基于STEAM教育的兒童玩具創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究

唐玉紅 周冰潔 向路遙

摘要：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的教育方式已然不能滿足新型時(shí)代的發(fā)展，為適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的人才需求，培養(yǎng)未來型人才，一些先進(jìn)國家創(chuàng)立了一系列新型人才培養(yǎng)方案。創(chuàng)客教育，以及由美國開始的STEAM教育成為了現(xiàn)代教育發(fā)展的主要趨勢(shì)。STEAM有別于傳統(tǒng)的單學(xué)科、重書本知識(shí)的教育方式，它是一種重實(shí)踐的超學(xué)科教育概念。本文從兒童STEAM教育的現(xiàn)狀入手，剖析STEAM教育的本質(zhì)及其對(duì)玩具設(shè)計(jì)的意義。從STEAM教育中的"科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)"五個(gè)方面具體分析兒童玩具與其之間的關(guān)系，推進(jìn)兒童玩具與兒童STEAM教育玩學(xué)結(jié)合。基于對(duì)STEAM教育的探索，結(jié)合現(xiàn)有的高新科技，提出兒童智能玩具設(shè)計(jì)主要?jiǎng)?chuàng)新形式，定義智能玩具設(shè)計(jì)的原則、思路和方法。

關(guān)鍵詞：STEAM教育;智能玩具;STEAM玩具;玩具設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TB472

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）04-0146-02

Abstract：With the rapid development of modern science and technology， traditional education methods can no longer meet the development of the new era.In order to meet the needs of talents in modern society and cultivate future talents， some advanced countries have created a series of new talent training programs.Maker education， as well as STEAM education started in the United States， has become a major trend in the development of modern education.STEAM is different from traditional single-disciplinary and book-based education.It is a re-educational concept of transdisciplinary education.This paper starts with the current situation of children's STEAM education， and analyzes the nature of STEAM education and its signi?cance to toy design.From the ?ve aspects of science， technology， engineering， art and mathematics in STEAM education， the paper analyzes the relationship between children's toys and children's toys and children's STEAM education and learning.Based on the exploration of STEAM education， combined with the existing high-tech， the main innovative forms of children's intelligent toy design are proposed， and the principles， ideas and methods of intelligent toy design are de?ned.

Key Words：STEAM education;Intelligent toys;STEAM toys;Toy design

1研究背景及現(xiàn)狀

1.1STEAM教育的研究現(xiàn)狀

本研究以“STEAM教育”為主題詞在中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行檢索，收集到自2013年開始六年來共367篇學(xué)術(shù)論文，從2013年發(fā)表的5篇論文到2018年發(fā)表187篇論文，總的趨勢(shì)表明，STEAM教育受到越來越多的學(xué)者關(guān)注，并且投身到STEAM教育研究中去。

1.2STEAM教育的本質(zhì)

STEAM教育最先興起于美國，是作為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要途徑被提出的。STEAM教育不是簡單的疊加科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)知識(shí)，而是基于實(shí)際問題，將各學(xué)科知識(shí)有機(jī)整合來解決問題，培養(yǎng)孩子合作共情的能力。

1.3STEAM教育的學(xué)習(xí)特征

目前STEAM的教育主要是基于機(jī)器人技術(shù)、3D打印和編程等技術(shù)，以整合式教學(xué)為主要方式，通過跨學(xué)科領(lǐng)域教學(xué)，幫助學(xué)生能夠通過多維度地掌握知識(shí)。

歐美STEAM教育實(shí)現(xiàn)過程有幾個(gè)重要的學(xué)習(xí)特征值得我們借鑒學(xué)習(xí)：跨學(xué)科，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，注重動(dòng)手能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)探究式學(xué)習(xí)，讓孩子動(dòng)手完成自己感興趣的和生活相關(guān)的項(xiàng)目，敢于讓孩子犯錯(cuò)，讓孩子能夠嘗試不同的想法，強(qiáng)調(diào)同伴合作。

1.4現(xiàn)有STEAM玩具的技術(shù)載體

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，智能編程、3D打印、AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、VR虛擬現(xiàn)實(shí)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、智能話化場(chǎng)景、大數(shù)據(jù)、人機(jī)交互等技術(shù)手段已成為STEAM玩具的重要載體。

