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摘要：本研究发展基于皮亚杰的认知理论，探讨适合学龄前儿童的植物生长科普玩教具设计。研究首先分析了现代儿童教育的趋势，结合皮亚杰理论，研究详细探讨3-6岁儿童的认知发展特点。玩具结构整体围绕光照、温度和湿度三大植物生长要素展开，并通过交互装置模拟植物生长环境，帮助儿童在游戏中理解植物生长的科学原理。本研究旨在通过创新的玩具教具设计，提升儿童对植物生长的认知和兴趣，培养他们的观察力、动手能力及环保意识。

关键词：皮亚杰儿童认知理论 植物生长、玩具设计

一、研究背景和目的

1. 1研究背景与意义

在成长过程中，儿童阶段是一个重要环节，由于相关技术人员、家长、教师受到的科普教育稍微滞后[1]，而科普玩教具在现代教育中扮演着至关重要的角色。随着科技的迅猛发展，教育理念逐渐从传统的灌输式教学转向更加注重实践与体验的互动式教学。尤其是在儿童教育领域，玩教具能够激发儿童的好奇心和学习兴趣，培养他们的动手能力与创造力。然而，目前市场上的儿童植物科普玩具多以单向知识传递为主，忽视了玩具作为游戏载体的核心特质，使得其趣味性和互动性有所欠缺[2]。

另一方面，自19世纪西方工业革命以来，工业化与城市化进程对环境造成了显著破坏。至20世纪中叶，环境问题日益严峻，威胁到人类生存环境及可持续发展。与此同时，儿童接触自然的机会也大幅减少。美国作家理查德·洛夫（Richard Louv）在其著作《林间最后的小孩》（Last Child in the Woods， 2005）中提出“儿童自然缺失症”这一概念，揭示了儿童与自然日益割裂的现象。在此背景下，卢梭在《爱弥儿》中提出的教育理念显得尤为重要，他主张教育的目的在于使人成为自然人，倡导儿童回归自然，认识自然，感受自然。植物生长作为自然科学的重要内容之一[3]。而在中国颁布的《3-6岁儿童学习与发展指南》中明确规定了学龄前儿童应掌握的相关知识。通过科普玩教具的形式进行教育，不仅能够帮助儿童了解植物生长的基础知识，还能加深他们对自然的认识和热爱，进而培养环保意识，为可持续发展奠定基础。

1.2研究目的

研究将针对3～6岁儿童学龄前期儿童[4]运用皮亚杰的认知发展理论，设计出一套适合学龄前认知发展阶段的儿童植物生长科普玩教具。通过研究皮亚杰的理论，我们能够更好地理解儿童在不同年龄段的认知特点，并据此设计出符合他们学习需求的玩教具。这些玩教具不仅应具备教育性，还应具有较高的趣味性和互动性，以最大限度地激发儿童的学习动机。

二、理论基础

2.1皮亚杰的认知发展理论

皮亚杰的认知发展理论是研究儿童心理发展的重要理论之一。皮亚杰认为，儿童的认知发展是一个逐步建构的过程，分为四个主要阶段：感知运动阶段（0-2岁）： 在这一阶段，儿童通过感觉和运动来探索世界。他们逐渐发展出物体永久性的概念，即理解即使看不到物体，它们依然存在。前运算阶段（2-7岁）：在这一阶段，儿童开始使用语言和符号进行思考，但思维仍然是自我中心的，难以从他人的角度看问题。他们倾向于将物体的形状和外观作为理解事物的主要依据。具体运算阶段（7-11岁）： 儿童在这一阶段能够进行逻辑思考，但这种逻辑仍然局限于具体的物体和事件。他们开始理解因果关系、分类和序列等概念，并能进行简单的数学运算。形式运算阶段（11岁以上）： 在这一阶段，儿童的思维能力进一步发展，能够进行抽象和假设性推理。他们能够系统地计划和解决复杂问题，并理解抽象概念和逻辑关系。

2.2 3-6岁学龄前儿童认知特点与学习需求

结合皮亚杰儿童认知发展理论下3—6岁儿童的认知思维特点

表象思维（Symbolic Thinking）是前运算阶段儿童认知发展的核心特征之一。表象思维指的是儿童能够使用符号或表象（如语言、图画、玩具等）来代表具体的物体和事件。例如，一个孩子可以用一块积木代表一辆汽车，或者通过假装游戏把一个棍子当作魔法棒。这一能力标志着儿童开始能够进行抽象思考和假装游戏，并展现出早期的象征性功能。

单向思维（One-way Thinking），在前运算阶段，儿童开始逐步掌握简单的因果关系，例如，知道按下按钮会打开玩具，或者哭泣会引起成年人的注意。但这种因果理解是单向的，缺乏对因果链条的多步骤逻辑推理能力。比如，儿童可能知道“如果下雨，地面会湿”，但他们尚不能理解更为复杂的因果关系，如“下雨导致土壤湿润，土壤湿润有利于植物生长”。

