國內外智能玩具研究及其在游戲化學習支架中的應用綜述

梁玲琳，耿靖淳

【特別策劃】

國內外智能玩具研究及其在游戲化學習支架中的應用綜述

梁玲琳，耿靖淳*

（浙江理工大學 藝術與設計學院，杭州 310018）

對國內外智能玩具研究現狀、智能玩具在游戲化學習支架的研究異同進行比較分析。梳理總結智能玩具的研究脈絡、定義與特點。以2000—2023年，國內外智能玩具文獻（中文257篇，英文235篇）為研究對象，采用文獻計量法結合CiteSpace軟件，對智能玩具研究進行可視化對比分析，明晰國內外智能玩具的研究現狀和熱點趨勢。運用內容分析法分析歸類研究案例，探討國內外在研究智能玩具作為學習支架工具時研究重點、研究方法等方面的異同。國外智能玩具研究相比國內更集中，但兩者都沒有形成核心作者群。國內外關注的研究方向存在相似性但具體的研究側重點有較大差異，國內研究關注兒童玩具智能化的交互形式和體驗，國外則更重視技術創新在有形玩具載體中的多元應用。在智能玩具應用于支架式學習的研究中，國內外的項目研究也呈現出較大差別，國外注重智能玩具與實際教學場景的整合應用，關注技術創新、特殊群體需求，以及對學習成效的定量評估。國內研究則更強調智能玩具在非正式場景下對學齡前兒童的學習促進和發展、智能玩具與兒童交互的方式和策略，以及對本土文化的融入。

智能玩具；教育支持；游戲化學習；學習支架

智能玩具，作為一種新興的玩具產品，以獨特的方式結合了傳統玩具與現代信息技術，重新定義了兒童的游戲和學習體驗。隨著中國居民收入水平和消費能力的提升，家長對孩子教育和娛樂的投入也在增加。根據《2021—2026年中國智能玩具市場調查研究及行業投資潛力預測報告》顯示，2020年全球智能玩具市場規模已經達到323億美元，中國市場規模為120.4億元，同比增長82%。這一增長反映出智能玩具憑借其互動性、科技化等方面的優勢，正逐漸受到消費者的青睞。

游戲對兒童的全面發展至關重要，不僅有利于其身體和神經的發育[1]，也是認知、社交和情感技能發展的關鍵[2]。皮亞杰在建構主義學習理論中強調，兒童通過操縱和探索環境來建構知識，參與不同類型的游戲有助于鼓勵兒童進行實驗和探索，從而發展和調整他們對世界的理解[3]。而智能玩具作為兒童日常游戲行為的一個重要組成部分，在娛樂基礎上提供了一個豐富的、互動性強的環境，激發兒童的想象力和學習動機，并在此過程中支持認知和運動技能的發展[4]。當代智能玩具通過積極的方式構建起游戲和學習的橋梁，在提升教學質量，以及促進非正式教學場景下兒童的高階思維技能方面具有巨大潛力。本文通過智能玩具的概念、特征，以及教育應用等方面進行詳細的探討，旨在深入研究智能玩具在游戲化學習中的具體作用和潛在影響，特別是它們如何作為學習腳手架，支持兒童的成長和發展。

1 智能玩具概述

1.1 智能玩具背景與發展

智能玩具基于數字化的技術開發，可以為兒童帶來更加豐富、智能化的游戲環境，其雛形可以追溯到上世紀末。早期的智能玩具主要利用基礎電子技術，通過聲音、燈光等物理形式為兒童提供相對新穎的交互娛樂方式[5]。隨著數字信息技術的飛速發展，智能玩具開始融入更復雜的技術，如單片機和各種傳感設備，同時進一步豐富實體交互的操作內容，如圖像交互、觸摸反饋、語音識別控制等。這使得玩具能夠全面地感知和響應兒童的行為，在交互的過程中更加注重“以兒童為中心”，強調兒童生理及心理的發展特征，為互動提供更為豐富的可能性[6]。近年來物聯網技術的出現，將各種信息設備系統連接，極大地提升了信息流轉和數據傳遞的效率，徹底改變了人們與周圍世界交流互動的方式。具有物聯網功能的玩具能夠與其他設備或云端服務連接，實現內容的實時更新和聯動[7]，為兒童提供更多樣化的互動環境，提升兒童游戲的教育價值[8]。當下，通過語音情感分析、面部表情識別、機器深度學習等人工智能技術手段，智能玩具能夠更加自然地識別和響應兒童的情感表達[9]，與兒童實現更深層次的互動，提供更具參與感和沉浸感的娛樂體驗。個性化、精確的互動體驗已經逐漸成為可能。

1.2 智能玩具定義與特征

智能玩具的研究在國內外已經經歷了較為長期的發展，但由于相關的技術領域演進迅速并且智能玩具本身包含的種類復雜多樣，因此在學界尚且沒有統一明確的術語定義，大多將其在廣義上視為通過技術能力增強的玩具。盡管如此，國內外研究人員仍然能夠就其基本屬性和目標達成一致，并對智能玩具的定義和特征進行歸納總結。

