感溫變色材料在兒童教具設計中的應用研究

王婧

關鍵詞：感溫變色材料;兒童;教具設計;應用

隨著人類科技的不斷進步，在制造領域的發現不斷突破。一些超出常規的智能材料相繼被發現與開發和應用。智能材料是具有一定敏感特性的材料，對于內外環境的刺激能做出判斷處理與應變反饋。智能材料由基體材料、感知材料、執行材料構成。早在二十世紀八十年代末便有其概念提出，1997年的《華盛頓郵報》用“產生奇跡”描述了智能材料的大好未來。目前應用較為廣泛的智能材料為電（磁）流變流體材料、電（磁）致伸縮材料、形狀記憶材料、光（熱）敏材料等，在《國內外智能材料發展狀況分析》中更有詳細記錄[1]。智能材料目前被廣泛應用在軍工科技、工農生產、醫療民生等方面。但目前智能材料的應用并未親民基層化，也與其特性和成本等有關。本文圍繞智能材料中與大眾接觸較多的熱敏材料中的感溫變色材料應用展開，通過對原理的了解和特性的觀察，與兒童教輔設計互為切入點，以實現更多具有輔助作用的應用。

在兒童設計方面，好的教具能夠寓教于樂。尤其在五感方面對于學齡前兒童的智力開發、行為引導與啟蒙教育起到重要作用。索理基于人文關懷提出了“兒童視角”概念[2]，考慮兒童每個年齡階段的心理、行為等方式進行設計。將新技術型智能材料與教輔式玩具相結合，注入多維度感知交互特性，利用觀察、比較、列表、分析等多種研究手法探討應用的可能性，既為感溫變色材料這種非數字化的交互行為做出探索，還能滿足了兒童與教具互動過程中需要引導的需求。

1 感溫變色材料概述

這是一類能夠通過感知外界溫度變化的同時發生相應色彩變化的材料，其成分并不單一， 百年間開發了有（無）機、聚合物、液晶等多種感溫變色材料，在細究分類上還可區分溫變是否可逆等特性，在化學穩定性上目前借助微膠囊技術擁有了較高的工作、存儲性能。低揮發性、耐實用性、高物質穩定性以及其感溫變色的特性使其廣泛應用在工業制造、食品生產、紡織印刷、日常生活當中[2]，是目前智能材料種類中在人們日常生活中應用較多的材料。

2 感溫變色材料在兒童教具設計中的應用意義

目前兒童教具設計都是比較傳統的，例如兒童繪本、牙齒玩具、系鞋帶教具等，但這些教具都缺少與兒童之間的感官交流與互動。但是應用感溫材料，教師就可以通過感知對兒童進行引導，并針對兒童玩具中自由、趣味、無意識的要求相配合。感溫變色材料可以隨著溫度的變化而變換顏色，對兒童來說具有一定的趣味性，若將其應用于兒童教具設計中，可以提高兒童的學習興趣，為兒童的視覺和觸覺增添的新活力，使其呈現更好的學習效果。例如在蒙氏幼兒園當中常見的茶具教具中應用感溫材料，在倒入不同溫度的水時，茶壺會隨之變化不同的顏色，讓孩子感受到感溫變色材料帶來的樂趣，以兒童行為方式作為出發點，達到娛樂性與教育性兼具屬性，可謂是一舉兩得。因此將感溫變色材料應用于兒童教具設計中具有一定的積極意義。

3 感溫變色材料在兒童教具設計中的應用思路

3.1 明確產品設計的功能性和體驗性目標

在最終產出上滿足有用、易用、想用的目標[3]。在形態上具有外形美觀、圓潤安全、視覺新穎、元素親切的特點;材質上要符合安全無毒、輕巧耐用的要求;在功能上寓教于樂，通過興趣體驗出發體現出玩具的教育意義。在可用性上考慮作為接觸兒童的物件是否做到了基礎的安全標準，是否易于使用，針對目標用戶不會產生復雜的認知困難。以及直擊產品對于兒童的作用是否具有成效，對兒童生理和心理成長具有正向的引導作用。另外在體驗性目標方面，從情感和行為上需要另外考慮產品的壽命，即是否具備使用延長性，留有通過迭代機會的方式增強產品的體驗長度。這也可以改善蒙氏教具中“專一性”的弊端，即內容有限、操作重復、功能目的單一的缺點，以提升產品反復使用率，補充兒童玩具趣味性。圖1 為 感溫變色材料在“手指學數字”教具中的應用。

3.2 考慮用戶生理與心理需求特點

在應用感溫變色材料時，也要考慮到材料本身對于特殊人群的安全性與可靠性，并且分析兒童的心理與生理特點，探索色彩與圖案在變色操作過程中的和諧性與趣味性。還可以借助具有自然親和力的動物圖案以幫助達到符合認知敏感期兒童審美和童趣的天性，增強整個體驗過程中的親近感。操作上以滿足兒童在自然意識下喜歡通過抓摸、觀察的行為。且認知、識別、模擬的行為是一系列連續、由淺入深的過程，從單純的外部體驗到深入的心理感知，在益智的出發點上，達到使兒童更好成長的期愿。圖2 為感溫變色材料在右腦開發積木設計中的應用。

4 感溫變色材料在兒童教具設計中的應用實踐

此次設計主要針對2—4 歲的學齡前兒童，為學齡前兒童設計一款牙刷教具。學齡前兒童正處于長牙的高峰期，且多數兒童不喜歡刷牙，對刷牙具有抵觸心理，且沒有規范的刷牙習慣。傳統的教具是每頁有一張凸顯牙齒造型的卡通動物圖案，通過內容缺失的引導方式，使兒童在貼片存放盒中尋找對應造型進行準確拼貼，再此過程中能夠鍛煉兒童的認知判斷能力。此次在設計時，設計理念是將牙貼片設計為感溫材料，黑色貼片通常為常溫狀態，以模擬沒有刷牙導致暗沉污垢的牙齒，兒童通過繪本配套的牙刷對其做出刷牙動作。刷牙的摩擦動作使得溫變材料所制成的貼片生熱從而產生變色，由黑到白強烈的視覺對比能夠讓兒童了解刷牙的重要性，從而起到教育意義。貼片上經由壓力制造特殊紋路，對應人們科學刷牙的方式，例如前牙貼片的豎直紋路引導了兒童刷牙過程中對其自己前牙需要上下刷的動作，側后牙貼片的螺旋紋路引導其對應自身后牙打圈式動作。貼片的材質、大小經過測試，安全性高，不會出現誤吞食等傷害狀況產生。通過視覺與觸覺激發兒童的認知能力，規范刷牙姿勢，緩解大多數兒童敷衍刷牙的心態，加深兒童對規范刷牙的認知。

5 結語

感溫變色材料讓我們感受到了其具有一種動態美感和樂趣。人與產品之間會出現更簡便、高效、有趣的默契。對于兒童群體，更是在行為互動中具有發展和需求的開發可能性。希望這些新技術能夠通過實踐結合，將潛在的聯系挖掘出來。讓智能材料在實體基層產品中的應用更加廣泛。并且也希望通過多維度的創新，立足兒童視角設計出寓教于樂的雙重價值產品，在深度和廣度上促進兒童成長發展。