泛灵论思维（Animistic Thinking）是前运算阶段儿童的另一个显著认知特点。在这一阶段，儿童往往会赋予无生命物体以生命、意识和意图，例如认为玩具熊有感情、太阳在“跟着他们”移动，或月亮在夜空中“跟随”他们。儿童认为这些无生命物体和生物有着相似的特质，并且这些物体能够像人一样感知世界并与他们互动。

具体形象思维，在前运算阶段，儿童的思维仍然以具体形象为主，难以理解抽象概念和进行复杂的逻辑推理。例如，在皮亚杰的经典液体守恒实验中，前运算阶段的儿童通常难以理解，当水从一个高瘦的容器倒入一个矮宽的容器后，水的体积其实是没有变化的。对于他们来说，水面高度的变化意味着水的量发生了变化，这反映了他们对外部世界的理解主要依赖于感知到的表象，而非抽象逻辑。

自我中心思维（Egocentric Thinking）是前运算阶段儿童认知发展的另一重要特征。这一阶段的儿童在很大程度上表现出强烈的自我中心性，即他们难以理解他人的观点和感受，并且通常认为所有人都与他们的想法相同。例如，一个孩子可能会认为，如果他知道某件事，那么其他人也一定知道。

通过以上理论基础的分析，为基于皮亚杰理论的儿童植物生长科普玩具设计提供了科学的指导依据。

三、设计需求分析与总结

3.1家长和教师的期望

家长和教师在儿童教育中扮演着重要的角色，他们对玩教具的期望直接影响着玩教具的设计方向。通过访谈，收集家长和教师对儿童植物生长科普玩教具的意见和期望，有助于设计出更符合实际需求的产品。

教育性：家长和教师希望玩教具不仅具有娱乐性，还能有效地传递植物生长的科学知识，帮助儿童在玩耍中学习和掌握植物生长的基本原理。

安全性：玩教具的材料和设计必须安全可靠，避免使用对儿童有害的物质和易碎、尖锐的部件。家长和教师特别关注玩教具的安全性，希望能够放心地让儿童使用。

耐用性：玩教具应具备较高的耐用性，能够承受儿童在使用过程中的拉扯、摔打等情况，保证玩教具的长久使用。互动性：家长和教师希望玩教具能够提供丰富的互动体验，激发儿童的学习兴趣和动手能力。例如，通过互动游戏和实验，鼓励儿童积极参与和探索。

便捷性：玩教具的使用和维护应尽量简单，方便家长和教师进行指导和管理。易于组装和清洁的设计能够减少家长和教师的负担，提高玩教具的使用频率。

通过对儿童认知特点和学习需求的分析，以及家长和教师期望的调研，为基于皮亚杰理论的儿童植物生长科普玩教具设计提供了全面的需求基础。这些需求分析不仅有助于玩教具设计的理论支持，还能确保设计出的玩教具在实际应用中具备较高的教育价值和使用效果。

3.2设计理念总结

针对学龄前儿童（2-7岁）的认知发展特点，玩教具设计应遵循以下理念与原则：感知运动与前运算的结合： 学龄前儿童处于从感知运动阶段向前运算阶段过渡的时期，他们的思维逐渐从具体形象转向符号操作。设计应既满足他们对具体物体的兴趣，又能引导他们开始理解符号和简单的逻辑关系。互动性与参与性：玩教具应设计成能够激发儿童互动和参与的形式，通过动手操作、实验和游戏等方式，让儿童在实践中学习。例如，通过种植套装让儿童亲自动手种植植物，观察和记录植物的生长过程，增加他们的参与感和成就感。多感官体验：玩教具应结合视觉、听觉、触觉等多种感官体验，增强学习效果。例如，通过颜色鲜艳的图画、触感丰富的材料和有趣的声音效果，吸引儿童的注意力，并帮助他们更好地理解植物生长的过程。即时反馈机制：玩教具应提供即时的反馈，帮助儿童了解自己的操作是否正确，并在必要时进行调整。例如，通过灯光或声音提示，告诉儿童浇水量是否合适，帮助他们学会正确的种植方法。安全性与耐用性：玩教具的材料和设计必须安全可靠，避免使用对儿童有害的物质和易碎、尖锐的部件。同时，玩教具应具备较高的耐用性，能够承受儿童在使用过程中的拉扯、摔打等情况，保证玩教具的长久使用。

四、玩教具设计实践

4.1 设计理念与原则

本玩具的设计灵感来源于切开的苹果这一自然形象，寓意着生命的核心和生长的开始。苹果不仅象征着自然的丰饶和健康，还在视觉上呈现出一种亲切、熟悉的形象，使儿童在接触玩具时能够迅速产生兴趣和共鸣。基于这一设计理念，玩具整体结构划分为三个装置，分别用于控制植物生长所需的三个关键条件：光照、温度和湿度。这些装置的设计不仅能够模拟实际的植物生长环境，还通过互动功能使儿童能够在游戏中直观地理解这些自然条件对植物生长的影响。