最早針對智能玩具的定義給出較為系統的、全面的解釋是土耳其的中東技術大學研究員Cagiltay等[10]，他們將智能玩具定義為具有有形實體和電子元件的新型玩具形式，認為智能玩具在與兒童進行雙向交互的過程中執行目的明確的任務。這些任務主要包括游戲過程中的行為和認知相關的教學任務，因此可以根據要求的任務類型將智能玩具分為行為任務導向的玩具和認知任務導向的玩具。此外，也可以根據其交互特點分為能與計算機交互的玩具和獨立玩具。該研究重點強調智能玩具的交互特點，并且討論了智能玩具與教育目標之間的聯系。

Komis等[11]在此基礎上深入分析了50例智能玩具研究案例后提出，智能玩具是指在傳統玩具上添加了數字功能（如軟件）或數字材料（如傳感器），并以此為兒童提供具有互動性和創造性環境的玩具。根據智能玩具的技術特性可以將其分為有形界面智能玩具、增強現實型智能玩具、裝備傳感器的智能玩具與物聯網（IoT）玩具。智能玩具還可以根據其教育特性分類成有組織的教育活動、非正式的自由游戲活動及二者的組合。而具體學習目標可以涉及特定的認知對象（編程、物理、抽象數學等）和各類橫向能力（問題解決、交流協作、情感思維、創造力等）。該研究從技術形式和教育支持的角度出發綜述了智能玩具的分類和特點。

近年來國內也有諸多學者在對智能玩具的分類與特征進行研究后提出觀點，劉益群[12]從工程角度出發，認為智能玩具是由高技術賦予的、復雜的、智能的、動態的、活潑的特性構成的機電一體化系統展現。胡靜[13]提出智能玩具是借助計算機技術，能夠連接電腦和其他智能玩具，內含先進的傳感器和芯片，能與人產生互動，關注兒童生理和心理發展的玩具。李青等[14]在Cagiltay等[10]的分類基礎上進行情感類教育目標的擴展，將智能玩具的教育應用分為認知、動作技能和態度情感三類，并且總結出智能玩具的主要特征包括：兼具物理實體和智能芯片組件、可提供豐富的交互方式、提供開放的游戲方式、可預設游戲任務并和外部場景相結合。黃群等[15]搜羅案例對近年來國內市場上出現的智能玩具進行分類，按照功能上的區分將智能玩具分為“教育+娛樂”型、娛樂型和陪伴型三類。

綜合國內外學者對智能玩具的定義和分類可以總結出智能玩具的共性特征如下。

1）通過技術增強提供創造性環境的有形玩具：通過信息技術集成，智能玩具應為兒童提供更開放自由的環境，通過有形操作激發兒童進行探索創造。

2）能夠與兒童進行雙向交互：智能玩具不僅應當能夠響應兒童的動作或指令，還應能適當引導兒童進行特定的活動或反應。

3）適應性和動態化：智能玩具不是靜態的游戲工具，應能夠根據兒童的行為偏好、成長階段等實現個性化的適應和支持。

4）具有明確的任務目的：智能玩具與一般電子玩具最大的區別在于是否有實際意義的用途目的。成熟的智能玩具應具有特定的任務活動，這些任務通常通過游戲化的方式呈現，以提高兒童的參與度和活動效果。

結合以上研究內容總結出具有一定普適性的智能玩具定義，即智能玩具是一種針對兒童需求整合數字技術的有形玩具，通過動態化的交互體驗支持以引導兒童娛樂，為兒童提供明確的任務目標和創造性的活動環境，增強學習動機。后續的研究將在此定義的認知基礎上展開。

2 國內外智能玩具研究

2.1 研究對象

在綜合考察國內外各文獻數據庫中的收錄情況后，國內文獻數據選擇以2000—2023年CNKI中收錄的全部期刊、碩博士學位論文為數據庫來源，檢索策略采用主題檢索，分別以主題=（“智能”&“玩具”）和主題=（“數字技術”&“玩具”）進行檢索。國外文獻數據以Web of Science的核心合集為數據庫來源，時間檢索范圍與國內相同，檢索策略和方式與國內相似，分別以主題=（“Smart Toy”）和主題=（“Digital Technology”&“Toy”），語言=（English），文獻類型選擇論文（Article）與綜述（Review Article）進行檢索。為確保研究樣本的準確性，人工篩選并剔除報道文章及部分實際內容與主題不相關的文獻，分別對中英文各自檢索的兩份文獻數據進行合并除重，最終以符合條件的有效國內文獻257篇（期刊論文165篇，學位論文92篇），國外文獻235篇作為研究對象。

2.2 研究方法

本研究利用CiteSpace 6.2 R4軟件對文獻進行可視化和文本分析。將篩選搜集的研究樣本以Refworks格式導出，運用CiteSspace軟件對文獻樣本的關鍵詞數據進行可視化圖譜的繪制與量化分析，得出自2000—2023年，智能玩具相關研究的發文情況、作者共現圖，以及關鍵詞共現圖。研究者據此進行文本分析，歸納總結國內外智能玩具研究領域的研究現狀和熱點，并進行對比分析。

