榫卯結構在兒童玩具設計中的智能化交互應用

張昌軍 王祺 劉新有

摘要：從兒童玩具入手，將榫卯結構與兒童玩具相結合，引導兒童在參與玩具的互動過程中學習傳統文化知識，為建設文化強國供獻出一份力量。通過查閱文獻、實地調研、訪談法、問卷調查等方法對榫卯結構的發展、榫卯結構在玩具中的應用、國內兒童玩具的市場環境、兒童市場玩具的設計需求進行了詳細的調查研究。將互聯網技術運用在榫卯結構兒童玩具的設計中，以智能化交互的形式來引導兒童了解學習傳統文化。榫卯結構與互聯網技術的融合，為傳統文化的傳承和創新發展提供了新的思路。

關鍵詞：傳統文化 榫卯結構 兒童玩具 智能化 交互教學

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A文章編號：1003-0069（2022）11-0126-03

Abstract：Starting with childrens toys，the mortise and tenon structure is combined with childrens toys to guide children to learn traditional cultural knowledge in the process of interaction with toys，so as to contribute to the construction of a cultural power.Through literature review，field investigation，interview and questionnaire，this paper makes a detailed investigation and Research on the development of mortise and tenon structure，the application of mortise and tenon structure in toys，the domestic childrens toy market environment and the toy design needs of childrens market.Internet technology is applied to the design of mortise and tenon structure childrens toys to guide children to understand and learn traditional culture in the form of intelligent interaction.The integration of mortise and tenon structure and Internet technology provides new ideas for the inheritance and innovative development of traditional culture.

Keywords：Traditional culture Mortise and tenon structure Childrens Toys Intellectualization Interactive teaching

引言

在黨的十九屆五中全會上，黨中央明確了將于2035年建成社會主義文化強國的目標。建設文化強國就要樹立文化自信，傳承和發揚中國優秀傳統文化[1]。兒童是祖國的未來，加強對兒童的傳統文化的教育是文化強國建設的重要一步[2-3]。針對兒童的傳統文化教育，最重要的是引導兒童對傳統文化知識產生興趣，可以將傳統文化教育依附于兒童感興趣的載體來進行，例如：玩具、動畫、音樂等[4-6]。

榫卯結構經過數千年的傳承和發展，無疑是我國寶貴的傳統文化[7-9]，但是隨著時代的發展與新材料、新風格的沖擊，榫卯結構在家具和建筑兩個主要的應用領域中也在逐漸的減少，而又少有在其它領域應用的創新，榫卯結構正在漸漸離開大眾的生活。榫卯結構的穿插方式十分穩固，與常規的拼裝積木玩具相比更具穩定性，可以減少兒童參與玩具互動時因玩具倒塌而產生的挫敗感，有助于兒童對榫卯知識的主動學習[10-13]；由于榫卯結構的特殊拼插方式，使得其不依靠鐵釘等金屬小零件便可穩固拼接，減少兒童誤吞食小零件的安全隱患。將兒童喜愛的玩具作為文化教學的載體，將蘊含著傳統文化的榫卯結構融入到兒童玩具的設計之中，并與互聯網技術進行結合，使兒童在與玩具的互動過程中學習傳統文化，樹立文化自信，從而推進文化強國的建設。

一、榫卯結構在兒童玩具中創新設計的應用意義

榫卯結構是中華民族的文化瑰寶，但使其能夠在不斷變化的社會中得以傳承并發展，需要嘗試突破其應用領域的局限。本次課題嘗試將榫卯結構與兒童玩具相結合，通過玩具這一媒介來引導兒童學習傳統文化知識，同時也嘗試使傳統文化與互聯網新技術產生碰撞，例如使榫卯玩具與智能移動設備進行交互互動、利用RFID射頻識別技術實現玩具間的互動等[14]。對傳統文化進行智能化創新，為榫卯結構這種古老工藝注入新的生命力，來推動榫卯結構在現代的傳承與發展，幫助兒童更容易理解認識榫卯結構，鍛煉兒童的邏輯思維能力。

