贴图积木的10 种尺寸规格,分为质量1 到质量5 五种重量单位。设每体积2×2×2 厘米/8 厘米? 大小的积木块重量为单位1,体积为16 厘米? 的积木块重量就为单位2,体积为24 厘米? 的积木块重量就为单位3,以此类推。当平衡木左边加上重量为单位1 和单位2的积木时,右边就需要加上重量为单位3 的积木,以此来保证积木平衡。
质量1 ~质量5 的五种积木,分别有1 ~ 3 种造型,积木形状不同但质量却相同,以此培养儿童等级分类与守恒的能力。贴图积木如图6 所示。
(三)帮助小朋友回家
帮助小朋友回家是针对逆向思维做出的设计,市场上类似的著名产品有松鼠推球、ThinkFun 赛车时间等,此类产品均以华容道为基础培养逆向思维,但是使用方式单一,因此本次帮助小朋友回家的设计特点中,将上述贴图积木融入帮助小朋友回家棋盘,使一款积木具有多种玩法。
帮助小朋友回家的使用方式为,将贴图积木与小朋友积木摆放于棋盘中,每次移动一个贴图积木,让左下角的小朋友积木从右上角的缺口移动出棋盘。帮助小朋友回家以传统玩具华容道的益智方式培养儿童的逆向思维,使用玩具时可以与家长伙伴团队协作帮助小朋友积木移出棋盘,符合理论的团队属性,同时通过方案的推演切合STEAM 理论的工程性。帮助小朋友回家如图7 所示。
(四)收纳瓶
收纳瓶是针对儿童自我中心化与等级分类的设计,市场上儿童积木多种多样,却忽略了积木收纳的设计。因此收纳瓶的设计特点中,将收纳积木变成一个玩法。
使用方式为,儿童需要根据贴图积木的内容、质量、造型、颜色的不同进行等级分类,将不同类型的积木收纳于收纳瓶中,每套STEAM 益智玩具套装配有4 个收纳瓶。以此方式培养儿童等级分类能力的同时,帮助儿童养成整理玩具的好习惯。帮助家长整理玩具的过程中,儿童将克服使用玩具过后的懒惰,逐步消除自我中心化。收纳瓶如图8 所示。
结论
本次基于STEAM 理论的学龄前儿童益智类玩具设计研究,通过深入分析STEAM理论、益智玩具设计规范、前运算阶段儿童益智特征,提出产品设计定位。并归纳总结上述理论,设计了一款STEAM 益智玩具套装,通过4 种类型的玩具切合STEAM 理论5 个属性,提升儿童的智力能力,满足家长及儿童的需求,为后续STEAM 益智玩具设计提供参考与方向。
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