基于STEAM教育理念的兒童益智產品設計研究

發布時間：2022-10-11 14:54

摘要 III

ABSTRACT II

第1 章緒論

1.1課題的研究背景 1

1.2國內外研究現狀 4

1.3課題研究的目的和意義 8

1.4課題研究的方法及框架 9

第2章STEAM教育理念與編程類益智玩具相關概念研究分析

2.1STEAM 教育理念 12

2.2兒童益智產品 15

2.3編程類益智玩具在我國的興起與普及 17

2.4STEAM教育理念與編程類益智玩具相關研究 21

2.5小結 25

第 3 章用戶需求調研及分析

3.1用戶分析 26

3.2調研框架 31

3.3調研實施 31

3.4用戶需求分析 40

3.5小結 41

第 4 章基于 STEAM 教育理念的編程類兒童益智玩具設計策略

4.1用戶需求的設計性轉化 42

4.2設計原則 43

4.3設計思路分析 46

4.4設計評估框架 49

4.5小結 50

第 5 章基于 STEAM 教育理念的編程類兒童益智玩具設計實踐

5.1設計目標與設計定位 51

5.2設計過程 51

5.3產品設計實現 53

5.4設計驗證 64

5.5本章小結 65

第6 章總結與展望

6.1總結 66

6.2對未來的展望 66

參考文獻 67

附錄 71

致謝 74

攻讀碩士學位期間論文發表及科研情況 75

第 1 章緒論

1.1課題的研究背景

相關概念界定：

(1)STEAM 教育理念：STEAM 是科學(Science)、技術(Technology)、工程 (Engineering)、藝術(Art)和數學(Mathematics)五個單詞首字母的縮寫組合，是

集科學、技術、工程、藝術和數學多學科融合的跨學科式綜合實踐教育［1］。它強調學科融合、真實場景、問題生成及解決、建構知識體系，既體現出綜合化、實踐化、社會化的特征，又表達了將問題回置于社會和生活的本質訴求I2】。STEAM教育強調，任何事情的成功都不能僅僅依靠于某一項技能，而是需要綜合多項技能［3］。比如，在高科技電子產品的開發過程中，不但需要運用科技手段創新產品功能，還需要在外觀上有所設計，也就是藝術思維的運用，所以綜合型人才將成為我國發展的重要力量與有力支撐［4］。

(2)兒童編程教育：編程的本質是設計一個流程來實現指定的需求，使使用者無需了解細節即可達到目的，而程序就是記錄并承載流程的媒介。雖然程序的執行未必能讓設計者滿意，但它已經可以脫離設計者而存在，可以被其他人執行、驗證和改進。從這個角度來講，編程是在創造另一條時間線，讓設計者脫離原本的工作流程而讓編程替代自己。兒童編程教育則是以兒童為主要用戶群體，針對兒童設計的編程軟件和課程。兒童編程教育可以大致分為兩類，一類是以Scratch為主的圖形化編程，以鍛煉思維、培養興趣為趨勢，趣味性較強，兒童通過積木搭建般的程序搭建，實現自己的動作、動畫和音樂等；另一類是基于Python/C++等高級編程語言的計算機編程，以參加競賽和為深入學習編程的兒童為主。

1.1.1STEAM教育的興起

STEAM教育最初是由美國政府提出的教育倡議，為加強美國K12關于科學、技術、工程和數學的教育［5］。STEAM教育是由STEM教育發展而來的，因考慮到藝術創造的重要性而將A(Art藝術)加入到STEM，成為現在的STEAM教育。

STEAM教育在美國的地位與素質教育在我國的地位相差無幾［6］。在STEAM教育的號召下，美國承載前沿科技的機器人、3D打印機進入了學校，校外組織、企業和機構設計的教育科技產品也來幫助孩子們學習數學、科學［7］。

從2012年STEAM教育理念傳入我國后，國內開始摸索STEAM教育理念下的教

育模式。我國學生發展核心素養的基本原則是科學性、時代性和民族性，核心為培養 “全面發展的人”，綜合表現為人文底蘊、科學精神、實踐創新等素養［8］。我國學生教育的核心素養與 STEAM 教育理念有著極大的相似性，因此二者的對接是必然趨勢。

近年來，隨著國家對創新型人才的大量需求，我國的教育模式進行了改變，對 STEAM 教育的研究人數與數量也逐漸增加［9］。我國政府不斷出臺政策加大 STEAM 教育的宣傳力度，推廣普及 STEAM 教育，加大在基礎教育中所占的比重。在推廣的同時，引發了市場對于 STEAM 教育產品的需求，因此不斷有企業加入到研發、設計

STEAM 教育產品的行業中來，見圖 1.1。

高速增長

-2014^1月，《北京市教育委員會關于在義務教育; 階段推行中小學生課外活動計劃的通知》出臺，明確要求在課后服務中引入體育、藝術、科技類項目，科學素養類產品進校服務應運而生

圖 1.1 我國 STEAM 教育發展歷程（圖片來源：網絡）

1.1.2人工智能時代下編程教育成為新趨勢科技不斷發展，未來將有許多行業被機械所替代，學習人工智能已經成為孩子立

足未來的充分必要條件。根據艾媒咨詢對2020年中國高考填報志愿專業的調研后發現，與人工智能相關的專業成為首選，占比達 37.2%，見圖 1.2。

2020H1中國理科高考志愿填報熱門專業調研數據雖密鵜直晝

2020H1中國理科聶丟關注者志題填報熱門專業選KT0P8

Top 8 of Popular Science Majors that are Filled in by Chinese College Entrance Examination Followers in 2020H1

圖 1.2 2020H1 中國理科高考志愿填報熱門專業調研數據（圖片來源：網絡）

目前全球已有 24 個國家將編程教育納入到正式課堂中來，見圖 1.3。

芬蘭

201 4年芬蘭教育科學部部長提出一項針對4-9歲兒童的龜標圖計算機項目，預計在201 4年底開發新的核心課程

全球國家將編程納入基礎教育體系

圖 1.3 少兒編程國際趨勢（圖片來源：網絡）

2017 年 7 月，我國國務院發布了《新一代人工智能發展規劃》，《規劃》中提出，要在中小學階段開設與人工智能相關的課程，逐步推進編程教學，鼓勵社會各界積極投入到對編程教學軟件、游戲的開發和推廣中［10］。近年在國家不斷發布相關政策的背景下，編程教育品牌、機構、玩具如雨后春筍般涌現，推動著編程教育的發展，編程教育成為新時代下的熱點名詞。

1.1.3STEAM 教育理念指導編程類益智玩具設計的必要性首先，目前的編程玩具主要強調的是“玩”，玩具廠商會設計固定的游戲形式讓兒童去玩，而 STEAM 教育強調運用多學科以項目式的形式解決問題，強調知識的跨學科的運用以及在游戲過程中學習到其他知識。其次，STEAM教育理念是以學習者自己為主導人，其他人起到引導、啟發的作用，兒童在游戲的過程中，自己動手操作，以此構建屬于自己的概念體系，而現在的編程玩具大部分還是處于輸出知識的階段。最后，STEAM教育理念更注重過程，對結果的關注度并沒有那么高，失敗反而更要引導兒童去嘗試，在嘗試的過程中培養兒童的自信心、責任感、對系統知識的把握和整體能力的提高，這種理念對現在的“唯成功論”有著很強的教育意義。

少兒編程融合圖形化編程、數學計算、工程項目等方面，從小培養兒童的思維邏輯，為國家未來擁有創新型人才、實踐型人才提供了可行的方式；STEAM教育以培養創新實踐型人才為目標，從跨學科教學的基礎出發，鍛煉兒童的綜合性思維，經過近三十年的發展，已相當成熟。因此，以STEAM教育理念指導編程類益智玩具的設計具有一定的必要性。

1.2國內外研究現狀

1.2.1國外研究現狀

STEAM 教育目前在國際上大熱，很多國家的學校從小學階段就重視兒童對科

學技術的“體驗感”，強調在體驗中提高兒童的創新能力［11］。STEAM教育理念當下的側重點在教育改革領域，教育改革提倡的學生獨立性、主動性都在STEAM教育理念有所體現。

（1）美國的STEAM教育

美國是STEAM教育理念的起源國家［12］，最初是希望提高科學技術人才的數量以提高國家的創新能力，后來漸漸融入幼兒園到K-12的教育中，讓兒童從小以綜合性的思維進行學習，培養綜合能力。

美國STEAM教育生態系統主要由學校、家庭、社會機構、課后服務提供方、高等教育機構和企業及民間組織構成，多方共同構建學習場景，構建教育合力，見圖 1.4。

圖 1.4 美國 STEAM 教育生態系統（圖片來源：作者自繪）

主要的學習區域有社區中心、夏令營、培訓機構等，兒童通過游戲的方式進行 STEAM教育，寓教于樂，強調“在玩中學”。

（2）日本的STEAM教育

日本在STEAM教育中更重視信息素質的培養，因此以編程為促進信息教育的載體，與數學、物理、音樂等學科融合延伸學習以編程為導向的思維邏輯。日本學生學習 STEAM 教育可以分為校內開展的課程和校外企業、培訓機構提供的學習機會，見圖 1.5。日本的文部科學省發布了《小學編程指引》，為小學的編程課程提供指導。

圖 1.5 日本的 STEAM 教育方式（圖片來源：作者自繪）

（3）韓國的 STEAM 教育

韓國最初由于學生在PISA （國際學生評估項目，包括閱讀、科學、數學能力的評價項目）和TIMSS （國際教育評價研究和評測活動，四、八年級學生的數學和科學成績）兩項國際評價項目中科學和數學的評分較低，而將STEAM教育引入，以提高學生學習科學和數學的興趣，并進一步培養學生的溝通能力和關懷能力。

韓國的STEAM教育的發展主要從三個方面進行，分別是政府主導、教研結合以及項目驅動［13］，見表 1.1。

表 1.1 韓國 STEAM 教育發展的具體舉措（表格來源：作者自繪）

發展方式具體舉措

政府主導發布政策，實現宏觀布局；建立研發小組、人才研究會，深化中層布局；多媒體宣傳，多點進行微觀宣傳

教研結合以線上課程和線下課程結合的方式建設教師隊伍，培養STEAM師資

項目驅動 STEAM教育資源共享平臺免費提供各種資源，實現資源共享；教育項目、科學與藝術項目、職業項目課程資源整合開發

國外的一些研究學者認為，玩具對于兒童的成長至關重要，因為玩具有助于兒童認知、社交和情感健康的發展［14］。隨著時代的發展，社會對于玩具的理解從兒童玩物演變成為兒童大腦發育的促進者，即發展出兒童益智玩具這一類別［14］。兒童益智玩具在國外發展勢頭非常迅猛，相較于國內有著更完整的設計系統和理論支撐，并且許多產品有著強大的品牌背景做支撐，產品設計和研究開發均取得了優異的成果［15］。西方國家如美國、德國、英國和丹麥的兒童益智玩具發展較為迅速。許多發達國家從兒童時期就開始以玩具的視角來開發兒童智力［16］。目前較為著名的益智玩具品牌有比利時的Smart Games＞美國的美泰（Mattel）和孩之寶（Hasbro）和丹麥的樂高，見表1.2。

表 1.2 著名益智玩具品牌案例（表格來源：作者自繪）

1.2.2國內研究現狀

在中國知網上以“兒童益智玩具”為搜索主題，文獻數量為 138 篇，見圖 1.6，總體呈波浪式上升趨勢。由文獻數量的增長可以看出，研究學者對兒童益智玩具的研究

在中國知網上以“STEAM教育”為搜索主題，文獻總數為3381篇，見圖1.7,從

2013 年，相關文獻數量逐年上漲，可以看出在國家的政策干預下，越來越多的學者關注到STEAM教育領域。

1500 -I

♦發表年度趨勢

圖 1.7 STEAM 教育相關文獻數量（圖片來源：知網）

而當搜索主題定位到“STEAM益智”時，見圖1.8,相關文獻僅有6篇。可以看出，國內對基于STEAM教育理念的兒童益智產品的研究還處在較為初級的階段，對 STEAM教育益智產品的關注度較低，相關文獻的發表數量較少。因此，需要進一步完善該理論在兒童益智產品中的應用。

6 -

♦發表年度趨勢

転毎％龜豈聲

圖 1.8 STEAM 益智產品相關文獻數量（圖片來源：知網）

宋穎佳在其發表的期刊論文《STEAM理念下的兒童教育玩具設計趨勢》中將 STEAM兒童教育玩具分成了正式教育下的STEAM教育玩具和非正式教育下的 STEAM教育玩具，區分了校內以課程教具為主的產品和校外以趣味玩具為主的產品〔"I；在于曉麗的碩士論文《基于兒童STEAM教育的玩具設計探索性研究》中，將兒童玩具與兒童STEAM教育的科學、技術、教育、藝術和數學五個關系分別做了說明, 舉例解釋了具體學科在兒童玩具中的應用Ml；朱寓卿在此基礎上，對STEAM理念進行了更加深入的研究，見圖1.9。其論文《基于STEAM教育的智能教具設計研究》中, 運用FAST法將黑箱模型和FAST功能結構模型引用到STEAM教具的設計中，并分析出STEAM智能教具的主要功能和次要功能〔"I。

STEAM 編程機器人 1 1

-p|詫用鳩人——|人機工程 STEAM執育_|綜合因壽|—p 能力躋

1 1 -

! |指令陶 |操作曲 1科學庶1 1機械性能 1 !

