申雪嫣 王 軍

(浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江臨安 311300)

隨著教育理念的更新和教育技術(shù)的進(jìn)步，家長對孩子教育的要求越來越高，尤其體現(xiàn)在選擇玩具方面，力求尋找一種能讓孩子在娛樂中學(xué)習(xí)知識或者技能且安全健康的玩具，于是基于STEAM教育理念研發(fā)的玩具應(yīng)運而生。STEAM代表科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)、藝術(shù)(Arts)、數(shù)學(xué)(Mathematics)[1]。STEAM教育是在真實情境中以多學(xué)科融合的方式培養(yǎng)學(xué)生STEAM素養(yǎng)的一種教育形式[2-4]，其內(nèi)涵主要涉及7個方面：跨學(xué)科整合、在做中學(xué)、創(chuàng)新意識、基于項目與問題、依托工具與資源、真實情境下的探究、多元主體共同參與[3]。STEAM玩具按照使用方法可分為5類[5]：編程類、機(jī)器人類、拼接搭建類、科學(xué)實驗與工程類、3D打印類。

竹制玩具因其材料的獨特性而具有造型簡潔、使用方便、雅俗共賞的特點。竹制玩具多為民間傳統(tǒng)玩具，如風(fēng)箏、竹蜻蜓、竹高蹺、空竹等，許多這類玩具至今仍在廣泛使用。由于加工技術(shù)的限制，市場上的新型竹制玩具多是以竹集成材加工而成，未能體現(xiàn)出竹材自身的特性[6]。根據(jù)結(jié)構(gòu)特征木制玩具可分為堆積式、拼接式、組裝固定式、互動式4類，其連接方式多樣，如榫接合、膠接合、機(jī)械接合等，因此木制玩具在拼接組合時玩法豐富，深受市場的歡迎[7]。另外，由于木材紋理柔和自然，與其他材料結(jié)合包容性強(qiáng)，在兒童玩具領(lǐng)域中具有獨特優(yōu)勢。

目前STEAM教育的理論基礎(chǔ)相對完善，但在竹木玩具中的應(yīng)用研究相對缺乏，也缺少相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范，使得市場上STEAM竹木玩具較少。中國STEAM玩具大多數(shù)還處于仿制階段，例如仿樂高的拼裝類玩具、仿WobbleWorks公司的3D打印筆等，國內(nèi)自主研發(fā)的STEAM玩具很少。竹材和木材均為天然可再生材料，加大STEAM竹木玩具的開發(fā)對于減少碳排放、減輕環(huán)境壓力具有重要意義。

1 STEAM玩具市場調(diào)查

通過電商平臺調(diào)研了117種市場上常見的STEAM玩具(圖1)，并根據(jù)功能和材質(zhì)對玩具進(jìn)行分類。

圖1 市場調(diào)查的117種STEAM玩具Fig.1 The market investigated 117 kinds of STEAM toys

1.1 STEAM玩具的功能類型

根據(jù)玩具的功能，STEAM玩具可分為編程機(jī)器人類、3D打印筆類、拼搭類、實驗探索類、生活技術(shù)類以及算術(shù)類等6大類，它們在所調(diào)查的玩具中所占比例分別為16%、12%、28%、22%、16%和6%。從使用功能看，STEAM玩具的目的是培養(yǎng)孩子的動手能力、創(chuàng)造力、語言能力和協(xié)調(diào)性，開發(fā)智力，強(qiáng)化孩子對色彩的認(rèn)知能力。

1) 編程機(jī)器人類(圖1編號1—19)。以簡單的基礎(chǔ)編程為主體內(nèi)容，通過人工智能程序，將編程內(nèi)容游戲化、可視化，通過與機(jī)器人的互動游戲來學(xué)習(xí)編程，培養(yǎng)孩子的數(shù)學(xué)、計算、邏輯以及創(chuàng)造思維能力。

2) 打印筆類(圖1編號20—33)。以3D打印技術(shù)為基礎(chǔ)，利用聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等材料，讓使用者進(jìn)行二維或三維的圖形創(chuàng)作或組裝，可以起到鍛煉孩子心理和生理的雙重效果。

3) 拼搭類(圖1編號34—66)。分為拼接和搭建2類，均是以多種基礎(chǔ)部件為元件，按照示意圖拼搭或自由創(chuàng)作，有助于段落兒童的動手能力、模仿能力、創(chuàng)作能力以及想象力。

4) 實驗探索類(圖1編號67—92)。以物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、天文學(xué)的原理為基礎(chǔ)，讓孩子動手實踐、感受實踐結(jié)果的玩具，孩子可以從中感受生活中的科學(xué)，從而對科學(xué)知識產(chǎn)生興趣。