3 研究結果與比較分析

3.1 國內外發文量分析

對相關文獻的發文量以年度劃分進行統計（如圖1所示），可直觀了解到該研究主題在不同年代的學術進展與研究熱度趨勢。本研究對智能玩具文獻進行統計發現，國內外在智能玩具研究初期的發展趨勢相近，從2000—2014年，都是緩慢增長的零散研究。國內相關研究從2014—2015年出現明顯增長并在此后基本維持波動性穩定，數量為每年25篇左右。國外相關研究數量在2017—2018年出現井噴式增長，在2018年和2019年達到峰值，年均在40篇以上，但隨后論文數量呈現斷崖式下跌。結合背景情況判斷這個時期的增長可能主要是受到人工智能技術和物聯網技術迅速發展普及的推動。這些技術的進步為相關領域的研究帶來巨大的技術突破，引發了領域內更多的研究興趣。隨后的下跌可能是由社會市場與研究主題的飽和所引起，預測以后會趨于穩定。而國內智能玩具的研究趨勢從整體發展進程來看仍是曲折向上，未來智能玩具的研究熱度會繼續呈現上升趨勢。

圖1 國內外發文量時間分布圖

3.2 國內外發文作者分析

本文從核心作者和作者之間的合作兩方面對國內外智能研究的作者分布情況進行分析。核心作者主要指研究領域內影響力較大的科研人員，其研究方向一般代表該領域的重點和未來的研究趨勢，這些核心研究者的工作往往是評估研究質量的關鍵參考。因此，對核心作者進行分析有助把握研究的主流內容。同時，科學研究通常是團隊合作的成果，多數學術文章都是通過不同作者之間的合作完成的。合作研究使得研究者能夠互補優勢，提升研究成果的質量。因此，利用作者合作圖譜展現該領域核心作者及作者的合作關系，對理解智能玩具研究領域的發展具有重要意義。作者合作圖譜中的節點數表示作者數量，合作連線表示作者與作者之間存在的合作，節點越大代表作者發文量越多，合作連線越粗則合作關系越緊密。

3.2.1 國外作者分析

通過表1對發文量較多的外文作者進行統計分析，其中排名第一的作者是Hung，共發文15篇。根據普賴斯定律，核心作者的認證公式見式（1）。

表1 外文核心作者分布情況

Tab.1 List of foreign core authors

式中：max為發文最多的作者；為核心作者的最低文獻數[16]。經計算≈2.9，因此判斷發文數不少于3篇的作者為核心作者。經過統計核心作者共19位（排名前10位的核心作者見表1），共發表論文88篇，占論文總量的37.4%，小于論文總數50%，因此可認為目前國外智能玩具研究領域還未形成穩定的核心作者群。

將CiteSpace中時間設置為2000—2023年，時間切片設置為1年，對國外文獻樣本進行分析，得到的作者合作圖譜如圖2所示。圖譜中共有262個節點和335條連線，網絡密度為0.009 8。可以看出Hung、Fantinato與Yankson等形成了較為集中的研究群體，主要研究方向包括：兒童利用數字設備的學習行為[17]、物聯網技術服務與隱私保護[18-19]、智能機器人的情感感知與表達[20]等。群體中節點間的連線較緊密，說明該群體內作者有較強的合作研究關系。整體來看目前國外智能玩具研究共形成了24組研究群，研究內容比較廣泛，然而核心作者集中的研究組僅有6組，且這些核心作者主要在同一組內合作，群組間的交流相對較少。因此，雖然尚未形成核心作者群，但整體上國外智能玩具研究的作者分布相對集中，而不同研究群體間的互動和合作還有待加強。

圖2 國外作者合作分布情況

3.2.2 國內作者分析

根據Citespace生成的共現圖譜（如圖3所示）對中文作者進行統計分析，發文量最多的作者是周艷，共計3篇文獻。研究領域沒有核心作者，僅有王冠云和孫凌云等形成一組合作網絡，且合作關系為同門合作，沒有實現跨單位突破。總體而言，圖3中節點之間連線較少，說明我國大部分學者目前仍是獨立研究，缺乏跨學科、跨領域的研究合作。未來，隨著智能玩具研究的深入和發展，研究者們有望開始更積極地協作，形成緊密的學術網絡。

圖3 國內作者合作分布情況

3.3 國內外研究熱點分析

關鍵詞是文獻思想與內容的精準概括，其頻率、中心性、聚類是關鍵詞分析的重要指標。關鍵詞頻次越高表示關注度越高，中心性越大表示越重要，聚類可以探討該領域研究的主要方向。CiteSpace通過對關鍵詞進行詞頻統計來確定某領域的研究熱點，關鍵詞出現的頻次越多，越能反映出論文的主題內容。

3.3.1 國外研究熱點

時間分區為2000年1月至2023年12月，時間切片選擇1年，節點類型選擇“Keyword”，其余參數不變，選擇WOS數據庫文獻項目，生成國外智能玩具關鍵詞共現圖譜，見圖4。