1 1 1 1 1 1

1 信號臨 1環保稠 1枝術矩只1 1易操魅 i

1 1 1 1

11遠程刪 1產品邢 1工程狐只1 1情感化 ■

1 1 1 1 1 1

動力裁 1產品船 | 莒:| 1視覺唸 T;

1 1 1 1 1

11語音裁 1產品尺寸1 |數學狐只| 1色彩慟 ■

1 1 1 1

傳感器 ||人機關系1 聘科統整1

1 1功能整合1 1

1 1

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圖 1.9 FAST 功能結構模型（圖片來源：《基于 STEAM 教育的智能教具設計研究》）

通過查閱資料，對比了國內外兒童益智玩具的現狀及產業發展情況，發現我國的雖是玩具大國，但處于“代加工”的階段，并不是“創新大國”。其次，兒童益智產品同質化嚴重，品牌效應差，整體的創新設計開發和產業鏈條的發展還不完善，與發達國家相比仍存在一定的距離。我們可以在本國發展的基礎上，借鑒國外發展的優秀成果，提升自主創新能力，培養相關產業人才，提高產品的質量，結合先進技術與理念，將產品的整體維度從單一走向多元，為兒童設計更好的益智玩具。

1.3課題研究的目的和意義

1.3.1研究目的

隨著當前社會教育形式的改革、人工智能等技術的高速發展，以及85 后、 90 后成為中國兒童父母的主要組成群體，兒童益智玩具占據著越來越重要的比重，銷量呈現爆發式增長。作為未來式語言-編程教育在國家政策的引導下已十分火熱，編程益智玩具作為編程教育的載體迅速進入市場，受到了年輕一代父母的青睞與追捧，但高速爆發之下無疑出現了編程玩具的設計合理性、系統性、是否貼合用戶需求等問題。

STEAM教育理念以跨學科進行實踐的特點，培養綜合性創新人才為目標走入大眾視野，其對于學科知識的融合運用和教育方式的改變等可以為編程類兒童益智玩具提供新的設計思路。本文從編程類益智玩具著手，以STEAM教育理念指導現階段的編程類益智玩具的設計，STEAM教育理念以何種方式更好地指導產品設計是本課題的研究目的。最終目標是設計一款更符合兒童發展特征、學習興趣引導及思維能力培養的編程類益智玩具。

1.3.2研究意義

本文將 STEAM 教育理念引入到兒童益智玩具的設計中，并提出了基于 STEAM 教育理念的益智玩具的研究思路，既豐富了 STEAM教育理念在產品上的應用方式，又為兒童益智產品的相關研究提供了新的設計思路與案例參考。同時，本文通過對兒童生理和心理、家長消費心理的研究，使用問卷調查、入戶觀察和深度訪談對兒童及家長進行分析，并提煉出用戶需求，將其成功應用到產品設計中，為企業定位編程益智玩具提供了參考。使用了 STEAM玩具評估框架，對未來基于STEAM教育理念的玩具開發提供了評價體系。

1.4課題研究的方法及框架

STEAM 教育理念的應用范圍十分廣泛，其最主要的理念是兒童參與性、項目整體性及知識跨學科性。作為一種教育理念，更多地是在課堂上使用。隨著STEAM教育理念在國內的普及，越來越多的學校開始將這種教育模式帶入課堂，培養學生的整體能動性。STEAM益智玩具也有所發展，但還并未十分普及。

1.4.1課題的研究方法及內容

本文以 STEAM 教育進入我國以及我國進行編程教育推廣的大背景下，通過深入了解 STEAM 教育理念，明確 STEAM 教育理念的應用方式。以兒童益智玩具中的編程類益智玩具為具體研究的產品類別，調研分析用戶需求，期望以 STEAM 教育理念為當下的編程類益智玩具提供指導。

文獻調查法：以“STEAM教育” “兒童益智產品設計” “STEAM益智產品”等為關鍵詞，通過現有的多種渠道廣泛地查閱相關文獻資料，為本文的研究提供知識基礎。

問卷調查法：對家長進行問卷調查填寫，對家長的背景、玩具購買、對STEAM教育理念的了解情況和編程類益智玩具等進行統計分析，了解兒童的喜好、喜歡的玩具形式、種類等，分析數據得出用戶趨勢。

訪談法：對家長、兒童進行訪談，以親和的語言與其溝通，詢問相關信息。

觀察法：觀察兒童操作玩具的過程并對兒童的操作方式、情緒等進行記錄。

1.4.2研究框架

全文共分為六個章節，研究框架見圖 1.10，具體內容如下：

第一章：從STEAM教育的興起、編程教育成為新趨勢以及STEAM教育理念指導

9 編程類益智玩具設計的必要性這三個方面對整體研究的背景進行介紹，接著對國內外研究現狀及目前現有產品進行分析，明確研究的目的及意義，確定研究的主要方法及論文的研究框架。

第二章：首先，從定義、發展及特征對 STEAM 教育理念進行分析，對兒童益智產品的概念、分類及特點進行研究。其次，對我國編程教育的發展以及編程類益智玩具的現狀進行分析，對STEAM教育理念與編程類益智玩具的關系進行討論，接著對基于 STEAM 教育理念的編程類益智玩具進行分類、總結各類玩具的特點。最后選取典型案例進行案例分析，總結出當前產品的設計現狀，為下一步產品設計提供設計方向。

第三章：對目標用戶群體-4-6 歲的兒童進行生理和心理上的分析。采用問卷調查、入戶觀察以及深度訪談的方式對用戶的需求進行提取，為下文的產品設計提供參考。

第四章：以第三章的用戶需求為基礎，對用戶需求進行設計性轉化，同時根據 STEAM 玩具的屬性，結合用戶需求，總結出編程類兒童益智玩具的設計原則和設計思路，為第五章的設計提供具體指導。

第五章：首先對產品進行設計目標定位，明確功能、造型等相關要素，繪制方案草圖后確定最終方案，對產品進行計算機建模和效果圖渲染，并對產品進行產品介紹和操作方式說明。最后基于 STEAM 評估框架對最終產品進行方案評估。

第六章：對論文進行總結和并展望未來。

研究背景

研究現狀

目的及意義

方法及內容

兒童生理、心理特征

家長消費心理

問卷調查入戶觀察

深度訪談

圖 1.10 研究框架（圖片來源：作者自繪）

第 2 章 STEAM 教育理念與編程類益智玩具相關概念研究分析

2.1STEAM 教育理念

2.1.1STEAM 教育理念的定義

STEAM 的意義并不是作為 STEAM 這個單詞的意思，而是將它們拆解，每個字母分別對應一個單詞，分別是科學(Science)、技術(Technology)、工程(Engineering)、藝術(Art)和數學(Mathematics) ［20］。這五門學科打破界限、融會貫通，形成STEAM 教育理念。STEAM教育理念是一種注重實踐的多學科教育理念，有別于傳統的單學科、重理論的教學方式，將兩門或兩門以上的學科知識通過探索性項目實踐的形式傳遞給兒童。

在進行整合之后，提倡藝術應該進入STEM教育的格雷特?亞克門(Georgette Yakman)將五種學科整合為一個金字塔型的框架，見圖2.1。

最下面一層是各類課程，將各類課程做大致分類后，形成了第四層的五門學科，分別是 Science 科學、 Technology 技術、 Engineering 工程、 Mathematics 數學和 Art 藝術，第四層的五門學科形成了第三層多學科式的STEM+A，由于Art藝術是后來加入的，所以也做了相關表示，此時的五門大學科還并未完全作用，第二層將 A 加入了

STEM，五種學科相互結合，形成了綜合性的STEAM。金字塔的頂端是終身的、整體

性學習，代表了 STEAM 教育的最終目標。

圖 2.1 STEAM 教育金字塔(圖片來源：網絡)

2.1.2STEAM 教育理念的發展

STEM 教育理念最初在 1986年由美國國家科學委員會發布的《本科的科學、數學和工程教育》中出現，文件提出了“科學、數學、工程和技術集成”的指導綱領性建議［21］，這是 STEM 教育的開端。 2005 年針對美國 21 世紀科技教育發展的戰略性文件

《駕馭風暴:美國動員起來為更加輝煌的未來》，對推進STEM教育提出了相關意見?］, 即培養數學及科學教師的數量、提高在職教師的技能。

2007年是美國STEM教育發展的重要時期，先后通過了《國家行動計劃》和《國家競爭力法》來確保STEM教育的發展，加大企業研發資金和對培養大學層面和K-12 教師培訓資金的投入，并且提出在小學階段也引入STEM教育。

2009-2010年，奧巴馬提出全國性教育創新計劃，大力發展STEM教育運動，美國聯邦政府繼續投入大量資金用以支持K-12階段和高等教育階段的STEM教育，各州也開始采取促進STEM教育的有效措施，如成立發展中心、創辦STEM學校和區域等［23］。出臺了《培養與激勵：為美國的未來實施K-12年級STEM教育》，推進對STEM人才的發展與培養［24］。

在STEM教育快速發展的同時，一些教師和學者認為藝術在教學中同樣重要，呼吁將藝術加入到STEM教育中。傳統的STEM教育以批判性思維和分析問題為主，但同時也要將創造性思維應用到實際情景中，這就是STEAM教育中的藝術性。2010 年, 格雷特•亞克門教授及其團隊提出將A （藝術）融合到STEM教育中。廣義上，A （藝術）是指文學、繪畫、音樂、社會等人文藝術學科［25］，人文藝術課程的加入，可以讓學生以更加多樣化的方式認識世界。藝術層面的民主化和社會化觀念響應了社會的需求與號召，使之形成了更加人性化的教育方式，為新一代提供了更加全面的教育［26］。

2013-2015年，美國不斷制訂新的STEAM計劃、預算，推動STEAM教育的發展, 在物聯網快速發展至下，美國國會頒布《2015年STEM教育法》，將計算機科學納入 STEAM教育I27】。

在美國大力發展STEAM教育下，STEAM教育理念迅速傳播至世界各國，各國在美國的帶動下，紛紛普及并發展STEAM教育。

2.1.3STEAM教育理念的特征

（ 1）跨學科性

STEAM教育的本質是打破學科彼此之間的壁壘，基于各個學科知識的內在連接進行新模式下的課程教育，其中最根本的教育理念是知識整合，即以跨學科整合為核心。其表示教育工作者不應該過多地關注某一具體學科和學科與學科之間清晰的界限，而是應該弱化邊界、打破壁壘、跨越界限，將五種學科從多方位、綜合性的角度聯系起來解決實際問題。

跨學科整合指的是課程內容的整合、兒童經驗的整合與社會生活的整合［28］。

課程內容的整合：以問題和知識串接起來的方式，讓學生以真實的社會生活為基礎，自主和合作式地學習、探索，發現問題并解決問題。在學習的過程中，可以促進學生對整體知識的框架構建，認識了解學科背后的知識，引導學生整合多學科的知識和內容，培養學生形成解決問題和對知識進行社會性、情境性的遷移能力［29］。

兒童經驗的整合：在STEAM教育理念中是指在兒童進行活動或體驗的過程中，將學習到的、自主探索了解到的理論性學科知識整合到個人已有的思維認知中，加深已有的經驗，拓寬未知的認知面，將其運用到社會生活中。

社會生活的整合：兒童通過多學科融合的項目，建立學科知識、個人經驗和現實社會生活之間的聯系，分析事物之間的關系，提高解決社會生活問題的能力，豐富個人經歷和體驗，實現個人和社會的有機結合。

（2）實踐性

實踐性是 STEAM 教育理念的又一基本特征，與傳統的考試型教育不同， STEAM 教育更注重兒童學習的過程。在開展跨學科學習的過程中，本質上是培養兒童探索的能力，要求兒童參與到其中，在自己本身的認知基礎上，形成新的概念和經驗，以運用到日常生活中。相較于傳統的課程教育，在這里，教師不再起到單純傳授知識的作用，而是以引導的身份將兒童帶到項目或課題中來，以情境性的設計，讓兒童融入其中，讓其自行進行探索并解決問題。兒童在解決問題的過程中，會不斷出現新的問題，教師引導兒童進行聯想，培養創造力，通過不同層次不同方面來解決問題。當項目結束后，兒童不但可以學會本身的課題內容，還可以將原本的內容進行延伸，形成知識架構。STEAM教育理念的目的是促進學生的發展以及滿足國家對綜合性人才的需求。作為綜合性人才，不應只具備靜態解決問題的能力，還應該具有動態的、發展的素質和能力來適應變化著的社會。

（3）整體性

STEAM教育理念還有一個重要的特點就是整體性。STEAM多是基于問題或是基于項目開展的教學形式，項目設計者將學生要掌握的知識設計成一定的教學過程［30］。基于項目開展的教學是以真實性的問題，讓學生發現問題，提出解決方案，解決問題并進行驗證的這一系列進行探索和表達的完整的教學模式。作為以項目開展的教學，有其固定的開始時間和結束時間，每個階段該做什么，每個階段的時間范圍，以及所要達到的目標，都是有所安排和計劃的，如此來保證項目的完整性和閉環度。目前，

STEAM 教育理念在教學上應用較多，主要的過程包括情境導入、問題探究與方案計劃、實施方案、檢查與評估以及項目拓展。在整體過程中，學生通過利用跨學科的方法，達到項目的最終目的［31］。

