王增厚

（武漢工程大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，湖北 武漢430074）

隨著人工智能時代的到來，美國等先進(jìn)國家提出了STEM（科學(xué)Science、技術(shù)Technology、工程Engineering、數(shù)學(xué)Mathematics）教育模式，其中編程技術(shù)是先進(jìn)國家中學(xué)教育的一個重要環(huán)節(jié)，奧巴馬總統(tǒng)甚至提出了編程從小學(xué)開始的口號[1]。人生百歲，立于幼學(xué)。少兒時期是學(xué)習(xí)的關(guān)鍵時期，無論國內(nèi)還是國外對少兒教育都比較重視。目前，有很多的發(fā)達(dá)國家將編程教育納入了中小學(xué)的日常課程，可見編程教育對國家發(fā)展的重要性。編程對于少兒來講有一定的難度，研究設(shè)計(jì)少兒編程教具的意義在于激發(fā)兒童對于編程的興趣，建立編程思維，為以后的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

1 興趣引導(dǎo)的作用和意義

1.1 興趣對學(xué)習(xí)的影響

眾所周知，興趣是學(xué)習(xí)最好的導(dǎo)師。人們因?yàn)楦信d趣才會去接觸一件事情、一個事物，接觸之后，如果能進(jìn)一步激發(fā)興趣，才會進(jìn)一步去深入了解它。美國學(xué)齡前兒童心理研究數(shù)據(jù)表明，如果想讓孩子認(rèn)真學(xué)習(xí)，最好的方式就是先調(diào)動孩子的興趣，并讓其參與其中[2]。學(xué)習(xí)興趣對學(xué)生來講非常重要，比如學(xué)生出現(xiàn)嚴(yán)重的偏科現(xiàn)象就是由學(xué)習(xí)興趣引起的。提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率和能力最有效的手段是激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，這也是提高學(xué)生主觀能動性的重要方式。

1.2 興趣引導(dǎo)與編程教具產(chǎn)品設(shè)計(jì)

興趣引導(dǎo)與教具的作用是相輔相成的，學(xué)生有興趣去使用編程教具，然后編程教具反過來帶給學(xué)生學(xué)習(xí)編程的樂趣，從而促使學(xué)生對編程感興趣，樂意去學(xué)習(xí)編程。隨著人們對編程教育認(rèn)知的普遍提高，現(xiàn)在越來越多的父母會關(guān)注自己孩子編程方面的興趣培養(yǎng)，對于年齡較?。▽W(xué)齡前兒童）的孩子父母會買一些比較簡單的編程玩具，比如Fisher費(fèi)雪STEM代碼編程毛毛蟲。對于年齡大一點(diǎn)的孩子，父母會買一些編程機(jī)器人，比如DJI大疆創(chuàng)新推出的教育機(jī)器人機(jī)甲大師RoboMaster S1。這些編程玩教具首先能吸引孩子去了解認(rèn)識這些玩教具，然后讓孩子體會到編程的樂趣，激發(fā)孩子對編程的興趣，從而讓孩子產(chǎn)生學(xué)習(xí)編程的自主能動性。

2 少兒編程教育和教具

2.1 少兒編程教育的現(xiàn)狀和重要性

隨著人工智能時代的到來，人工智能將涉及人們生活的方方面面。人工智能離不開基礎(chǔ)的編程。少兒是祖國的未來，未來社會的發(fā)展進(jìn)步需要大量的IT人員。培養(yǎng)少兒對編程的興趣，讓孩子提早具有編程思維，不僅對孩子今后的學(xué)習(xí)成長有幫助，而且更有助于為國家培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)的IT人才。國內(nèi)外目前都比較重視編程教育，發(fā)達(dá)國家在編程教育方面早早起步。早在2000年，以色列就已經(jīng)對孩子的編程教育有一個總體的前進(jìn)目標(biāo)，2012年時，日本就為中小學(xué)生們開展了編程教育的相關(guān)課程[3]。相對而言，中國的少兒編程教學(xué)起步較晚，直到2014年STEM的概念逐漸在國內(nèi)普及，中國的少兒編程行業(yè)才開始正式發(fā)展。2016年，國家開始主動支持少兒編程教學(xué)的發(fā)展，2017年，浙江省將信息技術(shù)提升為高考科目，進(jìn)一步推動少兒編程教學(xué)的發(fā)展[4]。編程教育在中國近兩年發(fā)展勢頭迅猛，但是多集中于北上廣深等一二線的大型城市，國內(nèi)的編程教育事業(yè)的發(fā)展還有很長的路要走。