5) 生活技術(shù)類(圖1編號93—110)。以生活中已被現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所代替的傳統(tǒng)手工技術(shù)(如紡織、造紙等)為基礎(chǔ)，以體驗原始活動、了解技術(shù)發(fā)展的階段性成果為目的的玩具，可再現(xiàn)歷史技術(shù)，拓展知識，激發(fā)孩子對傳統(tǒng)技藝和文化的興趣。

6) 算術(shù)類(圖1編號111—117)。以數(shù)字運算為核心，將運算過程可視化、生活化、故事化的玩具，可培養(yǎng)孩子的算術(shù)能力，降低運算過程的沉重感。

1.2 STEAM玩具的材料類型

根據(jù)玩具制作使用的材料，STEAM玩具可分為竹木玩具、塑料玩具和其他材料玩具，各類型玩具在所調(diào)查的玩具中所占比例分別為31%、59%和10%。塑料玩具由于具有材質(zhì)成本低、可塑性高、絕緣性與耐侵蝕性較好、色彩多變等優(yōu)勢，在市場上占據(jù)了最大的份額。竹木玩具因?qū)庸すに囈筝^高、使用范圍受限較大且生產(chǎn)成本相對較高，限制了其在市場上的推廣。

竹子是重要的可再生生物資源，其生長周期短、成材快、產(chǎn)量大，竹材具有強(qiáng)度高、韌性好、易加工、易降解、有天然質(zhì)感[8-10]、可循環(huán)利用等特性[11]，可進(jìn)行多功能設(shè)計[12]。木材也普遍具有天然紋理，色澤柔和[13]，易于加工，且原料來源廣泛[14]。因竹木原料的綠色可再生屬性，其在STEAM玩具領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大，未來有望成為玩具材料的主流。

2 STEAM玩具設(shè)計存在的問題

從市場調(diào)查結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)現(xiàn)有STEAM玩具存在如下問題。

2.1 缺少原創(chuàng)性

國內(nèi)現(xiàn)有STEAM玩具多為效仿國外的設(shè)計，缺少與本土文化的融合。原創(chuàng)性的發(fā)掘應(yīng)從本國傳統(tǒng)文化出發(fā)，傳承與學(xué)習(xí)本民族的優(yōu)秀傳統(tǒng)技藝，并將其融入玩具設(shè)計中。

2.2 模糊了STEAM玩具的獨特性

市場上有許多打著STEAM旗號的“假”玩具，它們雖然對孩子的成長與發(fā)展有一定的作用，但稱不上是STEAM玩具。STEAM玩具要符合至少探索STEAM中的2個領(lǐng)域，同時具有趣味性，這二者定義了STEAM玩具的內(nèi)涵。失去了“STEAM”就只能被稱為玩具或益智玩具，失去“趣味性”則只能稱之為教具，而非玩具。

2.3 材料缺乏環(huán)保性

調(diào)查顯示，近60%的STEAM玩具以塑料為主要材料，綠色環(huán)保的竹木類材料應(yīng)用較少。塑料是極難降解的“白色污染”[15-16]，竹木是天然可再生的生物材料，其在功能性、經(jīng)濟(jì)性、審美性、實用性等方面的優(yōu)勢使之更適合作為玩具的主體材料，具有巨大開發(fā)潛力[6]。

2.4 娛樂中忽視了孩子的運動性

STEAM玩具普遍忽略孩子在玩耍過程中的狀態(tài)，往往存在工程量大、長時間原地不動的問題。培養(yǎng)孩子的運動能力直接關(guān)系到孩子的健康與活力，玩具應(yīng)該成為孩子養(yǎng)成好習(xí)慣的幫手。

3 竹木STEAM玩具的設(shè)計方向

基于上述存在的問題，竹木STEAM玩具的設(shè)計應(yīng)遵從以下方向。

3.1 本土化

中國擁有獨特和極富內(nèi)涵的文化，比如在科學(xué)上，有日晷對時間的探索，有指南針對方向的探尋；在技術(shù)上，有木雕、皮影等。眾多優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化和技藝等可以新的形象展現(xiàn)在人們的生活中。STEAM玩具的發(fā)展應(yīng)重視對中國本土文化的發(fā)掘，將其融入孩子的世界，讓孩子在玩具中感受文化的魅力。

3.2 微課程化

在現(xiàn)有STEAM玩具中，特別是科學(xué)探索類，課程化趨勢明顯。玩具過于遵循課程標(biāo)準(zhǔn)，很容易失去“玩具”的本質(zhì)，而成為為課本服務(wù)的教具。微課程化更重視培養(yǎng)舉一反三或自我創(chuàng)造的能力，應(yīng)以不同的基礎(chǔ)素材，讓孩子發(fā)揮想象，發(fā)現(xiàn)更多的可能性，做到自由應(yīng)用，而不是無謂的“搬運”。