2.2兒童益智產品

2.2.1兒童益智產品的概念

兒童益智產品，顧名思義，指有益于兒童智力的產品。根據使用環境不同，可將兒童益智產品分為正式教育下的兒童益智產品和非正式教育下的兒童益智產品。正式教育下的兒童益智產品主要使用環境是“課堂”，可以分為學校、興趣班、組織活動以及社會機構四類，見圖 2.2。

圖 2.2 正式教育下兒童益智產品的使用環境（圖片來源：作者自繪）

非正式教育下的兒童益智產品主要指脫離專業人員的指導，在以家庭環境為中心的場景下，兒童可以獨立或與成人、同齡人等使用的益智產品。此時的兒童益智產品主要指玩具游戲類型的益智玩具產品，見圖 2.3。

益智，意為對智力有好處，可以增長智慧。這里的智力其實不是某一種能力, 而是

指一組能力，這是由美國教育心理學家霍華德•加德納于1983年在《智力的結構》一書中提出的“多元智能理論”［32］。傳統的智力理論認為人的智力是一元的、單一的、可量化的［33］，而加德納認為人生來就擁有八種基本智能，人的能力的顯現是由于某一項智能較突出或幾項智能組合發展的結果，并且不同的人會有不同的智能組合。多元智能理論包含八種主要智能，見圖 2.4，分別是語言言語智能、數理邏輯智能、空間視

覺智能、身體運動智能、音樂韻律智能、自我認識智能、人際溝通智能和自然觀察智能［34］。

圖 2.4 多元智能理論（圖片來源：作者自繪）

基于加德納的多元智能理論，我們對兒童益智玩具進行更進一步的定義：致力于開發兒童一種或幾種智能的玩具。在“科教興國”、“寓教于樂”等國家政策的普及下，越來越多的家長將目光放到了兒童益智玩具產品的身上，因此兒童益智玩具產品在整個玩具種類的比重越來越大。兒童益智玩具產品可以讓兒童在玩的時候接受潛移默化的影響，不僅可以讓兒童快樂游戲，體會樂趣；還能夠提高兒童發現問題、解決問題的能力，讓他們的想象力、創造力得到更好的發展［35］。

基于 STEAM 教育理念的特點、兒童益智玩具的概念以及二者的適配性，本文基于兒童益智玩具對兒童益智產品進行探討。

2.2.2兒童益智玩具產品的分類及特點

根據游戲形式可將市面上的兒童益智玩具分為六類，分別是積木類、拼圖類、DIY 類、電子類、魔方類以及推理類益智玩具［36］，見圖 2.5。

圖 2.5 根據游戲形式對兒童益智產品的分類（圖片來源：作者自繪）

隨著電子信息技術的發展，電子類益智玩具成為了家長和兒童眼中的“新寵”。能跑、能跳、會說話的玩具逐漸走入各個家庭。在當今信息化、智能化隨處可見的時代下，兒童玩具電子化已成為不可阻擋的趨勢。電子類益智玩具不但降低了兒童使用玩具的門檻，還可以以更有趣、更生動的形式幫助兒童學習知識、開拓視野。

而在電子類益智玩具中，編程玩具在近年呈現爆發性增長的趨勢。在國家不斷將 “編程”引入到正式課堂、社會越來越重視編程教育時，企業、生產廠家以及投資機構將目光放到了編程玩具上，在編程玩具的設計上不但增加了玩具本身的趣味性，同時賦予了玩具“教育”的屬性，吸引了大批家長的目光。因此，本章后半段的研究以編程類益智玩具為主。

2.3編程類益智玩具在我國的興起與普及

2.3.1編程教育的發展

創新能力是一個國家強大與否的關鍵要素，提高創新能力，人才是關鍵。培養現

代創新型人才是國家提升綜合國力的重要途徑［37］，越來越多的專家、學者開始關注如何培養創新型人才、如何創造良好的環境讓創新型人才實現自己的價值。創新型人才離不開創新能力，而創新能力背后最重要的是創新性思維邏輯的培養。

思維邏輯是智力發展的基礎與源泉，其他各項智力影響因素在思維邏輯的作用下進行活動，人體感知到外界信息后，通過大腦思維邏輯進行加工與中轉后向外輸出信息，由大腦向身體的各個部分發送指令，完成各項動作。培養良好的思維邏輯能夠幫助人快速地發現問題并解決問題，同時，也可以增加個人對外界事物的判斷和預測準確性。因此，培養人的思維邏輯是提高創新能力的關鍵。

2000 年開始，電腦走進了中國的千家萬戶，電子信息比賽和機器人競賽逐步發展；此時，家長們意識到參加電子信息比賽和機器人競賽有助于孩子的升學，提升孩子在應試教育中的競爭力，因此出現了針對此類競賽的培訓機構。因為傳統的編程軟件難度較高，因此市面上的機構以針對青少年的機器人教育為主。此時少兒編程教育并未普及，市場主要以短期性、地域化、個人化的用戶為主，未形成大型的培訓機構。2007 年，美國 Scratch 圖形化、模塊化編程語言發布，之后開始出現圖形化編程的產品； 2011-2012年在我國掀起一股學習Scratch的熱潮；2014年，STEAM教育理念在我國逐漸傳播并且普及，新型的教育方式與技術沖擊著中國市場［38］，因此我國傳統的編程教育和編程機器人開始轉型，從機械操控轉向圖形化程序設計與機器人結合。2016 年，我國開始大力支持少兒編程教育，眾多企業、教育機構瞄準機會，進軍 K12 教育領域；同時，國外少兒編程服務商看到了國內的需求，進入了中國市場。之后，國家與各省出臺政策，大力推動編程教育。在一直處于知識性教育的少兒編程中，企業找到了新的突破口，因此市場快速發展起來。我國編程教育的發展見圖 2.6。

圖 2.6 我國編程教育的發展（圖片來源：作者自繪）

進入人工智能時代后，越來越多的人開始關注兒童的思維邏輯能力和創新能力。編程作為一門面向未來世界的語言，為兒童接觸人工智能提供了媒介，為提高兒童的思維邏輯和創新能力提供了更廣闊的平臺。我國編程教育發展的重要節點是2017 年國家發布的《國務院關于印發新一代人工智能發展規劃的通知》。2017 年，浙江省率先將編程納入浙江省高考體系中；2018 年，北京、南京、廣州等城市相繼將編程納入到中考特招項目。2015 年-2020 年，由教育部和國務院發布的編程教育相關政策共計十余項，見表 2.1。

表 2.1 我國編程教育相關政策（表格來源：作者自繪）

時間政策名稱要點發布主體

2015 《關于“十三五” 期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見

（征求意見稿）》提出未來五年內對教育信息化的要求：有效利用信息技術推進“眾創空間”建設，探索 STEAM 教育、創客教育等新教育模式，使學生具有較強的信息意識與創新意識教育部

2016.6 《教育信息化

“十三五”規劃》將信息化教學能力納入學校辦學水平考評體系。有條件的地方要積極探索信息技術在眾創空間、跨學科學習（STEAM教育）、創客教育等新的教育模式的應用教育部

2017.7 《國務院關于印發新一代人工智能發展規劃的通知》在中小學階段設置人工智能相關課程,逐步推廣編程教育，鼓勵社會力量參與寓教于樂的編程教學軟件、游戲的開發和推廣國務院

2017.7 《新一代人工智

能發展規劃》宣布：“即日起，從小學教育，中學科目，到大學院校，通通逐步新增人工智能課程，建設全國人才梯隊”，以此倡導在基礎教育階段開展少兒編程教育國務院

2017.9 《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》編程被明確列為綜合實踐活動課程內容之一教育部

2017.10 《十九大報告》強調網絡強國戰略，加強前沿引領技術、現代工程技術、顛覆性技術創新，突破核心技術這個難題，爭取在某些領域、某些方面實現“彎道超車”

2018 中學新課標方案人工智能進課堂，編程技術納入高考范圍教育部

2019.1 《中小學人工智于北京成功舉辦，并發布了階段性四項成果。北京、教育部

能教育》項目發

布會廣州、深圳、武漢、西安5 個城市作為第一批試點落地城市，3-8 年級的學生將全面試點學習人工智能與編程的課程

2019.3 《2019 年教育信息化和網絡安全工作要點》啟動中小學生信息素養測評，推動在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育；同時，推動大數據、虛擬現實、人工智能等新技術在教育教學中深入應用教育部

2019.11 《教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見》意見指出：加強實驗教學與多學科融合教育、編程教

育、創客教育、人工智能教育、社會實踐等有機融合教育部

從百度指數來看，2017年少兒編程迎來爆發并一直持續至今，見圖 2.7。

圖 2.7 以“少兒編程”為關鍵詞在“百度指數”進行搜索（圖片來源：網絡）

2.3.2編程類益智玩具的現狀

根據當前市場上編程類益智玩具的需求定位、發展現狀以及技術支持三個方面對編程類兒童益智玩具現狀進行概述：

（1）需求定位：編程類益智玩具屬于兒童益智玩具的范疇，主要功能為游戲玩伴、常識教育、鍛煉思維邏輯和動手能力等。自發展以來，編程類益智玩具憑借其先進的技術、獨特的互動方式等受到了新一代家長的追捧。

（2）發展現狀：在由艾媒咨詢發布的《2019中國K12在線教育行業研究報告》數據中顯示，素質教育中，有超過一半的人會選擇編程類的興趣教育平臺。根據近年各大電商發布的節假日消費數據顯示，當前家長的教育投入點有所提前，低齡化教育成為明顯社會趨勢，并且編程益智類玩具的適用年齡有所下降，整體銷量呈現高速增長的狀態。隨著浙江等省份將編程納入高考，編程玩具的銷量也隨之迎來爆發性增長。

（3）技術支持：編程類益智玩具是集人工智能、傳感器技術、物聯網技術、圖像識別、體感遙控等技術等發展的產物，技術與編程玩具的應用場景高度耦合，以及通過云服務、大數據收集的方式對用戶數據進行整合分析，都為編程類兒童益智玩具進入市場為用戶提供良好體驗打下基礎。編程類益智玩具的主要操作方式為兒童通過實體編程、圖形化編程或傳統編程軟件將動作指令以傳感、聯網或藍牙連接的方式傳遞給可動的配套設備，讓配套的設備運行動作指令。

2.4STEAM 教育理念與編程類益智玩具相關研究

2.4.1STEAM 教育理念與編程類益智玩具的關系

（1） STEAM 教育理念為編程類益智玩具的設計注入靈感

美國是STEAM教育的早期倡導者，其將Scratch編程軟件視為STEAM教育中的一項重要內容，它為編程課程的普及提供了一個全新的平臺，讓編程課程走入了大眾視野［39］,與此同時，圖形化編程類型的產品開始出現。后來，我國掀起學習Scratch編程軟件的熱潮，并將STEAM教育理念引入。STEAM教育理念在我國迅速傳播并發展, 國外的圖形化編程產品進軍國內市場，改變了我國傳統的機器人編程教育，將以青少年為主的編程教育難度降低，下降至學齡前兒童，讓兒童可以從小接觸編程教育；同時，還將以應試為目的的編程教育延伸到了以培養興趣為主的玩具。

STEAM 教育鼓勵兒童在科學、數學、技術、工程和藝術方面的發展為教育基礎，進行跨學科式學習，培養兒童解決問題的能力。我國傳統的編程類益智玩具在經過 STEAM教育理念的指導后進行轉型，將STEAM教育理念強調動手實踐、學玩結合的核心思想運用到了編程類益智玩具的設計中，讓兒童在玩游戲的過程中鍛煉動手能力、認知能力、創造力以及想象的能力。因此， STEAM 教育理念的傳入為編程類益智玩具的設計注入靈感。

（2）編程類益智玩具為 STEAM 教育理念提供展示平臺

編程類益智玩具與普通玩具不同，它可以簡單地對兒童的邏輯能力、思維能力等達到鍛煉的效果，促進兒童邏輯思維的建立［40］。編程類益智玩具為STEAM教育提供了載體，讓 STEAM 教育更全面地發揮其作用，以更迅速和更普通的方式進入到大眾視野中；而 STEAM 教育迎合了編程類益智玩具的訴求，讓編程以更簡單易懂、更有趣的方式呈現在編程類益智玩具中。

編程類益智玩具與 STEAM 教育理念在在教育目的與實現方式上有著極大的共通

點，因此，我國編程類的兒童益智玩具為STEAM教育理念的引入與發展提供了切入點， STEAM 教育理念成熟發展也為我國編程類的兒童益智玩具提供了良好的借鑒與指導意義。

2.4.2基于STEAM教育理念的編程類益智玩具分類及特點筆者對市面上現有的編程類益智玩具進行整理，根據其組裝形式可以分為四類，分別是實體編程玩具、積木搭建類編程玩具、智能交互編程玩具和模塊化編程玩具，見表 2.2。

表 2.2 編程類兒童益智玩具分類（表格來源：作者自繪）

實體編程玩具

積木搭建類編程

玩具谿曹讒

智能交互類編程玩具

模塊化編程玩具

實體編程玩具主要面向學齡前兒童，實體編程的形式可以讓學齡前兒童以簡單的、看得見摸得著的手部動作來操控機器人。游戲可以以繪本、地圖的形式，讓兒童基于一定的主體場景做任務，以引導的形式讓兒童用點讀筆或者用手按按鍵進行每一步的操作。

