伍 睿，李詩(shī)泳，羅 聰

（長(zhǎng)沙師范學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410100）

編程學(xué)習(xí)不斷成為各國(guó)教育發(fā)展的著重點(diǎn)，我國(guó)現(xiàn)階段編程相較于國(guó)外仍處于初級(jí)階段，政府、社會(huì)、學(xué)校及家庭越來(lái)越重視兒童的編程教育學(xué)習(xí)。兒童編程設(shè)計(jì)工具的開(kāi)發(fā)和程序設(shè)計(jì)教育研究的目的是培養(yǎng)兒童的思維能力，提高兒童的邏輯能力，促進(jìn)兒童的認(rèn)知發(fā)展，不同特點(diǎn)的編程工具對(duì)促進(jìn)兒童的各個(gè)能力的提升有著不同程度的影響。芬蘭的教育部長(zhǎng)曾言道：“在未來(lái)，如果你的孩子懂編程，他將成為未來(lái)世界的創(chuàng)造者，如果他不懂，他只是使用者?！泵鎸?duì)人工智能迅速發(fā)展的時(shí)代，應(yīng)不僅以編程學(xué)習(xí)為落腳點(diǎn)，更需通過(guò)將不同技術(shù)的有機(jī)融合發(fā)展來(lái)使得編程學(xué)習(xí)帶動(dòng)兒童的身心全面發(fā)展以及能力培養(yǎng)，將新興技術(shù)更好地融入到人類長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展中。

1 兒童編程類智能玩具創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀

根據(jù)現(xiàn)階段調(diào)研結(jié)果可知，現(xiàn)有編程玩具主要分為純編程軟件學(xué)習(xí)、軟硬件結(jié)合、編程構(gòu)建啟蒙等類別，實(shí)物類編程玩具的操作方式以手部精細(xì)操作為主，且多為靜態(tài)化進(jìn)行，有助于兒童培養(yǎng)編程學(xué)習(xí)以及邏輯思維能力的培養(yǎng)，但同時(shí)出現(xiàn)部分局限性。

第一，靜態(tài)化的編程玩具不利于兒童身心全面發(fā)展，現(xiàn)階段兒童編程玩具大部分以手部操作為主，主要培養(yǎng)兒童邏輯思維、學(xué)習(xí)能力，以及動(dòng)手操作能力，但由于兒童大肌肉發(fā)展優(yōu)先于小肌肉發(fā)展，長(zhǎng)期的桌游實(shí)體類編程玩具或虛擬類界面端編程學(xué)習(xí)對(duì)于學(xué)齡前兒童學(xué)習(xí)成本較高，且不適用于產(chǎn)品的普及化。

第二，不利于兒童的專注力的全面培養(yǎng)，在心理認(rèn)知發(fā)展方面，兒童認(rèn)知由具體到抽象，思維活躍，自控力較差，且情緒不穩(wěn)定，受外界影響大，譬如兒童在運(yùn)用編程玩具的過(guò)程中途中斷將對(duì)兒童專注力產(chǎn)生消極影響，如若不中斷，兒童長(zhǎng)時(shí)間靜態(tài)化進(jìn)行編程玩具的操作將不利于兒童身體體能的健康發(fā)展。

第三，不利于兒童自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，現(xiàn)階段大部分編程玩具需要兒童在家長(zhǎng)與教師的指導(dǎo)下進(jìn)行，同時(shí)大部分離不開(kāi)手機(jī)端、平板端的界面控制，兒童在學(xué)習(xí)的進(jìn)程中依賴性較強(qiáng)，但隨著兒童身心發(fā)展，游戲水平將逐漸提升，能遵循一定行為規(guī)范，需要較為適宜的方式來(lái)帶領(lǐng)兒童進(jìn)行編程學(xué)習(xí)的操作與運(yùn)用。

兒童編程玩具隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步而不斷進(jìn)步與發(fā)展，面對(duì)兒童身心全面發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)性建設(shè)以及能力的培養(yǎng)，兒童編程智能玩具需要進(jìn)一步的探討與研究。

