面向中小學機器人教育的學校家具設計調研分析

李欣怡 陳于書

摘要：人工智能時代背景下，基礎教育階段的教學環境成為人工智能及機器人課程實施的關鍵因素，面向機器人教育的家具等基礎設施市場正在形成，但相關研究還未形成完整的體系，涉及的學校家具產品有待進一步規范和改進。文章在分析中小學機器人教育特點、相關家具設計需求的基礎上，對6個具有一定影響力的學校家具品牌共80款面向機器人教育的學校家具進行統計調研，總結目前市面上相關學校家具的設計特點，并提出設計建議，旨在為面向中小學機器人教育的學校家具的創新設計提供靈感。

關鍵詞：學校家具;中小學機器人教育;家具設計

中圖分類號：TS664 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2021）22-0-03

近年來，隨著國家基礎教育新課程改革的深入實施，創客、STEAM教育在國內快速普及與發展，中小學越來越重視創新教育對學生綜合能力提升的作用，不斷強調機器智能在教育領域的應用[1]。中小學生在校內外參與機器人教育、參加少兒編程類培訓方興未艾，促使機器人教育培訓市場逐漸擴張并帶動相關基礎設施產業的發展。目前，我國中小學機器人教育相關研究主要集中在教育學領域，對于教學空間基礎設施的構建，特別是家具設計的研究較少，針對機器人教育的學校家具尚未形成完整的設計系統。文章以機器人教室為使用環境，通過調研相關家具的設計現狀，分析產品特征，提出設計建議，以期為相關學校家具設計提供創新靈感。

1 中小學機器人教育概況

機器人教育常指利用教育機器人優化教學效果或學習機器人的基本知識及技能的教育。目前在中小學開展的機器人教育主要是以機器人為教學對象，以與機器人結構設計、硬件組裝、程序調試有關的知識和技能為教學內容，以培養學生動手、創新、協作和邏輯思維能力為目的，以人工智能技術為核心的教與學的活動。相關課程以任務項目驅動，培養學生對人工智能的興趣、制作智能機器人的創新實踐能力，幫助學生掌握機器人的基本知識與操作技能[2]。

2 中小學機器人教育特點及家具使用需求

2.1 中小學機器人的教育特點

第一，課程形式與教學模式。機器人教育的開展形式包括專業課程、實訓課程與培訓課程。專業課程主要有電子趣味制作、可視化少兒編程等，旨在讓學生系統地學習和掌握機器人教育的專業理論知識和操作技能;實訓課程主要通過開展與機器人教育相關的教學技能和教學資源設計實訓項目，提升學生的實務能力;培訓課程包括考證輔導等，常依托相關比賽進行教學實踐[3]。中小學機器人教育的教學模式以項目式學習為核心[4]，以教師為主導，以學生為主體，依托社團課、綜合實踐課等，配合實驗模擬、趣味交互、科學探究和發明創造教學四類教學模式[5]，注重互動性，強調在實踐中學習。

第二，教學空間現狀及特點。現階段，我國中小學機器人教學空間以專用的機器人教室和綜合創客教室為主。根據目前中小學機器人課程的相關教學與活動情況，可將相關教學空間按功能劃分為六個部分。一是教學區，為師生互動教學區域，部分空間在該區域配有電腦操作臺，便于開展編程實操，常配備課桌、電腦桌、課椅、講臺等。二是競賽區，配有巡線、關卡等比賽實訓圖紙，提供比賽場地，支持各類賽臺安裝，常用于機器人測試、比賽，常配備競技臺、工具柜、課桌、課椅、學生凳等。三是操作區，主要用于開展相關套件拼裝、機器人編程等操作，該區域常與教學區合并，常配備搭建臺、電腦桌、競技臺、工具柜、工具架、課椅、學生凳等。四是展示區，用于綜合展示各類機器人產品，包括學生作品、獲獎成果、主流機器人教具及介紹資料，旨在激發學生學習積極性，常配備展示柜、收納柜等。五是工具區，負責機器人教具和相關制作工具的儲存與管理，常配備零件柜、工具墻、工具柜等。六是研討區，為師生提供自由討論、頭腦風暴等活動空間，多配有沙發、茶幾等。