圖4 國外智能玩具關鍵詞共現圖譜

通過圖4的內容信息可知，圖譜中共有305個節點和673條連線，網絡密度為0.014 5。圖4中圓形代表關鍵詞節點，其形狀大小與關鍵詞出現頻次呈正相關，圓內的層級顏色代表該關鍵詞被提及的不同年份。節點之間的連線代表著關鍵詞之間的相互聯系，發散的線條越多，越說明以該關鍵詞為中心形成了系統關系網格。觀察圖4發現關鍵詞共現的節點分布在不同區域呈現聚集性網絡的特點，密度較高且結構緊密。結合國外高頻關鍵詞列表（如表2所示），排除“Smart Toy”“Digital Technology”兩項搜索主題詞及合并部分內容意義相近、重疊度高的關鍵詞后，歸納分析排名前20的高頻詞，得出國外的智能玩具研究熱點主要涵蓋的以下四大方面。

表2 國外智能玩具高頻關鍵詞列表

Tab.2 List of foreign high frequency key words for smart toys

1）應用技術。包括了技術（Technology）、物聯網（Internet of Thing）、增強現實（Augmented Reality）、輔助技術（Assistive Technology）、深度學習（Deep Learning）等關鍵詞。這與智能玩具的技術形成階段有密切的聯系，可以發現物聯網、增強現實、人工智能一直是國外智能玩具開發研究的重要技術基礎，使得玩具更加互動化和智能化。

2）用戶群體與應用。包括了兒童（Children）、孤獨癥（Autism）、親子互動（Child-agent Interaction）、幼兒早教（Early Childhood Education）。表明研究智能玩具在兒童早期教育中的應用是研究重點，智能玩具幫助兒童在玩耍中學習新技能、發展社交互動能力，并通過親子互動加強家庭聯系，在研究普遍性兒童群體的應用時，也應關注特殊兒童群體的輔導、康復治療等需求，體現智能玩具得包容性和多元化支持。

3）互動與安全性。包含了機器人（Robot）、有形用戶界面（Tangible User Interface）、模型（Model）、設計（Design）、玩耍（Play）和隱私（Privacy）六個關鍵詞。說明國外智能玩具研究重點考慮將技術手段應用于各種有形互動載體的方式。此外數字時代下兒童用戶數據和隱私暴露的風險逐漸增加，符合安全和倫理標準的設計也是智能玩具重要的研究方向。這些研究熱點展示了國外智能玩具研究領域在追求技術創新的同時，對滿足用戶需求和確保安全倫理的雙重關注。

3.3.2 國內研究熱點

對國內智能玩具的高頻關鍵詞共現網絡情況進行分析，將refworks格式的文件進行CNKI格式轉換并輸出，其他與國外研究相同，繪制的國內智能玩具關鍵詞共現網絡圖譜見圖5。

圖5 國外智能玩具關鍵詞共現圖譜

結合表3和圖5并進行分析發現，國內智能玩具的研究熱點與國外研究從整體方向上看具有一定的相似性，但具體到關鍵詞仍存在一定研究差異，國內研究方向分別包括如下三類。

1）應用技術。包括單片機、人工智能、語音識別、傳感器四個關鍵詞，說明國內在具體技術應用上與國外存在較大差別。

2）用戶群體與應用。包括學齡前兒童、益智玩具、Steam教育三個關鍵詞，從中可以看出國內研究在細分的兒童群體和應用目的上存在區分度。

3）交互體驗。包含交互設計、產品設計、設計、用戶體驗、智能化、人機交互六個關鍵詞。從這些關鍵詞中可以看出國內對智能玩具的研究主要是從設計的學科領域出發，尤其重視提升用戶體驗、實現智能化等人機交互上的優化。

與國外研究熱點進行分析比較，二者都可以從技術、人群、應用、交互等緯度進行歸類，但研究內容卻體現出多樣性和差異化。從應用技術上看國外研究集中在較新的技術趨勢上，如物聯網（IoT）、增強現實（AR）和深度學習。這反映了國外在智能玩具領域對信息技術的快速適應轉化。相比之下，國內的智能玩具研究更注重現有技術的應用和優化，如單片機和傳感器的使用，這可能是因為國內研究注重對成本效益和技術可靠性的考慮。從人群角度對比，相比于國內研究關注傾向于特定的學齡前兒童，國外研究涵蓋了更廣泛的兒童年齡段，以及特殊兒童群體權利和隱私安全問題。而在應用上，兩者都強調了智能玩具在兒童早教中的應用，但國內對益智、Steam等關鍵詞的關注，表現出國內對兒童綜合性能力更加重視。國外則更注重智能玩具在兒童早期教育中的情感和認知能力培養。從交互層面看，國內研究強調兒童在游戲過程中的用戶體驗，重視設計方法與交互策略的應用。而國外研究則更側重于智能玩具和兒童進行有形交互的行為過程和互動載體。