積木搭建類編程玩具主要是以積木顆粒的搭建組合成玩具，因積木顆粒較多，有的甚至可以達到 500 多個，所以造型千變萬化。搭配手機、電腦或平板上專門的 APP，以圖形化編程的方式讓兒童進行編程，以此來操控可移動的設備，進行各種指令動作。

智能交互編程玩具組裝簡單，功能豐富，背后依載人工智能技術，編程玩具可以擁有進行圖像識別、語音識別、實時跟蹤等功能，內部的多種傳感器可以讓玩具實現實時避障、智能感應等技術。同時，也能實現多個玩具之間的互動，讓游戲更有趣味。

模塊化編程玩具以關節的形式進行拼接，模塊有固定的連接處，可以快速連接成為一個整體，兒童在拿到玩具后進行簡單拼接即可進行游戲。不同長度的連接長桿和不同方向的接口，使得模塊關節之間的連接能滿足對動作的不同需求，相較于其他類型的玩具更靈活，可以模擬爬行、翻滾、蠕動等等擬人化的動作。

243基于STEAM教育理念的編程類兒童益智玩具案例分析

當下市場編程類兒童益智玩具的種類繁多，無法一一列舉，因此本文選取了八款

典型案例產品，分別從游戲形式、功能分類、外觀造型、色彩搭配、材質選擇和互動

方式六個維度進行分析整理，見圖 2.8。

圖2.8編程類兒童益智玩具案例分析（a）（圖片來源：作者自繪）

圖2.8編程類兒童益智玩具案例分析（b ）（圖片來源：作者自繪）

通過對以上 8 款典型的編程類兒童益智玩具的對比分析，可以總結出以下特點：

（1）編程類兒童益智玩具在設計時，因出于對此年齡段兒童的認知能力、邏輯能力以及理解能力的考慮，會標注面向的年齡群體，避免玩具與兒童認知不匹配。

（2）在游戲形式上，以編程為基礎控制形式，設定游戲場景，兒童通過在場景中達到一定目標而進行編程指令的羅列，最終指揮玩具完成指令動作。同時輔以多種傳感器，與兒童進行更深入的互動，豐富兒童的游戲體驗。

（3）在功能上，編程指令最終都是控制玩具的移動和其他動作。隨著圖像識別技術、體感交互技術、人臉識別技術等技術的發展，越來越多的先進技術被運用到編程玩具中，從而擴大了玩具的功能面，幫助兒童實現更多的想法。

（4）在外觀造型上，基本上采取兒童常見的形象為原型，并進行元素提取；其次，企業也考慮到期望以外觀造型帶給用戶產品印象，強化產品定位。

（5）在色彩搭配上，大部分編程玩具的色彩搭配都十分協調與鮮艷，在不刺激到兒童視力的情況下，又能以高飽和度的色彩吸引兒童。在材質選擇上，充分考慮到兒童產品的安全性，以高環保無毒材料、食品級硅膠、食品級塑料作為主要材料，細節部分常用金屬或燈飾。

（6）互動方式上，主要以兒童通過圖形化編程指令、實體編程塊控制玩具的動作，在加入傳感器、智能技術后，觸摸、手勢、動作、人臉等皆可作為控制指令，互動方式的增加，降低了控制門檻，提升了兒童的與玩具間的互動體驗。

2.5小結

本章首先對STEAM教育理念的定義、發展和特征做了詳細的介紹。接著對兒童益智產品的概念進行了定義，將本文定位到兒童益智玩具進行后續分析，之后對兒童益智玩具進行了分類，提出電子類益智玩具已成為現代玩具的主流，而電子類益智玩具中的編程玩具在近年在政策的引導下快速增長。后半章的研究內容以編程類益智玩具為主，對我國編程教育的發展及編程類益智玩具的現狀進行了研究。

接著，對STEAM教育理念與編程類益智玩具的關系做了一定分析：STEAM教育理念為編程類益智玩具的設計注入靈感；編程類益智玩具為STEAM教育理念提供展示平臺。國外的 STEAM 編程教育已越發成熟，對我國的編程類兒童益智玩具的發展提供了指導與借鑒的意義。之后將市面上現有的STEAM編程類益智玩具進行了分類, 并對每一類別進行了介紹；最后，對STEAM編程類益智玩具進行了案例分析，了解了市場趨勢，用以指導后續的研究。

第 3 章用戶需求調研及分析

聯合國發布的《兒童權利公約》中“兒童”指的是“18 歲以下的任何人，除非各國或地區法律有不同的定義”［41］。我國法律將0-14周歲的孩子稱為兒童， 1984年《關于當前辦理拐賣人口案件中具體應用法律的若干問題的解答》中將對各年齡段進行了具體劃分： 0-1 歲的為嬰兒， 1-6 歲的為幼兒， 6-14 歲的為兒童。在兒童心理學界，對兒童的年齡進行了更為細致的劃分，分別為嬰兒期（0-3歲）、幼兒期（4-6歲）、學齡早期（又稱童年期7-12歲）、學齡中期（又稱少年期、青春期， 13-15歲）和學齡晚期（又稱青年早期， 15-18 歲）［42］。 4-6 歲的兒童好奇心強，思維活躍，是培養溝通、交流能力和認識事物的最好階段，所以本文的研究對象是 4-6 歲學齡前期的兒童。以下調研皆基于4-6 歲的兒童用戶群體。

3.1用戶分析

3.1.1兒童生理特征分析

（1）大腦發育

4-6 歲兒童腦組織的發展可以達到成人的 75%-85%。小腦的發育已和成人相差不大，因此對肌肉的控制性大大增強，生活基本可以實現自理。

大腦皮質的發育隨年齡的增長而成熟，但皮質的溝較成人的溝較淺，神經細胞小，神經纖維短、分支少，因此對外界的刺激不能及時且精確地傳導［43］。此時大腦皮質的活動特點是興奮過程強于抑制過程，兒童表現為容易激動、控制能力較差，并且神經細胞脆弱，易疲勞、易興奮，所以導致兒童的注意力很難長時間集中［44］。當大腦皮質發育成熟時，則表現為兒童可以較好地控制自己的行為。

6 歲前，兒童的左腦未定型，理性思維還未發育完全，因此主要使用右腦觀察和分析事物，右腦傾向于藝術思維，所以學齡前兒童更容易對具體的、鮮明的、形象的事物感興趣。

（2）身體發育

與 0-3 歲的嬰幼兒相比，學齡前期4-6 歲的兒童生長發育速度有所降低，但在整個人生中，還是處于高速持續的生長發育階段。在這一時期，平均每年身高增加6-7 厘米，體重增加 2~2.5 公斤。根據2021兒童身高體重標準， 4-6 歲男孩和女孩的身高體重數據見下表 3.1、 3.2。

表 3.1 4-6 歲男孩身高體重發育表（表格數據來源：網絡）

年齡身高（cm）體重（ kg）

正常水平

內偏低正常范圍

平均數值正常水平

內偏高正常水平

內偏低正常范圍

平均數值正常水平

內偏高

4歲 96.7 104.1 111.8 13.52 16.64 20.71

4.5歲 100.0 107.7 115.7 14.37 17.75 22.24

5歲 103.3 111.3 119.6 15.26 18.98 24.00

5.5歲 106.4 114.7 123.3 16.09 20.18 25.81

6歲 109.1 117.1 126.6 16.80 21.26 27.55

表 3.2 4-6 歲女女孩身高體重發育表（表格數據來源：網絡）

年齡身高（ cm）體重（ kg）

正常水平

內偏低正常范圍

平均數值正常水平

內偏高正常水平

內偏低正常范圍

平均數值正常水平

內偏高

4歲 95.8 103.1 110.6 13.10 16.17 20.24

4.5歲 99.2 106.7 114.7 13.89 17.22 21.67

5歲 102.3 110.2 118.4 14.64 18.26 23.14

5.5歲 105.4 113.5 122.0 15.39 19.33 24.72

6歲 108.1 116.6 125.4 16.10 20.37 26.30

在身體肌肉方面，整體還處于發展不平衡的階段，大肌肉群發育較快，但小肌肉群發育還不完善，肌肉對力量的承受能力低，容易出現損傷［45］。此時由大肌肉群控制的粗大動作與小肌肉群控制的精細動作發育暫未平衡，粗大動作如跑、跳、爬等動作的發育比較成熟，精細動作一般指手上的動作，如夾、拍、捏、按等動作還有待發展。

（3）感官發育

視覺發育：視覺的發育在學齡前兒童中一般分為視力（視敏度）的發育和分辨顏色的能力［46］。學齡前是視力發育的關鍵時期，可塑性大，需要注意用眼衛生及正常發育。在分辨顏色的能力上，據統計，學齡前兒童大多喜歡鮮艷的單色，可以分辨紅、黃、綠、藍、紫、橙等基本顏色（圖 3.1）， 4-6 歲的兒童對紅色的傾向性更高。隨著年齡的發展，喜好逐漸向復色過渡（圖 3.2）。

圖 3.1 3-4 歲兒童可以識別的顏色（圖片來源：網絡）

圖 3.2 5-6 歲兒童可以識別的顏色（圖片來源：網絡）

同時，色彩也會影響兒童的思維邏輯，對兒童的性格和心理的健康成長起到重要作用［47］。據相關研究顯示，有超過一半的 4-6 歲兒童可以感受到顏色的冷暖，并普遍喜歡暖色； 6 歲時，兒童還可以根據顏色描述情緒，比如“不開心”、“高興”等，易發生色彩情感聯想［48］。

觸覺發育：在 1 歲之前，兒童主要通過嘴進行接觸，之后則主要通過手來發展觸覺系統。進行觸覺刺激可以幫助兒童的神經系統進行整體感覺的統合，促進感覺認知、感覺運動的發展［49］。不同的材質帶給兒童不同的觸感體驗，如毛絨材質會給兒童溫暖、親近的感覺［46］。

聽覺發育：嬰兒在出生時就已經具備明顯的聽覺能力并能做出一定反應，隨著年齡的增長，兒童的聽覺能力不斷提高，對聲音和韻律的感知能力也隨之提高，研究表明，兒童聽覺可以一直發育到 12 歲［50］。 4-6 歲的兒童在接受外界信息時，聽覺比視覺更容易被感知。

3.1.2兒童心理特征分析

從 3、 4 歲開始，兒童有可能出現與以往不同的狀態，雖然大腦的發育還未完全成熟，但行動能力、語言能力已經接近成熟，對周圍環境的經驗也積累了很多，認知能

28 力有了很大的提高。種種能力的提高和認識會促使兒童產生自我意識。

（1）求知欲

學齡前期的兒童求知探索欲非常強，對世界充滿好奇心，對事物充滿興趣。4 歲左右的兒童由于認知事物有限，他們的關注度主要集中在事物的表面，喜歡問家長，這是什么，得到家長的回答后非常滿足。5 歲以后的兒童更愿意問“為什么”，更愿意了解事物的內在，家里的玩具會被拆開，想看看里面是什么，愿意觀察身邊的事物。學齡前的兒童非常渴望了解新事物，當認知到新的事物會表現出自我滿足感，并且想把自己學到的知識分享給別人［51］。

（2）模仿欲學齡前的兒童對成人的世界非常感興趣，對成人世界有很高的好奇心和參與欲，他們會細致地觀察生活中的各種事情，喜歡模仿大人的神態、動作，在玩游戲的時候表現出來。比如，喜歡玩模仿父母做飯的游戲，做飯需要的菜、調料、鍋、碗等會模仿使用。還喜歡模仿醫院病人的游戲，根據去醫院的經歷，模擬聽診、打針的過程，在這個過程中，還會表現出對醫院的印象，回憶起在醫院見到的人、事。模仿是這個階段的兒童的主要學習方式，他們通過模仿獲得對外界的經驗，良好的習慣可以在模仿下形成并鞏固。

（3）交流欲

4 歲前后的兒童是語音、語言發展最迅速的時期，已基本告別字詞的替代現象，他們有強烈的與人溝通的欲望，愿意詢問、愿意分享。有時會不斷重復某一句在聽到的或看到的句子、歌詞。當從幼兒園放學回家后，會主動和家長說今天發生的事情，還會表達自己的意見，認為“對或錯”。隨著詞匯量的增加，可以準確表達自己的需求。

（4）規則感這一階段兒童的規則意識逐漸增強，在游戲中也學會了如何按照規則進行游戲，在他們看來，規則是不可變、外人不可侵犯的，兒童在生活里表現的非常較真也是規則意識發展的表現。兒童會記住成人說過的什么能做，什么不能做，什么時間做什么，這都是兒童對規則感的理解。4 歲左右的兒童還不能完全遵守規則，一起玩游戲時可能游戲規則也不相同。兒童進入幼兒園后，在教師的引導下，規則感會增強。

（5）自我意識的發展自我意識是兒童對自己的看法和態度，是一種多維度多層次的心理系統，有三

種表現形式，分別是自我認識、自我情緒和自我意識［52］。自我認識可以表現為自我觀察、自我評價等；自我情緒表現為感受類，如開心、害怕；自我意識則可以表現為自律、自主等。

自我意識的發展有三個方面：生理自我、社會自我和心理自我［53］。當兒童表達 “我的身體不舒服”是生理自我在起作用，當兒童表達“我是一名學生”“你是我最好的朋友”時是社會自我的反應，當兒童評價“我不是一個聽話的好孩子”時，則是心理自我的體現。