2 體感互動(dòng)技術(shù)在兒童編程玩具的設(shè)計(jì)應(yīng)用研究

2.1 兒童編程類智能玩具發(fā)展

兒童編程類玩具主要以有形化的編程產(chǎn)品為載體，使用不同類型的編程語(yǔ)言工具來(lái)實(shí)現(xiàn)命令的轉(zhuǎn)換，完成相關(guān)任務(wù)而使其各項(xiàng)操作運(yùn)轉(zhuǎn)，其主要形式是通過(guò)文本、圖像和物理對(duì)象的結(jié)合。不同的編程工具對(duì)兒童的能力培養(yǎng)有著不同的側(cè)重點(diǎn)和影響，但研發(fā)的最終目的仍然是培養(yǎng)兒童的思維能力，提高兒童的邏輯能力，促進(jìn)兒童的認(rèn)知發(fā)展能力?？傮w而言，兒童編程學(xué)習(xí)工具正朝圖像化、可視化、實(shí)體操作化等方向發(fā)展，將編程語(yǔ)言復(fù)雜的語(yǔ)法和代碼簡(jiǎn)化，使得更多不同年齡階段的兒童能接觸并了解相關(guān)知識(shí)，編程玩具的開(kāi)發(fā)使得編程學(xué)習(xí)加快了普及化、低齡化、多元化的道路進(jìn)程[1]。

2.2 體感互動(dòng)技術(shù)應(yīng)用的分類

體感互動(dòng)設(shè)備根據(jù)原理和體感方式的不同而主要分為：慣性感測(cè)、光學(xué)感測(cè)和慣性及光學(xué)聯(lián)合感測(cè)三大類。慣性感測(cè)基于慣性傳感器，利用重力傳感器、磁傳感器和陀螺儀檢測(cè)用戶運(yùn)動(dòng)的相關(guān)物理數(shù)據(jù) (例如加速度、角速度、磁場(chǎng)等)[2]，然后根據(jù)相關(guān)參數(shù)獲得用戶不同的空間動(dòng)作。在光學(xué)聯(lián)合感測(cè)的應(yīng)用中，利用光學(xué)傳感器檢測(cè)人體影像，通過(guò)計(jì)算判斷出肢體動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)游戲的互動(dòng)性，例如Kinect利用激光和攝像頭獲取人體3D圖像信息，捕捉三維人體圖像的相關(guān)信息數(shù)據(jù)；聯(lián)合感測(cè)則是并用慣性感測(cè)與光學(xué)感測(cè)的技術(shù)原理，其中攝像頭用于捕捉人體影像，聯(lián)合感測(cè)結(jié)合兩種傳感器來(lái)偵測(cè)人體手部的動(dòng)作[2]，以達(dá)到精確偵測(cè)人體動(dòng)作和提高體感方面的用戶體驗(yàn)感。

2.3 體感互動(dòng)技術(shù)下玩具互動(dòng)性的研究

現(xiàn)階段玩具主要是以兒童智力開(kāi)發(fā)、愉悅身心方面為目標(biāo)需求，較少系統(tǒng)針對(duì)不同年齡段的兒童行為特征進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，對(duì)兒童學(xué)習(xí)能力、社會(huì)性發(fā)展方面涉及較少，需要通過(guò)不斷的設(shè)計(jì)與改進(jìn)來(lái)促使兒童全面成長(zhǎng)，真正實(shí)現(xiàn)以人為本的設(shè)計(jì)理念。美國(guó)著名心理學(xué)家馬洛斯（Marlows）提出了需求層次論，其中，人類的需求是根據(jù)生理-安全歸屬和愛(ài)-尊重-自我實(shí)現(xiàn)五個(gè)層次依次發(fā)展的。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，用戶對(duì)于當(dāng)前產(chǎn)品的要求不會(huì)僅停步于生理與安全的基本層次需求，兒童玩具在滿足生理與安全這兩個(gè)基本層次后，更應(yīng)向著下一階段發(fā)展[3]。兒童玩具的互動(dòng)性符合滿足歸屬與愛(ài)層次，同時(shí)通過(guò)加入兒童的自行設(shè)計(jì)可以使互動(dòng)式兒童玩具能夠滿足下一階段層次的需求，例如可在編程玩具中加入兒童可自行編制的代碼而產(chǎn)生不同的運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果，其中代碼輸入的形式可以通過(guò)有效的體感互動(dòng)來(lái)進(jìn)行識(shí)別與分析，使體感互動(dòng)技術(shù)不僅僅停留于技術(shù)創(chuàng)新的階段，應(yīng)使其加強(qiáng)玩具的互動(dòng)性與可持續(xù)性。未來(lái)兒童玩具的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該是培養(yǎng)兒童的良好習(xí)慣和全面發(fā)展的能力，互動(dòng)性設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)理念將逐漸被融入玩具設(shè)計(jì)中。