2.2 面向機器人教育的學校家具的使用需求

由于起步時間較晚，我國現階段的中小學機器人教學缺乏對應的課程標準，這直接導致相關課程體系的統一設計無從談起。相比其他課程而言，機器人課程對設備具有較強的依賴性。隨著教育機器人市場的迅速發展，各式各樣的機器人教育產品層出不窮，不同學校的相關資源配置逐漸多樣，進而導致家具產品的設計需求無法完全統一。因此，增強家具的功能性、普適性尤為重要，在設計家具時應遵循發展性和經濟性相結合的原則。

不同年齡段學生的特征與發育情況不同，面向機器人教育的學校家具設計，要綜合考慮學生的生理特征、心理特征以及行為特征，結合學科屬性，為學生提供“生生互動”“師生互動”的條件。設計時要注意家具與教學功能區域的結合，要增強家具的互動性，以便學生操作、教師管理，使用安全、適宜教學。

3 面向中小學機器人教育的學校家具調研與分析

走訪教育裝備展、辦公家具展等相關展會，結合線上線下的調研方式，收集愛德成蹊、詩敏、建晟等6個國內學校家具品牌，對80個與機器人教育有關的學校家具樣本進行分析，了解中小學相關專用教室家具的設計現狀與產品特點，并提出設計建議。

3.1 功能分析

作為學生學習中最重要的輔助用具，學校家具應當滿足學生在操作、展示等情景中的使用需求。現階段，市場上同類型相關產品的相似度較高，產品的基本功能形式可分為以下三類。

第一，椅凳類。主要包括有靠背椅和無靠背凳兩種形式，椅一般用于學生聽課學習場景，凳更為靈活，利于互動，常用于小組的搭建操作、計算機編程等場景。

第二，桌臺類。主要包括課桌、競技臺、講臺、電腦桌、操作臺，這類家具最能體現教室功能需求的多樣性。樣本中28款課桌根據功能設置形式特點可分為固定式、半固定式和移動式，其中具有一定靈活性和穩定性的半固定式課桌占總數的56%。這是因為便于小組合作的空間布局是機器人教室的主要布局形式，所以目前市場上適合這種布局的半固定式課桌產品數量較多。這類產品桌面形狀豐富，一般設置“成組”人數為2～8人。競技臺用于機器人測試與競技，桌面四周多設有圍欄以創造操作條件并防止材料掉落。電腦桌用于放置電腦，便于進行相關編程操作。操作臺用于機器人的搭建與測試，部分帶有儲物功能，臺面多為四邊形，常使用耐久性較強的防刮材質。

第三，柜架類。主要包括工具柜、工具架、吊柜以及組合工具墻。工具柜用于放置常用的拼裝零件，部分產品帶有滾輪以便在不同功能區域使用。工具架用于放置常用工具和拼裝零件等，多采用方塊孔板和百葉掛板的模塊化設計，帶有滾輪，具有一定的靈活性。吊柜多設置在展示區和操作區，用于展示機器人產品和學生作品等。組合工具墻常與收納柜配套設置在工具區，用于懸掛存放相關操作工具。

專用教室的家具設計不同于普通教室，在設計前必須對課程特點及師生行為模式有充分的了解，后續才能對相關產品進行功能定位[6]。由于在設計前期缺乏對學生機器人搭建活動的行為需求的分析，現有的大部分桌臺類產品都缺乏零件的收納功能，進而導致學生使用和教師管理不便。隨著人工智能行業的快速發展，市場對機器人教育的學習工具的種類以及學習用品的需求迅速增加，這要求相關家具的功能更加全面和多樣。同一類型的家具產品會在不同的場景中使用，因此如何針對機器人教學模式的特點，設計出滿足不同功能需求、適配于多種功能區的家具產品為未來開發的重點。

3.2 材質分析

根據調研，樣本中不同形式的機器人教室家具主要采用的是木質材料、金屬材料和塑料類復合材料。從總體上看，椅凳類家具以塑鋼材料為主，塑鋼材料耐水、耐老化，相比以鋼木材料為主的傳統學校家具而言，色彩、造型也更為豐富。柜架類家具主要由木質材料構成，木質材料耐用、天然美觀、性價比高且相對環保。而桌臺類家具主要為鋼木結構，其中搭建臺等桌臺考慮到使用場景，表面常采用抗倍特板等耐用、耐劃材料。