從4 歲以后，兒童開始有獨立的欲望，希望家長可以不要過多地干涉自己，當使用自己的力量完成一件事并得到表揚會很高興，會有滿足感和被認可的感覺。兒童開始出現自我控制意識，會反對成人的意識，會說“不”。以家庭為中心的兒童會形成以自我為中心的態度，與其他兒童進行社交活動是改變這一狀態的重要途徑。在這一階段，兒童的性格特點也已初步顯現，愛好、行為習慣、性格等等都開始表現出個性傾向。

3.1.3家長消費心理分析

兒童時期是個體消費的依賴期，消費內容很大程度上依賴于成人，所以兒童產品的消費人群定位是成人，多數情況下家長會代替兒童做決定，但同時也會尊重兒童的意愿。家長在購買兒童玩具時，存在多種消費心理，筆者根據相關調研，對家長的消費心理進行了大致分析：

（1）家長在選購玩具時，最關心的是玩具的安全性，尤其是對玩具材料安全和質量的關注十分明顯［54］。

（2）玩具的“性別”也是家長考慮的重要的因素之一，大多數家長認為玩具有 “性別”之分，他們會選擇給男孩買汽車、機器人一類的玩具，給女孩買芭比娃娃這種類型的玩具；并且，在多個調查中顯示，家長對女孩選擇玩具的態度比較寬松，允許女孩玩男孩的玩具，而對男孩比較嚴格［55］，很少允許男孩玩女孩的玩具。

（3）家長在購買玩具時會著重考慮玩具的功能是否適合兒童的年齡，以及兒童能不能玩、會不會玩。

（4）數據表明，50.7%的家長最看重玩具對兒童智力認知方面發展的價值［56］。家長們對玩具的益智性期望比較高，希望兒童在玩玩具時，也能進行一些智力認知方面的鍛煉。因此在選擇玩具時，會更傾向于這類玩具。

（5）家長在購買玩具時還會考慮玩具的價格、玩具的色彩搭配、玩具的造型等。當某一個玩具大體上滿足了成人的消費需求時，便會產生消費行為。

近年來，85、90 后一代進入生育高峰期成為年輕父母，這一代的父母受教育程度提高，收入有所增加。因此，家長在為兒童購買玩具時考慮的更加全面，消費心理更加多樣化。

3.2調研框架

本次調研根據調研流程實施圖（圖 3.3）進行，以 4-6 歲的兒童為群體，對消費者-家長和目標用戶進行研究分析，提取目標用戶的生活場景形態特征，總結目標用戶和消費者-家長的需求，完成調查研究。

圖 3.3 調研流程實施圖（圖片來源：作者自繪）

3.3調研實施

3.3.1問卷調查

通過問卷收集的數據對消費者-家長進行分析，以此了解家長的背景、喜好、需

求等，為接下來的調研與設計提供方向。本次問卷分為線上發送和線下填寫，線下

填寫地點為幼兒園門口，問卷填寫人群為 4-6 歲兒童的家長，線上及線下共獲得 133

份調查問卷。

第一部分是關于家長的基本信息的調查，分別對家長的年齡、收入、玩具的購買頻率等進行數據總結。

由問卷信息可以了解到，4-6 歲兒童的家長年齡大部分在 26-40 歲之間，處于比較年輕的范圍。月收入以 5000-20000 的家長居多，所以有一定的經濟條件，可以保

證兒童穩定的生活狀態，見圖 3.4。

圖 3.4 父母的年齡范圍及收入范圍

88.64%的家庭以一個或兩個孩子為主，兒童基數十分龐大，見圖 3.5。

幾乎所有的兒童都喜歡玩具，愿意玩玩具，需求引導市場，大基數下的兒童玩具的市場也十分可觀；接近一半的家長會選擇每個月為兒童購買玩具，接近三分之一的家長每周都會給兒童購買玩具，見圖 3.6。

第二部分是家長對 STEAM 教育的了解，以便后續深入分析。

80.15%的家長深入了解過或聽說過 STEAM 教育，這說明我國對 STEAM 教育理念的推廣已有明顯成效，見圖 3.7。即使沒有聽說過 STEAM 教育，絕大部分家長在了解 STEAM 教育的概念后也愿意主動讓兒童接觸，見圖 3.8。

圖 3.7 家長 STEAM 教育的了解程度圖 3.8 家長對兒童接觸 STEAM 教育的意愿

家長十分清楚 STEAM 教育對兒童的積極的影響，也愿意兒童去接觸了解。即使 STEAM 教育產品較普通玩具的價格更高，家長也會主動和考慮購買 STEAM 教育產品，見圖 3.9。

圖 3.9 家長購買 STEAM 教育產品的意愿第三部分主要以編程類益智玩具為主體，以此探究消費者對現有編程玩具的態度。

因考慮到兒童的年齡及認知程度，接近一半的家長會選擇卡通形象的益智玩具，并且分別有 31.06%和33.33%的家長會選擇模塊化組裝形式的編程玩具和無屏幕手動類的編程玩具，見圖 3.10。

在操作方式上，多數家長更愿意選擇不使用電子屏幕的編程玩具；在功能上，家長更傾向于編程玩具可以執行一定的動作、進行語音對話和擁有一定的教育功能，見圖 3.11。

圖 3.11 家長對編程玩具操作方式以及功能的傾向

家長在購買編程類兒童益智玩具時，考慮最多的是質量是否過關，其次是外觀、色彩和功能因素，價格是家長考慮最少的因素，可以看出，在為兒童選擇產品時，即使花費更高的價格也愿意購買在質量上過關的產品，見圖 3.12；鍛煉動手能力、與人溝通和認知事物是家長最希望編程玩具可以引導兒童做的事情，見圖 3.13。

圖 3.13 父母希望編程玩具可以引導兒童做的事情

在關于編程玩具的問題中，家長認為“電子屏幕傷眼睛”的問題最突出，有 71.88%的家長選擇了這個選項；有 54.27%和 48.57%家長選擇了“對低齡兒童來說操作難”和“游戲形式單一”這兩個問題；對“不夠美觀”這個問題的選擇較少，有 13.08%的家長選擇，見圖 3.14 。

圖 3.14 家長認為現有編程玩具的不足

在開放性問題“您認為編程類益智玩具還應該有什么功能？”和“您對編程類

益智玩具提出的建議是？”中，有部分“期望的功能”是希望突出教育理念、玩具

易操作性、具有情趣化等，“提出的建議”中有保證安全、價格降低等，見圖 3.15。

希望能夠貼降子的習蹄生活’更為人性化和突岀教勰念

可以長時間晰

易操作性

不星很了人

更智能

孩子的

1S®化

無

功能再多點囲

無

圖 3.15 “期望的功能和改進的地方”及“提出的建議”回答情況

結果分析：調查問卷從三個部分進行提問，分別是家長的基本信息、家長對

STEAM 教育的了解程度以及家長對目前編程類益智玩具的看法。

（1）由家長的基本信息可以看出，4-6 歲兒童家長的年齡基本處于 26-40 歲，這部分的父母大多是 80 后到 95 后，受教育程度較高，因此較關注兒童的成長，想法也更為先進。工資處于中等偏上的范圍，有一定的經濟基礎可以讓兒童接觸更多的事物。其次，兒童玩玩具的頻率以及家長購買玩具的頻率十分高，說明在 4-6 歲兒童的家庭中，玩具占據十分重要的地位，同時，玩具購買的高頻率讓兒童有非常多的玩具可以選擇。

（2）STEAM 教育理念還未完全普及，但大多數家長已經有所了解，并愿意讓孩子接觸 STEAM 教育理念。在問題中，已說明 STEAM 益智玩具較普通的益智玩具價格更高，但家長仍愿意嘗試購買。可以看出，家長對 STEAM 教育理念是持認同的態度。

（3）因問卷面向的是4-6 兒童家長群體，筆者認為，因家長們考慮到兒童的年齡較小和成長發育，所以更希望選擇卡通形象和無屏幕式的手動編程玩具，讓兒童既有情趣化的玩具，也可以保護視力、避免過度沉迷網絡。

3.3.2入戶觀察

問卷調查是以目標用戶的代消費者-家長為人群進行的調研，考慮到學齡前兒童對文字認識不足，并不適合問卷調查的形式，因此選用了入戶觀察的方式對目標用戶進行調研。

本次入戶調研以直接觀察法為主要方式，用自己的感官和輔助工具直接觀察研

究的對象，從而獲得調研材料［57］。由于人的感官的局限性，所以一般借用錄像、照相等方法進行觀察，避免主觀意識的改變，保證觀察結果的客觀性。

本次入戶調研以購買過編程玩具的三名兒童作為研究對象案例，地點分別是棗莊市市中區八大家西里小區、青檀安惠家園以及廣濟小區，于兒童的家中觀察兒童在玩玩具時的行為動作、情緒變化等，見表 3.3、3.4、3.5。

表 3.3 場景 1（表格來源：作者自繪）

活動圖示場景描述

小小的媽媽在做飯，4 歲的小小感覺到無聊，拿出了她心愛的玩具-瑪塔小Q。因為自己還不會講述完整的故事，所以打開配套的圖書，讓玩具講故事。故事非常有趣，聽了好多遍還想聽。

表 3.4 場景 2（表格來源：作者自繪）

活動圖示場景描述

$ 5 歲的帥帥對編程玩具還不熟練，每次都會先跟著教程組裝玩具，再開始編寫編程指令。編程指令經常會出錯，導致玩具沒有做到自己想要的動作。

表 3.5 場景 3（表格來源：作者自繪）

活動圖示場景描述

6 歲的明明已經可以自己獨立組裝，因為想好要什么造型了，所以組裝的速度也很快，一點一點地拼接，很有耐心，編程指令也已經運用的非常流暢了。媽媽說每次都用很長時間的平板，經常見到明明揉眼睛，比較擔心近視的問題。

觀察過程分析：

（1）4 歲左右的兒童因為沒有規則感，所以可以玩一些功能簡單的玩具。隨著

36 年齡的增長，兒童有了好勝心，更多地開始在意玩具的趣味性和難度。

（2）在整個的觀察過程中，筆者發現兒童對色彩飽和度較高的玩具感興趣，顏色鮮艷的產品也更加能引起兒童的注意。

（3）不喜歡拘泥于固定模式，對可以活動的玩具較感興趣

（4）因為事物認知的能力還不足，所以奇思妙想很多，比如將自己的玩具比作宇宙飛船，自己坐在飛船上，和宇宙飛船一起遨游太空。

結果分析：

（1）隨著年齡的增長，玩具的難度可以逐步提高，但不宜過高，能符合兒童當前認知事物的狀態即可；在此基礎上，可以有選擇性、目的性的添加一些功能，促進兒童對新事物的認知。

（2）能讓兒童積極、快速、簡單地參與到游戲中是玩具必須具備的，因兒童的注意力集中度較低，如果把握不住兒童的興趣點，容易導致兒童的積極性不高。

3.3.3深度訪談

結合對目標用戶以及目標用戶的代消費者-家長進行的調研，發現在問卷調查和入戶調研中仍存在一些問題需要深入討論，因此選擇深度訪談來對兒童與家長進行更為直觀的調研。

深度訪談是以口頭的形式，根據被詢問者的回答搜集直觀材料的調研手法。本次訪談采用一對一的形式。訪談法的調研時間短，親和力較強，被詢問者的思考時間短，回答的真實性更強。

（1）訪談對象：分別對三名有購買經驗的家長、三名沒有購買經驗的家長和五名有使用過編程玩具的兒童進行訪談，最終以有無經驗的家長各一名和兒童各兩名作為訪談案例，見表 3.6、3.7、3.8、3.9。

（2）訪談目的：以有購買過編程玩具的家長作為訪談對象，目的是了解當前市場上用戶對編程玩具選購的傾向性，便于挖掘相關問題；以沒有購買過編程玩具的家長作為訪談對象，目的是了解未購買用戶選擇觀望的原因及未來選購的傾向性；為了解玩具的使用者-兒童對玩具的態度及功能喜好，選擇使用過編程玩具的兒童作為訪談對象。

（3）訪談形式：非結構化開放探索性的訪談形式，問題自由開放，被訪談者可以主觀且隨性地表達自己的想法，更好地激發被訪談者的表達欲望以探索用戶更深

層次的需求［58］。表 3.6 家長訪談案例 1 （表格來源：作者自繪）

訪談對象：劉某某訪談方式：面對面交談訪談地點：學校門口

人物背景：女，35 歲，研究生學歷，孩子6歲時間： 17： 00

訪談問題：

1.您的孩子平常和您溝通交流嗎？

2.您經常給孩子買益智玩具嗎？您希望可以培養孩子的什么能力？

3.您對編程玩具有了解嗎？是否已經購買編程玩具？

訪談結果：回家后家長會引導兒童講述今天學到的知識和在學校發生的事情，培養兒童主動溝通、概括事情的能力。吃完飯后，兒童會有自己的娛樂時間，有時會玩平板，但會規定時間，有時會看電視，有時也會玩自己的玩具。家長會主動購買益智玩具，比如積木、智能玩具等，培養兒童的事物認知能力。家長不加班的時候會一起玩耍，比如讀繪本、腦筋急轉彎等等。希望兒童可以盡早接觸編程、科學、科技之類的前沿知識，為未來打基礎。愿意為兒童花費更高的價格購買在功能和質量上更優秀的玩具。對編程教育有一定了解，也已經購買了編程玩具，孩子非常喜歡，愿意玩。

