基于腦科學理論的益智兒童產品設計策略研究

魏國

基于腦科學理論的益智兒童產品設計策略研究

魏國

（西華大學 美術與設計學院，成都 610039）

探討基于腦科學理論的益智兒童產品設計策略。通過深入研究益智玩具市場及各階段兒童玩具的設計特點，總結出趣味性、互動性、教育性、創新性和安全性等關鍵要素。將兒童發展心理學作為益智兒童產品設計的理論依據，結合腦科學原理，制定出創新的益智兒童產品設計策略。重點關注腦科學理論以解析兒童的認知特點，從而提供更具針對性和有效性的設計方案。通過深入理解兒童腦部的發育規律，借鑒腦圖譜所揭示的認知特性，以制定出益智兒童產品設計的前沿策略，提升兒童的認知能力，在推動益智產品設計的創新方面具有深遠的影響和實踐價值。

益智兒童產品設計；腦科學理論；認知發展規律；產品設計策略；兒童發展心理學

在21世紀的數字化、信息化大潮中，兒童成長環境經歷了翻天覆地的變革。在科技的迅猛發展之下，益智兒童產品已然成為兒童日常生活中不可或缺的一環。它們既是娛樂的源泉，又是促進兒童認知能力發展的關鍵媒介。通過多樣化的互動形式，這些產品能夠極大地激發兒童的想象力、創造力，以及解決問題的能力，從而在兒童的智力及心理成長過程中發揮至關重要的作用。

然而，盡管益智兒童產品在教育領域的重要性逐漸顯現，但現有的研究和設計實踐往往過于關注產品的功能性和娛樂性，忽視了從腦科學的角度深入探究如何更有效地推動兒童的認知發展。筆者通過文獻的梳理發現，兒童腦部發育的規律與特點對益智產品的設計具有極大的指導意義。例如，根據兒童不同成長階段的認知特點，可以設計出更符合其認知發展水平的產品，從而更好地滿足兒童成長的需求。

本文結合益智兒童產品市場與兒童發展心理學，探討益智產品設計中的核心要素。同時結合腦科學的相關理論，提出創新的設計策略，旨在為益智兒童產品的設計與研發提供新的思路與方法。通過深入的研究與探討，為設計出更符合兒童認知發展需求的益智產品貢獻一份力量。本文從益智玩具市場與兒童產品特性、兒童發展心理學與益智產品設計，以及基于腦科學理論的益智產品設計策略三個層面進行詳細闡述。

1 益智玩具市場與兒童產品特點

益智玩具作為兒童成長過程中的重要陪伴產品，在兒童產品市場上占據著越來越重要的地位。隨著家長對兒童教育重視程度的不斷提高，益智玩具市場也呈現出了快速增長的趨勢。在這一市場背景下，兒童產品設計需要考慮其認知特點和發展需求，以滿足學習和娛樂的雙重需求。

1.1 益智玩具市場概況

益智玩具市場是一個充滿活力且不斷擴張的領域，在當今社會備受廣大家長的關注。最新報告顯示，全球益智玩具市場規模持續增長，并預計未來將繼續保持增長趨勢。這一趨勢的背后反映了人們對兒童智力發展的重視及對高質量教育資源需求的不斷增加。

益智玩具在整個玩具市場中占據著重要地位，其覆蓋了從早期啟蒙到青少年階段的各個年齡段。這些玩具不僅具有娛樂性，更重要的是，它們融合了教育元素，能夠促進兒童在認知、邏輯思維、創造力等方面的發展。因此，益智玩具在家長和教育機構中受到廣泛歡迎，被視為促進兒童全面發展的重要工具之一。

隨著科技的進步和社會的發展，益智玩具市場也在不斷創新和拓展。現代的益智玩具不僅限于傳統的拼圖、積木等，還涵蓋了電子玩具、智能玩具，以及與STEM教育相關的產品等。這些新型益智玩具結合了先進的科技和教育理念，為兒童提供了更豐富、更有趣的學習體驗，符合當今家長對孩子綜合能力培養的期待。

總的來說，益智玩具市場在滿足兒童娛樂需求的同時，也在促進其認知和智力發展方面發揮著重要作用。隨著社會對教育的重視程度不斷提高，益智玩具市場有望繼續保持穩健增長，并不斷推出更多創新產品，為兒童的成長提供更多有益的資源和支持。

