張曉利，陳亭廷

（黃山學(xué)院藝術(shù)學(xué)院，安徽黃山245041）

培養(yǎng)兒童數(shù)理思維優(yōu)勢的科學(xué)玩具設(shè)計

張曉利，陳亭廷

（黃山學(xué)院藝術(shù)學(xué)院，安徽黃山245041）

在培養(yǎng)兒童數(shù)理思維能力的過程中，科學(xué)玩具可以發(fā)揮長足的優(yōu)勢.以現(xiàn)有科學(xué)玩具的消費市場現(xiàn)狀為切入點，分析科學(xué)玩具的創(chuàng)新設(shè)計原則在于：安全性、科學(xué)性、交互娛樂性.在此基礎(chǔ)上，以解釋數(shù)學(xué)簡單運算法則的科學(xué)玩具——“運算樂”為例提出科學(xué)玩具系統(tǒng)化研發(fā)的策略，以期驗證科學(xué)玩具寓教于樂的優(yōu)勢.

數(shù)理思維；競技規(guī)則；科學(xué)玩具

據(jù)統(tǒng)計,我國14歲以下人口有3.8億,構(gòu)成了龐大的玩具消費群體.有關(guān)兒童玩具消費調(diào)查結(jié)果顯示，58%的家長買玩具時考慮的是玩具能否開發(fā)孩子的智力.面對如此巨大的消費市場及消費導(dǎo)向，我國兒童益智玩具的質(zhì)量和設(shè)計仍普遍存在娛樂方式單一、使用期限短等問題.亟待通過新穎的設(shè)計理念創(chuàng)造出切實符合兒童心理需求的、娛樂益智科學(xué)于一體的并有望未來走向國際市場的兒童益智玩具，從而構(gòu)建一種學(xué)習(xí)、益智、娛樂相輔相成的新娛樂方式.基于此，通過對加減乘除簡單的運算法則以競技比賽的形式展開研究，結(jié)合科學(xué)玩具設(shè)計案例，為兒童數(shù)學(xué)智能教育提供一種全新的培養(yǎng)模式思路，并塑造邏輯思維方式的啟蒙技術(shù)，為益智類玩具的開發(fā)模式提供一些借鑒.

1 科學(xué)玩具的使命——寓教于樂

科學(xué)玩具是指通過游戲性的玩樂來分析或解釋科學(xué)現(xiàn)象、運用或掌握科學(xué)原理，能在娛樂中去獲取科技知識，鍛煉各種能力，開發(fā)智力的玩具.可見，科學(xué)玩具是人類探索科學(xué)世界的一種工具，它主要圍繞玩具中的科學(xué)原理，以互動玩具游戲為主要形式，在玩樂中激發(fā)潛在智慧，思考玩具內(nèi)在的科學(xué)知識.娛樂和教育一直是國內(nèi)外玩具發(fā)展的兩大主題，而科學(xué)玩具以學(xué)齡兒童為研究人群，探索的正是集娛樂和教育于一體的結(jié)合方式，即如何寓教于樂.例如，數(shù)學(xué)作為我國小學(xué)義務(wù)教育中的必修科目，主要以邏輯推理為主，培養(yǎng)小學(xué)生的邏輯思維能力，但是由于數(shù)字的單一性和缺乏形象感，一直對于好動、對形象和色彩高度敏感的小學(xué)生來說卻顯得單板和枯燥.如何寓教于樂，培養(yǎng)數(shù)理思維的全新模式，激發(fā)小學(xué)生高度的學(xué)習(xí)熱情，以避免偏科現(xiàn)象的產(chǎn)生，科學(xué)益智玩具就顯得格外具有開發(fā)價值.可見，寓教于樂——使兒童在游戲娛樂中獲取知識是科學(xué)玩具的主要使命.

2 科學(xué)玩具的創(chuàng)新設(shè)計原則

2.1 安全性設(shè)計原則

科學(xué)玩具的用戶群體主要以學(xué)齡兒童和青少年為主，講究安全性仍是第一原則.2007年6月1日，我國就童車、電動玩具、塑膠玩具等玩具產(chǎn)品專門宣布了強制執(zhí)行的3C認(rèn)證制度，從而使兒童玩具的設(shè)計、生產(chǎn)和銷售有了安全性生產(chǎn)的法制規(guī)范.任何玩具的設(shè)計都應(yīng)符合相應(yīng)的安全標(biāo)準(zhǔn)才能進(jìn)入市場，科學(xué)玩具也不例外，如對玩具表面色彩涂料的化學(xué)物質(zhì)含量、設(shè)計造型上的棱角等可能造成傷害性的處理，可拆卸部分的大小體積處理和玩具的牢固性處理等，都涉及玩具的安全問題.