2研究STEAM教育對(duì)智能玩具設(shè)計(jì)的意義

人工智能時(shí)代的到來意味著傳統(tǒng)玩具的更新升級(jí)，未來社會(huì)需要的是各方面素養(yǎng)完備的人才。

STEAM教育是培養(yǎng)未來新型人才的重要途徑。好的STEAM玩具能夠讓孩子的邏輯推理能力、空間想象力和創(chuàng)造力得到培養(yǎng)，并且永遠(yuǎn)保持好奇心與解決問題的能力。他們能夠?qū)⑸願(yuàn)W的科學(xué)技術(shù)知識(shí)轉(zhuǎn)化為簡單有趣游戲，喚起孩子們的好奇心，鼓勵(lì)他們?nèi)ヌ剿鳎谔剿髦袑⒏鲗W(xué)科知識(shí)有機(jī)整合，學(xué)會(huì)創(chuàng)造性地解決問題。

基于STEAM教育理念，對(duì)已有的學(xué)習(xí)型智能玩具進(jìn)行研究，通過總結(jié)和提取現(xiàn)有STEAM玩具的主要形式，發(fā)現(xiàn)智能玩具設(shè)計(jì)空缺和盲區(qū)，有效提出智能玩具設(shè)計(jì)的主要原則和設(shè)計(jì)方法。

3基于STEAM教育的兒童智能玩具創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念和形式

3.1兒童智能玩具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念

3.1.1強(qiáng)化兒童多元化的興趣培養(yǎng)

STEAM教育是融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)及數(shù)學(xué)等相關(guān)學(xué)科的教育。由于STEAM每個(gè)字母代表著不同的能力培養(yǎng)要求，在設(shè)計(jì)玩具時(shí)則需要我們能夠全面考慮STEAM教育對(duì)孩子各方面能力的培養(yǎng)。

科學(xué)（Science）強(qiáng)調(diào)的是獲取知識(shí)，那么在玩具設(shè)計(jì)中，應(yīng)該注意玩具要能教授給孩子科學(xué)知識(shí)，讓孩子能夠在玩中學(xué);技術(shù)（Technology）強(qiáng)調(diào)的是應(yīng)用工具和方法，在這方面，樂高系列編程玩具以規(guī)則化模塊，讓孩子通過搭建玩具模塊，在玩的過程中掌握工具的應(yīng)用;工程（Engineering）強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新實(shí)踐與生產(chǎn)過程，3D打印與4D打印技術(shù)的應(yīng)用可以有效地培養(yǎng)孩子的創(chuàng)新能力，讓孩子了解一般物體的生產(chǎn)制造過程，市場(chǎng)上也不乏3D打印筆之類的玩教具;藝術(shù)（Art）強(qiáng)調(diào)的則是學(xué)生在了解深?yuàn)W的科學(xué)知識(shí)之前，能夠通過接觸了解科學(xué)發(fā)展歷史，從而達(dá)到提升學(xué)習(xí)興趣的目的，在評(píng)價(jià)學(xué)生作品時(shí)，加入審美因素，以此培養(yǎng)學(xué)生藝術(shù)素養(yǎng)和審美能力;數(shù)學(xué)（Mathematics）強(qiáng)調(diào)的是思維方式，一個(gè)好的STEAM玩具應(yīng)當(dāng)可以教會(huì)孩子以多種不同的思維方式去解決問題。

3.1.2重視兒童在玩中學(xué)的拓展能力

智能玩具并非單純的將各種科技元素加入其中，一個(gè)優(yōu)秀的智能玩具，不是把玩具給孩子，而是讓孩子自己去創(chuàng)造智能，孩子在玩玩具的同時(shí)，能夠通過動(dòng)手動(dòng)腦，富有創(chuàng)造性的去完成和解決實(shí)際問題。

基于STEAM教育理念，設(shè)計(jì)出的STEAM玩具是應(yīng)該可以讓孩子的邏輯推理能力、空間想象力、創(chuàng)造力得到培養(yǎng)，并且讓孩子永遠(yuǎn)保持好奇心與解決問題的能力。

在未來，兒童智能玩具不是簡單地加入人工智能，虛擬現(xiàn)實(shí)和3D打印等科技元素，更重要的是能夠通過玩玩具將深?yuàn)W的科學(xué)、技術(shù)知識(shí)轉(zhuǎn)化成趣味十足的游戲，通過簡單有趣的游戲激發(fā)好奇的天性，并積極開拓培養(yǎng)兒童各方面的能力;培育動(dòng)手實(shí)踐的創(chuàng)新意識(shí);指導(dǎo)孩子積極與同伴合作，并強(qiáng)調(diào)解決問題的能力;重視藝術(shù)文化素養(yǎng)的培育，提升孩子審美鑒賞能力。

