淺析認知發展理論下的兒童編程APP交互設計

呂燦

摘要：我國兒童編程發展迅速，但教育資源良莠不齊，部分體驗感差。基于對認知發展理論和兒童編程APP的闡述，通過案例分析，探討認知發展理論下的兒童編程APP交互設計原則，以解決現有兒童編程教育應用界面中存在的問題，提高兒童學習效率、優化體驗過程。

關鍵詞：認知發展理論;兒童編程;APP交互設計

中圖分類號：J524

文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2020）02-0082-02

1認知發展理論概述

認知發展理論是著名發展心理學家讓·皮亞杰所提出的，被公認為20世紀發展心理學上最權威的理論。理論揭示了兒童發展方面的許多規律，使得兒童心理研究從一個小小的領域最終形成了發展心理學這門新學科，并對心理學及其相關領域的研究產生了巨大的影響[1]。皮亞杰從認識的發生與發展兩個角度詳細論述了兒童認知發展的四個階段及兒童在各階段的基本特點，提出.了兒童認知發展理論。四個階段分別是：感知運動階段、前運算階段、具體運算階段、形式運算階段。

感知運動階段主要是指自0～2歲兒童的認知發展階段。在這一階段，兒童依靠視覺、聽覺、觸覺等感覺與手的動作吸收外界知識;到感知運動階段末期，感覺與動作漸漸分化具有調適作用的表現，思維也開始萌芽。前運算階段指2歲～7歲兒童的認知發展階段。在這一階段，兒童使用語言表達概念。且隨著語言的出現，兒童漸漸使用表象符號代表外界實物，但還不能用符號來代表抽象的概念。具體運算階段是指7歲～11歲兒童的認知發展階段。在這一階段，兒童具有守恒概念，且兒童具有去集中化的特點，即具體運算階段的兒童在面對問題情境時，不再僅憑知覺所見的片面事實去做判斷，其思維具有多維性、可逆性。形式運算階段是指11歲以上兒童的認知發展階段。在這一階段，個體的思維能力已發展到成熟階段，能夠根據邏輯推理、歸納或演繹的方式來解決問題。

因認知發展理論源于對兒童心理學的研究，所以研究涉及領域主要是兒童各學科教育的啟示或者教學方式探究。例如，.皮亞杰認知發展理論在眾多學科教學理念中的應用，結合教學實踐，探討兒童在教育活動中認知發展的重要性，得出最適合的教學方法。

基于對兒童心理的充分理解，認知度發展理論的應用逐漸擴展到兒童產品設計當中。例如，基于認知發展理論，結合玩具書籍的“學”與“玩”，提出合理的玩具書籍設計策略和方案[2];將兒童認知心理學引入玩具設計中，歸納總結出兒童早教類APP的設計理論以及實踐方法[3]等等。雖然認知發展理論形成時間很長，但其運用在兒童產品上的研究還有很大的發展空間。

2兒童編程APP概述

2003年，麻省理工學院媒體實驗室的終身幼兒園小組設計研發了兒童編程工具Scratch。主要適用對象是8歲～16歲兒童，其特征是擺脫文本編程方式，利用鼠標拖拽不同功能的程序編寫互動故事、游戲和動畫，并與在線社區的其他人共享創作。之后，出現了Agent?Sheet、Lego?Mindstorms、E?Toys、Codecademy等多個有名的啟蒙編程工具，模擬場景，提供創造游戲或動畫的方式，通過對行為指令的控制，創造簡易動畫。但這些大都是在計算機上使用的兒童編程學習開源工具，隨著學習需求的增加，兒童編程學習的途徑早已不只是計算機，智能手機和平板上的兒童編程學習APP成為了兒童學習編程的重要途經之一。

兒童編程APP中主要包含幼兒編程啟蒙、趣味圖形化編程、Python、C++進階編程的課程學習和編程學習答疑解惑。幼兒編程啟蒙是編程學習培養興趣的階段，適合4歲～7歲兒童，幼兒編程啟蒙的目的是讓他們通過講故事般的游戲，真實接觸到程序指令，用盡可能少的、簡單的功能模塊對屏幕上的角色進行控制，讓兒童初步了解計算機程序的模式，訓練和養成邏輯思維、想象力與規劃能力，通過拆解步驟的角度去理解問題;趣味圖形化編程的主要目的是通過積木式語言學習編程中的指令、函數體等概念，適合7歲～12歲兒童，這一階段是啟蒙階段的進階，開始讓兒童嘗試創作出完整的編程作品，或者學一點稍有難度的編程軟件，兒童可以使用簡單的可視化編程語言，將代碼塊組合起來進行項目、游戲和動畫故事的創建;Python、C++進階編程的課程學習以及平臺交流是為了更好地實際操作計算機完成用戶圖形界面編程、并行處理、網絡應用程序、internet腳本編程、數據庫管理等。

3認知發展理論與兒童編程APP交互設計的關系

兒童編程APP的交互設計以兒童編程學習內容為依托，兒童編程學習內容的呈現和操作方式的設計又以兒童認知發展理念為基礎。兒童編程APP是兒童學習類APP眾多種類之一，其界面交互方式直接影響著兒童的學習效率。