家長訪談1總結：家長有主動了解新的教育理念的想法，愿意購買質量更高的兒童益智玩具。希望兒童可以用盡早接觸編程、科學、技術這類的知識。陪伴很重要，兒童玩玩具時有了家長的陪伴，會更積極、想法也更多，更容易引導兒童溝通、交流，有助于成長。

表 3.7 家長訪談案例 2 （表格來源：作者自繪）

訪談對象：楊某某訪談方式：面對面交談訪談地點：商場

人物背景：女，29歲，專科，孩子4歲時間：15： 30

訪談問題：

1.您對編程玩具有了解嗎？

2.您經常給孩子買玩具嗎？您是如何選擇玩具的？

訪談結果：

聽說過兒童編程玩具，因考慮兒童年齡較小，還沒有購買的想法。經常有其他寶媽分享玩具，會根據兒童目前的狀態選擇合適的玩具。如果玩具難，兒童會沒有耐心，放

38 在一邊不再玩。兒童喜歡帶聲音、有豐富色彩的玩具。在生活里，如果兒童完成一件事得到表揚，會非常高興，下一次就會主動去做。

家長訪談2總結：激勵和表揚會讓兒童具有滿足感，自信心得到發展。學齡前兒童的部分家長會因為了解不夠、認為兒童接受能力不高而不去購買編程玩具，在這一方面可以針對年齡較小的兒童可以進行產品設計。

表 3.8 兒童訪談案例 1 （表格來源：作者自繪）

訪談對象：明某訪談方式：面對面交談訪談地點：家中

人物背景：男，6歲，學前班時間：16:30

訪談問題：

1.你喜歡看動畫片嗎？喜歡什么動畫片？

2.你有多少玩具？你喜歡玩玩具嗎？你喜歡什么樣的玩具？

3.你喜歡和爸爸媽媽還有小伙伴一起玩玩具嗎？有不懂的會問爸爸媽媽嗎？訪談結果：

喜歡玩Pad、手機里的游戲，喜歡看動畫片，現在喜歡汪汪隊、奧特曼，父母會給兒童講繪本故事，大致能看懂圖畫書里的圖，會編故事，想象故事的結尾。自己有很多玩具，愿意和朋友分享，喜歡機器人造型的玩具，覺得非常酷。剛開始玩編程玩具時感覺非常難，和父母一起玩慢慢就會了。現在非常喜歡玩編程玩具，更喜歡和父母一起玩，會和父母比誰的速度讀更快、誰的路線更好。

兒童訪談1總結：兒童喜歡帶有故事性的視頻、圖書，會想象自己是里面的一份子，具有同理心，想象力比較豐富。喜歡和伙伴一起玩游戲，認為自己很厲害。當遇到不會的問題時，會向成人詢問，尋找解決方法。遇到比較難的玩具時，在父母的陪伴下會更有信心，如果父母不在，可能會喪失興趣。

表 3.9 兒童訪談案例 2 （表格來源：作者自繪）

訪談對象：小某訪談方式：面對面交談訪談地點：家中

人物背景：女，4歲時間： 18:00

訪談問題：

1.你有多少玩具？

2 你最喜歡什么玩具？

3.你喜歡自己玩玩具還是和別人一起玩玩具？

訪談結果：父母因為工作的原因，陪伴兒童的時間很少，大部分時間由家中老人照看。家里的玩具很多，有編程玩具但不會玩，所以也不太愛玩。喜歡芭比娃娃，對畫畫、角色扮演感興趣，希望自己未來可以成為一個畫家。家里有一個監控機器人，父母不在的時候可以通過監控機器人說話。喜歡自己獨立玩游戲，性格安靜。

兒童訪談2總結：因為平時家庭成員的缺失導致兒童更偏向角色扮演的游戲，兒童獨處的時候身邊會有一個布偶娃娃陪伴，兒童會和玩偶進行“溝通”，想象有人陪在自己身邊。父母雖然給兒童買了編程玩具，但由于老年人不會使用，兒童自己看不懂也不會玩，所以很少玩。

結果分析：

（1）兒童更偏向于具有卡通形象和仿生形態的玩具，不論男孩女孩都表現出對鮮艷的顏色感興趣。

（2）兒童在玩玩具時有表演的欲望，喜歡模擬表情、動作，想象自己是某一個角色，根據角色做出一些事情。對于操作較為復雜的編程玩具，兒童會更傾向于與父母一起進行游戲，同時表達自己的興奮和快樂。

（3）隨著年齡的增長，兒童喜歡開始挑戰一些事物，當玩具的難度略微高出兒童的當前的認知能力，兒童通過詢問父母、自己探索等方式完成目標時，會極大地滿足自信心。而當玩具的難度過高時，則會使兒童失去探索的樂趣。

3.4 用戶需求分析

用戶研究的最終目的是為了從正面及側面、主觀及客觀等多個角度獲得最真實的用戶需求［59］。通過對兒童生理、心理和對家長消費心理研究，以及對家長的問卷調查、對兒童的觀察和對家長及兒童的訪談，進行從購買者-家長和目標用戶兩方面的需求分析總結，見表 3.10 。

表 3.10 用戶需求分析總結（表格來源：作者自繪）

用戶需求需求要素需求描述

父母需求功能需求要素 1.貼近兒童的生活，能對兒童起到一定的教育意義，真正鍛煉到兒童的能力

互動需求要素 1.希望有語音互動，兒童可以獲得及時反饋

2.參與性需求。家長可以和兒童共同與玩具進行游戲互動

3.兒童可以長時間地玩，玩具需要更有趣味性，但也不能非常難

安全需求要素 1.安全性玩具考慮的第一要素，材質和質量需是無害無味、安全的

2.因兒童的所處年齡偏小，眼睛還在發育中，不希望過多地使用手機、平板或電腦

情感需求要素 1.兒童可以有被激勵、鼓勵的感覺，能培養兒童的自信心

2.希望能夠引起兒童對親情、友情等情感關系的關注，學會團結合作

兒童需求功能需求要素 1.玩具可以動起來，更希望自己可以指揮玩具動起來

2.在玩的時候可以有講故事的聲音

互動需求要素 1.希望和父母、小伙伴一起玩

情感需求要素 1.喜歡動物，希望可以有動物形狀的玩具，擁有養寵物的感覺

2.喜歡卡通形象

3.5小結

本章首先對4-6 歲兒童的生理特征、心理特征和家長消費心理進行了分析，為之后的調研提供了理論支持。之后根據制訂的調研框架實施具體的調研，分別是問卷調查、入戶觀察以及深度訪談，在調研結束后梳理用戶需求并進行用戶需求提取，為下文的產品設計提供指導。

第 4 章基于 STEAM 教育理念的編程類兒童益智玩具設計策略

4.1用戶需求的設計性轉化

結合第3 章調研總結得出的用戶需求及分析總結，進行用戶需求的設計性轉化，見表 4.1 。

產品設計需以用戶需求為指導，但不能完全按照用戶需求進行設計，二者并不是一一對應的關系，因為用戶需求是站在用戶的角度，而設計師在進行產品設計時還需考慮技術條件、制作工藝、市場行情等，往往需要對用戶需求進行整理和取舍［60］。

表 4.1 用戶需求的設計性轉化（表格來源：作者自繪）

需求

層次需求要素細分需求功能點實現形式

一級

需求功能需求

要素教育性需求通過編程塊拼接的游戲形式訓練編程思維程序設置

通過識圖游戲增加對事物的認知游戲內容設計

交互需求

要素互動性需求游戲形式簡潔易懂、操作簡單游戲操作設計

產品尺寸適宜產品尺寸設計

多人參與性

需求可以與多臺設備互動傳感器技術

情感需求

要素心理狀態

需求語音激勵語音識別技術

聲音傳感器

趣味性需求游戲形式多變 DIY設計

安全需求

要素造型需求造型圓潤造型設計

材質需求材質親膚環保選擇綠色環保的

材質

結構需求易拼裝、具有穩定性產品結構設計

二級

需求功能需求

要素科技需求芯片感應傳感器技術

交互需求

要素反饋需求語音反饋

燈光反饋語音識別技術

聲音傳感器

LED燈

情感需求

要素體驗需求故事性、場景性游戲內容設計

色彩需求顏色適宜產品色彩搭配

安全需求

要素使用安全

需求自動斷電保護程序設置

收納需求模塊易于收納人性化收納設計

三級

需求情感需求

要素陪伴性需求智能跟隨人臉識別技術

4.2設計原則用戶需求的設計性轉化是以設計師進行產品設計的視角對用戶需求進行的轉化， STEAM 玩具的屬性對編程玩具設計具有一定的指導作用，二者的協同作用為當下的編程類益智玩具指出了設計方向。

2021年美國玩具協會提出的STEAM玩具評估框架中，規定了 STEAM玩具的所應具備的六個屬性，見表4.2，分別是與現實世界的相關性、積極參與性、藝術性、思維邏輯性、探索自由性和支持逐步學習。

表 4.2 STEAM 玩具的屬性（表格來源：作者自繪）

產品屬性含義

與現實世界的相關性

（Real World Relevance）需要對現實世界有明確的相關性和應用性，兒童在玩玩具的過程中可以看到真正的工作機制，使用科學的工具等，來對現實世界產生正確的觀念和概念。

積極參與性

（Active Involvement）讓兒童可以積極、獨立地參與到學習中體驗玩具帶來的趣味性，他們可以查看和物理操作材料，以進一步理解問題和解決問題。

藝術性

（Arts）積極鼓勵兒童發揮他們的創造力和想象力，以支持發散性思維。兒童有機會同時使用左腦（邏輯性）和右腦（創造性）。

思維邏輯性

（Logical Thinking）提升思維邏輯性是 STEAM 教育的關鍵。兒童可以獨

立識別問題并解決問題，通過“試驗-錯誤-試驗”或

調查學習的方式進行游戲性學習，鼓勵兒童探索玩具

背后的邏輯原理。

探索自由性

（Free Exploration）讓兒童自由地、反復地探索他們自己的想法，比如通過科學實驗探索一系列假設，或者設計自己的編程讓玩具動起來。

支持逐步學習

(Supports Step-By-Step

Learning) 游戲的過程中，可以讓兒童不斷擴展和應用他們所學到的知識，不斷地引導兒童跨越舒適區，向更難的方向前進。

以用戶需求為設計導向，根據用戶需求的設計性轉化（見表 4.1），結合 STEAM

玩具的屬性（見表4.2）可以總結出以下設計原則：

（1）教育性原則

教育性原則是STEAM教育理念指導產品設計的基本原則。提取STEAM玩具屬性表中的思維邏輯性和支持逐步學習兩個屬性，結合設計性轉化中的教育性需求，得出可指導設計實踐的教育性原則，見表 4.3。

表 4.3 教育性原則（表格來源：作者自繪）

STEAM玩具屬性用戶需求的設計性轉化得出原則

思維邏輯性教育性需求教育性

支持逐步學習

思維邏輯性屬性指解決事情的方式和方法，做事前后的順序關系以及因果關系；

提升思維邏輯性是編程教育的關鍵，擁有一定的思維邏輯，兒童便可以獨立識別問題并解決問題，探索問題背后的邏輯原理；支持逐步學習屬性則是指兒童在完成某一知識的學習后，進行更高難度和更有深度的擴展，當兒童的思維邏輯逐漸明了清晰，就可以進行進一步的學習，加深對周圍事物的認知，從問題中構建知識框架，最終運用到社會生活中。二者都是基于學習教育層面的屬性，最終目的是培養可以解決現實問題的創新型人才。因此，可以作為教育需求的指導屬性。

（2）趣味性原則

激發兒童的興趣是引起兒童對玩具產生興趣的關鍵，也是消費者對產品產生認同與否的重要節點。提取STEAM玩具屬性表中的藝術性屬性，結合設計性轉化表中的趣味性需求，得出可指導設計實踐的趣味性原則，見表4.4。

表 4.4 趣味性原則（表格來源：作者自繪）

STEAM玩具屬性提取用戶需求的設計性轉化得出原則

藝術性視覺藝術趣味性需求趣味性

思維藝術

表現藝術

藝術性屬性鼓勵兒童發揮他們的想象力，在STEAM教育中主要起到發散兒童思維，提升創造力的作用。在編程類兒童益智玩具中，藝術性可以分為視覺藝術、思維藝術和表現藝術。視覺藝術是最基礎的美感，兒童可以將玩具拼接成各種造型，搭配不同的顏色，來表現他認為的美；思維藝術則是兒童需要考慮如何進行設計、如何實現自己的想法；表現藝術是兒童將自己的想象的東西表現出來，以具象的或是抽象的方式，通過各種表現手段將想象帶到現實。藝術性的加入使得產品更加具有趣味性，兒童可以使用不同的方式、方法，來制作屬于自己的玩具。

（3）互動性原則互動性是指用戶與產品之間存在相互作用。用戶與產品的互動性越強，說明產品與用戶的聯系越密集，用戶也更能體會到產品的意義。提取STEAM玩具屬性表中的積極參與性屬性，結合設計性轉化表中的互動性需求，得出可指導設計實踐的互動性原則，見表4.5。

表 4.5 互動性原則（表格來源：作者自繪）

STEAM玩具屬性用戶需求的設計性轉化得出原則

積極參與性互動性需求互動性

積極參與性指以產品本身的外觀、功能等吸引兒童，讓兒童以積極的態度、情緒參與到游戲中來，當兒童在玩游戲的過程中遇到困難時，他們需要更進一步的游戲說明、步驟，使兒童可以獨立操作并理解含義，進一步解決問題，讓兒童可以有 “即使有問題我也可以自己解決”的自我暗示，以此鼓勵兒童的積極參與性，增強兒童與玩具之間的互動性。其次，在玩具游戲中，兒童與他人的互動也十分重要，當兒童與他人具有良好的互動氛圍時，兒童會增加自信心，形成積極參與的環境［61］。