表3 國內智能玩具高頻關鍵詞列表

Tab.3 List of Chinese high frequency key words for smart toys

4 智能玩具的學習支架應用

盡管諸多研究已證明游戲化為兒童的非正式學習環境提供具有挑戰性和創造性的體驗[21]，對幼齡兒童的學習參與、技能習得和情緒培養等方面創造了積極價值[22-23]。但不可否認的是，游戲化教學仍然存在某些弊端。例如，兒童在游戲化學習的過程中過于依賴外在動機，缺乏長期的興趣激勵[24]。此外，游戲化的學習過程因過分注重娛樂性可能導致對知識深度理解的忽視[25]，進而使教育內涵淺層化，兒童在沒有明確指導的情況下容易感到迷茫困惑。當下，缺乏有效的工具支持是游戲化學習面臨的一項重大挑戰[26]。因此，在游戲化學習過程中引入學習支架具有重要意義。適當的學習支架工具能為兒童提供必要的結構化指導，幫助學生明確學習目標和路徑[27]，提供個性化學習支持，讓兒童在游戲活動中構建深刻的理解、長期的記憶，從而強化教育價值。

學習支架（Learning Scaffolding）也譯作“學習腳手架”，原指建筑施工過程的輔助登高工具，在教育學領域則指一種支持學習的方法。腳手架的靈感來自維果茨基的“近端發展區理論”，本質是通過提供支持的形式（如教學材料、實踐活動和其他課程元素等），幫助學習者超越在沒有幫助時的水平[28]。腳手架的研究發展歷程較長，諸多學者從不同角度出發對教育腳手架的支持形式進行分類。例如，最早提出腳手架教學的Wood等[29]按照腳手架的引導內容，將其分具體為指導性腳手架和引導性腳手架。Saye等[30]根據支持的交互方式將其分為軟性腳手架和硬性腳手架。Hadwin等[31]根據支架的適應性進一步區分出了隱性支架和顯性支架。其中，Hannafin等[32]于1999年根據開放學習環境提出了更加具體通用的分類方式，即：元認知腳手架、戰略腳手架、概念腳手架和程序腳手架。該分類適用多種學習環境和教育框架。

根據Cagiltay等[10]的研究觀點，智能玩具結合了先進的技術和教育理念，為兒童提供了一個互動性強且具有支持性的自由學習環境，能夠有效地幫助兒童構建自我學習，因此可以作為支持兒童認知學習的重要支架工具。智能玩具作為學習支架資源具有以下優點。

1）提高參與度，強化兒童學習動機。智能玩具通過游戲化的方式提供學習內容，能夠吸引兒童的注意力并增強他們參與游戲學習的積極性，以有趣和引人入勝的方式增強兒童的學習動機[8]。

2）促進非正式教學場景中的自主性學習探索。在家庭、活動中心等非正式教學場景中，兒童更傾向自由選擇學習內容，智能玩具提供創造性的游戲學習環境，能夠有效激起兒童的好奇心和探索欲，促進主動學習活動的發展。

3）提供適應性和個性化的學習體驗。好的支架工具應當根據學習者的反應和進步調整支持的水平和形式[33]。而智能玩具可以根據兒童的能力表現動態地調整難度和內容，提供個性化的學習體驗以滿足不同發展階段兒童的需求[34]。

4）促進多維技能全面發展。智能玩具不僅可以支持學科技能的增長，還可以促進各項橫向技能的發展[11]。

通過以上研究論述不難發現，智能玩具作為優質的學習支架資源能夠有效地輔助兒童游戲化學習活動的開展。結合Hannafin等[32]對學習支架的分類特征和智能玩具在應用中的教育價值歸屬，筆者可以從教育支持的角度出發將類智能玩具的支架應用歸為以下四類。

4.1 元認知學習支架（Meta-cognitive Learning Scaffolding）

元認知作為一個心理學概念，指的是“對自己的認知過程的認識”，是對自己認知活動的了解和調節[35]。而元認知學習支架是一種支持學習者進行自我監控和自我調節的教育策略，通過引導學習者的思考和反思，幫助學習者意識到自己的學習進程，理解自己的學習方式。元認知學習支架鼓勵學習者計劃、回顧和評估自己的學習過程并在其中發現自己的學習優勢與不足。判斷智能玩具是否適合作為元認知學習支架時，應當從其功能特點角度出發進行判斷。

CogniToys Dino（如圖6所示）是一款基于云服務的教育智能玩具。通過語音識別技術和人工智能算法提供互動學習體驗，理解并回答兒童問題，為兒童提供了情感化、自然化的陪伴交流環境。豐富龐大的信息庫能夠支持各種個性化、趣味性的學習體驗，適應兒童的學習速度和興趣，提供適合其能力水平的內容幫助兒童調節自己的學習進程。通過與Dino的互動，兒童可以從Dino的反饋和回答中思考評估自己的理解和知識，協助兒童更好地開展自主學習活動。

圖6 CogniToys Dino

4.2 概念性學習支架（Conceptual Learning Scaffolding）

概念性學習支架幫助學生確定在學習過程中對某種知識概念的理解，其目的是幫助學習者理解、組織和加工復雜的概念或理論[32]。這種類型的腳手架著重于提升學習者對概念的理解且應用實現方式也比較多樣化，可以通過視聽輔助來幫助兒童進行多感官體驗的理解，也可以通過示例、類比等形式建立從初級到高級認知的圖示轉化過程，還可以通過挑戰、提問、競爭等刺激性活動，激勵兒童從不同角度深入思考從而建構并強化知識框架。在判斷智能玩具是否適合作為概念性學習支架時通常根據主題焦點和教育目的出發。