交互設計是通過用戶行為進行分析，創建新的用戶體驗，其目的在于強化和設計新的用戶感受及其交互方式，設計出好用易用的產品，給用戶帶來積極的用戶體驗。而認知發展理論是第一個試圖解釋而不僅僅是描述發展過程的發展理論，同時為不同年齡階段的兒童如何思維的問題提供了一個相當精確的概述回。從兒童編程學習內容上可以看出，三個階段的學習是循序漸進的，這和皮亞杰的認知發展理論的前運算階段、具體運算階段和形式運算階段是相契合的，以不同階段的兒童認知分析為依據，給兒童設計出能適應兒童不同認知發展階段的學習內容呈現方式或交互方式，滿足基本學習需求、提高學習興趣的APP，展現編程學習的魅力。

4認知發展理論下的兒童編程APP交互設計案例分析

以小象編程APP為例，它是為六歲及以上兒童量身打造的零基礎編程學習課程，本質上屬于幼兒編程啟蒙和趣味圖形化編程教育，APP內容包括以下四個模塊。

“編程課堂”中的課程分為八個章節，包括Scratch零基礎、金牌奧斯卡、游戲設計師、知識大爆炸等，內容由易到難，充滿趣味性，且每一章節都會有連續的幾個小節，通過獎勵金幣制度鼓勵兒童積極參與。在“我的作品”中有課內作業和創意作品兩部分，課內作業基于不同難度課程的指導，完成自己的作品。“大冒險”是闖關益智游戲，每一個新的環節都會有顏色區分進行操作指導，卡通動畫講解故事和趣味圖形編程控制行動相結合，由淺入深，通過簡單的單一模塊逐步過渡到后面復雜的模塊綜合運用，完成闖關任務，獲得金幣。在“作品社區”中可以看到其他小朋友設計的動畫或小游戲作品，進行互動，激勵參與。小象編程的優勢在于抓住了兒童的童真，用音樂配合卡通形象展示畫面，其次把握住了兒童學習的模式，吸引興趣和好奇心，簡單易懂，但缺少足夠的互動和家長的監管。

5認知發展理論下的兒童編程APP交互設計原則

5.1簡單性原則

對于剛接觸編程的兒童來說，正處于認知的前運算階段，思維缺乏邏輯性，但又能使用符號代替新接觸的事物，簡單的交互方式和界面顯示能夠引導他們更快地理解操作過程;當隨著年齡的增長發展到具體運算階段時，由于認知在此階段的兒童仍缺乏抽象思維，所以在內容呈現上要簡單具象化，因此，能夠使兒童有信心、有耐心地持續學習。

5.2趣味性原則

作為兒童學習類APP，交互設計的趣味性原則十分關鍵。趣味性主要體現在幼兒編程啟蒙和趣味化圖形編程學習階段中，該學習階段的兒童在認知上想象力豐富，把卡通形象引入其中，設計出有趣的游戲和互動方式呈現在兒童面前，可以讓他們以“玩”的方式學習，增添學習的興趣，吸引兒童使用，并樂意長期使用，從而達到學習編程的目的。

5.3陪伴性原則

兒童的學習離不開父母的陪伴，在兒童學習編程的過程中，體現陪伴性原則的交互設計可以幫助父母實時了解孩子的理解程度和學習進度，同時幫助孩子在一個舒適的氛圍中更大程度地理解學習內容，增加和父母互動的機會。，

5.4理解性原則

兒童編程學習APP在交互方式上要盡可能地理解兒童的行為。在操作過程中，對于處在前運算階段和具體運算階段的4歲～12歲兒童，他們好奇心重，愛嘗試，常常會有錯誤的操作，因此，每一步操作的指令都不能是固定且唯一的，允許多種操作方式，同時體現交互設計的容錯性。

5.5個性化原則

在兒童編程APP的交互設計中，不僅要注意不同認知階段兒童的普遍水平和認知能力，還要考慮受先天因素和后天環境所影響的不同，個體之間的認知差異，以及發展速度的差異。隨著學習內容的擴展和難度的加大，設計個性化的兒童編程學習APP可以讓兒童根據自己的學習程度選擇適合自己的學習模塊。

5.6安全性原則

兒童缺乏自我保護能力，在兒童編程APP中，父母要保護好兒童的數據隱私，更不能允許把數據發送給第三方，推送消息或提示消息可以選擇發送到父母端口。此外，在交互設計中要注意兒童的用眼安全，讓兒童在合理的時間范圍內使用，避免過度注視造成視力下降和眼部疲勞。

6結論

兒童編程教育不僅是為了讓兒童學習一門程序設計語言，同時也培養了他們一種思維，從而形成對事物新的看法。對于兒童編程APP交互界面的設計研究，響應了國家對于發展兒童編程教育的號召，給兒童提供能適應兒童不同認知發展階段的學習內容和操作方式、滿足基本學習需求，展現編程學習的魅力，吸引兒童的興趣，促進更多兒童通過最優的方式學習掌握編程，從而促進國家兒童編程教育更好地發展。

參考文獻

[1]E.Papalia，Wendkos?Olds，Duskin?Feldman.李西營，譯.發展心理學：從生命早期到青春期[M].人民郵電出版社，2013.

[2]黃丹丹.基于嬰幼兒認知發展理論的玩具書籍設計研究[D].福州大學，2014（03）.

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[4]Suzuki，H.，Kato，H..Algo?Block：A?tangible?programing?language，a?tool?for?collaborative?learning[C].Inproceedings?of?the?4th?European?Logo?conference：1-10.

[5]周宗奎.現代兒童發展心理學[M].安徽：安徽人民出版社，1999，6：146.