2.2 少兒編程教具的現(xiàn)狀及需求

隨著中國對編程教育的重視和推廣，編程教育也成了人們關(guān)注的熱點(diǎn)，中國的編程教育行業(yè)也到了迅猛發(fā)展階段。目前在北上廣深等一線城市，各種編程教育機(jī)構(gòu)林立。社會對編程教具的需求進(jìn)一步擴(kuò)大，編程教具市場也將會進(jìn)一步擴(kuò)大。市場上也出現(xiàn)了各種編程玩具、編程教具、編程機(jī)器人等，其中做的比較好的如樂高兒童編程積木玩具、大疆機(jī)甲大師RoboMaster S1等。這些玩教具從軟硬件兩方面出發(fā)，讓使用者的動手頻率增加。同時這些玩教具造型簡潔大方美觀，符合使用者的審美情趣，使用者動手操作時具有豐富及有趣的交互體驗(yàn)。這些都能吸引使用者樂意去動手了解使用教具，之后通過這些教具的引導(dǎo)，使用者對編程產(chǎn)生興趣。

3 少兒編程教具產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)踐

在設(shè)計(jì)少兒編程教具產(chǎn)品的時候一定要注意的是產(chǎn)品的外觀以及產(chǎn)品的交互體驗(yàn)。外觀上面能否吸引到使用者，使用產(chǎn)品的時候能否帶給使用者一個良好的交互體驗(yàn)，對于定義少兒編程教具的好壞非常重要。

3.1 目標(biāo)人群的特征

本文所做的設(shè)計(jì)主要針對的人群是小學(xué)生。從少兒心理特征層面講，這個時期他們有強(qiáng)烈的好奇心，對有趣且新鮮的事物會產(chǎn)生較為濃厚的興趣。所以產(chǎn)品一定要具有趣味性，并且這種趣味性要具有一定的持續(xù)性。從認(rèn)知特征層面講，目標(biāo)人群主要處于7～11歲的具體運(yùn)算階段，兒童能進(jìn)行簡單的邏輯思考，有一定的逆向思考能力。這一階段可培養(yǎng)兒童簡單的邏輯運(yùn)算能力及邏輯關(guān)系[5]。從少兒行為特征層面講，這個時期的少兒樂忠于把玩感興趣的事物，在此要考慮的是產(chǎn)品與少兒的交互方面，首先使用的材料是安全的，其次是在交互使用過程中少兒可以收獲樂趣，最后從交互使用中學(xué)習(xí)到知識。從少兒審美特征層面講，目標(biāo)人群已經(jīng)具有一定的審美，他們會喜歡活潑的顏色，產(chǎn)品的配色要相對活潑柔和，在造型上也要盡量柔和可愛。

3.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

此次研究的產(chǎn)品主要構(gòu)成是一個外面起到保護(hù)裝飾作用的外殼、一個集合的電路板、一個Arduino、一個LED數(shù)碼管、幾個小LED燈泡、一個小型串口屏、一些常見的小型傳感器、一些輔助模塊和連接傳感器和電路板導(dǎo)線。其中傳感器主要有土壤濕度傳感器、紅外傳感器、壓力傳感器、溫度濕度傳感器、超聲波傳感器、信號燈識別傳感器等。同時為保證課程體系的完整性和豐富性，還加入了一些其他模塊，如藍(lán)牙模塊、矩陣鍵盤、燈珠矩陣等。使用時集合電路板通過導(dǎo)線和傳感器進(jìn)行連接，導(dǎo)線將傳感器收集到的信息數(shù)據(jù)傳導(dǎo)到集合電路板上并通過Arduino進(jìn)行編程。在設(shè)計(jì)過程中要考慮的是結(jié)構(gòu)的合理性以及結(jié)構(gòu)的適配性。