3.2兒童智能玩具的創(chuàng)新設(shè)計(jì)形式

3.2.1人工智能激發(fā)兒童創(chuàng)造創(chuàng)新

人工智能技術(shù)的引入是實(shí)現(xiàn)STEAM玩具創(chuàng)新的重要形式，例如：童心制物（Makeblock）推出的激光寶盒（LaserBox），他是一款能通過畫筆來定義切割和雕刻的激光切割機(jī)，將AI計(jì)算機(jī)視覺算法引入到激光寶盒中，可以通過AI智能識(shí)別材料，降低了激光操作的難度。AI數(shù)據(jù)處理幫助孩子能夠更加激發(fā)孩子們創(chuàng)造性思維能力和空間想象能力。

3.2.2智能編程激發(fā)兒童的智能

智能編程類主要分為兩大類型：一是充分利用物聯(lián)概念，結(jié)合電動(dòng)和機(jī)械，將玩具分模塊化，玩具模塊之間通過簡單的物理連接，讓兒童接觸編程初期有效地避免復(fù)雜編程語言，通過極簡化編程操作，孩子在簡單組合模塊過程中，學(xué)習(xí)了解編程，初步具備編程思維，構(gòu)造出屬于自己的程序語言。這類玩具適合年齡較小的兒童，它的代表有來自PrimoToys團(tuán)隊(duì)的Cubetto編程玩具和費(fèi)雪編程毛毛蟲;二是搭載編程軟件類的玩具，首先給玩具一個(gè)符合兒童認(rèn)知特點(diǎn)的造型，玩具搭載編程類軟件，孩子通過使用軟件為玩具編程定義動(dòng)作，此類玩具適合高階玩家。這類玩具以美國wonderworkshop推出的達(dá)奇&達(dá)達(dá)機(jī)器人（Dash&Dot）為代表，使用過程中，需要借助系列編程類軟件，實(shí)現(xiàn)玩具的編程。不論是模塊化編程或是搭載軟件編程的玩具，他們都有一個(gè)共同特點(diǎn)，孩子們不需要運(yùn)用復(fù)雜的編程語言，只要通過簡單有趣的游戲操作就能完成編程，幫助孩子學(xué)習(xí)掌握編程邏輯。

43D打印技術(shù)激發(fā)兒童的想象力

兒童是一批富有創(chuàng)造性的群體，他們的思維獨(dú)特，常常會(huì)產(chǎn)生令人驚嘆的奇妙創(chuàng)造，這些想法如果沒有用文字或是畫作記錄下來就會(huì)轉(zhuǎn)瞬即逝。簡單的繪畫或是文字并不能完整的展現(xiàn)孩子的想法，復(fù)雜的建模和手繪孩子們又尚未掌握。3D打印技術(shù)的引入，讓孩子們能夠把頭腦里復(fù)雜的圖像線條通過3D打印筆建立出實(shí)物模型，好的創(chuàng)意和想法被記錄下來，孩子的想象力有了實(shí)現(xiàn)的載體，其創(chuàng)造力也得到有效的培養(yǎng)。

為實(shí)時(shí)記錄孩子的想法，SwapBots通過簡單的3D打印模塊與VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合。讓孩子可以通過交換改變不同的模塊創(chuàng)建新的角色和形象，完成富有創(chuàng)造性的活動(dòng)。

5新技術(shù)應(yīng)用為兒童提供沉浸式體驗(yàn)

STEAM教育中藝術(shù)強(qiáng)調(diào)孩子對(duì)美的感知和共情能力的培養(yǎng)，將AR現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)技術(shù)和VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入玩教具，為孩子提供科學(xué)、數(shù)學(xué)、機(jī)械與藝術(shù)相關(guān)的虛擬情境，大大提升了學(xué)生的游戲體驗(yàn)和學(xué)習(xí)效果。哈雷熊科技推出的一款智能玩教具，充分利用圖像識(shí)別算法，融合AR、3D等技術(shù)，通過涂色、單詞拼讀、邏輯思維訓(xùn)練等方式構(gòu)建兒童多元智能的發(fā)展。

6結(jié)語

STEAM教育是未來教育大勢(shì)所趨，基于STEAM教育理念，運(yùn)用和加入新型科學(xué)技術(shù)，能夠有效地為兒童設(shè)計(jì)出適宜的玩教具。同時(shí)，智能玩教具在教育過程中的應(yīng)用，能夠有力推進(jìn)STEAM教育的發(fā)展。為適應(yīng)STEAM教學(xué)，在兒童玩具設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)遵循智能玩具設(shè)計(jì)的原則，合理運(yùn)用高新科學(xué)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)智能玩具設(shè)計(jì)的創(chuàng)新。

本文系2018年度湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，基于兒童STEAM教育的智能玩具設(shè)計(jì)研究項(xiàng)目階段性成果（項(xiàng)目編號(hào)：201813806011）。

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