基于智慧学习环境的学龄儿童教具设计研究

彭琳　穆荣兵

关键词：智慧学习环境;学龄儿童;教具设计

当今教育话题热度不减，顺应时代对教育的需求，智能化、信息化已逐渐融入儿童课堂中，教具是学习环境和教学内容的纽带。但目前市场上针对学龄儿童教育的教具只针对课堂某一阶段进行教学辅助，功能单一且学生与教具之间的互动性不强，未考虑学龄儿童在智慧学习环境下的需求。文章探索在新型智慧学习环境下更符合学龄儿童认知规律和心理诉求的教具产品，以期既能满足学龄儿童对学习认知的需求，也能拓展智慧学习环境下教学的新途径。

1 智慧学习环境概述

21 世纪，随着现代信息技术的迅速发展，智慧学习旨在满足学习者的个性化需求。在理想的智慧学习环境中，教师可利用学习环境中的智能设备和多媒体技术呈现出多种教学方式的可能性，使学生能够身临其境地体验学习课堂，增强学生的认知动机，提高学生的学习兴趣。一方面，目前智慧教室是一种典型的智慧学习环境形式，是智慧校园的重要组成部分，也是借助物联网技术、云计算技术和智能技术等构建起来的新型教室，其功能丰富，模块化结构，适应面广。另一方面，智慧学习环境正在普及化，现已广泛应用于各大高校。研究发现，相较于传统教室和传统教学，在智慧学习课堂上，老师主要以教具指导和引导去辅助学生进行认知，教具已成为课堂上的刚需产品。智慧课堂凸显的特征为学生可以通过智慧课堂中的媒体产品获得学习帮助，比较典型的就是利用电子书包向学生推送相关的学习资源，提升学校的教学效率和学生的学习效率。这一功能得益于现代信息科技的迅速发展，能够帮助学生减少认知上的负担，激发学生的学习活力[1]。

培养学龄儿童知识能力的同时也要关注其身心健康。充分利用当前的智慧学习环境，运用互联网、多媒体和数字信息化的优势，构建能够满足学龄儿童知识需求和精神需求的教育平台。摆脱以往传统授课的死板、严肃，缺少實践氛围，进而关注学龄儿童爱交流、爱动手的特性，加入一些具有互动性、实操性的内容，提高学龄儿童对课堂的关注度。

2 学龄儿童教具产品设计的现状及存在问题

2.1 学龄儿童教具产品设计的现状

教具作为教师辅助教学的用具，有着其他手段不可替代的作用。目前教具产品市场并未得到精确的划分，目前教育类产品多数仍归类在儿童益智类玩具。市场上常见的儿童教具主要分为学科教育和兴趣爱好两种类型。学科教育立足学习过程，主要围绕语文、数学、英语等学科知识，如天平秤算数玩具、数学学具盒和拼音学习机等;兴趣爱好多在课余，从儿童的兴趣爱好入手培养其对学习活动产生的积极情感体验，产品种类涉猎较广泛，如乐高玩具、AR 地球仪和多功能动物昆虫观察盒等（如表1）。

2.2 学龄儿童教具产品设计的存在问题

结合上述学龄儿童教具产品的市场现状，分析目前学龄儿童教具产品现存的问题，主要有以下几方面：（1） 根据调查研究显示，市面上的儿童教具产品设计偏向于“启智”这一设计目标，主要针对儿童心理和生理的发展特征来强调教育的作用，从根本上忽略了儿童的心理成长诉求;（2） 传统课堂上使用的教具产品面临的主要问题是无差别、大众化，缺乏互动性和趣味性，且因其主要使用者为教师，教具的设计过于成人化，便于教师授课使用，而对儿童学习的导向性不强;（3） 目前教具设计大多集中在课堂教学内容的展示，基于学习环境下开发的教具产品已经不能满足环境、用户和教育的需求，在一定程度上削弱了儿童课堂学习的积极性。

3 基于智慧学习环境的学龄儿童教具设计意义

教具的引导是在学习环境下知识输入最直接的方式。对学龄儿童教具设计来说，符合儿童身心发展和促进学习兴趣尤为重要，用教具推进教学，对学龄儿童的认知方式和学习效果具有重要意义[2]。

3.1 创新教学教具新途径

学龄儿童教具产品分为学科教育和兴趣爱好两大类，这些教具都具有趣味性、实践性和直观性等特点，同时在功能上，它们都具有鲜明的主题，功能明确。针对一般学习环境下使用的教具产品，学生接触的时间往往少于教师使用的时间，所以以往大多教具是以教师视角来分析教学的行为特征。智慧学习环境下使用的教具对儿童的认知和理解具有一定影响，结合现有教具的普遍特征和产品使用方式，针对6—7 岁这个年龄阶段的学龄儿童，通过材质、色彩、外观、五感感官体验等，能让儿童在课堂上实际操作形成人机互动，使教学主体能够沉浸式地参与到当前的教学活动中。