（4）社會性原則

由于在用戶調研需求分析結果中，家長對此項并沒有過于在意，并沒有得出兒童需要提高社會參與感的結論，但 STEAM 教育理念的目的中強調，要培養兒童最

終成為一個綜合發展、可以解決實際問題的人［62］。因此社會性原則應加入到現今編

程玩具的設計中，以便從小推動兒童與社會的聯系，見表4.6。

表 4.6 社會性原則（表格來源：作者自繪）

STEAM玩具屬性用戶需求的設計性轉化得出原則

與現實世界的相關性 / 社會性

STEAM 教育理念的最終目的是培養具有綜合思維能力的創新型人才［63］，所以在玩的過程中要求與現實生活聯系起來，把在游戲中學到的知識、構建的認知框架運用到社會生活問題中，在STEAM玩具的屬性中，便是指的“與現實世界的相關性”。

（5）開放性原則

在 STEAM 教育理念中，創新創造是其與生俱來的特征，創新形式的多樣化和將想象變為現實的創造感讓兒童在游戲的過程中更具體驗性和參與性。探索自由性則是讓兒童以多種形式證明、實現自己的想法，通過體驗與感受，明白人與物、物與物之間的聯系，明白如何解決問題和戰勝困難，達到自己的目標。在這個過程中，兒童以主導者的角色按照自己的方式來實現想法。同時，科技的發展為兒童探索形式的多樣化提供了實現途徑，觸摸感應、智能避障、人臉識別等等，讓兒童探索玩具的形式更加自由，見表4.7。

表 4.7 開放性原則（表格來源：作者自繪）

STEAM玩具屬性用戶需求的設計性轉化得出原則

探索自由性 / 開放性

6）安全性原則

安全性是兒童產品最應優先考慮的因素，是基于玩具一切屬性的前提。學齡前

兒童精力充沛，對新事物抱有強烈的好奇心，但未對周圍環境有完整的認識。在產品的設計中，首先應該考慮產品本身的外觀、結構和材質是否存在安全隱患，比如過于鋒利以及材質的氣味等等。應以兒童的生理特征和心理認知為設計出發點，注意安全問題，合理地使用人機工程學的知識，保證兒童使用產品時的安全。

4.3設計思路分析

以前文的設計原則為基礎，進一步總結 STEAM 教育理念下的編程類兒童益智

玩具的設計思路，見圖 4.1。

圖 4.1 設計思路分析（來源：作者自繪）

教育性原則、社會性原則和開放性原則可以進一步總結為教育性主導的設計思路；趣味性原則和互動性原則可以總結為多模態互動的設計思路；安全性原則可以總結為產品要素統一協調的設計思路。

4.3.1教育性主導教育性主導的設計思路包括編程成為主要的游戲方式、以學科知識教育為指導和對以交流、肢體動作等進行肢體語言教育。作為以 STEAM 教育理念指導的玩具，雖然以教育性為主要功能，仍需注意作為玩具本身的趣味性，因此需要綜合考慮教育和玩耍的比重，保證“學中玩”“玩中學”的特性。

（1）使編程成為主要的游戲方式。玩具最終的輸出內容都是在執行編程命令，所以需要設計帶有邏輯性的游戲內容來幫助兒童對編程知識進行了解與使用。比如，建立一定的認知場景，兒童在游戲規則下制訂路線步驟，完成目標任務。此外，在基于場景的游戲中，兒童在對新事物進行認知的同時可以對之前的經歷進行回憶，加深印象，構建認知體系。

（2）以學科知識教育為指導。可以根據 STEAM 教育理念的五門學科：科學、技術、工程、藝術和數學來進行游戲內容的設計，如將藝術和數學融合設計游戲關卡，根據圖案的拼接、立體幾何的搭建來培養兒童的動手能力、美感形成以及對二維平面、三維空間的認知。

（3）對交流、肢體動作等肢體語言進行教育。比如在認知場景中，兒童完成尋找貓咪的任務后，玩具進行語音提示“你知道貓咪怎么叫嗎”、“我們來做一做貓咪的動作吧”等等，通過認知場景里的內容設計引導兒童的肢體語言的發展。

4.3.2多模態互動

多模態互動指的是通過多種感官通道融合的交互方式，比如語音、手勢、動作等方式與玩具進行互動［46］。多模態互動的設計思路可以包括雙向互動、多向互動和反饋互動。

（1）雙向互動指的是兒童與玩具同時輸入與輸出信息。技術的加成使得玩具更加智能，玩具可以使用傳感器，感知兒童的行為動作，并做出反應。比如兒童與玩具進行對話時，玩具不僅能接收并能理解兒童的話語或關鍵詞，還可以對兒童的信息做出反應。

（2）多向互動指的是當兒童進行雙人或多人游戲時，玩具的數量也隨之增加。在同一認知場景下，人與玩具之間存在雙向互動，玩具與玩具之間也存在互動。如當兩個可移動的玩具在一起時，智能避障顯得十分重要，玩具需要根據傳感器感知與其他玩具的距離，避免發生碰撞。當兩個玩具很接近時，可以設定程序，進行玩具與玩具的“交流”。

（3）反饋互動指兒童在與玩具進行互動時，玩具做出的反饋也影響著兒童的情緒，不同形式的反饋會讓兒童產品不一樣的互動體驗。在兒童游戲的過程中，培養兒童的成就感是非常重要的，玩具適當的激勵行為可以有效地形成兒童樂觀、自信的態度。因此，可以從以下方面設計兒童的反饋機制，見表 4.8。

表 4.8 反饋機制設計（表格來源：作者自繪）

兒童行為反饋互動需求語音設計燈光設計

完成編程動作后得到此步動作是否

成功的確認 / 燈光閃爍

動作成功希望得到鼓勵 “你真棒”

“你真厲害” 多種燈光交

替閃爍

動作連續成功希望得到表揚 “你又成功了”

“繼續加油哦” 多種燈光交

替閃爍

動作失敗希望得到安慰 “別難過” /

“不要灰心啊”

“下次一定可以成功的”

4.3.3產品要素協調統一

產品要素協調統一是指產品的外觀造型、色彩搭配、材質選擇、尺寸大小等符合兒童身心發育規律，并且彼此之間相互影響、相互作用。

產品的外觀造型、色彩搭配、材質選擇和尺寸大小須考慮彼此間的相互影響，例如可以以色彩區分功能，大面積的區域不宜使用過于鮮艷的色彩，兒童手握的區域可以增加凸起的紋理或使用硅膠材質等。

4.4 設計評估框架

為了驗證STEAM教育益智機器人是否滿足目標用戶需求，使用美國玩具協會發布的STEAM玩具評估框架，其中對STEAM玩具提供了明確的定義。三步評估模型共分為三個部分，分別是“好玩具”的特點、主要的 STEAM 屬性以及特定的 STEM類別，見表4.9。STEAM玩具評估框架將對最終產品進行評估與驗證。

表 4.9 STEAM 玩具評估框架（表格來源：作者自繪）

“好玩具”的特點差好非常好

有趣且有吸引力 □ □ □

容易使用 □ □ □

支持技能的發展 □ □ □

包容性 □ □ □

主要的STEAM屬性差好非常好

現實世界的相關性 □ □ □

積極參與性 □ □ □

藝術性 □ □ □

思維邏輯性 □ □ □

探索自由性 □ □ □

支持逐步學習 □ □ □

特定的STEM類別沒有較少的中等的較多的

在科學上的應用程度 □ □ □ □

在技術上的應用程度 □ □ □ □

在工程上的應用程度 □ □ □ □

在數學上的應用程度 □ □ □ □

4.5小結

本章首先對用戶需求進行設計性轉化，接著以STEAM玩具的屬性作為指導，結合用戶需求，總結出基于STEAM教育理念的編程玩具設計原則：教育性、趣味性、互動性、社會性、開放性和安全性，之后以設計原則為基礎，總結出基于STEAM 教育理念的編程玩具設計思路分析：教育性主導、多模態互動和產品要素協調統一，同時提出了設計評估框架。根據用戶需求的設計性轉化、設計原則、設計思路和設計評估框架來指導第五章的產品設計。

第 5 章基于 STEAM 教育理念的編程類兒童益智玩具設計實踐

5.1設計目標與設計定位

本文聚焦于學齡前的 4-6 歲的兒童進行設計研究。這個時期的兒童，精力旺盛，對事物充滿強烈的好奇心，但自我保護能力差、注意力不集中。家長關心兒童的安全且對玩具是否能引導與幫助兒童積極健康成長表現出極大的關注。基于 STEAM 教育理念的編程益智玩具的設計目標是希望能夠成為兒童的玩伴，同時帶給兒童有趣的科普知識，幫助他們更好的理解事物并產生學習的興趣。設計定位見下圖 5.1。

圖 5.1 設計定位（圖片來源：作者自繪）

5.2設計過程

5.2.1產品功能與形態分析

產品主要有兩大功能，分別是教育功能和互動功能。教育功能的內容可細分為編程知識、學科知識和事物認知知識。互動功能更注重人與產品之間的情感傳遞，讓兒童可以更好地接受知識，具體可分為語音互動、燈光反饋和雙人互動。在以教育知識為主的情況下，也需著重考慮趣味性在玩具中的比重，因此可以設計DIY的游戲模式，讓玩具更具趣味性，充分發揮兒童的創造性。

在產品的形態設計上，首先要關注產品的安全性，產品應該外觀圓滑、不易碎且拼裝容易。根據問卷調查得出的數據顯示，接近一半的用戶會選擇卡通形象的外觀造型，因此在外觀造型方面主要考慮的是飽滿圓潤的卡通形象或貼近兒童日常生活的形態，比如小狗、大熊貓等等，運用仿生和擬人化的設計手法提取主要元素，將元素特征放大，兒童可以更直觀地認出外觀造型的來源，引起兒童興趣，讓兒童

對玩具產品產生親切感和信賴感。

5.2.2產品色彩與材質分析

在色彩搭配上，由于學齡前兒童的感受能力較為單一，只能感受一些單純的色彩刺激，所以兒童玩具不宜選擇過多的色彩，同時色塊分界線清晰，總的傾向為單純、明快、鮮艷、柔和［64］。繽紛的色彩可以在短時間內獲取兒童的注意力，但同時也要注意，長期處于高飽和度、大面積的色彩中，視神經發育系統和情緒上將受到一定程度的不良影響［65］。因此，可以將兒童傾向的明亮色彩與干凈的白色搭配使用，營造協調的色彩搭配。

在材質上，應盡量選擇安全親膚、環保無毒、質輕堅固的材料，如塑料；產品的內部零件則可以選擇輕型的金屬材料；經常使用的輪子，可以選擇耐磨的橡膠材質。

5.2.3產品技術分析

不同的功能需求對應不同的技術支持模塊，在語音互動上可使用語音識別技術識別兒童的語言；在實體編程中，可以通過圖像識別功能識別編程塊指令，通過信息傳輸，指揮玩具進行動作；在雙人模式中，玩具與玩具之間需要顏色紅外傳感器識別距離防止碰撞。此外，也需要紅外接收器、紅外發射器實現玩具與編程板之間的信息反饋。

在產品定位中，根據兒童的年齡，將編程玩具定位到實體編程。因此需考慮編程板與玩具主體之間的信息通訊，見圖 5.2。考慮到玩具的充電問題以及想營造“歸屬感”這一想法，所以加入了控制屋作為為玩具主體的充電處和收納處，希望兒童可以加強“家”這一概念。因此，控制屋與編程板、玩具主體之間的信息傳輸方式為藍牙，控制屋與玩具主體之間的信息傳輸方式為紅外發射器。玩具與玩具之間通過顏色紅外傳感器實現信息傳輸。

圖 5.2 設計定位（圖片來源：作者自繪）

5.2.4產品尺寸分析

在尺寸大小方面，應根據兒童的生理特點進行分析。 4-6 歲的兒童體型較小，對輕型玩具來說體積不宜過大；其次，兒童的粗大動作已基本成熟，但精細動作還未發展完全，此時兒童已經過了隨拿隨吃的階段，有一定的安全意識，因此可以考慮使用物體體積大小相間的部件，引導兒童發展精細動作，鍛煉動手實踐的能力。

5.3 產品設計實現

5.3.1手繪草圖

根據設計定位，在控制屋上選擇了以蘑菇和房子這類具有一定容量的造型，在主體玩具上，則選擇了恐龍和長頸鹿為考慮的造型。編程板，選擇了游戲機的造型，對兒童來說簡單、易操作。其次，編程塊和元素塊均采取圓滑的幾何形態。手繪方案見圖 5.3。

圖 5.3 產品設計草圖（圖片來源：作者自繪）

5.3.2計算機建模及渲染效果圖通過對產品手繪草圖的繪制，確定最終設計方案，即控制方案 2 和主體玩具方案2。利用建模軟件對方案進行模型的建立，得計算機建模圖（圖 5.4）和渲染效果圖（圖 5.5）。