在選擇機器人教室家具的材料時，應主要考慮家具功能、藝術效果與安全環保三個方面[7]。學生的體質和抵抗力較弱，對材料中的有害物質更為敏感，因此為保障家具的安全性，在設計學校家具時應盡量使用天然無害的環保材料。材料的選用還要考慮到家具所具備的功能，應根據用途，考慮專用教室家具部件的強度問題和使用壽命等選擇合適的材料。機器人教室家具的材料除了要滿足家具的使用功能外，還要有一定的藝術效果，以契合相關學科教室的整體基調，營造更舒適的學習環境。

3.3 尺寸分析

尺寸符合人體工程學是學校家具設計最基本也是最關鍵的需求，學校家具的尺寸設計主要以《學校課桌椅功能尺寸及技術要求》等相關的國家標準為依據。目前，面向機器人教育的相關學校家具尺寸形制單一，在設計時沒有完全考慮到學生在機器人操作學習中包括站姿和坐姿在內的身體尺寸情況。而中小學生處于生長發育期，他們的體重、身高會隨著年齡的增長而出現變化，而在后天因素的影響下，學生的體重、身高等生理發育情況也存在明顯的差異[8]，較大的差異跨度體現在對產品的需求上，所以相關家具的可成長性要求較高[9]。在進行相關學校家具的設計時，可考慮采用可以調節高度的功能結構，以滿足不同學生的使用需求[10]。

3.4 色彩分析

根據調研，機器人教室的家具以原木色、藍色、白色為主，色彩飽和度較高。其中，藍色是應用較為廣泛的顏色，藍色被譽為最具生產力的顏色，容易讓人聯想到海洋與星河[11]，用于機器人教學空間中更能營造出科技氛圍感。機器人教室中的柜架類家具多選用原木色，常配以色彩鮮明的收納盒等以提升整體視覺感受。椅凳與桌臺類家具的色彩更為豐富，桌臺類家具通常在臺面進行色彩的設計，因白色耐久性弱，在光線強烈時會影響學生的聽課效果，容易造成視覺疲勞，所以臺面部位較少選用白色。

在進行機器人教室家具色彩設計時，主要考慮學生的主觀因素、家具功能與教室環境三個方面[12]。在設計時要注意避免色彩導致學生注意力渙散等問題，盡量避免在相關家具中使用高飽和度色彩。機器人教室家具的色彩設計應與其相關教學功能相適應，色彩的視覺表現效果需要與室內整體環境協調與統一。通過局部對比、協調等手法將色彩與功能設計相結合，從而打造統一且富有特色的機器人教學空間[13]，激發學生的學習興趣。

4 結語

通過調研國內市場上面向基礎教育階段機器人教育的學校家具，了解到當前相關產品同質化嚴重，大多沒有形成系列產品。在功能方面，桌臺類產品是目前具有開發潛力的品類之一，許多品牌針對機器人教育的教學需求，不斷創新設計操作臺、競技臺的功能及樣式。在材料上，家具多為鋼木制，考慮到機器人教育項目式的教學特色，強調實踐操作的特性，桌臺表面常采用耐用、耐劃材料。在尺寸方面，目前產品設計沒有完全考慮到學生身體尺寸的差異，對學生在操作和學習中的形態特征缺乏系統考量。在色彩上，為配合學科屬性與營造教學空間整體氛圍，相關家具以藍、白和原木色為主。隨著人工智能行業的飛速發展，市場對于機器人教育的基礎設施建設需求也在迅速增加，如何使家具產品在有限的教學空間得到最大限度的利用，仍為今后設計研發的重點。

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[13] 潘霞，苗艷鳳.智慧教室環境下設計專業專用課桌椅的設計[J].家具，2020，41（3）：32-36.

作者簡介：李欣怡（1997—），女，貴州貴陽人，碩士在讀，研究方向：家具設計與理論。

陳于書（1972—），女，浙江諸暨人，博士，教授，研究方向：家具設計與理論。

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