1.2 不同年齡階段兒童產品特點分析

不同年齡段兒童的認知發展特征和興趣愛好各有不同，他們喜歡使用的玩具也各有千秋，其具體特點見表1。

表1 各年齡段兒童玩具產品特點

Tab.1 Characteristics of toy products for children of different age groups

1.3 關鍵設計要素——趣味性、互動性、教育性、創新性和安全性

通過前面對不同年齡階段兒童產品特點的分析可知，巧妙地融合了兒童的天性與成長需求的玩具，能夠為兒童創造出既有趣又富有教育意義的玩伴。色彩斑斕、形態各異、聲音動聽的玩具自然而然地吸引了孩子們的目光，引導他們投入玩耍，從而在嘗試、探索和創新中找到樂趣，即體現出玩具設計的趣味性。表1列舉的玩具設計不僅為孩子們提供了豐富的感官體驗，還點燃了他們探索未知世界的渴望，喚醒了內心深處對萬物奧秘的好奇與追尋。鼓勵了玩具與兒童之間的積極互動，通過手眼協調、動手操作和解決問題等多樣化的玩法，培養他們的社交和協作能力。這種互動不僅增強了兒童與玩具之間的聯系，也促進了他們與同伴之間的交流合作，即體現出玩具設計的互動性。這些玩具設計通過游戲的形式，讓兒童在快樂中學習數學、語言、科學和空間感知等基礎知識，同時培養他們的思維和創造能力。設計師通過巧妙地將知識點融入玩具中，確保了教育內容的適宜性和趣味性，避免了過于復雜或簡單的內容，這體現出玩具設計的教育性。在玩具設計中通過引入新的游戲方式和體驗，不斷激發兒童的創造力。玩具的多變性和個性化設計，讓每個孩子都能找到適合自己的玩法，從而在玩耍中發現新的樂趣，滿足不同年齡段和個性的兒童需求，這體現出玩具設計的創新性。安全性是玩具設計的基礎，它確保了兒童在使用過程中的身體健康和環境的可持續性。無毒的材料和環保的生產流程，減少了對環境的影響，而清晰的使用說明則幫助家長和兒童了解玩具正確的使用方式，避免潛在的風險，這體現出玩具設計的安全性。

綜上所述，玩具設計的階段需要通過細致地考慮兒童的年齡、心理特點和興趣愛好，結合教育目標，為孩子創造出既安全又富有教育意義的玩具，為他們的成長提供支持。

2 兒童發展心理學與益智兒童產品設計

兒童發展心理學為益智兒童產品設計提供了重要的理論依據。通過了解兒童在不同年齡階段的認知、情感和行為發展特點，可以有針對性地設計出符合其發展需求的產品，從而促進其全面發展。

2.1 簡述兒童發展心理學原理

兒童發展心理學研究兒童從出生到成年期間的心理變化和發展規律，旨在深入了解兒童認知、情感和社會行為等方面的發展特點。皮亞杰的認知發展觀、維果茨基的社區觀點、愛里森的情緒發展觀，這些都是當今學術界廣泛接受和推崇的重要思想。

皮亞杰的認知發展觀表明，孩子的智慧會在他們成熟的過程中得到持續提升，包括從觸覺到抽象、從概念到實際應用、從數字到圖像、從抽象到表達的各個方面。在這一過程中，兒童通過與環境的互動，逐漸建立起對世界的認知結構，并實現認知的不斷演進和提升。

維果茨基的社區觀點強調了社會環境和文化對兒童認知和學習的重要影響。他認為，兒童的認知和語言發展是在社會互動和文化傳承的基礎上進行的。在兒童與成人及其他同齡人的交往中，他們通過模仿、合作和指導等方式，逐漸掌握和運用文化中的認知工具，實現認知能力的提升。

愛里森的情緒發展觀關注兒童情感經驗對其個性發展的影響。他認為，兒童的情感發展經歷了依戀、分離、認同和成熟等階段，這些階段的情感體驗對兒童的心理健康和人格發展具有重要影響。兒童在與父母、家庭成員，以及社會環境的互動中，逐漸建立起自我認知和情感調節能力，實現情感發展的良性循環。

通過對這些理論的深入理解和運用，可以更好地把握兒童發展的規律和特點，為產品設計提供科學依據和指導。在益智玩具設計中，可以根據兒童不同年齡段的認知、情感和社會發展需求，設計出更具啟發性和適應性的產品，促進其全面發展和健康成長。

2.2 將兒童發展心理學應用于益智兒童產品設計

兒童發展心理學為益智兒童產品的設計和開發提供了寶貴的指導和理論基礎。通過將兒童發展心理學的知識融入產品設計的過程，可以更好地滿足兒童的成長需求，提升產品的教育性和吸引力。

