基于智慧學習環境的學齡兒童教具設計研究

彭琳　穆榮兵

關鍵詞：智慧學習環境;學齡兒童;教具設計

當今教育話題熱度不減，順應時代對教育的需求，智能化、信息化已逐漸融入兒童課堂中，教具是學習環境和教學內容的紐帶。但目前市場上針對學齡兒童教育的教具只針對課堂某一階段進行教學輔助，功能單一且學生與教具之間的互動性不強，未考慮學齡兒童在智慧學習環境下的需求。文章探索在新型智慧學習環境下更符合學齡兒童認知規律和心理訴求的教具產品，以期既能滿足學齡兒童對學習認知的需求，也能拓展智慧學習環境下教學的新途徑。

1 智慧學習環境概述

21 世紀，隨著現代信息技術的迅速發展，智慧學習旨在滿足學習者的個性化需求。在理想的智慧學習環境中，教師可利用學習環境中的智能設備和多媒體技術呈現出多種教學方式的可能性，使學生能夠身臨其境地體驗學習課堂，增強學生的認知動機，提高學生的學習興趣。一方面，目前智慧教室是一種典型的智慧學習環境形式，是智慧校園的重要組成部分，也是借助物聯網技術、云計算技術和智能技術等構建起來的新型教室，其功能豐富，模塊化結構，適應面廣。另一方面，智慧學習環境正在普及化，現已廣泛應用于各大高校。研究發現，相較于傳統教室和傳統教學，在智慧學習課堂上，老師主要以教具指導和引導去輔助學生進行認知，教具已成為課堂上的剛需產品。智慧課堂凸顯的特征為學生可以通過智慧課堂中的媒體產品獲得學習幫助，比較典型的就是利用電子書包向學生推送相關的學習資源，提升學校的教學效率和學生的學習效率。這一功能得益于現代信息科技的迅速發展，能夠幫助學生減少認知上的負擔，激發學生的學習活力[1]。

培養學齡兒童知識能力的同時也要關注其身心健康。充分利用當前的智慧學習環境，運用互聯網、多媒體和數字信息化的優勢，構建能夠滿足學齡兒童知識需求和精神需求的教育平臺。擺脫以往傳統授課的死板、嚴肅，缺少實踐氛圍，進而關注學齡兒童愛交流、愛動手的特性，加入一些具有互動性、實操性的內容，提高學齡兒童對課堂的關注度。

2 學齡兒童教具產品設計的現狀及存在問題

2.1 學齡兒童教具產品設計的現狀

教具作為教師輔助教學的用具，有著其他手段不可替代的作用。目前教具產品市場并未得到精確的劃分，目前教育類產品多數仍歸類在兒童益智類玩具。市場上常見的兒童教具主要分為學科教育和興趣愛好兩種類型。學科教育立足學習過程，主要圍繞語文、數學、英語等學科知識，如天平秤算數玩具、數學學具盒和拼音學習機等;興趣愛好多在課余，從兒童的興趣愛好入手培養其對學習活動產生的積極情感體驗，產品種類涉獵較廣泛，如樂高玩具、AR 地球儀和多功能動物昆蟲觀察盒等（如表1）。

2.2 學齡兒童教具產品設計的存在問題

結合上述學齡兒童教具產品的市場現狀，分析目前學齡兒童教具產品現存的問題，主要有以下幾方面：（1） 根據調查研究顯示，市面上的兒童教具產品設計偏向于“啟智”這一設計目標，主要針對兒童心理和生理的發展特征來強調教育的作用，從根本上忽略了兒童的心理成長訴求;（2） 傳統課堂上使用的教具產品面臨的主要問題是無差別、大眾化，缺乏互動性和趣味性，且因其主要使用者為教師，教具的設計過于成人化，便于教師授課使用，而對兒童學習的導向性不強;（3） 目前教具設計大多集中在課堂教學內容的展示，基于學習環境下開發的教具產品已經不能滿足環境、用戶和教育的需求，在一定程度上削弱了兒童課堂學習的積極性。

3 基于智慧學習環境的學齡兒童教具設計意義

教具的引導是在學習環境下知識輸入最直接的方式。對學齡兒童教具設計來說，符合兒童身心發展和促進學習興趣尤為重要，用教具推進教學，對學齡兒童的認知方式和學習效果具有重要意義[2]。

3.1 創新教學教具新途徑

學齡兒童教具產品分為學科教育和興趣愛好兩大類，這些教具都具有趣味性、實踐性和直觀性等特點，同時在功能上，它們都具有鮮明的主題，功能明確。針對一般學習環境下使用的教具產品，學生接觸的時間往往少于教師使用的時間，所以以往大多教具是以教師視角來分析教學的行為特征。智慧學習環境下使用的教具對兒童的認知和理解具有一定影響，結合現有教具的普遍特征和產品使用方式，針對6—7 歲這個年齡階段的學齡兒童，通過材質、色彩、外觀、五感感官體驗等，能讓兒童在課堂上實際操作形成人機互動，使教學主體能夠沉浸式地參與到當前的教學活動中。

