卡片式幼儿趣味学习机的设计与应用

杭州中美华东制药有限公司 吴 迪

为了避免儿童使用电子移动设备时，长期暴露在屏幕下对视力、智力和心理的影响，本文设计了一款不带显示屏的卡片式幼儿趣味学习机。本文描述了学习机的工作流程，描述了卡片、模式、语音模块、电源和外壳设计。试验证明，该学习机学习内容丰富、趣味性强，能显著提升儿童的专注力和学习能力。

随着技术水平的不断发展，人们的生活、学习习惯也变得日新月异，其中儿童的学习方式也随着时代的变迁不断改变着。随着移动互联网的蓬勃发展和电子移动设备的普及，儿童也逐渐成为新一代移动用户，各类创意十足的APP已经成为孩子成长的伙伴、父母教育的好帮手。然而，有研究表明，儿童长时间的电视暴露会增加边缘智力以及智力低下发生的风险。学龄前儿童屏幕暴露时间越多、心理问题异常发生率越高。同时，儿童过早使用电子移动设备，会影响其视力、智力等各方面的发育。所以，如何利用现有技术，在不影响儿童发育的情况下，开发一款能教育孩子、陪伴儿童成长的玩具，成为一个值得考虑的课题。本文设计了一款卡片式幼儿趣味学习机，基于红外检测技术，多种类型的卡片作为学习媒介，不带屏幕，在不影响儿童正常智力、视力发育的情况下，具有很强的娱乐性，能培养儿童专注力，使其能识别各类物体、文字、图像，陪伴儿童健康学习成长。

1 总体设计

本文设计的卡片式幼儿趣味学习机，主要有主控芯片、卡片识别模块、语音模块、电源、卡片及外壳，组成框图如图1所示。

图1 卡片式幼儿趣味学习机组成框图

其核心模块是卡片识别模块，该模块利用红外检测技术，能够识别卡片上的黑白条纹编码，然后再系统库里查找该卡片对应的语音，通过语音模块播放语音，实现不同卡片播放相应语音的功能。同时，学习机还具备听故事、听古诗、听单词等功能，用户根据按键模块选择不同的模式即可播放不同的语音。学习机的运行流程图如图2所示。

图2 卡片式幼儿趣味学习机运行流程图

2 卡片设计

卡片式幼儿趣味学习机的卡片数量和种类，决定了学习机的趣味性和丰富性。所以如何丰富卡片数量和种类成为了设计学习机时需要考虑的重要因素。学习机中的卡片识别模块最多能识别16条黑白条纹，即可识别216种条纹，即可识别65536张卡片，这个容量为卡片提供了很大的设计空间。卡片必须包含的信息有16条黑白条纹、图像、文字等信息，图像和文字可以根据需要采用各种鲜艳的颜色，一般卡片设计如图3所示：

图3 设计的卡片示例

卡片的种类设计可以根据幼儿的认知水平不同进行设计，大致可以分为1周岁左右、2周岁左右和3周岁左右三个阶段，难度从低到高进行设计，具体卡片设计类型如表1所示，基本能覆盖到3岁左右的儿童。

表1 卡片配置表

3 模式设计

为了提升卡片式幼儿趣味学习机的趣味性，除了具备最基本的卡片识别外，还应具备听读、答题等多种模式，能够满足更大年龄范围儿童的需求，也能提升儿童参与度、提高专注力。模式的选择可以通过学习机的按键模块实现，模式分为：卡片识读、听儿歌、故事、听古诗、猜单词、猜物品等模式。模式的选择和整个流程运行如图4所示。

图4 各模式选择流程图

用户通过按键模块，可以轻松实现不同的模式选择，大大扩充了学习机的功能性、娱乐性。

4 其他设计

学习机除了卡片设计和模式设计外，还需要考虑语音模块、电源模块和外壳的设计。由于学习机有多种模式可选，卡片种类和数量较多，语音模块在设计时要考虑存储容量。现有比较好的方案是采用2G以上存储的FLASH存储芯片，这样可以在学习机制作就可以将相应的语音存入存储芯片中，保证了语音的高清晰度，同时也避免用户误操作使各类语音丢失。电源模块可以采用可充电的锂电池方案或者使用干电池，只需满足学习机的电压要求即可。在外壳设计方面，模型设计时需要考虑卡片的大小，要保证卡片能干好契合外壳。在选择材质时，应考虑绿色环保的材质，有利于保护儿童健康。

总结：本文设计的卡片式幼儿趣味学习机，由于没有显示屏幕，可以避免儿童长时间暴露在屏幕前，避免由此对视力、智力和心理发育的影响。经过实践证明，本文设计的学习机，具有很高的娱乐性，也能陪伴儿童学习成长，内容丰富、适用年龄范围广，能够显著提升儿童的专注力、学习能力。