Merge Cube（如圖7所示）是一款基于增強現實技術開發的教育玩具，利用智能手機或平板電腦的攝像頭，將虛擬對象與現實世界融合，創造互動學習環境。在呈現形式上Merge Cube利用AR將抽象概念如行星、地貌、細胞等以虛擬模型呈現，使學生能夠直觀地理解通常難以把握的概念。與傳統的被動學習相比，Merge Cube通過有趣的互動模式激發學生主動探索、發現新概念的興趣，并通過豐富的操作和支架資源幫助兒童通過多角度、多形式的方式理解復雜概念，有助于兒童對學科知識的深度思考。

圖7 Merge Cube AR魔方

4.3 程序性學習支架（Procedural Learning Scaffolding）

程序性學習支架相比于知識性的內容更關注如何指導學習者完成學習任務，側重于學習過程而不是最終的結果。因此程序性學習支架通常需要提供給學習者一系列操作步驟、策略或提示，通過分步指導或反饋的形式協助兒童理解完成任務所需要的復雜過程，以幫助他們更有效地達成特定的學習任務和學習目標。因此清晰的、結構化的步驟指引和拆解簡化的任務形式是程序腳手架的核心特征。在判斷智能玩具是否適合作為程序性學習支架的學習資源時可以從智能玩具的游玩交互過程出發。

Codey Rocky（如圖8所示）是Makeblock推出的一款面向兒童編程的智能教育機器人，它結合了實體玩具與軟件編程，以激發孩子們的興趣并教授基礎的編程和邏輯思維技能。Codey Rocky提供了一個結構化的編程學習環境和明確的任務目標，通過圖形化編程軟件簡化了編程過程，提供分步驟的操作指導以協助兒童逐步實現從簡單命令到復雜程序的過渡。兒童在編程中 Codey Rocky 會收到即時的聲光提示和運動反饋，幫助兒童互動調整，最終掌握編程的技巧。

圖8 Codey Rocky智能機器人

4.4 策略性學習支架（Strategic Learning Scaffolding）

策略性學習支架強調在學習中獲得所需的信息和可以利用的資源，在當前知識與新知識和經驗之間建立關系，進而探索如何使用不同的策略和方法應對特定的挑戰。策略性學習支架的目的在于引導學習者思考“如何解決問題”并幫助學習者發展解決問題的技能，包括識別問題、尋找解決方案的路徑和實施解決策略等。這要求智能玩具在作為策略性學習支架使用時能夠一定程度上提高學習者解決問題的策略和技巧，如分析、推理、批判性思維等，幫助兒童成為更加獨立自主、更具有創造性思維的學習主體。因此，在分類過程中可以從游戲形式和目標等層面判斷智能玩具是否適合作為策略性學習支架。

MINDSTORMS EV3（如圖9所示）是樂高公司于2013年推出的第三代可編程、組合的智能機器人玩具，其將樂高元素的智能積木與編程軟件應用相結合。MINDSTORMS EV3提供了眾多構建組件和傳感器，支持創造樂高生物、人形生物、蛇形等各種形態的機器人，鼓勵孩子們自主探索和實驗不同的可能性。它的挑戰性項目要求孩子們進行邏輯推理和策略思考，在構建過程中解決機器人的運動結構、編程邏輯等問題。反復試驗和調整機器人設計和編程幫助兒童學會反思自己的策略，進行創造性設計。

圖9 樂高 MINDSTORMS EV3

需要強調的是，研究中提出對智能玩具的學習支架分類并非二元對立、非此即彼的關系。當前市場上的部分智能玩具展現出了多樣化的功能特征，這些特征不僅僅局限于符合單一類別的學習支架要求。有些玩具可能同時具備強教育互動、多感官刺激、促進元認知發展等多方面的功能，歸類依據的緯度是多元綜合的。因此，為了更準確地理解和評估這些智能玩具的教育效用和價值，研究中將依據玩具最核心的功能特征進行歸納和分析，以幫助研究者更全面地理解智能玩具如何以不同支架形式支持兒童的學習和發展。

5 國內外智能玩具支架學習的研究對比

5.1 研究方法

智能玩具作為學習支架工具的有效性取決于它們在設計層面的特點及其在學習過程中的使用方式。因此結合智能玩具的屬性和支架工具的應用性從應用人群、應用技術、應用場景、學習目標、支架資源、效果評估六個維度劃分并進行總結分析。前三個維度主要針對智能玩具本身屬性，后三個維度則是從研究角度出發探討具體應用。以知網中的期刊論文和學位論文，以及國外WOS、ACM、SpringerLink等數據庫的科學期刊和國際會議論文集中的論文為檢索來源，使用“智能玩具”“技術教育玩具”等關鍵詞進行綜合檢索。回顧近10年國內外發表的關于兒童教育中智能玩具的相關研究性論文，比較國內外將智能玩具應用于支架式學習的研究案例。