2.2 制定動機需求戰(zhàn)略，即科學(xué)性設(shè)計原則

兒童和青少年是科學(xué)益智玩具的主要用戶群體，科學(xué)性的指導(dǎo)原則也相應(yīng)要得到重視.科學(xué)玩具與普通玩具的主要區(qū)別在于寓教于樂，即在“玩”的過程中獲得“學(xué)”的動力，從而有效地培養(yǎng)用戶邏輯思維能力、記憶力、耐力和意志力等方面的優(yōu)勢.為此，必須以科學(xué)的原理來指導(dǎo)設(shè)計.具體實踐則要通過制定動機需求戰(zhàn)略來完成.

制定動機需求設(shè)計戰(zhàn)略，即把滿足兒童的特定需要設(shè)定為第一設(shè)計目標(biāo)，設(shè)計出符合特定階段、特定需要的兒童益智玩具.科學(xué)玩具應(yīng)滿足用戶的智性需求，即用戶提高智能水平及解決問題的能力、效益、速度等方面的要求.智力需求在不同階段的兒童群體中表現(xiàn)也為多元化趨勢，設(shè)計者應(yīng)針對不同階段兒童的思維特點進(jìn)行設(shè)計.例如，11-13歲的兒童，其大腦發(fā)育的結(jié)果顯示出對外在事物的認(rèn)知正發(fā)生重組和改善，思維能力開始表現(xiàn)出一定的彈性特征，不僅能夠抓住具體事務(wù)的主要表象特征，而且獲得了一定的邏輯分析和運算能力.換句話說，該階段兒童已經(jīng)具備基本的經(jīng)驗思維能力.因此，應(yīng)根據(jù)這一階段兒童的邏輯思維特點有針對性地開發(fā)有助于訓(xùn)練兒童計算技能、使兒童形成各種科學(xué)的基本邏輯概念和邏輯分析能力的益智玩具.[1]總之，科學(xué)玩具的科學(xué)性體現(xiàn)主要在于設(shè)計者應(yīng)依據(jù)用戶群體思維發(fā)展階段的特征，才能設(shè)計出相應(yīng)的年齡階段的益智玩具.

2.3 創(chuàng)意科學(xué)玩具設(shè)計仍然要以“玩”為主，即交互娛樂性設(shè)計原則

興趣是學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的原動力.有效提高孩子學(xué)習(xí)興趣的途徑之一就是讓孩子“玩”起來.只有在玩的過程中，孩子才會具有強大的好奇心，產(chǎn)生探索的愿望.而科學(xué)玩具恰好能夠提供給兒童一種獨特的學(xué)習(xí)途徑和方式，有效而具有操作性.衡量兒童智力發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)，不僅要看其語言和邏輯推理能力，還要看其空間知覺能力、動手能力及人際交往等方面的能力.[2]這些能力往往都是在兒童游戲中、在與周圍環(huán)境互動中形成的.由此，研發(fā)兒童益智玩具時，增加玩具的互動要求，尤其是群體性之間的游戲或者競技互動，是科學(xué)玩具培養(yǎng)兒童各方面智力發(fā)展的有效途徑.科學(xué)玩具，終究是玩具，在玩具的作用中具有詮釋科學(xué)原理的功效是其設(shè)計的主要目的.設(shè)計科學(xué)玩具時仍要注意“教”的色彩不能濃于“玩”.

3 科學(xué)玩具設(shè)計實踐策略——在娛樂中學(xué)會運算

數(shù)學(xué)運算是數(shù)學(xué)學(xué)科的重要內(nèi)容，是訓(xùn)練學(xué)生計算能力的重要基礎(chǔ).計算能力是一項基本的數(shù)學(xué)能力，它主要指邏輯思維能力與運算技能的結(jié)合，即能夠根據(jù)題目條件尋求簡捷、合理的運算途徑.它不能獨立存在和發(fā)展，而是與觀察力、記憶力、理解力、推理能力、表達(dá)能力及空間想象能力等一般能力相互滲透、相互支撐形成一種綜合性的能力.[3]可以說，學(xué)生計算能力的高低直接影響著學(xué)生學(xué)習(xí)的質(zhì)量.