2.4 體感互動(dòng)技術(shù)的運(yùn)用

2.4.1 歷史發(fā)展

體感技術(shù)于2004年就已出現(xiàn)在大眾的視野當(dāng)中，此時(shí)索尼公司發(fā)布了Ps2的一個(gè)配件EyeToy，如圖1所示(左)，提供了一種新穎的人機(jī)交互模式。在游戲過(guò)程中，EyeToy上的攝像頭可掃描電視機(jī)前的用戶并將其投射于游戲的畫(huà)面之中。而Nintendo旗下的游戲機(jī)Wii上配備的Wiimote手柄，如圖1（右）所示，它可通過(guò)捕獲用戶的動(dòng)作行為來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能[2]。Wiimote內(nèi)設(shè)置了三軸加速度傳感器，能感知加速度通過(guò)不同方向維度，并通過(guò)模擬方式來(lái)輸出結(jié)果。而Kinect是微軟于2012年發(fā)布游戲主機(jī)Xbox中的體感配件，其結(jié)合了圖像、視頻、語(yǔ)音等多種技術(shù)于一體，使得用戶可通過(guò)自然方式進(jìn)行互動(dòng)，如手勢(shì)，肢體動(dòng)作以及語(yǔ)音等，以增強(qiáng)體感互動(dòng)設(shè)備中的沉浸感和娛樂(lè)性[2]。

圖1 提及的體感設(shè)備：EyeToy（左）Wiimote（右）

隨著技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，體感技術(shù)同時(shí)開(kāi)始在其他人機(jī)交互的場(chǎng)合下逐漸推廣。例如多媒體互動(dòng)裝置、智能家居產(chǎn)品等，使操作更加現(xiàn)代化、易操作化、簡(jiǎn)潔化。

2.4.2 多元化技術(shù)創(chuàng)新融合

隨著新興技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)的融合與創(chuàng)新將在不同領(lǐng)域帶來(lái)開(kāi)拓與創(chuàng)新的發(fā)展。對(duì)于體感技術(shù)，將適應(yīng)多元化技術(shù)的發(fā)展路線，與兒童編程玩具有機(jī)結(jié)合，將兩者融合成對(duì)兒童編程學(xué)習(xí)、邏輯思維能力、溝通交往能力以及身心全面發(fā)展方面有益的產(chǎn)品。通過(guò)對(duì)體感互動(dòng)技術(shù)的研究和編程類智能玩具設(shè)計(jì)的有機(jī)結(jié)合，增加交互式編程智能玩具對(duì)兒童體感互動(dòng)的積極作用，利用體感設(shè)備的識(shí)別與沉浸技術(shù)，將相關(guān)操作匯集歸納成相應(yīng)語(yǔ)法與代碼，將編程語(yǔ)言具體化、形象化，并通過(guò)互動(dòng)式游戲設(shè)計(jì)貫穿始終，力求寓教于樂(lè)，達(dá)到兒童能力培養(yǎng)的目標(biāo)，讓編程玩具不僅僅停留在桌面上，使其真正與兒童進(jìn)行有效的互動(dòng)行為以及學(xué)習(xí)發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

新時(shí)代的兒童智能玩具以編程類為主導(dǎo)的發(fā)展道路已開(kāi)啟，各國(guó)不斷加強(qiáng)對(duì)本國(guó)編程教育的培養(yǎng)，部分國(guó)家已開(kāi)啟小學(xué)階段的編程必修課程，且納入教育的重點(diǎn)培養(yǎng)方向，而我國(guó)相較于他國(guó)仍處于初級(jí)發(fā)展階段，且人口基數(shù)之大并不能滿足資源的合理分配；同時(shí)編程學(xué)習(xí)的研究熱度持續(xù)不減，在未來(lái)人工智能化時(shí)代的引領(lǐng)下，技術(shù)的融合對(duì)于教育領(lǐng)域也尤為重要。希望通過(guò)對(duì)體感互動(dòng)技術(shù)的研究，將新興技術(shù)的有機(jī)融合作為整體的出發(fā)點(diǎn)，創(chuàng)造智能玩具新的編程方式與游戲體驗(yàn)，使兒童在愉悅中學(xué)習(xí)、體驗(yàn)生活，真正達(dá)到寓教于樂(lè)的目標(biāo)與需求。