篩選要求包括：（1）2013—2023年發表的研究；（2）需要有完成度達到原型及以上的實物產品且符合前文研究的智能玩具定義；（3）有關于智能玩具在教育過程（正式或非正式）中的可能應用的描述；（4）以非商業化的研究性項目案例為主。最終，研究選取了44篇研究論文提到的45項案例項目（國外30例，國內15例），具體研究情況和類別歸納如圖10所示[36-78,13]。再次強調，研究案例中部分智能玩具具有多種功能特點，可能不僅符合單一類別的學習支架標準，分類依據其主要功能特征判斷。

5.2 研究結論

從應用人群角度看，研究項目案例的目標年齡組范圍不統一，且有些玩具沒有提到有關目標年齡組的數據，因此依據皮亞杰、埃里克森等人對兒童發展階段的劃分和案例的實際調研情況，在統計時將研究中對應用人群的年齡描述分類為：未指定兒童年齡；1～3歲幼兒兒童；4～6歲學齡前兒童；7-14歲學齡兒童；全年齡群體（包括學齡前兒童、學齡兒童和其他人群）。觀察圖11可以發現，國內15項研究超過一半都集中于學齡前兒童群體，這表明在國內智能玩具的教育支持研究中，研究者對學齡前兒童的發展和認知過程賦予了更多關注。這種傾向性可能源于國內人口變化和經濟發展導致的對兒童早期教育的重視。30項國外的研究案例中對學齡前兒童、學齡兒童和全年齡群體的研究占比相同，均占總量30%，這表明相比較國內對學齡前兒童群體的關注，國外研究在關注智能玩具如何促進不同年齡段兒童的認知和發展方面具有較高的均衡性。值得注意的是，有四項國外研究案例并非側重兒童的年齡階段，而是從孤獨癥、神經發展障礙等群體特殊性的角度展開教育性研究。這表明在國際研究范圍內對于特殊兒童教育需求關注正逐漸增加，智能玩具在特殊兒童的教育、康復等領域也具有支持意義。

在研究智能玩具項目的應用環境時，存在環境緯度多元化和環境跨度綜合化的問題，容易導致區分特征不明顯。因此將研究環境按照主要應用場景性質分為：家庭、幼兒園等兒童活動環境；學校、活動機構等兒童教育場景；其他場景，如博物館、游樂園、康復環境等。根據圖12研究顯示的數據，國內對兒童活動場景下的智能玩具應用研究呈現高度集中狀態，這種研究傾向顯示了國內學者對利用智能玩具在非正式教育中促進兒童學習和發展的重視。相比之下，國外研究在探索智能玩具的教育應用時會涉足更廣泛的環境，其中主要聚焦于學校和活動機構等正式化教學場景。這說明智能玩具存在應用于正式教學活動的價值潛力。當智能玩具不僅局限于兒童的輔助性游戲學習活動時，研究人員需要進一步思考如何將智能玩具的支架資源整合并應用到實際教學場景中，為智能玩具擴展更多的可能性。這也在一定程度上預示了國內智能玩具在未來兒童教育應用中的趨勢方向。

技術分類上參考智能玩具的發展階段和國外對智能玩具技術支持的歸類分為：傳感器集成技術、物聯網技術、虛擬現實技術和人工智能技術四類。根據研究案例的主要應用技術進行統計歸納，結果如圖13所示。通過對比圖例，可以發現二者在研究中的技術應用層面偏差不大，整體占比相近，都以物聯網技術為重要基礎構建互動，同時傳感器集成技術、虛擬現實技術和人工智能技術也在智能玩具的開發中扮演重要角色。說明當前智能玩具在實現設備互聯、數據收集和遠程控制方面需要依賴物聯網技術，以提供更豐富的教育和娛樂體驗。相比之下，國內研究中物聯網技術和人工智能技術應用的特征性更強。這反映了國內在智能玩具領域對實現玩具相互之間、玩具與兒童之間自然且高效的互動更為重視，實際的論文研究中也可以發現國內對智能玩具的交互方式和交互策略研究相比于其他方面要更加豐富。

圖10 2013—2023年國內外智能玩具研究項目案例調研

圖11 國內外智能玩具項目案例應用人群對比

圖12 國內外智能玩具項目案例應用場景對比

圖13 國內外智能玩具項目案例應用技術對比

對項目案例中智能玩具的教育學習目標進行轉譯和歸納整理，可以將智能玩具的學習目的分為以下七類，具體研究情況如圖14所示。

圖14 國內外智能玩具項目案例教育目標對比

1）基礎認知：聲光電、數字、形狀等。

2）學科知識：編程、數學、生物等。

3）藝術表達：故事講述、音樂創作等。

4）思維能力：空間認知、邏輯思維、批判性思維等。

5）運動技能：主要是精細運動的鍛煉。

6）精神情感：傳承文化、強化情感聯系等。

7）生活能力：如協作、溝通交流、自我管理等。

可以發現，國外因對智能玩具的學習應用研究起步較早，其學習目標涵蓋更為廣泛。國外的研究過程注重系統化、結構化的教學融入。因此學習目標以學科知識為核心，研究占比達到40%。國內則由于較為重視學齡前兒童的益智培養，因此關于思維能力和精神情感等方面的研究主題占比相對較大。特別是在精神情感類學習目標中，國內智能玩具的教育應用融入了本土文化元素，如紅色精神、詩詞文化等。這表現出研究過程對中國特有文化背景的重視和適應。這種文化適應性的教育目標有助于培養兒童的文化認同感，也有效促進了文化的傳承。

