唐玉红 周冰洁 向路遥
摘要：随着现代科学技术迅猛发展，传统的教育方式已然不能满足新型时代的发展，为适应现代社会的人才需求，培养未来型人才，一些先进国家创立了一系列新型人才培养方案。创客教育，以及由美国开始的STEAM教育成为了现代教育发展的主要趋势。STEAM有别于传统的单学科、重书本知识的教育方式，它是一种重实践的超学科教育概念。本文从儿童STEAM教育的现状入手，剖析STEAM教育的本质及其对玩具设计的意义。从STEAM教育中的"科学、技术、工程、艺术、数学"五个方面具体分析儿童玩具与其之间的关系，推进儿童玩具与儿童STEAM教育玩学结合。基于对STEAM教育的探索，结合现有的高新科技，提出儿童智能玩具设计主要创新形式，定义智能玩具设计的原则、思路和方法。
关键词：STEAM教育;智能玩具;STEAM玩具;玩具设计
中图分类号：TB472
文献标识码：A
文章编码：1672-7053（2019）04-0146-02
Abstract：With the rapid development of modern science and technology， traditional education methods can no longer meet the development of the new era.In order to meet the needs of talents in modern society and cultivate future talents， some advanced countries have created a series of new talent training programs.Maker education， as well as STEAM education started in the United States， has become a major trend in the development of modern education.STEAM is different from traditional single-disciplinary and book-based education.It is a re-educational concept of transdisciplinary education.This paper starts with the current situation of children's STEAM education， and analyzes the nature of STEAM education and its signi?cance to toy design.From the ?ve aspects of science， technology， engineering， art and mathematics in STEAM education， the paper analyzes the relationship between children's toys and children's toys and children's STEAM education and learning.based on the exploration of STEAM education， combined with the existing high-tech， the main innovative forms of children's intelligent toy design are proposed， and the principles， ideas and methods of intelligent toy design are de?ned.
Key Words：STEAM education;Intelligent toys;STEAM toys;Toy design
1研究背景及现状
1.1STEAM教育的研究现状
本研究以“STEAM教育”为主题词在中国知网数据库中进行检索，收集到自2013年开始六年来共367篇学术论文，从2013年发表的5篇论文到2018年发表187篇论文，总的趋势表明，STEAM教育受到越来越多的学者关注，并且投身到STEAM教育研究中去。
1.2STEAM教育的本质
STEAM教育最先兴起于美国，是作为培养创新型人才的重要途径被提出的。STEAM教育不是简单的叠加科学、技术、工程、艺术和数学知识，而是基于实际问题，将各学科知识有机整合来解决问题，培养孩子合作共情的能力。
1.3STEAM教育的学习特征
目前STEAM的教育主要是基于机器人技术、3D打印和编程等技术，以整合式教学为主要方式，通过跨学科领域教学，帮助学生能够通过多维度地掌握知识。
欧美STEAM教育实现过程有几个重要的学习特征值得我们借鉴学习：跨学科，在实践中学习，注重动手能力的培养，强调探究式学习，让孩子动手完成自己感兴趣的和生活相关的项目，敢于让孩子犯错，让孩子能够尝试不同的想法，强调同伴合作。
1.4现有STEAM玩具的技术载体
随着科学技术的发展和进步，智能编程、3D打印、AR增强现实、VR虚拟现实、物联网、大数据、人工智能、智能话化场景、大数据、人机交互等技术手段已成为STEAM玩具的重要载体。
2研究STEAM教育对智能玩具设计的意义
人工智能时代的到来意味着传统玩具的更新升级，未来社会需要的是各方面素养完备的人才。
STEAM教育是培养未来新型人才的重要途径。好的STEAM玩具能够让孩子的逻辑推理能力、空间想象力和创造力得到培养，并且永远保持好奇心与解决问题的能力。他们能够将深奥的科学技术知识转化为简单有趣游戏，唤起孩子们的好奇心，鼓励他们去探索，在探索中将各学科知识有机整合，学会创造性地解决问题。
