基于興趣引導的交互式少兒編程教具產品設計探究

王增厚

（武漢工程大學藝術設計學院，湖北 武漢430074）

隨著人工智能時代的到來，美國等先進國家提出了STEM（科學Science、技術Technology、工程Engineering、數(shù)學Mathematics）教育模式，其中編程技術是先進國家中學教育的一個重要環(huán)節(jié)，奧巴馬總統(tǒng)甚至提出了編程從小學開始的口號[1]。人生百歲，立于幼學。少兒時期是學習的關鍵時期，無論國內還是國外對少兒教育都比較重視。目前，有很多的發(fā)達國家將編程教育納入了中小學的日常課程，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，研究設計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，為以后的學習奠定基礎。

1 興趣引導的作用和意義

1.1 興趣對學習的影響

眾所周知，興趣是學習最好的導師。人們因為感興趣才會去接觸一件事情、一個事物，接觸之后，如果能進一步激發(fā)興趣，才會進一步去深入了解它。美國學齡前兒童心理研究數(shù)據(jù)表明，如果想讓孩子認真學習，最好的方式就是先調動孩子的興趣，并讓其參與其中[2]。學習興趣對學生來講非常重要，比如學生出現(xiàn)嚴重的偏科現(xiàn)象就是由學習興趣引起的。提高學生學習效率和能力最有效的手段是激起學生的學習興趣，這也是提高學生主觀能動性的重要方式。

1.2 興趣引導與編程教具產品設計

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

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的編程。少兒是祖國的未來，未來社會的發(fā)展進步需要大量的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習成長有幫助，而且更有助于為國家培養(yǎng)優(yōu)質的IT人才。國內外目前都比較重視編程教育，發(fā)達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目標，2012年時，日本就為中小學生們開展了編程教育的相關課程[3]。相對而言，中國的少兒編程教學起步較晚，直到2014年STEM的概念逐漸在國內普及，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的發(fā)展，2017年，浙江省將信息技術提升為高考科目，進一步推動少兒編程教學的發(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注的熱點，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，各種編程教育機構林立。社會對編程教具的需求進一步擴大，編程教具市場也將會進一步擴大。市場上也出現(xiàn)了各種編程玩具、編程教具、編程機器人等，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。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，使用者對編程產生興趣。

3 少兒編程教具產品設計實踐

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

3.1 目標人群的特征

本文所做的設計主要針對的人群是小學生。從少兒心理特征層面講，這個時期他們有強烈的好奇心，對有趣且新鮮的事物會產生較為濃厚的興趣。所以產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。從認知特征層面講，目標人群主要處于7～11歲的具體運算階段，兒童能進行簡單的邏輯思考，有一定的逆向思考能力。這一階段可培養(yǎng)兒童簡單的邏輯運算能力及邏輯關系[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習到知識。從少兒審美特征層面講，目標人群已經(jīng)具有一定的審美，他們會喜歡活潑的顏色，產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 產品結構分析

此次研究的產品主要構成是一個外面起到保護裝飾作用的外殼、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，如藍牙模塊、矩陣鍵盤、燈珠矩陣等。使用時集合電路板通過導線和傳感器進行連接，導線將傳感器收集到的信息數(shù)據(jù)傳導到集合電路板上并通過Arduino進行編程。在設計過程中要考慮的是結構的合理性以及結構的適配性。

3.3 產品交互使用體驗研究

交互設計的本質就是以人的行為、生活、習性為依據(jù)而進行的設計實踐[6]。好的交互設計可以給使用者提供良好的使用體驗，將交互設計理念應用于少兒編程教具設計中是非常有必要的。交互設計要遵循相應的設計原則，首先是設計的可用性原則，設計一定要具有安全性；其次是設計的易用性原則，設計的目的是使少兒更容易理解使用；最后是設計的情感化原則，在進行交互設計的同時要注意情感設計，將情感設計融入交互設計，這樣的交互設計更有人情味。交互設計情感化設計就是把情感化設計的相關方法和理論知識運用到交互設計中[7]。對本論文中的少兒編程玩教具進行交互設計時主要考慮以下幾點：①確保使用過程安全，產品無毒，產品盡量圓潤少棱角等；②產品易用性強，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 產品最終效果圖展示

產品主題結構設計理念采用模塊化設計，方便產品的使用和維護。最終效果如圖1所示。產品上部3個部件分別為Arduino、led數(shù)碼管、串口屏。產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 基于興趣引導的少兒編程教具（制作圖片）

3.5 產品使用場景設計

本次研究設計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，做好少兒學習編程的啟蒙。使用本少兒編程教具要結合電腦端的應用（mBlock）共同使用。將本少兒編程教具主要用于教學中，教師根據(jù)自身情況、少兒年齡、少兒對編程的認知程度等進行備課，在mBlock中選用相應的編程難度和步驟。教師除了對mBlock和本少兒編程教具進行講解外，應當將教學與生活相結合。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？比如在人行道兩側設置紅外感性傳感器，當紅燈亮時，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完成相應的編程，使用教具展現(xiàn)場景，最后記錄整個過程和完成學習。兒童玩教具的方式主要是兒童自主探索、自主嘗試，教師或家長的指導應當起輔助作用[7]。所以課程結束后要鼓勵學生們自主去探索學習。提出的新型編程教育模型如圖2所示。

圖2 基于興趣引導的交互式少兒編程教具教學模型（制作圖片）

4 結論

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計是很有意義的。學習興趣是學習動機的重要心理成分，是學習積極性中最現(xiàn)實、最活躍的成分，也是發(fā)展智力潛能的契機[8]。基于興趣引導，從少兒的興趣入手，增強改善少兒的交互體驗，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)性的學習興趣，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合，既豐富了教學內容，又有助于少兒理解編程。總之在做有關少兒編程教具的設計時一定要從用戶本身出發(fā)，多層次、多角度地去理解產品，能達到事半功倍的效果。