圖 5.4 計算機建模圖（圖片來源：作者自繪）

圖 5.5 渲染效果圖（圖片來源：作者自繪）

5.3.3產品配色方案

以自然界中的動物-長頸鹿為造型進行仿生設計，提取長頸鹿本身的顏色-黃色與棕色為主體玩具的色彩搭配。在控制屋與編程板的顏色選擇上，因考慮到兒童的性別對不同色彩的趨向，所以采用了藍色與橙色兩種配色方案，男孩女孩都可選擇，也適合對冷色和暖色有不同選擇意向的兒童。以白色作為調和色，簡約且通透。最終配色效果圖見圖 5.6、圖 5.7。

圖 5.6 配色方案一（圖片來源：作者自繪）

圖 5.7 配色方案二（圖片來源：作者自繪）

編程塊的顏色按照功能不同分為藍色、綠色以及紅色，綠色的編程塊表示方向；藍色的編程塊表示步數以及旋轉角度；紅色的編程塊則代表了循環開始與結束。磁吸元素塊的色彩較為豐富，與 DIY 地圖上的顏色相同，可以在游戲之余引導兒童認識色彩和幾何圖案。

場景地圖有三種，分別是“有趣的動物園”“奇妙的海底世界”和DIY地圖。動物園地圖提取草綠色為主色調，以表現大自然的活力；海底世界則提取藍色為主色調，以表現海底的蔚藍與深邃。編程塊、磁吸元素塊和場景地圖見圖 5.8。

5.3.4產品介紹

玩具整體共分為六個部分，分別是以圖像識別、傳輸指令和充電為主要功能的控制屋，放置編程塊和控制操作命令的編程板，可移動、旋轉、互動的主體玩具-小鹿，編程塊、磁吸元素塊以及場景地圖。控制屋、小鹿、編程板、編程塊和磁吸元素塊的材質皆為食品級塑料，小鹿的輪子為橡膠，場景地圖的材質為樹脂墊。產品介紹見下圖 5.9 。

編程塊

圖 5.9 產品介紹（圖片來源：作者自繪）

控制屋采用了房屋的造型，可將主體玩具-小鹿置于其中，不但可以給小鹿充電，還營造出“小鹿的家”的氛圍，這種氛圍可以帶給兒童“家的歸屬感”，讓兒童意識到“家”是重要的，從而提高兒童對“家”這一名詞的概念。

控制屋有紅外傳感器、攝像頭、電量顯示燈、無線充電以及電源和開關，見圖 5.10。攝像頭用以識別編程塊的指令；紅外發射器用于將編程指令傳輸到小鹿；電量顯示燈表示電量問題，電量低時為黃色、充滿電時為藍色，啟動電源后則為白色；無線充電為玩具主體服務，當玩具主體-小鹿沒有電時，可將小鹿的輪子抬起，置于控制屋中進行充電。

圖 5.10 控制屋細節（圖片來源：作者自繪）編程板有命令執行鍵，當編程塊放置完畢，按下命令執行鍵即可執行命令，見圖 5.11。

圖 5.11 編程板（圖片來源：作者自繪）

主體玩具-小鹿包含開關鍵、擴聲器、紅外接收器、反饋燈、顏色紅外接收器、車輪起降開關及無線充電板。開關鍵用以開啟小鹿；紅外接收器則用來接收由控制屋發

送的編程指令；當兒童的目標成功時，反饋燈會交替閃爍，形成燈光互動；顏色紅外接收器用于兩個小鹿之間的互動，如距離感應；當小鹿需要充電時，微抬小鹿的尾巴，即可將輪子收起，置于控制屋進行充電。見圖 5.12、5.13。

圖 5.12 小鹿說明圖（圖片來源：作者自繪）圖 5.13 小鹿側面圖（圖片來源：作者自繪）

兒童在使用編程塊時，表示步數與旋轉角度的藍色編程塊只可在表示方向的綠色編程塊和表示循環開始與結束的紅色編程塊的下面，同樣大小的編程塊可以并列方式，不同大小的編程塊則是上下放置。磁吸元素塊的尺寸是根據 DIY 地圖中元素的比例設計的，元素塊之間采用磁吸的方式排列組合，可以排列出多種圖案。編程塊與磁吸元素塊見圖 5.14。

圖 5.14 編程塊與磁吸元素塊（圖片來源：作者自繪）

詳細尺寸見圖 5.15、5.16、5.17。

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圖 5.15 正視圖尺寸標注（圖片來源：作者自繪）

5.3.5產品操作方式

本產品以控制屋、編程板和小鹿三個元素為基礎產品，控制屋上的攝像頭通過圖

像識別來識別編程板上的編程塊，通過信息傳輸，將指令動作傳遞給小鹿，小鹿接受

到信號后，執行相應的指令動作。游戲場景分為場景設定、DIY模式和雙人互動，場景設定以兒童常見的場景為切入點，通過完成最終目標，進行編程知識和事物認知的學習；DIY模式則是兒童根據自己排列的圖案，選擇合適的路徑經過排列圖案中的每一元素，通過做任務，引導兒童進行編程。小鹿伴有語音交互，可以與兒童進行溝通，并且每達到一個目標時會進行語音鼓勵，鍛煉兒童的溝通能力、提高兒童的自信心。反饋機制觸發動作及設計見下表 5.1。

表 5.1 反饋機制觸發動作及設計（表格來源：作者自繪）

觸發動作語音反饋燈光反饋

用戶語音“小鹿小鹿” “我在” /

完成編程動作，按下確認后 / 三種燈光交替閃爍一次

動作成功 “你真棒”

“你真厲害” 三種燈光交替閃爍三次

動作連續成功 “你又成功了”

“繼續加油哦” 三種燈光交替閃爍三次

動作失敗 “別難過”

“不要灰心啊” “下次一定可以成功的” /

（1）場景設定以場景地圖為主要形式，有“有趣的動物園”“奇妙的海底世界” 兩種場景地圖，見圖 5.18。

圖 5.18 “有趣的動物園”和“奇妙的海底世界”場景地圖展示（圖片來源：作者自繪）

游戲方式：以尋找某個動物為目標，制訂相應的路線。兒童設定小鹿行走的路線，在編程板上放置與路線對應的編程塊，按下開始按鈕，小鹿即可按照編程的路線行動。場景使用圖見圖 5.19。

圖 5.19 使用場景圖（作者自繪）

（2）DIY 模式：首先兒童將磁吸元素塊（圖5.20）組合成自己期望的樣式，成為目

標圖案；根據目標圖案的元素，在DIY地圖（圖5.21）中尋找相應的圖形。接著在編程

板上組合編程塊，小鹿按照編程指令的路線走動，接觸到每個元素所在的圖形即為成功。

圖 5.20 磁吸元素塊（圖片來源：作者自繪）

圖 5.21 DIY 地圖（圖片來源：作者自繪）

游戲方式：以圖5.22為例，三個元素結合形成最終圖案。在DIY地圖中，兒童有多種路線可以選擇，見圖 5.23。使用場景圖見圖 5.24。

' + • +余二憑

圖 5.22 目標圖案（圖片來源：作者自繪）

圖 5.24 使用場景圖（圖片來源：作者自繪）

（3）雙人模式：雙人模式是指兩個人和兩個玩具主體-小鹿同時在一個場景地圖中。兩個兒童或成人、兒童分別控制一個小鹿，以競爭的形式實現互動。

游戲方式：比如，以找到鯊魚為目標，兩個人同時操作或交替操作，先到達終點的人為贏家。小鹿在行進的過程中，如果下一步將要碰撞到另外的小鹿，那么這個小鹿會停止前進并且發出語音提示“很高興見到你”，之后兒童可以重新設計路線，繼續前進。使用場景圖見圖 5.25。

圖 5.25 使用場景圖（圖片來源：作者自繪）

總結：以編程為兒童游戲的主要形式，采用設定場景地圖的方式，引導兒童進行思維邏輯的鍛煉。“有趣的動物園”和“奇妙的海底世界”為基礎的場景設定，兒童通過尋找目標動物，制訂合適的行進路線。在此過程中，可以鍛煉兒童對空間的概念、對動物的認知和邏輯性思維。DIY模式則更側重于對兒童創造性和想象力的鍛煉，在圖形地圖中，兒童可以認識各種幾何圖形，如圓形、方形、波浪線、菱形等；還可以鍛煉兒童對數學中數量的認知，比如圖形中相同的元素的數量；更重要的是兒童可以按照自己的想法將磁吸元素塊拼接成不同的圖案，以此鍛煉兒童的創造力和想象力。

5.4設計驗證

為了驗證基于 STEAM 教育理念的編程類益智玩具的造型、功能和操作方式等是否滿足目標用戶需求，在模型制作完成后，邀請15名4-6 歲兒童的家長對產品進行模擬體驗，并填寫STEAM玩具的評估框架。評估框架整理結果如下見表5.2。

表 5.2 STEAM 玩具評估數據結果（表格來源：作者自繪）

“好玩具”的特點差好非常好

有趣且有吸引力 13.3% 20.0% 66.7%

容易使用 6.7% 13.3% 80.0%

支持技能的發展 13.3% 20.0% 66.7%

包容性 6.7% 33.3% 60.0%

主要的STEAM屬性差好非常好

現實世界的相關性 6.7% 26.6% 66.7%

積極參與性 6.7% 20.0% 73.3%

藝術性 26.7% 26.7% 46.6%

思維邏輯性 6.7% 20.0% 73.3%

探索自由性 20.0% 33.3% 46.7%

支持逐步學習 20.0% 46.7% 33.3%

特定的STEM類別沒有較少的中等的較多的

在科學上的應用程度 6.7% 46.6% 26.7% 20.0%

在技術上的應用程度 0% 6.7% 13.3% 80.0%

在工程上的應用程度 0% 13.3% 20.0% 66.7%

在數學上的應用程度 6.7% 13.3% 20.0% 60.0%

通過對問卷數據總結，在第一部分“好玩具”的特點中，四個要素均超過了 60%，其中用戶對于“容易使用”這個要素的評價最高。因此，用戶更注重玩具的易用性體驗。

在第二部分，主要的 STEAM 屬性中，有超過半數的用戶對這款產品的“現實世界的相關性”、“積極參與性”和“思維邏輯性”這三個屬性持認可態度，對于玩具“積極參與性”和“思維邏輯性”屬性評價最高，均超過 70%。用戶認為這款產品對兒童具有較強吸引力，可以讓兒童積極參與到其中，并對兒童思維邏輯的鍛煉具有一定效果。

第三部分是特定的 STEM 類別，由數據可得知，用戶認為這款產品在技術、工程、數學方面具有較多涉及，并且也具有較多相關的技術、工程和數學知識。

同時，產品也具有一些不足，比如認為玩具的“藝術性”和“支持逐步學習” 這兩個屬性，以及玩具在科學方面的涉及較少，有待于進一步優化。

5.5本章小結

本章首先基于第四章的設計策略對產品進行定位，明確了目標人群、產品風格、產品功能以及技術實現路徑，接著進行建模、渲染并做出了具體的設計方案。最后根據 STEAM 玩具評估框架對該產品進行設計驗證，驗證了 STEAM 教育理念對編程類益智玩具的指導性作用。

第 6 章總結與展望

6.1總結

論文在基于 STEAM 教育理念和兒童益智玩具的基礎理論下，探索分析了如何有效實現基于STEAM教育理念指導玩具設計任務。

首先，對國內外的理論發展現狀進行了較為深入的剖析，為研究課題做出了堅實的現實基礎。接著對STEAM教育理念的定義、發展、特征進行了深入分析；對兒童益智產品的概念、分類及特點做了研究分析，指出在人工智能時代，編程玩具的出現成為新概念益智玩具的熱點，進一步分析了編程教育的發展、玩具現狀并對基于STEAM教育理念的編程類益智玩具做了深入研究。

其次，4-6 歲的兒童是思維邏輯、認知行為等成長的關鍵時期，基于此，對相關用戶群體進行調研，以問卷調查、入戶觀察和深度訪談三種方法對目標用戶和目標用戶的代消費群體-家長進行用戶需求分析，總結用戶需求。

最后，從創新設計的角度，以用戶需求的設計性轉化和 STEAM 玩具的屬性為指導，總結出教育性、互動性、趣味性、社會性、開放性和安全性的設計原則；根據設計原則做出具體的設計思路：教育性主導、多模態互動和產品要素協調統一，最終將理論研究應用于實踐之中，完成了基于STEAM教育理念的益智玩具新設計。

6.2對未來的展望

以知網、萬方數據等論文網站的數據來看，基于STEAM教育理念的兒童益智產品設計研究還是處于探索的階段，因此本論文的研究也具有一定難度。筆者在進行市場和用戶調研的基礎上，結合有限的資料，對STEAM編程玩具的設計進行了探索性研究。但由于 STEAM 教育理念與編程玩具皆是近年新興的名詞，用戶對此了解較少，因此用戶認知具有一定的局限性。而STEAM教育理念作為教育概念，應用于產品的案例十分有限，所以某些觀點還不夠全面，需做進一步論證與完善。

隨著國家對創新人才的需求不斷提升以及對傳統教育的深化改革，STEAM教育理念勢必會以大趨勢流行起來，基于STEAM教育理念的教育產品也將迎來新的高潮。作為以兒童為目標用戶的設計，需以兒童為核心，了解用戶需求，結合相關設計原則與設計要素，才能真正做到“以人為本”的設計。雖然本論文仍有不足之處，需要進一步的研究，但希望可以為后面進行相關研究與設計的學者提供一定的理論借鑒。最后，在此祝愿我國的教育事業和玩具設計產業有更加蓬勃的發展！

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