二、榫卯結構在現有玩具中的應用分析

在各大電商平臺中以“榫卯玩具”為關鍵詞進行搜索查詢，發現榫卯玩具種類很少，主要有魯班鎖（孔明鎖）、榫卯結構動物拼圖、“粒正”榫卯積木以及斗拱拼裝積木等幾種類型。以銷量作為排序條件進行查詢，榫卯玩具的購買幾乎都被魯班鎖所占據，由此可以看出目前榫卯玩具的種類在市場上依舊十分匱乏，在與其它玩具種類的競爭中并不占優勢，對于榫卯結構兒童玩具的研究是很有必要的。魯班鎖，又名孔明鎖（圖1-a），發明歷史悠久，是一款古老的益智玩具。但對于兒童來說，魯班鎖的玩法較為復雜且單一，并不適合作為兒童的傳統文化教學的載體。榫卯結構動物拼圖（圖1-b）的設計依附于動物的外觀形態，將若干塊積木拼圖通過類似于燕尾榫的結構還原成動物造型，有助于培養兒童的圖形認知能力，對邏輯思維能力的提升有一定的益處。但是這款玩具所應用的榫卯結構單一，玩法比較簡單，缺乏挑戰性，還需要進一步的探索。“粒正”榫卯積木（圖1-c）是正心啟蒙教育科技有限公司旗下的一款以榫卯結構為基礎的拼裝積木。是使用幾種通用積木零件配合上燕尾榫來進行自由組合的積木玩具，玩法和理念與樂高相似，不同于樂高積木的是“粒正”榫卯積木以傳統的榫卯結構作為積木之間的連接方式。這款玩具巧妙地將榫卯結構與模塊化玩具進行結合，并推出了多款系列主題，能夠很好的吸引兒童。缺點是所應用的榫卯結構單一，榫卯結構傳承與發展問題沒有得到有效的解決。斗拱拼裝積木（圖1-d）是將中國古建筑的斗拱部分進行縮小還原的積木模型，玩家可以通過玩具學習古建筑結構，對榫卯結構的傳承與文化的弘揚推廣具有積極的作用。

三、兒童玩具設計調研

基于對榫卯結構兒童玩具的智能化交互設計，筆者圍繞國內外玩具市場環境、家長兒童對玩具的設計需求進行調研。采用發放調查問卷、面對面訪談、資料查閱等方法進行了調查研究，并對調查結果進行分析，得出市場、兒童和家長對玩具的需求和偏好，為此次課題的設計要素分析與設計實踐過程提供有效數據支撐。

（一）國內玩具市場環境調研

根據《中外玩具制造》期刊在2020年期間對電商、商場等渠道的玩具銷售情況的監測數據反饋來看，這一年里積木類、IP授權類、盲盒類等類型玩具的銷售情況較為突出。

積木類玩具的益智性、靈活性、主題多變性特征使其長期占有著較為穩定的市場份額。近幾年隨著互聯網的發展，各種影視作品、游戲作品也被大眾所孰知，IP授權類型的玩具的銷售情況在玩具行業極為搶眼。2019年下半年，盲盒的概念進入玩具行業并開始迅速發展，各大玩具廠商都爭相推出原創、IP授權角色盲盒，如今發展勢頭依舊不減。

（二）問卷調研

通過網上發放問卷的方式，掌握家庭中玩具購買情況、家長群體對兒童玩具的使用和教育需求及他們對榫卯結構類兒童玩具、智能化交互類兒童玩具的看法和期待。調研群體定位在年齡在6-12歲兒童的家長，圍繞基本信息、消費行為、玩具種類、教育需求、使用需求等方面共總結16個問題，向符合調研條件的用戶發放調查問卷，最終共回收有效問卷數量為76份。通過對有效問卷的分析，我們發現：

1.家長購買玩具的頻次普遍較高，購買玩具的主要原因為：家長出于益智目的為兒童購買、兒童觀看影視作品后主動提出購買、作為兒童的獎勵或禮物購買。由此可以看出無論是家長還是兒童，對兒童玩具都有很大的需求。

2.家長為兒童購買的玩具類型最常見的是積木類、IP授權類、交通運輸類、建筑模型類幾種類型，購買玩具時主要依據的原則是玩具是否符合安全標準以及是否具有教育意義，其次是玩具的玩法和孩子的喜歡程度，相比之下價格和品牌并不是家長最為關注的問題。

3.家長認為兒童玩具應該具備益智的功能，能夠促進兒童的智力情感發育。在各種網紅產品層出不窮的時代，家長更希望兒童玩具能有較為新穎、豐富的玩法，以及較長的產品周期，減少玩具更換頻率。

4.家長對將傳統文化元素應用在兒童玩具的設計中十分認同，并指出設計中應該考慮到兒童對于傳統文化知識的接受程度，采取與年齡相適的教育方式，認為通過動畫演示和感應識別等智能化互動方式來引導兒童理解學習是個不錯的選擇。

面對著二胎、三胎政策的相繼放開，現代家庭中購買玩具的需求和開銷將逐漸增加，兒童玩具擁有較大的市場。在家長購買的玩具中，積木類、IP授權類、軌道交通類、建筑模型類購買量較大，這些類型的玩具最受家長和兒童歡迎，對玩具類型的設計提供了參考。家長對玩具益智功能、教育功能具有較大的需求，希望能夠通過玩具引導孩子了解中國傳統文化知識，并且可以接受利用智能化的互動方式進行知識教學。