首先，了解兒童在不同年齡階段的認知、情感和社交發展特點是產品設計的關鍵。例如，根據皮亞杰的認知發展理論，設計者可以根據兒童的年齡和認知水平，提供相應難度和挑戰度的益智玩具，促進其認知能力的發展。此外，考慮到兒童的情感需求和社交互動，產品設計應該注重創造具有情感溫度和社交互動性的體驗，以激發兒童的學習興趣并使其積極參與。圖1的Fisher-Price Think & Learn系列產品和圖2的LeapFrog系列智能學習玩具就是很好的例子。

圖1 Fisher-Price Think & Learn系列產品

圖2 LeapFrog系列智能學習玩具

其次，兒童發展心理學的知識有助于產品設計以促進他們的學習和發展。借鑒維果茨基的社區觀點，產品設計可以通過提供社交互動和合作學習的機會，培養兒童的合作精神和社會技能。此外，結合兒童的學習方式和偏好，設計具有趣味性和互動性的教育內容，可以增強產品的吸引力和教育效果。

最后，基于兒童發展心理學的綜合性產品設計能夠促進兒童的全面發展。通過綜合考慮兒童的認知、情感、社交和運動發展，設計出兼具娛樂性和教育性的產品，從而全方位地促進兒童的成長和發展。這種綜合性產品設計不僅能夠提高產品的市場競爭力，還可以對兒童的身心發展注入源源不斷的動力，促進兒童在生活中的健康與幸福。

將兒童發展心理學應用于產品設計是非常重要的，可以幫助設計者更好地理解兒童的需求和特點，設計出更具有針對性和有效性的益智兒童產品，為兒童的成長和發展提供良好支持。

3 基于腦科學理論的益智兒童產品設計策略

益智兒童產品的設計策略應基于對兒童大腦發育規律的深入理解，結合腦科學的相關理論，以最大程度地促進兒童的認知發展和學習效果。

3.1 腦科學理論概述

腦科學是一門深入探索人類大腦運作機制與認知世界的科學，它向人類揭示了大腦如何處理信息、進行決策等復雜過程的奧秘。根據腦科學的最新研究，人類大腦由大約80～100億個神經元構成。這些神經元通過復雜的突觸結構緊密相連，共同構建了一個龐大而精細的神經網絡。大腦的功能多樣且復雜，包括感知外界環境、進行深度思考、學習新知識、存儲記憶、控制身體運動，以及管理情緒等。更為神奇的是，大腦的不同區域承擔著不同的功能，有的負責處理來自五官的感覺輸入，有的負責進行決策和判斷，還有的則調控著人的情感反應。具體功能分區見圖3。

根據圖3可以比較充分地了解到大腦的結構及分區功能，這表明通過深入研究兒童的認知發展規律和大腦神經機制，設計者可以更好地理解兒童的行為和需求，從而制定更具針對性的產品設計策略。腦科學的研究顯示，兒童的大腦在不同年齡階段存在著顯著的發展特點，這對產品設計的內容、難度和形式提出了具體要求。

例如，兒童的大腦皮層在早期發育階段呈現出迅速增長的趨勢，而在青少年期則逐漸趨于成熟。這意味著設計者在制定產品內容和難度時應考慮到兒童的年齡特點和認知水平。此外，腦科學還揭示了兒童的注意力、記憶、語言、空間思維等認知功能的發展規律，為設計師提供了寶貴的指導。

基于腦科學的研究結果，設計者可以選擇合適的游戲形式和任務類型，以促進兒童的認知能力和學習效果。通過設計能夠吸引兒童注意力的內容，提供符合他們認知水平的挑戰，并結合適當的獎勵機制，益智兒童產品能夠更好地促進兒童的認知發展。

因此，腦科學理論的運用不僅有助于提高益智兒童產品的質量和效果，也為設計者提供了更深入的認知基礎，推動了益智兒童產品設計的創新和發展。通過將腦科學的研究成果與產品設計相結合，可以創造出更具吸引力、更有針對性、更符合兒童認知發展規律的產品，從而為兒童的成長和學習提供更好的支持。

3.2 利用腦科學理論解析兒童認知特點

基于腦科學理論，深入解析兒童的認知特點是設計者更好地滿足其學習和成長需求的關鍵。腦科學研究發現，兒童的認知特點在不同年齡階段存在著顯著差異，這對產品設計提出了具體的要求和挑戰。

首先，了解到兒童的注意力容易分散、記憶力尚未完全發展等特點后，設計者可以采取相應的設計策略。例如，增加產品的趣味性和互動性，以吸引兒童的注意力，并提高學習內容的可理解性和可記憶性，從而促進兒童的認知發展。