3.3 環(huán)?；?/h3>

好的材料既可以滿足產(chǎn)品的功能要求，也能夠減少對自然和人類的傷害。竹木材料既環(huán)保又對人體無害，質(zhì)感更親和，而且耐用。盡管竹木材料在化學(xué)實驗類和3D打印類STEAM玩具中應(yīng)用機(jī)會少，但在其他類型的玩具中有很大的應(yīng)用空間。

3.4 互動化

交流與溝通是孩子很重要的技能。在使用玩具過程中，孩子學(xué)會與他人協(xié)作、溝通，學(xué)會謙讓、互助，培養(yǎng)與人相處的能力。在STEAM玩具中，機(jī)器人玩具的主打功能就是人機(jī)互動。機(jī)器人時而是老師，教授孩子知識與道理，時而是伙伴，陪伴玩耍。孩子與玩具的互動過程也是一種學(xué)習(xí)、探索、成長的方式。在人工智能和人機(jī)交互技術(shù)不斷發(fā)展的未來，STEAM玩具需及時引入成熟技術(shù)，優(yōu)化自身的配置。

4 竹制STEAM玩具設(shè)計實踐

根據(jù)上述設(shè)計方向，設(shè)計了一款竹制STEAM玩具《影子世界》。

4.1 設(shè)計定位

該玩具是針對3～6歲的孩子而設(shè)計。這一階段的孩子好奇心十分強(qiáng)烈，喜歡模仿周圍人的肢體動作和語言，且動手能力逐漸增強(qiáng)[17]。針對這些特征，設(shè)計了這款互動性較強(qiáng)且使用難度不大的玩具，可以滿足孩子的模仿需求、與家人互動需求和對動手能力的鍛煉。

4.2 設(shè)計依據(jù)及目的

設(shè)計靈感源于家庭生活中的手影游戲和傳統(tǒng)的皮影戲，其原理是基于STEAM中物理學(xué)知識——光沿直線傳播。結(jié)合手影與皮影的娛樂方式，在純粹的手部動作中加以外物的輔助，簡單化手影游戲，幫助手部不夠靈活的家長也能參與游戲，增強(qiáng)家長的參與性，同時孩子自己也能獨自娛樂。

玩具的模塊化拼接，操作簡單，可變化性強(qiáng)，在培養(yǎng)孩子動手能力的同時，還可以培養(yǎng)孩子的創(chuàng)造性思維，增強(qiáng)對動物形態(tài)的認(rèn)識以及藝術(shù)造型能力。

玩具的模塊部分采用竹材本身的顏色，其余使用水漆上色彩，在玩耍過程中培養(yǎng)孩子對色彩的認(rèn)知能力，同時增加對于竹木材的接觸，感受竹木的親和力。

4.3 玩具的材料與結(jié)構(gòu)

玩具采用竹材，將動物的身體模塊化、抽象化成多個單體，經(jīng)過部分面的中心磁鐵連接，組合成不同形狀的整體(圖2)。

圖2 玩具在游戲時的不同造型Fig.2 Different shapes of toys in games

4.4 玩具使用方法

通過自由組裝，拼成不同的外形，用雙手加以變換的修飾，通過光沿直線傳播的原理，在墻上形成不同的動物影子(圖3)。

圖3 玩具在游戲時的場景與呈現(xiàn)的效果Fig.3 Scene and effect of toys displayed in games

4.5 設(shè)計特點

該玩具設(shè)計體現(xiàn)了本土化、環(huán)?；突踊脑瓌t，以本土化的皮影戲與手影游戲為設(shè)計原型，采用綠色環(huán)保的竹木材料，使用中可增強(qiáng)孩子與家人之間游戲互動的機(jī)會，讓孩子在玩耍過程中體會到光沿直線傳播的物理學(xué)知識在生活中的存在，同時也可激發(fā)孩子的想象力，培養(yǎng)其舉一反三的能力。

5 結(jié)束語

對市場上現(xiàn)有的STEAM玩具調(diào)查發(fā)現(xiàn)，雖然玩具種類豐富，制作優(yōu)良，但在制作過程中普遍存在缺失原創(chuàng)性、獨特性、運動性以及使用材料的環(huán)保性等問題。為此，提出了STEAM玩具設(shè)計應(yīng)注重本土化、微課程化、環(huán)?；约盎踊慕ㄗh，期望STEAM玩具的設(shè)計更符合孩子及社會的要求，使孩子在玩耍過程中學(xué)習(xí)，在玩耍中鍛煉自我。