（三）面對面訪談

本次訪談調研選取濟南市歷城區的一戶四口之家為例，家庭成員組成為父母、奶奶和兒子，父親和母親的年齡為36歲，奶奶58歲，兒子7歲，家庭收入情況為每月25000元。

經與家長訪談得知，家庭中玩具的類型主要有樂高積木、動畫IP玩偶、交通運輸工具、益智玩具等，偶爾會給孩子購買網紅玩具。家長購買玩具更多偏向于孩子的智力情感發育、鍛煉思維，而孩子主動要求購買的玩具多是近期觀看的影視作品IP授權類的玩具。家長對榫卯結構的了解并不多，但是對榫卯結構的玩具設計十分期待，也希望孩子能夠了解學習優秀的傳統文化知識，提出可以借助動畫作品來吸引孩子的興趣。

根據實際觀察發現，一些IP授權的玩具玩法較為單一，孩子對這類玩具的熱度會很快降低，反而是積木類、交通運輸類、互動型玩具能夠保持較持久的熱度，這也為如何保持玩具的生命周期提供了參考。

四、榫卯結構兒童玩具設計要素分析

（一）模塊化設計

模塊化設計是經常應用于玩具設計中的一種設計方法，由于模塊化產品中往往含有大量的標準模塊以及其可裝卸的特征，使得模塊化產品可以減少大量的生產和運輸成本，而且其可自由組合的特征還可以增加拼插類玩具的可玩性，延長產品的生命周期。榫卯結構本身就具備著模塊化的屬性，7000多年來經過眾多工匠的傳承與發展，榫卯結構已然充斥著科學性與合理性，這也使得運用榫卯結構兒童玩具的模塊化設計具有充足的成熟經驗可以借鑒。以榫卯結構作為模塊的拼合方式，既可以增加結構的穩定性，減少兒童在拼合玩具時因倒塌、散落產生失敗感，使兒童更容易產生成就感，更利于益智教學任務的進行，又可以避免金屬連接零件的使用，減少了小零件誤吞的可能性，提高了安全保障。

（二）玩具互動場景搭建

在為兒童設計的玩具中，如果只是采用榫卯結構簡單拼插接合方式的玩法，兒童在短時間內便感到枯燥。想要吸引兒童，并且借助玩具這一載體來實現傳統文化教學的目的，需要將孩子喜愛的游戲方式與榫卯結構玩具相結合。首先要為模塊化的榫卯積木確立一套游戲規則，提供固定的積木拼裝結果，讓玩家使用玩具時有明確的目標性；其次是搭建一種貼合玩具拼裝結果的玩具互動場景，滿足玩家可以在玩具場景中自由互動，為玩具提供一定的自由度。根據對調研數據的分析可得知，除IP授權類玩具外，軌道交通類和建筑模型類玩具的銷量較大，說明兒童對這兩種類型玩具的玩法更為感興趣，因此在玩具設計中可以選擇參考這兩類玩具的特點來進行本次課題的玩具互動場景搭建。

（三）智能化交互教學設計

伴隨著互聯網技術的發展，兒童玩具也在逐漸創新，從簡單的積木玩具發展到可發聲發光、可通過電力驅動的電動玩具，又到如今將互聯網新技術與玩具相結合，既能夠陪伴兒童，又能夠幫助兒童進行學習的智能玩具。在飛速發展的時代背景下，基于傳統文化進行設計的產品不應該僅局限于舊的傳統思路，要依據實際情況應用以新技術、新思路，這樣才能有利于傳統文化的新發展。

在榫卯結構兒童玩具的設計中可以應用以RFID射頻識別技術和移動設備二維碼識別互動來達到提高互動性和輔助知識教學的功能。

1.RFID射頻識別。RFID（Radio Frequency Identification），即射頻識別，是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據。一套完整的RFID射頻識別系統由一個詢問器、若干個應答器和數據管理系統組成。射頻識別系統的工作原理是詢問器發出特定頻率的無線電波能量，被應答器接收后驅動電路將應答器內部的數據送出，再被詢問器接受并讀取，數據管理系統根據接受的數據做出相應的處理。

將RFID射頻識別技術應用在兒童玩具的設計中，選擇某一玩具本體做為RFID詢問器和數據管理系統，并將儲存器、揚聲器、LED燈接入數據管理系統，可以根據數據命令做出指定的聲光反應，其他若干玩具本體嵌入電子標簽作為RFID應答器，來實現一款智能化交互的兒童玩具。