其次，兒童大腦的發育也受到環境和經驗的影響。豐富多樣的刺激和經驗可以促進兒童大腦的發育，并有助于建立復雜的認知功能網絡。因此，提供豐富多彩的學習環境和經驗對兒童的認知發展至關重要。腦科學研究還揭示了兒童的感知、運動控制和情緒調節等方面的特點，這些特點也需要在產品設計中予以考慮。理解兒童的認知特點對設計益智兒童產品至關重要。設計者應根據兒童的認知發展規律，選擇合適的設計元素和交互方式，從而最大程度地促進其認知能力的提升。

研究表明，兒童的大腦在不同的發育階段呈現出顯著的變化，這些變化直接影響了他們的認知能力和學習過程。首先，兒童大腦的發育經歷了突觸的形成和消失，以及神經元連接的重塑，這些過程對感知、記憶、思維和語言等認知功能的發展至關重要。例如，在兒童早期，大腦皮層的發育和突觸的形成會影響到他們的感知和語言習得能力。而隨著年齡的增長，大腦的前額葉皮層逐漸成熟，影響到執行功能的發展，如自我控制、決策制定和問題解決能力。因此，在產品設計中應考慮到兒童不同年齡段的認知特點，以確保產品的適用性和有效性。

基于腦科學理論解析的兒童認知特點為產品設計提供了重要的參考依據。通過深入理解兒童的認知發展規律，設計者可以更好地滿足其學習和成長需求，為兒童提供更有針對性和有效性的益智產品。

3.3 探討腦科學在益智兒童產品設計中的價值

腦科學在產品設計中的應用為設計者提供了深入理解兒童認知和行為的新途徑，從而可以創造出更具吸引力和有效性的產品。腦科學的研究成果使得設計者能夠更加準確地把握兒童的認知需求和心理特點，并針對性地設計出能夠促進他們認知發展的產品。

首先，通過了解兒童大腦的發育規律和認知功能的發展過程，設計者可以更好地選擇產品內容和形式。例如，根據不同年齡階段兒童的感知、注意力、記憶和思維能力的發展特點，設計出更符合其認知水平的產品，如簡單的感官刺激對幼兒期的兒童更具吸引力，而涉及更復雜邏輯的內容則適合學齡前期兒童。

圖3 人類大腦布羅德曼分區系統

其次，利用腦科學原理設計產品可以刺激兒童的大腦活動和促進其認知發展。例如，采用游戲化設計的學習應用可以激發兒童的好奇心和學習動機，同時提供具有挑戰性的任務，促進他們的思維發展。交互式教育玩具則可以通過與兒童的互動，提供個性化的學習體驗，有針對性地促進他們的認知和技能發展。

腦科學在產品設計中的應用不僅可以提高產品的吸引力和教育效果，還可以為兒童的認知發展和學習提供更好的支持和促進。通過深入了解兒童大腦的認知特點和發展規律，并結合腦科學原理進行產品設計，可以創造出更具有創新性和實用性的益智兒童產品，為兒童的成長和發展提供更好的幫助。

3.4 腦科學理論指導下的益智兒童產品設計策略

根據前面了解到的兒童大腦發育規律和認知特征，益智玩具的設計需要深入考慮兒童的認知發展和感官偏好，以創造既安全又富有教育意義的玩樂體驗。具體的設計策略如下。

1）形狀與顏色策略。玩具的設計應采用具有強烈視覺吸引力的形狀和顏色，如結合孩子們喜愛的動物形象或超級英雄角色，使用鮮艷的原色或柔和的漸變色來吸引兒童的視線。例如，一個以動物園為主題的益智玩具可以設計成各種動物形狀，使用橙色、藍色和綠色等明亮的色彩，以激發孩子們對動物世界的興趣和認知。

2）聲音設計策略。聲音設計應精心挑選，以符合兒童的認知水平和興趣點。例如，可以集成具有教育意義的兒歌旋律，或者模擬自然界的聲音，如鳥鳴和水流聲。這些聲音不僅能夠吸引兒童的注意力，還能在無形中提高他們的聽覺辨識能力和音樂感知。

3）材質選擇策略。在選擇玩具材質時，應優先考慮那些對兒童皮膚友好、易于清潔且耐用的材料。例如，使用柔軟的硅膠或光滑的竹木，這些材質不僅安全無毒，還能夠提供舒適的觸感，同時易于清潔，確保兒童在使用過程中的衛生和安全。

4）交互設計策略。交互設計應注重簡單直觀的操作方式，以便兒童能夠輕松上手。例如，可以設計帶有觸摸感應的益智拼圖，當兒童正確拼合形狀時，玩具會發出鼓勵的聲音和光亮，這種即時反饋能夠增強兒童的成就感和繼續探索的動力。