3.2 延伸課堂教育新形式

通過調研得知，教具應與使用人群的能力相匹配，即需考慮兒童實際互動操作的難易程度和具備的使用技能、認知水平。目前國內智慧教室關于智能電子類設備還處于初步引入階段，與傳統教學課堂相比，智慧學習環境下教師引入游戲化教學方法更能吸引學生的注意力，更容易激發兒童對知識的濃厚興趣。同時，以小學課程為基礎的教具開發具有多元性，也要求教具設計與時俱進，再結合設計理論進行探究，比如采用模塊化設計、體驗設計、互動設計等。可在單人操作或小組多人協作時與教具互動，不同玩法、不同操作會帶來不同的趣味性，引導兒童從“被動學習”轉換為“主動學習”。

4 基于智慧學習環境的學齡兒童教具設計需求分析

產品設計的基礎是用戶需求。文章研究的對象是教師和學齡兒童，學齡兒童廣義上指的是符合普及義務教育入學年齡階段的兒童，狹義上指的是6—12 歲小學階段的學生。文章從6—7 歲學齡兒童著手，因為此階段的兒童學習興趣高，需求驅動力強。以下將圍繞用戶和產品兩個方面深度挖掘了解學齡兒童和教師在智慧學習環境中對教具的需求。

4.1 基于用戶層面的需求分析

4.1.1 情感性需求

6—7 歲學齡兒童正處在活潑好動的年齡段，注意力水平還處在發展階段，大腦神經系統還沒有發育完善，兒童控制自己注意力的時間有限;研究表明6—7 歲兒童注意力集中時間一般在15—20 分鐘。通過在課堂教學活動中使用教具產品，能讓老師與同學合作，可以采用師生交流或者生生交流，加深學齡兒童與老師、同學的情感聯系，既可以加強兒童對于所學知識的認知，也有助于兒童改善與老師、同學的關系，提升學習的積極性[3]。

4.1.2 教育性需求

教育的根本目的是立德樹人。依托于智慧學習環境在進行學齡兒童的教具功能設計時，不能只考慮知識技能目標，還需考慮兒童的身心發展健康和精神需求。開發在學習過程中所需要的產品和教學環節，設計出既符合學齡兒童身心發育，又滿足其學習需求的教具產品。采取適當的精神性鼓勵手段有助于提升兒童的學習狀態，將價值塑造、知識傳授和能力培養三者融為一體。

4.2 基于產品層面的需求分析

4.2.1 智能性需求

智慧教室迅速普及，智能化的介入為課堂注入了新的生命力，可以利用現代科技信息化打造的智慧學習環境，并用互聯網大數據構建新型高效教授課堂。在這種智慧學習環境中進行教學活動，教具需要更加智能化，滿足教師和學生的不同需求。從通用化的情感關懷角度開發智能化的教具產品，有利于課堂中教師與學生進行互動，根據不同學生的狀態更好地呈現不同學科的教學內容，開發兒童多種方面的智能，激發兒童的潛力。

4.2.2 體驗性需求

人的認知，是通過身體的體驗和相互配合的行為活動方式形成的，所以在兒童的教育過程中，親身體驗起到十分關鍵的作用。在教具產品設計中，有很多從兒童的認知特征、心理特征出發的觀點，而認知心理學里的具身認知理論，重視用戶的體驗，人機交互中感知覺通道獲得刺激后，經過大腦的加工從而內化形成認知。課堂中的教具應能引導兒童自主地投入到現有的學習環境中，教具一改以往只供教師教學使用，作為教師“教”和兒童“學”。教具產品設計應從雙向考慮，實現以教具操作、探究學習為主的體驗式教學。

4.2.3 指引性需求

6—7 歲這一階段的學齡兒童正處在活潑好動的年齡段，注意力水平還處在發展階段，大腦神經系統還沒有發育完全，兒童控制自己注意力的時間有限。教具能激發兒童的學習興趣或者是階段性的認知能力培養，圍繞多種主要學科內容開展教學活動，培養兒童的綜合能力。由于這一類教具需要在專業老師的引導下使用，所以產品本身需要具有一定的引導性和交互性，易于教師使用和兒童理解，并設定鮮明的學科主題，讓兒童能沉浸其中。

5 基于智慧學習環境的學齡兒童教具設計思路

5.1 智慧學習輔助模塊化設計

為給教師和兒童最直觀的體驗，凸顯教具的教育性和知識性，應充分整合智慧教室和教具的功能，實現二維到三維的轉化。模塊化的靈活性、可選擇性拓展了智慧學習環境下的教學新方向，適應智慧學習環境下對不同學科的授課需求，能夠使教師根據不同學科屬性進行選擇，兒童能通過模塊化的選擇和組合提高自身的認知。

