浅析认知发展理论下的儿童编程APP交互设计

吕灿

摘要：我国儿童编程发展迅速，但教育资源良莠不齐，部分体验感差。基于对认知发展理论和儿童编程APP的阐述，通过案例分析，探讨认知发展理论下的儿童编程APP交互设计原则，以解决现有儿童编程教育应用界面中存在的问题，提高儿童学习效率、优化体验过程。

关键词：认知发展理论;儿童编程;APP交互设计

中图分类号：J524

文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2020）02-0082-02

1认知发展理论概述

认知发展理论是著名发展心理学家让·皮亚杰所提出的，被公认为20世纪发展心理学上最权威的理论。理论揭示了儿童发展方面的许多规律，使得儿童心理研究从一个小小的领域最终形成了发展心理学这门新学科，并对心理学及其相关领域的研究产生了巨大的影响[1]。皮亚杰从认识的发生与发展两个角度详细论述了儿童认知发展的四个阶段及儿童在各阶段的基本特点，提出.了儿童认知发展理论。四个阶段分别是：感知运动阶段、前运算阶段、具体运算阶段、形式运算阶段。

感知运动阶段主要是指自0～2岁儿童的认知发展阶段。在这一阶段，儿童依靠视觉、听觉、触觉等感觉与手的动作吸收外界知识;到感知运动阶段末期，感觉与动作渐渐分化具有调适作用的表现，思维也开始萌芽。前运算阶段指2岁～7岁儿童的认知发展阶段。在这一阶段，儿童使用语言表达概念。且随着语言的出现，儿童渐渐使用表象符号代表外界实物，但还不能用符号来代表抽象的概念。具体运算阶段是指7岁～11岁儿童的认知发展阶段。在这一阶段，儿童具有守恒概念，且儿童具有去集中化的特点，即具体运算阶段的儿童在面对问题情境时，不再仅凭知觉所见的片面事实去做判断，其思维具有多维性、可逆性。形式运算阶段是指11岁以上儿童的认知发展阶段。在这一阶段，个体的思维能力已发展到成熟阶段，能够根据逻辑推理、归纳或演绎的方式来解决问题。

因认知发展理论源于对儿童心理学的研究，所以研究涉及领域主要是儿童各学科教育的启示或者教学方式探究。例如，.皮亚杰认知发展理论在众多学科教学理念中的应用，结合教学实践，探讨儿童在教育活动中认知发展的重要性，得出最适合的教学方法。

基于对儿童心理的充分理解，认知度发展理论的应用逐渐扩展到儿童产品设计当中。例如，基于认知发展理论，结合玩具书籍的“学”与“玩”，提出合理的玩具书籍设计策略和方案[2];将儿童认知心理学引入玩具设计中，归纳总结出儿童早教类APP的设计理论以及实践方法[3]等等。虽然认知发展理论形成时间很长，但其运用在儿童产品上的研究还有很大的发展空间。

2儿童编程APP概述

2003年，麻省理工学院媒体实验室的终身幼儿园小组设计研发了儿童编程工具Scratch。主要适用对象是8岁～16岁儿童，其特征是摆脱文本编程方式，利用鼠标拖拽不同功能的程序编写互动故事、游戏和动画，并与在线社区的其他人共享创作。之后，出现了Agent Sheet、Lego Mindstorms、E Toys、Codecademy等多个有名的启蒙编程工具，模拟场景，提供创造游戏或动画的方式，通过对行为指令的控制，创造简易动画。但这些大都是在计算机上使用的儿童编程学习开源工具，随着学习需求的增加，儿童编程学习的途径早已不只是计算机，智能手机和平板上的儿童编程学习APP成为了儿童学习编程的重要途经之一。

儿童编程APP中主要包含幼儿编程启蒙、趣味图形化编程、Python、C++进阶编程的课程学习和编程学习答疑解惑。幼儿编程启蒙是编程学习培养兴趣的阶段，适合4岁～7岁儿童，幼儿编程启蒙的目的是让他们通过讲故事般的游戏，真实接触到程序指令，用尽可能少的、简单的功能模块对屏幕上的角色进行控制，让儿童初步了解计算机程序的模式，训练和养成逻辑思维、想象力与规划能力，通过拆解步骤的角度去理解问题;趣味图形化编程的主要目的是通过积木式语言学习编程中的指令、函数体等概念，适合7岁～12岁儿童，这一阶段是启蒙阶段的进阶，开始让儿童尝试创作出完整的编程作品，或者学一点稍有难度的编程软件，儿童可以使用简单的可视化编程语言，将代码块组合起来进行项目、游戏和动画故事的创建;Python、C++进阶编程的课程学习以及平台交流是为了更好地实际操作计算机完成用户图形界面编程、并行处理、网络应用程序、internet脚本编程、数据库管理等。

3认知发展理论与儿童编程APP交互设计的关系

儿童编程APP的交互设计以儿童编程学习内容为依托，儿童编程学习内容的呈现和操作方式的设计又以儿童认知发展理念为基础。儿童编程APP是儿童学习类APP众多种类之一，其界面交互方式直接影响着儿童的学习效率。