5）游戲設計策略。游戲設計應富有創意，能夠引導兒童進行深入的思考和探索。例如，可以創建一個多層次的益智游戲，其中包含解鎖新關卡的挑戰，每個關卡都需要兒童運用不同的技能，如記憶力、邏輯思維和空間感知能力。通過這樣的游戲設計，兒童在享受游戲樂趣的同時，也在不知不覺中鍛煉和提升了這些關鍵的認知技能。

通過這些設計策略，益智玩具不僅能夠吸引兒童的注意力，還能夠在玩樂中促進他們的認知發展和技能提升，為兒童的全面成長提供有力的支持。

3.5 案例分析——腦科學理論在益智產品設計中的應用

幾個腦科學理論在益智產品中的應用案例分析如下。

1）NeuroSky MindWave頭戴式腦波傳感器（如圖4所示）利用腦機接口技術，可以實時監測用戶的腦電波，并將其轉化為可控制的信號。這一技術被廣泛應用于益智游戲產品中，如MindWave系列游戲，通過兒童的腦波活動來控制游戲角色的移動或其他互動，促進兒童的認知發展和學習效果。

圖4 NeuroSky MindWave頭戴式腦波傳感器

2）Sphero Edu編程球（如圖5所示），是一種球體機器人，它結合了物理運動和編程教育。兒童可以通過編程來控制Sphero Edu進行各種活動，如繪制形狀、執行任務等。這種產品設計利用了兒童的視覺、空間思維和計算能力，既具有趣味性又具有教育性，促進了兒童的認知發展。

圖5 Sphero Edu編程球

3）LEGO Mindstorms機器人套件（如圖6所示）是一款教育機器人套件，兒童可以通過組裝和編程來創造自己的機器人作品。這種產品設計既培養了兒童的動手能力和創造力，又通過編程任務促進了兒童的邏輯思維和問題解決能力，充分發揮了兒童的學習潛能。

圖6 LEGO Mindstorms機器人套件

這些案例展示了腦科學理論在益智產品設計中的多樣化應用，為兒童認知發展提供了豐富而有效的學習工具和資源。通過案例分析，可以具體了解腦科學理論在益智產品設計中的應用效果。利用腦機接口技術，開發出一款具有智能化特性的益智游戲，它可以根據兒童的腦電波活動，實時調節游戲難度和內容，從而有效地提升孩子的學習成果和娛樂體驗。另外，借助腦成像技術，研究了兒童在使用益智產品時的腦部活動情況，為產品設計提供了寶貴的反饋信息。這些案例展示了腦科學理論在益智產品設計中的巨大潛力和應用前景。

5 結語

通過前面對基于腦科學理論的益智兒童產品設計策略進行闡述，可以發現理解兒童認知發展規律對益智產品設計的重要性。深入了解兒童不同年齡階段的認知特點，能夠幫助制定更貼近兒童認知發展需求的產品設計策略。基于腦科學理論的設計策略能提升益智產品在效果方面的潛力。運用腦科學的研究成果，設計出具有挑戰性、變化性和情感化的產品，能夠更好地激發兒童的學習興趣和動機，促進其認知能力的發展。在未來，基于腦科學理論的益智產品設計將會迎來更加廣闊的發展空間。通過跨學科的合作和持續創新，可以為兒童提供更加優質和個性化的學習工具，推動兒童認知能力的全面發展，為兒童認知發展和教育做出更大的貢獻。

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Design Strategies of Brain Science-informed Educational Toys for Children

WEI Guo

(School of Art and Design, Xihua University, Chengdu 610039, China)

The work aims to explore the design strategies of brain science-informed educational products for children. By conducting an in-depth study of the educational toy market and the design characteristics of toys for different stages of children, key elements such as fun, interactivity, educational value, innovation, and safety were summarized. Child development psychology was used as the theoretical basis for the design of educational products for children. Combined with principles of brain science, the innovative design strategies were formulated. Special attention was paid to using brain science theories to analyze the cognitive characteristics of children, thereby providing more targeted and effective design solutions. Through a deep understanding of the developmental patterns of children's brains and drawing on the cognitive features revealed by brain mapping, cutting-edge strategies for the design of educational products for children are developed to improve children's cognitive ability, which has a profound impact and practical value in promoting innovation of educational product design.

design of educational products for children; brain science; cognitive development rules; product design strategy; child development psychology

TB472

A

1001-3563(2024)08-0488-07

10.19554/j.cnki.1001-3563.2024.08.055

2023-11-07

四川省社會科學重點研究基地“西南音樂研究中心”一般項目（XNYY2022002）