3.3 產(chǎn)品交互使用體驗(yàn)研究

交互設(shè)計(jì)的本質(zhì)就是以人的行為、生活、習(xí)性為依據(jù)而進(jìn)行的設(shè)計(jì)實(shí)踐[6]。好的交互設(shè)計(jì)可以給使用者提供良好的使用體驗(yàn)，將交互設(shè)計(jì)理念應(yīng)用于少兒編程教具設(shè)計(jì)中是非常有必要的。交互設(shè)計(jì)要遵循相應(yīng)的設(shè)計(jì)原則，首先是設(shè)計(jì)的可用性原則，設(shè)計(jì)一定要具有安全性；其次是設(shè)計(jì)的易用性原則，設(shè)計(jì)的目的是使少兒更容易理解使用；最后是設(shè)計(jì)的情感化原則，在進(jìn)行交互設(shè)計(jì)的同時要注意情感設(shè)計(jì)，將情感設(shè)計(jì)融入交互設(shè)計(jì)，這樣的交互設(shè)計(jì)更有人情味。交互設(shè)計(jì)情感化設(shè)計(jì)就是把情感化設(shè)計(jì)的相關(guān)方法和理論知識運(yùn)用到交互設(shè)計(jì)中[7]。對本論文中的少兒編程玩教具進(jìn)行交互設(shè)計(jì)時主要考慮以下幾點(diǎn)：①確保使用過程安全，產(chǎn)品無毒，產(chǎn)品盡量圓潤少棱角等；②產(chǎn)品易用性強(qiáng)，比如對接接口是否方便易接，共同使用多傳感器時是否會出現(xiàn)接線困難、走線凌亂、操作不便等問題；③少兒在參與過程中是否收獲可持續(xù)性的樂趣和參與感等。

3.4 產(chǎn)品最終效果圖展示

產(chǎn)品主題結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念采用模塊化設(shè)計(jì)，方便產(chǎn)品的使用和維護(hù)。最終效果如圖1所示。產(chǎn)品上部3個部件分別為Arduino、led數(shù)碼管、串口屏。產(chǎn)品下部主要是對接各種傳感器的集成電路板。外殼通過顏色的分割使少兒更容易識別查找對應(yīng)的傳感器的插孔。右上角的6個LED燈以及左下角3個控制按鍵用來輔助傳感器的使用，使得編程模式更加豐富。

圖1 基于興趣引導(dǎo)的少兒編程教具（制作圖片）

3.5 產(chǎn)品使用場景設(shè)計(jì)

本次研究設(shè)計(jì)的少兒編程教具主要是為一種課堂教具，幫助課程教師更好地向少兒普及編程意識和教授簡單的編程知識，做好少兒學(xué)習(xí)編程的啟蒙。使用本少兒編程教具要結(jié)合電腦端的應(yīng)用（mBlock）共同使用。將本少兒編程教具主要用于教學(xué)中，教師根據(jù)自身情況、少兒年齡、少兒對編程的認(rèn)知程度等進(jìn)行備課，在mBlock中選用相應(yīng)的編程難度和步驟。教師除了對mBlock和本少兒編程教具進(jìn)行講解外，應(yīng)當(dāng)將教學(xué)與生活相結(jié)合。這樣使用編程教具時才能使少兒具有沉浸感，獲取持續(xù)的興趣。選取一個生活場景，如生活中很多人會闖紅燈，如何通過編程解決這個問題呢？比如在人行道兩側(cè)設(shè)置紅外感性傳感器，當(dāng)紅燈亮?xí)r，有人闖馬路會被傳感器識別，附近會有一個音響裝置提醒闖紅燈的人，同時警示周圍車輛小心駕駛，以免撞傷人。少兒在教師的幫助下理解整個過程，然后通過mBlock完成相應(yīng)的編程，使用教具展現(xiàn)場景，最后記錄整個過程和完成學(xué)習(xí)。兒童玩教具的方式主要是兒童自主探索、自主嘗試，教師或家長的指導(dǎo)應(yīng)當(dāng)起輔助作用[7]。所以課程結(jié)束后要鼓勵學(xué)生們自主去探索學(xué)習(xí)。提出的新型編程教育模型如圖2所示。

圖2 基于興趣引導(dǎo)的交互式少兒編程教具教學(xué)模型（制作圖片）

4 結(jié)論

少兒編程教育在如今社會中越來越受到人們的重視，所以研究少兒編程教具設(shè)計(jì)是很有意義的。學(xué)習(xí)興趣是學(xué)習(xí)動機(jī)的重要心理成分，是學(xué)習(xí)積極性中最現(xiàn)實(shí)、最活躍的成分，也是發(fā)展智力潛能的契機(jī)[8]?；谂d趣引導(dǎo)，從少兒的興趣入手，增強(qiáng)改善少兒的交互體驗(yàn)，使少兒在使用本少兒編程教具過程中可以有更高的沉浸感，獲得持續(xù)性的學(xué)習(xí)興趣，從而可以更好地激發(fā)少兒對編程的興趣。通過將編程與生活相結(jié)合，既豐富了教學(xué)內(nèi)容，又有助于少兒理解編程。總之在做有關(guān)少兒編程教具的設(shè)計(jì)時一定要從用戶本身出發(fā)，多層次、多角度地去理解產(chǎn)品，能達(dá)到事半功倍的效果。