基于STEAM教育理念，对已有的学习型智能玩具进行研究，通过总结和提取现有STEAM玩具的主要形式，发现智能玩具设计空缺和盲区，有效提出智能玩具设计的主要原则和设计方法。
3基于STEAM教育的儿童智能玩具创新设计理念和形式
3.1儿童智能玩具的创新设计理念
3.1.1强化儿童多元化的兴趣培养
STEAM教育是融合科学、技术、工程、艺术及数学等相关学科的教育。由于STEAM每个字母代表着不同的能力培养要求，在设计玩具时则需要我们能够全面考虑STEAM教育对孩子各方面能力的培养。
科学（Science）强调的是获取知识，那么在玩具设计中，应该注意玩具要能教授给孩子科学知识，让孩子能够在玩中学;技术（Technology）强调的是应用工具和方法，在这方面，乐高系列编程玩具以规则化模块，让孩子通过搭建玩具模块，在玩的过程中掌握工具的应用;工程（Engineering）强调创新实践与生产过程，3D打印与4D打印技术的应用可以有效地培养孩子的创新能力，让孩子了解一般物体的生产制造过程，市场上也不乏3D打印笔之类的玩教具;艺术（Art）强调的则是学生在了解深奥的科学知识之前，能够通过接触了解科学发展历史，从而达到提升学习兴趣的目的，在评价学生作品时，加入审美因素，以此培养学生艺术素养和审美能力;数学（Mathematics）强调的是思维方式，一个好的STEAM玩具应当可以教会孩子以多种不同的思维方式去解决问题。
3.1.2重视儿童在玩中学的拓展能力
智能玩具并非单纯的将各种科技元素加入其中，一个优秀的智能玩具，不是把玩具给孩子，而是让孩子自己去创造智能，孩子在玩玩具的同时，能够通过动手动脑，富有创造性的去完成和解决实际问题。
基于STEAM教育理念，设计出的STEAM玩具是应该可以让孩子的逻辑推理能力、空间想象力、创造力得到培养，并且让孩子永远保持好奇心与解决问题的能力。
在未来，儿童智能玩具不是简单地加入人工智能，虚拟现实和3D打印等科技元素，更重要的是能够通过玩玩具将深奥的科学、技术知识转化成趣味十足的游戏，通过简单有趣的游戏激发好奇的天性，并积极开拓培养儿童各方面的能力;培育动手实践的创新意识;指导孩子积极与同伴合作，并强调解决问题的能力;重视艺术文化素养的培育，提升孩子审美鉴赏能力。
3.2儿童智能玩具的创新设计形式
3.2.1人工智能激发儿童创造创新
人工智能技术的引入是实现STEAM玩具创新的重要形式，例如：童心制物（Makeblock）推出的激光宝盒（LaserBox），他是一款能通过画笔来定义切割和雕刻的激光切割机，将AI计算机视觉算法引入到激光宝盒中，可以通过AI智能识别材料，降低了激光操作的难度。AI数据处理帮助孩子能够更加激发孩子们创造性思维能力和空间想象能力。
3.2.2智能编程激发儿童的智能
智能编程类主要分为两大类型：一是充分利用物联概念，结合电动和机械，将玩具分模块化，玩具模块之间通过简单的物理连接，让儿童接触编程初期有效地避免复杂编程语言，通过极简化编程操作，孩子在简单组合模块过程中，学习了解编程，初步具备编程思维，构造出属于自己的程序语言。这类玩具适合年龄较小的儿童，它的代表有来自PrimoToys团队的Cubetto编程玩具和费雪编程毛毛虫;二是搭载编程软件类的玩具，首先给玩具一个符合儿童认知特点的造型，玩具搭载编程类软件，孩子通过使用软件为玩具编程定义动作，此类玩具适合高阶玩家。这类玩具以美国wonderworkshop推出的达奇&达达机器人（Dash&Dot）为代表，使用过程中，需要借助系列编程类软件，实现玩具的编程。不论是模块化编程或是搭载软件编程的玩具，他们都有一个共同特点，孩子们不需要运用复杂的编程语言，只要通过简单有趣的游戏操作就能完成编程，帮助孩子学习掌握编程逻辑。
43D打印技术激发儿童的想象力
儿童是一批富有创造性的群体，他们的思维独特，常常会产生令人惊叹的奇妙创造，这些想法如果没有用文字或是画作记录下来就会转瞬即逝。简单的绘画或是文字并不能完整的展现孩子的想法，复杂的建模和手绘孩子们又尚未掌握。3D打印技术的引入，让孩子们能够把头脑里复杂的图像线条通过3D打印笔建立出实物模型，好的创意和想法被记录下来，孩子的想象力有了实现的载体，其创造力也得到有效的培养。
为实时记录孩子的想法，SwapBots通过简单的3D打印模块与VR虚拟现实技术结合。让孩子可以通过交换改变不同的模块创建新的角色和形象，完成富有创造性的活动。
5新技术应用为儿童提供沉浸式体验
STEAM教育中艺术强调孩子对美的感知和共情能力的培养，将AR现实增强技术和VR虚拟现实技术融入玩教具，为孩子提供科学、数学、机械与艺术相关的虚拟情境，大大提升了学生的游戏体验和学习效果。哈雷熊科技推出的一款智能玩教具，充分利用图像识别算法，融合AR、3D等技术，通过涂色、单词拼读、逻辑思维训练等方式构建儿童多元智能的发展。
6结语
STEAM教育是未来教育大势所趋，基于STEAM教育理念，运用和加入新型科学技术，能够有效地为儿童设计出适宜的玩教具。同时，智能玩教具在教育过程中的应用，能够有力推进STEAM教育的发展。为适应STEAM教学，在儿童玩具设计过程中，应当遵循智能玩具设计的原则，合理运用高新科学技术，从而实现智能玩具设计的创新。
本文系2018年度湖南省大學生研究性学习和创新性实验计划，基于儿童STEAM教育的智能玩具设计研究项目阶段性成果（项目编号：201813806011）。
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