整數(shù)的加、減、乘、除四則運算作為最基本的數(shù)學(xué)運算法則，小學(xué)生通常主要依賴教師在課堂教學(xué)中的問題導(dǎo)入及示范導(dǎo)向進(jìn)行學(xué)習(xí).即便教師很努力地去設(shè)置趣味化的課堂情景和互動環(huán)節(jié)，這對于天生好動、只對形象和色彩敏感，而厭倦單一和抽象符號的小學(xué)生來說仍常常感到單板和枯燥，無法集中課堂的注意力.依據(jù)數(shù)學(xué)運算法則設(shè)置互動游戲，并通過競技比賽的形式展開不失為彌補課堂不足寓教于樂的有效措施.具體實踐過程如下：

3.1 競技規(guī)則設(shè)置——培養(yǎng)數(shù)理思維優(yōu)勢

對小學(xué)數(shù)學(xué)中加、減、乘、除四種運算法則進(jìn)行分析，通過競技結(jié)果的數(shù)值比較來設(shè)計游戲規(guī)則，可單人練習(xí)或者2人以上進(jìn)行競技，也可成組競技，形成理論層面的總結(jié)，從而為研究益智玩具的形態(tài)與造型提供基礎(chǔ)理論平臺.利用數(shù)學(xué)知識點的簡單原理，以競技的形式，塑造全新的邏輯思維方式.對小學(xué)數(shù)學(xué)中加、減、乘、除四種運算法則進(jìn)行分析，通過競技結(jié)果的數(shù)值比較來設(shè)計游戲規(guī)則，可單人練習(xí)或者2人以上進(jìn)行競技，也可成組競技，形成理論層面的總結(jié)，從而為研究益智玩具的形態(tài)與造型提供基礎(chǔ)理論平臺.通過文獻(xiàn)資料跟蹤結(jié)果來看，運用游戲性的娛樂解釋和分析科學(xué)現(xiàn)象能夠有利于學(xué)生的智力開發(fā)，并鍛煉各種能力，具有一定的創(chuàng)新性.

3.2 數(shù)學(xué)科學(xué)玩具產(chǎn)品設(shè)計實踐

在加、減、乘、除簡單運算的競技規(guī)則基礎(chǔ)上，運用產(chǎn)品設(shè)計的方法與理論展開方案論證，研究基于小學(xué)科學(xué)玩具的創(chuàng)新性策略；通過詳實的市場調(diào)研分析，指出現(xiàn)階段益智玩具名不符實的局面因素，并提出應(yīng)對的策略，并通過草案、定案、三維建模等模擬環(huán)境以實現(xiàn)益智玩具具有較高科學(xué)含金量的理想形態(tài).鑒于三維模型在虛擬空間中尺度、材料、色彩中的不確定性因素，通過實物模型的制作來不斷推敲方案的科學(xué)性，并設(shè)想運用棋盤式的方式實現(xiàn)競技平臺，運用平面編排設(shè)計模擬競技環(huán)境，以得到相對最優(yōu)的模型方案，提高游戲競技中的公平性.

3.3 追蹤驗證

在前面研究的基礎(chǔ)之上，利用實物模型進(jìn)行多次測試，通過比較法來不斷調(diào)整游戲規(guī)則中的關(guān)卡設(shè)置尺度與科學(xué)性，并通過問卷調(diào)查的方式進(jìn)行小學(xué)生群體試驗，驗證本課題中人機交互方法在改善和提高益智玩具的娛樂性，特別是科學(xué)性和邏輯推理方面的優(yōu)越性和有效性，是否能夠真正有助于激發(fā)小學(xué)生對數(shù)學(xué)知識的濃厚興趣.

擬定了研發(fā)策略之后，在科學(xué)玩具的原則指導(dǎo)下，筆者的設(shè)計項目團(tuán)隊最終確定設(shè)計一款以解釋加減乘除運算法則為主題的玩具，在考慮安全、市場、材料等因素的前提下，進(jìn)行整合創(chuàng)新設(shè)計.設(shè)計團(tuán)隊根據(jù)多方信息反饋整理，最終方案確定為一款數(shù)學(xué)魔方塑料材質(zhì)玩具，見圖1.

圖1 數(shù)學(xué)魔方（設(shè)計者：黃山學(xué)院張曉利、張大瑞）

4 結(jié)束語

上述科學(xué)玩具的實踐有效地驗證了其在培養(yǎng)兒童的數(shù)理思維方面的優(yōu)勢.可見，詮釋科學(xué)原理，寓教于樂是科學(xué)玩具設(shè)計中“玩”的延伸.將交互娛樂性理念充分融合到玩具產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計中，不僅能使兒童在游戲互動中體驗游戲樂趣、增長知識，而且是玩具行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級中提升產(chǎn)品附加值最為直接的方式.

〔1〕劉華偉，余敏．兒童益智玩具的創(chuàng)新設(shè)計[J]．鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(社會科學(xué)版)，2010（2）：55.

〔2〕楊華，王樂．兒童益智玩具的體驗設(shè)計研究[J]．包裝工程，2011（14）：66．

〔3〕蔡章建．小學(xué)數(shù)學(xué)運算能力培養(yǎng)探究[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2010（21）：61.

G614

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