3.2 延伸课堂教育新形式

通过调研得知，教具应与使用人群的能力相匹配，即需考虑儿童实际互动操作的难易程度和具备的使用技能、认知水平。目前国内智慧教室关于智能电子类设备还处于初步引入阶段，与传统教学课堂相比，智慧学习环境下教师引入游戏化教学方法更能吸引学生的注意力，更容易激发儿童对知识的浓厚兴趣。同时，以小学课程为基础的教具开发具有多元性，也要求教具设计与时俱进，再结合设计理论进行探究，比如采用模块化设计、体验设计、互动设计等。可在单人操作或小组多人协作时与教具互动，不同玩法、不同操作会带来不同的趣味性，引导儿童从“被动学习”转换为“主动学习”。

4 基于智慧学习环境的学龄儿童教具设计需求分析

产品设计的基础是用户需求。文章研究的对象是教师和学龄儿童，学龄儿童广义上指的是符合普及义务教育入学年龄阶段的儿童，狭义上指的是6—12 岁小学阶段的学生。文章从6—7 岁学龄儿童着手，因为此阶段的儿童学习兴趣高，需求驱动力强。以下将围绕用户和产品两个方面深度挖掘了解学龄儿童和教师在智慧学习环境中对教具的需求。

4.1 基于用户层面的需求分析

4.1.1 情感性需求

6—7 岁学龄儿童正处在活泼好动的年龄段，注意力水平还处在发展阶段，大脑神经系统还没有发育完善，儿童控制自己注意力的时间有限;研究表明6—7 岁儿童注意力集中时间一般在15—20 分钟。通过在课堂教学活动中使用教具产品，能让老师与同学合作，可以采用师生交流或者生生交流，加深学龄儿童与老师、同学的情感联系，既可以加强儿童对于所学知识的认知，也有助于儿童改善与老师、同学的关系，提升学习的积极性[3]。

4.1.2 教育性需求

教育的根本目的是立德树人。依托于智慧学习环境在进行学龄儿童的教具功能设计时，不能只考虑知识技能目标，还需考虑儿童的身心发展健康和精神需求。开发在学习过程中所需要的产品和教学环节，设计出既符合学龄儿童身心发育，又满足其学习需求的教具产品。采取适当的精神性鼓励手段有助于提升儿童的学习状态，将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体。

4.2 基于产品层面的需求分析

4.2.1 智能性需求

智慧教室迅速普及，智能化的介入为课堂注入了新的生命力，可以利用现代科技信息化打造的智慧学习环境，并用互联网大数据构建新型高效教授课堂。在这种智慧学习环境中进行教学活动，教具需要更加智能化，满足教师和学生的不同需求。从通用化的情感关怀角度开发智能化的教具产品，有利于课堂中教师与学生进行互动，根据不同学生的状态更好地呈现不同学科的教学内容，开发儿童多种方面的智能，激发儿童的潜力。

4.2.2 体验性需求

人的认知，是通过身体的体验和相互配合的行为活动方式形成的，所以在儿童的教育过程中，亲身体验起到十分关键的作用。在教具产品设计中，有很多从儿童的认知特征、心理特征出发的观点，而认知心理学里的具身认知理论，重视用户的体验，人机交互中感知觉通道获得刺激后，经过大脑的加工从而内化形成认知。课堂中的教具应能引导儿童自主地投入到现有的学习环境中，教具一改以往只供教师教学使用，作为教师“教”和儿童“学”。教具产品设计应从双向考虑，实现以教具操作、探究学习为主的体验式教学。

4.2.3 指引性需求

6—7 岁这一阶段的学龄儿童正处在活泼好动的年龄段，注意力水平还处在发展阶段，大脑神经系统还没有发育完全，儿童控制自己注意力的时间有限。教具能激发儿童的学习兴趣或者是阶段性的认知能力培养，围绕多种主要学科内容开展教学活动，培养儿童的综合能力。由于這一类教具需要在专业老师的引导下使用，所以产品本身需要具有一定的引导性和交互性，易于教师使用和儿童理解，并设定鲜明的学科主题，让儿童能沉浸其中。

5 基于智慧学习环境的学龄儿童教具设计思路

5.1 智慧学习辅助模块化设计

为给教师和儿童最直观的体验，凸显教具的教育性和知识性，应充分整合智慧教室和教具的功能，实现二维到三维的转化。模块化的灵活性、可选择性拓展了智慧学习环境下的教学新方向，适应智慧学习环境下对不同学科的授课需求，能够使教师根据不同学科属性进行选择，儿童能通过模块化的选择和组合提高自身的认知。