作為輔助教學的用具，其主要是由智能交互屏幕和教具配件兩部分組成。例如，在學習《小小的船》這課時，學生了解了生詞后，教師需考察兒童對知識的掌握程度，教師分發教具（字母磁片和磁性吸盤），學科教具配件如圖1 所示。兒童可自行分組分工拼讀完成智慧交互屏幕中所需掌握的詞語“月兒”。然后將拼音磁片依次放置在磁性吸盤上，完成后，將其放置在智慧交互屏幕的攝像頭上進行掃描，攝像頭會實時捕捉并識別磁盤上拼音磁片的內容。如果拼音正確，智慧交互屏幕上會出現正確拼音，并會說出拼音的正確讀法，教師還可設置故事場景和卡通人物，說“你真棒”來進行鼓勵;如果拼音有誤，智慧交互屏幕智能提示并引領認知，語音提示兒童進行改正，如提示拼音a 會說“漢語拼音之首”、提示拼音w 會說“兩個手比耶”。形象生動以此引發兒童思考，然后屏幕上會展示出正確答案和正確讀音，并語音“繼續加油”鼓勵兒童。

5.2 蘊含教育意義的游戲方式

游戲化學習是提升孩子學習興趣的重要渠道之一[4]。教師可根據不同教學課程，組織相應的教育游戲，通過教育游戲主界面點擊自由設置選項來進行游戲腳本設計和游戲素材（即教具）的選取，讓教具成為教育和游戲化的載體。在創造的教育游戲化的智慧學習環境中，教育游戲應符合新課改下教材內容和學齡兒童的心理和認知特征，能讓學齡兒童從教育游戲的機制和玩法中獲得進步感、參與感和成就感，讓他們主動思考。教育游戲化的最終目的是利用游戲的娛樂性來達到兒童認知的教育性。

5.3 智能信息化的體驗設計

從產品設計角度出發，重新審視學齡兒童教具，智慧學習環境能夠提供合適的資源和便利的工具，需要考慮信息融合，善于運用智能信息化等科技升級體驗。智能信息化的體驗服務只是一個手段，需要通過載體和移動終端去落實[5]。教師在智慧學習環境下使用教具的過程中，會將課本中抽象的學科知識轉化為形象、具體的可操作性知識，但需要關注兒童在使用教具的“前—中—后”三個階段的主體行為和認知程度。兒童初次接觸教具也要有一個接受適應的過程。美國Makey Makey 把生活中每件事物都通過物體連接變成鍵盤。將產品與互聯網連接，兒童可以拿它來做科學實驗或者藝術創作，比如人們可以通過敲鍵盤來彈琴，MakeyMakey 可以用任何東西來彈琴，例如用香蕉，如圖3 所示。由此可知，學齡兒童教具產品設計應更注重環境和用戶的雙向互動性，支持線上線下實體交互學習，真正拉近知識與生活的距離。

5.4 堅守寓教于樂的教學精神

在智慧學習環境的背景下，大量的教學視頻和音頻資源、各類學術知識為寓教于樂提供了強有力的支撐，無論是教學技術創新，還是教具產品創新都離不開智慧學習環境資源的整合利用。在考慮智能化和模塊化等設計理念外，學齡兒童教具產品需要具有寓教于樂精神，娛樂式教學是針對學齡兒童教具設計的重要思路。前提是要以學齡兒童為關注對象，可以從色彩、材質、使用方式、外形設計及內部構造考慮，教師通過操縱教學中使用的教具和設計的教學環節來引發學生懷著興趣和愉悅的情緒進行互動學習。如圖4 的葡萄探索號創意玩具，傳統益智玩具魔方、七巧板就結合了現代科技，有趣的立體互動讓孩子在玩耍中激發識字認讀的興趣。注重學習過程中潛移默化的作用，外化于行，內化于心，為學齡兒童營造了一個良好的智慧學習環境，實現教育的人本主義。

6 結語

隨著科技發展，智慧學習環境是未來教育教學的發展趨勢。結合當下智慧學習環境可以有效地指導設計教具產品，借助智慧學習環境下的技術，推動教具產品智能化升級。圍繞用戶和產品兩方面分析設計需求，提出了智慧學習輔助模塊化設計、蘊含教育意義的游戲方式、實現智能信息化體驗設計、堅守寓教于樂的教學精神四個學齡兒童教具設計的思路。目前智慧化教具還處于設計探索階段，以期此次探討有助于提高學齡兒童對課堂的黏性，充分利用智慧學習環境的資源發展兒童，使其將來成為國家的棟梁之材。