智能玩具在游戲化學習過程中所能提供的支架資源主要由智能玩具本身的技術實現和功能交互方式決定，因此不具有對比分析的顯著價值。但綜合整體項目案例進行總結，可以獲得智能玩具作為學習工具時提供支架資源的一般規律如下。

1）用作元認知支架的智能玩具需要在交流中幫助兒童反思學習過程，因此除了評價類資源工具外，還需要提供有效的交流和協作互動。

2）用作程序性支架的智能玩具能夠簡化或拆解任務，幫助兒童更好地達成學習目標，因此任務引導和指南說明等資源都必不可少，提示卡、標簽、輔助文檔等工具也能幫助兒童開展有序、有邏輯的結構化游戲學習活動。

3）用作概念性支架的智能玩具以詮釋內容目標為核心，這要求智能玩具具有多元化或多感官層級的反饋資源，利用模型和樣本向兒童展示理想的操作或概念，也是協助兒童深刻理解內容的理想支架資源。

4）用作策略性支架的智能玩具要求兒童批判性、創造性地思考解決方案。在這個過程中，挑戰任務目標是引導兒童深入思考分析的重要資源，設計模擬游戲或情景主題，則能讓兒童更投入地進行實踐并應用策略。

統計項目案例中對玩具產品的效果評估狀況制圖（如圖15所示），可以發現國內有實證評估環節的論文不多，基本只有學位論文有對學習效果的實驗評估環節，大多期刊論文普遍缺少有效性驗證。國外的實驗評估環節完備程度遠超國內研究，達到77%，大部分的研究論文都通過定性與定量結合的方式對實驗對象進行了效果驗證。分析文獻列表可以發現在研究方法上，國內主要以用戶觀察測試和結構化訪談為主，也有少數采取用戶評價和滿意度問卷量表的研究方式。國外則更傾向采用隨機對照實驗或前后測等方式在一定時間階段內評估兒童的行為技能是否受智能玩具影響。此外，向兒童和教師家長等指導者發放問卷也是常見的研究方法。相較國內，國外在整體上對智能玩具作為支架工具的學習成效有更全面嚴謹的評估性研究。

圖15 國內外智能玩具項目案例效果評估對比

6 結語

智能玩具作為信息時代下一種新型教育娛樂資源，已在全球范圍內展現出超乎想象的潛力，不僅為兒童提供了豐富的互動和游戲化學習體驗，也進一步促進了教學模式的革新。本研究對智能玩具的定義和特點進行闡述，通過CiteSpace數據分析和項目案例整理，分析比較國內外智能玩具研究的發展脈絡、研究主題,以及在學習支架中的應用研究。研究發現目前我國在智能玩具的研究深度上還存在一定不足。作為一項綜合交叉性的研究，智能玩具的發展將持續輻射設計、教育、數字技術等各方面并發揮關鍵作用。未來的研究工作中有必要結合國際視野細化針對性研究內容，擴展研究者之間的合作模式以實現跨領域的結合，堅持探索如何更好地利用智能玩具的工具資源以促進兒童的全面發展。

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Chinese and International Researches on Smart Toys and Their Application in Scaffolding of Playful Learning

LIANG Linglin, GENG Jingchun*

(College of Art and Design, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

The work aims to conduct a comparative analysis on the current status of research on smart toys in China and abroad, and the similarities and differences in the research on smart toys in the scaffolding of playful learning. The research lineage, definition and characteristics of smart toys were summarized and sorted out. Taking the Chinese and international smart toys literature (257 articles in Chinese and 235 articles in English) from 2000 to 2023 as the research object, the bibliometric method was combined with CiteSpace software to conduct visual comparative analysis on smart toys research, so as to clarify the current status of Chinese and international research on smart toys and the hot trends. The content analysis method was adopted to analyze and categorize the research cases, and explore the similarities and differences in the research focus, research methodology and other aspects of the research of smart toys as a learning scaffolding tool. The research on smart toys abroad is more concentrated than that in China, but neither of them has formed a core group of authors. The research directions of Chinese and foreign concerns are similar but obviously different in the specific research focuses. Chinese research focuses on the interactive forms and experiences of children's toys, while foreign research pays more attention to the multifaceted applications of technological innovations in the carriers of tangible toys. In the research of smart toys applied to scaffolding learning, Chinese and foreign project researches also show a big difference. Foreign research pays more attention to the integration of smart toy technological innovation in the actual teaching scene, the quantitative assessment of learning effectiveness, and the experience of special groups of children, while the Chinese research emphasizes more on the smart toys in the informal scene of the preschool children's learning to promote and develop, the way and strategy of the interaction between the smart toys and children and adaptation to local culture.

smart toys; educational support; playful learning; learning scaffolding

TB472

A

1001-3563(2024)04-0001-15

10.19554/j.cnki.1001-3563.2024.04.001

2023-09-12