作为辅助教学的用具，其主要是由智能交互屏幕和教具配件两部分组成。例如，在学习《小小的船》这课时，学生了解了生词后，教师需考察儿童对知识的掌握程度，教师分发教具（字母磁片和磁性吸盘），学科教具配件如图1 所示。儿童可自行分组分工拼读完成智慧交互屏幕中所需掌握的词语“月儿”。然后将拼音磁片依次放置在磁性吸盘上，完成后，将其放置在智慧交互屏幕的摄像头上进行扫描，摄像头会实时捕捉并识别磁盘上拼音磁片的内容。如果拼音正确，智慧交互屏幕上会出现正确拼音，并会说出拼音的正确读法，教师还可设置故事场景和卡通人物，说“你真棒”来进行鼓励;如果拼音有误，智慧交互屏幕智能提示并引领认知，语音提示儿童进行改正，如提示拼音a 会说“汉语拼音之首”、提示拼音w 会说“两个手比耶”。形象生动以此引发儿童思考，然后屏幕上会展示出正确答案和正确读音，并语音“继续加油”鼓励儿童。

5.2 蕴含教育意义的游戏方式

游戏化学习是提升孩子学习兴趣的重要渠道之一[4]。教师可根据不同教学课程，组织相应的教育游戏，通过教育游戏主界面点击自由设置选项来进行游戏脚本设计和游戏素材（即教具）的选取，让教具成为教育和游戏化的载体。在创造的教育游戏化的智慧学习环境中，教育游戏应符合新课改下教材内容和学龄儿童的心理和认知特征，能让学龄儿童从教育游戏的机制和玩法中获得进步感、参与感和成就感，让他们主动思考。教育游戏化的最终目的是利用游戏的娱乐性来达到儿童认知的教育性。

5.3 智能信息化的体验设计

从产品设计角度出发，重新审视学龄儿童教具，智慧学习环境能够提供合适的资源和便利的工具，需要考虑信息融合，善于运用智能信息化等科技升级体验。智能信息化的体验服务只是一个手段，需要通过载体和移动终端去落实[5]。教师在智慧学习环境下使用教具的过程中，会将课本中抽象的学科知识转化为形象、具体的可操作性知识，但需要关注儿童在使用教具的“前—中—后”三个阶段的主体行为和认知程度。儿童初次接触教具也要有一个接受适应的过程。美国Makey Makey 把生活中每件事物都通过物体连接变成键盘。将产品与互联网连接，儿童可以拿它来做科学实验或者艺术创作，比如人们可以通过敲键盘来弹琴，MakeyMakey 可以用任何东西来弹琴，例如用香蕉，如图3 所示。由此可知，学龄儿童教具产品设计应更注重环境和用户的双向互动性，支持线上线下实体交互学习，真正拉近知识与生活的距离。

5.4 坚守寓教于乐的教学精神

在智慧学习环境的背景下，大量的教学视频和音频资源、各类学术知识为寓教于乐提供了强有力的支撑，无论是教学技术创新，还是教具产品创新都离不开智慧学习环境资源的整合利用。在考虑智能化和模块化等设计理念外，学龄儿童教具产品需要具有寓教于乐精神，娱乐式教学是针对学龄儿童教具设计的重要思路。前提是要以学龄儿童为关注对象，可以从色彩、材质、使用方式、外形设计及内部构造考虑，教师通过操纵教学中使用的教具和设计的教学环节来引发学生怀着兴趣和愉悦的情绪进行互动学习。如图4 的葡萄探索号创意玩具，传统益智玩具魔方、七巧板就结合了现代科技，有趣的立体互动让孩子在玩耍中激发识字认读的兴趣。注重学习过程中潜移默化的作用，外化于行，内化于心，为学龄儿童营造了一个良好的智慧学习环境，实现教育的人本主义。

6 结语

随着科技发展，智慧学习环境是未来教育教学的发展趋势。结合当下智慧学习环境可以有效地指导设计教具产品，借助智慧学习环境下的技术，推动教具产品智能化升级。围绕用户和产品两方面分析设计需求，提出了智慧学习辅助模块化设计、蕴含教育意义的游戏方式、实现智能信息化体验设计、坚守寓教于乐的教学精神四个学龄儿童教具设计的思路。目前智慧化教具还处于设计探索阶段，以期此次探讨有助于提高学龄儿童对课堂的黏性，充分利用智慧学习环境的资源发展儿童，使其将来成为国家的栋梁之材。