交互设计是通过用户行为进行分析，创建新的用户体验，其目的在于强化和设计新的用户感受及其交互方式，设计出好用易用的产品，给用户带来积极的用户体验。而认知发展理论是第一个试图解释而不仅仅是描述發展过程的发展理论，同时为不同年龄阶段的儿童如何思维的问题提供了一个相当精确的概述回。从儿童编程学习内容上可以看出，三个阶段的学习是循序渐进的，这和皮亚杰的认知发展理论的前运算阶段、具体运算阶段和形式运算阶段是相契合的，以不同阶段的儿童认知分析为依据，给儿童设计出能适应儿童不同认知发展阶段的学习内容呈现方式或交互方式，满足基本学习需求、提高学习兴趣的APP，展现编程学习的魅力。

4认知发展理论下的儿童编程APP交互设计案例分析

以小象编程APP为例，它是为六岁及以上儿童量身打造的零基础编程学习课程，本质上属于幼儿编程启蒙和趣味图形化编程教育，APP内容包括以下四个模块。

“编程课堂”中的课程分为八个章节，包括Scratch零基础、金牌奥斯卡、游戏设计师、知识大爆炸等，内容由易到难，充满趣味性，且每一章节都会有连续的几个小节，通过奖励金币制度鼓励儿童积极参与。在“我的作品”中有课内作业和创意作品两部分，课内作业基于不同难度课程的指导，完成自己的作品。“大冒险”是闯关益智游戏，每一个新的环节都会有颜色区分进行操作指导，卡通动画讲解故事和趣味图形编程控制行动相结合，由浅入深，通过简单的单一模块逐步过渡到后面复杂的模块综合运用，完成闯关任务，获得金币。在“作品社区”中可以看到其他小朋友设计的动画或小游戏作品，进行互动，激励参与。小象编程的优势在于抓住了儿童的童真，用音乐配合卡通形象展示画面，其次把握住了儿童学习的模式，吸引兴趣和好奇心，简单易懂，但缺少足够的互动和家长的监管。

5认知发展理论下的儿童编程APP交互设计原则

5.1简单性原则

对于刚接触编程的儿童来说，正处于认知的前运算阶段，思维缺乏逻辑性，但又能使用符号代替新接触的事物，简单的交互方式和界面显示能够引导他们更快地理解操作过程;当随着年龄的增长发展到具体运算阶段时，由于认知在此阶段的儿童仍缺乏抽象思维，所以在内容呈现上要简单具象化，因此，能够使儿童有信心、有耐心地持续学习。

5.2趣味性原则

作为儿童学习类APP，交互设计的趣味性原则十分关键。趣味性主要体现在幼儿编程启蒙和趣味化图形编程学习阶段中，该学习阶段的儿童在认知上想象力丰富，把卡通形象引入其中，设计出有趣的游戏和互动方式呈现在儿童面前，可以让他们以“玩”的方式学习，增添学习的兴趣，吸引儿童使用，并乐意长期使用，从而达到学习编程的目的。

5.3陪伴性原则

儿童的学习离不开父母的陪伴，在儿童学习编程的过程中，体现陪伴性原则的交互设计可以帮助父母实时了解孩子的理解程度和学习进度，同时帮助孩子在一个舒适的氛围中更大程度地理解学习内容，增加和父母互动的机会。，

5.4理解性原则

儿童编程学习APP在交互方式上要尽可能地理解儿童的行为。在操作过程中，对于处在前运算阶段和具体运算阶段的4岁～12岁儿童，他们好奇心重，爱尝试，常常会有错误的操作，因此，每一步操作的指令都不能是固定且唯一的，允许多种操作方式，同时体现交互设计的容错性。

5.5个性化原则

在兒童编程APP的交互设计中，不仅要注意不同认知阶段儿童的普遍水平和认知能力，还要考虑受先天因素和后天环境所影响的不同，个体之间的认知差异，以及发展速度的差异。随着学习内容的扩展和难度的加大，设计个性化的儿童编程学习APP可以让儿童根据自己的学习程度选择适合自己的学习模块。

5.6安全性原则

儿童缺乏自我保护能力，在儿童编程APP中，父母要保护好儿童的数据隐私，更不能允许把数据发送给第三方，推送消息或提示消息可以选择发送到父母端口。此外，在交互设计中要注意儿童的用眼安全，让儿童在合理的时间范围内使用，避免过度注视造成视力下降和眼部疲劳。

6结论

儿童编程教育不仅是为了让儿童学习一门程序设计语言，同时也培养了他们一种思维，从而形成对事物新的看法。对于儿童编程APP交互界面的设计研究，响应了国家对于发展儿童编程教育的号召，给儿童提供能适应儿童不同认知发展阶段的学习内容和操作方式、满足基本学习需求，展现编程学习的魅力，吸引儿童的兴趣，促进更多儿童通过最优的方式学习掌握编程，从而促进国家儿童编程教育更好地发展。

参考文献

[1]E.Papalia，Wendkos Olds，Duskin Feldman.李西营，译.发展心理学：从生命早期到青春期[M].人民邮电出版社，2013.

[2]黄丹丹.基于婴幼儿认知发展理论的玩具书籍设计研究[D].福州大学，2014（03）.

[3]汪正刚.基于认知发展理论的儿童早教类APP设计开发研究[D].沈阳航空航天大学，2017

[4]Suzuki，H.，Kato，H..Algo Block：A tangible programing language，a tool for collaborative learning[C].Inproceedings of the 4th European Logo conference：1-10.

[5]周宗奎.现代儿童发展心理学[M].安徽：安徽人民出版社，1999，6：146.