卡片式幼兒趣味學習機的設計與應用

杭州中美華東制藥有限公司 吳 迪

為了避免兒童使用電子移動設備時，長期暴露在屏幕下對視力、智力和心理的影響，本文設計了一款不帶顯示屏的卡片式幼兒趣味學習機。本文描述了學習機的工作流程，描述了卡片、模式、語音模塊、電源和外殼設計。試驗證明，該學習機學習內容豐富、趣味性強，能顯著提升兒童的專注力和學習能力。

隨著技術水平的不斷發展，人們的生活、學習習慣也變得日新月異，其中兒童的學習方式也隨著時代的變遷不斷改變著。隨著移動互聯網的蓬勃發展和電子移動設備的普及，兒童也逐漸成為新一代移動用戶，各類創意十足的APP已經成為孩子成長的伙伴、父母教育的好幫手。然而，有研究表明，兒童長時間的電視暴露會增加邊緣智力以及智力低下發生的風險。學齡前兒童屏幕暴露時間越多、心理問題異常發生率越高。同時，兒童過早使用電子移動設備，會影響其視力、智力等各方面的發育。所以，如何利用現有技術，在不影響兒童發育的情況下，開發一款能教育孩子、陪伴兒童成長的玩具，成為一個值得考慮的課題。本文設計了一款卡片式幼兒趣味學習機，基于紅外檢測技術，多種類型的卡片作為學習媒介，不帶屏幕，在不影響兒童正常智力、視力發育的情況下，具有很強的娛樂性，能培養兒童專注力，使其能識別各類物體、文字、圖像，陪伴兒童健康學習成長。

1 總體設計

本文設計的卡片式幼兒趣味學習機，主要有主控芯片、卡片識別模塊、語音模塊、電源、卡片及外殼，組成框圖如圖1所示。

圖1 卡片式幼兒趣味學習機組成框圖

其核心模塊是卡片識別模塊，該模塊利用紅外檢測技術，能夠識別卡片上的黑白條紋編碼，然后再系統庫里查找該卡片對應的語音，通過語音模塊播放語音，實現不同卡片播放相應語音的功能。同時，學習機還具備聽故事、聽古詩、聽單詞等功能，用戶根據按鍵模塊選擇不同的模式即可播放不同的語音。學習機的運行流程圖如圖2所示。

圖2 卡片式幼兒趣味學習機運行流程圖

2 卡片設計

卡片式幼兒趣味學習機的卡片數量和種類，決定了學習機的趣味性和豐富性。所以如何豐富卡片數量和種類成為了設計學習機時需要考慮的重要因素。學習機中的卡片識別模塊最多能識別16條黑白條紋，即可識別216種條紋，即可識別65536張卡片，這個容量為卡片提供了很大的設計空間。卡片必須包含的信息有16條黑白條紋、圖像、文字等信息，圖像和文字可以根據需要采用各種鮮艷的顏色，一般卡片設計如圖3所示：

圖3 設計的卡片示例

卡片的種類設計可以根據幼兒的認知水平不同進行設計，大致可以分為1周歲左右、2周歲左右和3周歲左右三個階段，難度從低到高進行設計，具體卡片設計類型如表1所示，基本能覆蓋到3歲左右的兒童。

表1 卡片配置表

3 模式設計

為了提升卡片式幼兒趣味學習機的趣味性，除了具備最基本的卡片識別外，還應具備聽讀、答題等多種模式，能夠滿足更大年齡范圍兒童的需求，也能提升兒童參與度、提高專注力。模式的選擇可以通過學習機的按鍵模塊實現，模式分為：卡片識讀、聽兒歌、故事、聽古詩、猜單詞、猜物品等模式。模式的選擇和整個流程運行如圖4所示。

圖4 各模式選擇流程圖

用戶通過按鍵模塊，可以輕松實現不同的模式選擇，大大擴充了學習機的功能性、娛樂性。

4 其他設計

學習機除了卡片設計和模式設計外，還需要考慮語音模塊、電源模塊和外殼的設計。由于學習機有多種模式可選，卡片種類和數量較多，語音模塊在設計時要考慮存儲容量。現有比較好的方案是采用2G以上存儲的FLASH存儲芯片，這樣可以在學習機制作就可以將相應的語音存入存儲芯片中，保證了語音的高清晰度，同時也避免用戶誤操作使各類語音丟失。電源模塊可以采用可充電的鋰電池方案或者使用干電池，只需滿足學習機的電壓要求即可。在外殼設計方面，模型設計時需要考慮卡片的大小，要保證卡片能干好契合外殼。在選擇材質時，應考慮綠色環保的材質，有利于保護兒童健康。

總結：本文設計的卡片式幼兒趣味學習機，由于沒有顯示屏幕，可以避免兒童長時間暴露在屏幕前，避免由此對視力、智力和心理發育的影響。經過實踐證明，本文設計的學習機，具有很高的娛樂性，也能陪伴兒童學習成長，內容豐富、適用年齡范圍廣，能夠顯著提升兒童的專注力、學習能力。