2.結合智能移動設備互動。根據調研數據可知，與其他類型的玩具相比，動畫作品IP授權玩具對兒童更具吸引力，從這個角度出發，可以通過制作榫卯結構拼裝動畫和榫卯知識講述動畫來吸引兒童，選用兒童喜歡的方式講述傳統文化。動畫視頻的展示也有利于加深兒童對空間結構的認知，使得兒童能夠更加容易地對榫卯結構進行理解。教學動畫使用掃描二維碼的方式進行播放，將不同的動畫粘貼在相對應的玩具模塊，兒童和家長可以根據自己的需求使用智能電子設備掃描所需內容對應的二維碼與玩具進行互動。

五、榫卯結構兒童玩具的設計實踐

（一）設計目標

通過對在兒童玩具設計中應用榫卯結構的可實施性的調查研究，分析得到了在榫卯結構兒童玩具設計中的用戶需求和設計要素，進而確定了本次課題設計所要達到的設計目標：

1.榫卯結構兒童玩具的設計需要引導兒童在與玩具互動的過程中對榫卯結構產生興趣，并通過學習了解榫卯結構知識，實現傳統文化的傳承與發展。

2.搭建兒童感興趣的玩具互動場景，提供完善的玩具互動方式。

3.通過在玩具設計中應用互聯網技術和與智能電子設備互動結合的方式來增強兒童對榫卯結構的理解與認知。

（二）設計說明

這是一款用于榫卯知識智能交互教學的兒童玩具，巧妙地將軌道交通、射頻識別、二維碼等交互功能融入到榫卯結構兒童玩具的設計中。玩具的教學功能根據兒童成長階段的喜好特征，改變傳統的書本教學方式為結合互聯網技術的智能化互動教學方式。在滿足兒童日常使用需求的同時，還能引導兒童在參與互動的過程中學習榫卯知識。玩具的材料以木材為主，以自然純樸的木材來表現榫卯結構的本質，使兒童對榫卯結構產生更為親切的認識。

1.針對兒童喜好的玩具場景設計：選擇以天安門、天壇祈年殿、金水橋、長城四座北京市的標志性傳統建筑作為玩具的設計主體，對其外觀造型進行簡化、突出建筑造型特點，并選擇合適的榫卯結構將建筑模型拆分成若干積木模塊，如圖2。中國傳統建筑的建造運用了大量榫卯結構，是作為榫卯結構兒童玩具設計的良好載體，兒童通過拼裝積木還原傳統建筑模型，在這個過程中對榫卯結構和傳統建筑有所了解。

選擇受孩子喜愛的軌道交通玩具作為玩具互動場景的搭建載體，利用軌道將建筑模型進行串連，搭建起兒童操縱交通工具游覽傳統建筑的互動場景，增加了玩具的趣味性與互動性，如圖3。軌道的尺寸設計與市面上通用的木制軌道相同，寬度為40mm，高度為12mm，便于顧客自由購買軌道延長。

2.結合互聯網技術的智能化交互教學設計：將RFID射頻識別技術和二維碼識別技術與玩具進行結合，來實現榫卯結構兒童玩具的智能化交互。以兒童操縱的交通火車作為RFID系統中的詢問器和數據管理系統，并在儲存器中存入榫卯結構與傳統建筑簡短的介紹語音，傳統建筑物作為應答器，當玩家操縱火車經過建筑物時，詢問器會接收到應答器發出的指令信號，從而使小火車發出與指令相對應的語音知識講解，通過簡短的知識介紹使兒童對榫卯結構有一個初步的認識，并產生進一步學習的興趣。再使用手機等移動電子設備掃描粘貼在玩具部件上的識別二維碼，觀看與積木模塊相對應的榫卯知識的詳細講解與模型拼裝的動畫展示，通過理論與實踐相結合方式來強化兒童對榫卯結構的理解和認知。

結語

建成文化強國，要立足于中華民族的傳統文化，為傳統文化注入新時代的血液。一方面是傳統并非一成不變，時代在不停變化，傳統文化也需要借助新的技術、新的變化來傳承發展；另一方面要為中華民族的傳統文化帶來兒童、青少年這些新生血液，少年強則民族強。

榫卯結構經過數千年的傳承發展，其本身蘊含著豐富的文化知識，充滿著中國工匠的智慧，其模塊化、益智性等屬性使得榫卯結構可以與兒童玩具相結合，實現將傳統文化傳承和發展。在文章中，經過調查研究分析，選擇了受到小朋友歡迎的建筑模型和軌道交通玩具作為榫卯結構玩具設計的載體，并應用以RFID射頻識別和二維碼動畫展示等智能化新技術來實現交互教學和玩具玩法的拓展。由于筆者知識尚淺，設計方案仍然存在很多不足的地方，仍然需要更多的研究學習去完善，希望在文章中所提出的榫卯結構在兒童玩具中的設計思路，能夠為傳統文化在智能化時代的傳承與發展有所貢獻。

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