4..2造型和尺寸设计

知觉是人脑感知外在世界的综合反馈，知觉可以分为形状、方位、时间等类型[5]，设计采用了3-6岁儿童认识的基础几何形状，即圆形、三角形和矩形，作为玩具的基本造型元素。选择这些简单的几何形状是为了符合学龄前儿童的认知特点——这一阶段的儿童更容易理解和识别简单的形状。圆形象征着完整和温和，三角形代表稳定与方向，而矩形则传达了平衡与秩序感。通过这些基本图形的巧妙组合，玩具在造型上既具有结构上的美感，又具备了功能上的合理性。为了充分考虑玩具的安全性及幼儿的使用偏好，我们在玩具的四周设计了圆角处理，使其边缘更加圆润可爱。这不仅减少了玩具对儿童造成意外伤害的可能性，也增加了玩具的亲和力和可玩性。圆角设计符合幼儿喜欢柔和、可爱的形状特点，增强了玩具在视觉和触觉上的吸引力。在玩具的尺寸设计上，我们参照了《中国未成年人人体尺寸》中4-6岁儿童的身体数据，确保玩具的尺寸和比例适合儿童的操作和抓握。这一年龄段的儿童正处于精细动作发展的关键时期，因此玩具的大小、重量以及握持感必须符合他们的生理特点，既要保证操作的便利性，也要增强他们在玩耍中的舒适感和成就感。玩具的按钮和操控装置设计成适合小手操作的尺寸，既能锻炼儿童的手部肌肉，也能帮助他们在动手过程中学习和理解植物生长的相关知识。

4.3色彩设计

想要引起学龄前儿童对于玩具的兴趣，需要根据玩具自身的功能特点与所属类型，选择符合学龄前儿童心理情感需求的颜色进行设计[6]考虑到儿童对色彩的高度敏感性及其色彩偏好，我们选择了鲜亮的颜色作为玩具的主色调。幼儿对颜色的偏好次序为红、橙、蓝、绿、黄、紫，因此我们选择了红、绿、黄作为玩具的主色调。这三种颜色不仅鲜艳夺目，能够迅速吸引儿童的注意力，还具有较强的象征意义：红色代表能量和热情，绿色象征生命和自然，黄色则与阳光和希望相关。为了使整体色彩更加生动活泼，我们还加入了对比色蓝色和橙色作为辅助色，使玩具的视觉效果更加丰富，既有主次分明的视觉层次感，又保持了整体的和谐与统一。

4.4交互设计

儿童在面对比较复杂的数字技术类互动玩具时，会遇到一些问题与挑战，他们更喜欢简单的操作系统[7]，所以本设计研究采取旋转、投掷和推拉等简单的动作进行操作。旋转操作儿童可以通过旋转玩具上的圆盘或旋钮来模拟太阳的运动，控制屏幕中植物所接受的光照强度。顺时针旋转，模拟太阳升起，光照增强，有助于植物进行光合作用，逆时针旋转，模拟日落，光照减弱，适合某些耐阴植物的生长或夜间环境的调节。湿度玩教具设计了一种水滴投掷游戏，儿童可以投掷小球至指定区域来模拟降雨，调节植物所需的水分含量。投掷蓝色小球，表示下雨，为植物提供水分，使土壤湿润；投掷过多的水球，屏幕上会出现“水涝”警示，提醒儿童适量浇水，避免植物根系腐烂。调节温度

玩具设有滑动推杆，用于控制环境温度，使其符合植物生长需求。向上推拉，屏幕中的温度上升，适合热带植物或夏季生长阶段；向下推拉，温度下降，适合耐寒植物或冬季休眠期的模拟。为了增强互动性，玩教具采用即时反馈机制，确保儿童能够清楚地看到自己的操作对植物生长的影响。视觉和听觉反馈：植物的生长状态会随着交互操作发生变化，如叶片颜色变绿、茎干变长等。正确的调节会产生“叮”正向提示音，帮助儿童及时调整策略。

本玩具的设计充分考虑了学龄前儿童的认知发展特点、感官偏好和安全需求，通过巧妙的造型设计和色彩搭配，为儿童提供了一种直观、有趣的学习体验。通过玩教具的互动功能，儿童不仅可以在游戏中学习到植物生长的知识，还能在实际操作中锻炼观察力、动手能力和逻辑思维能力。这款植物生长科普玩教具旨在培养儿童对自然的兴趣与热爱，帮助他们在游戏中探索自然界的奥秘，激发他们的好奇心和求知欲，为未来的科学学习打下坚实的基础。

五、设计实践

参考文献：

[1] 管静文，王雪，陈海欣.学龄前儿童绘画玩具情感化设计研究[J].鞋类工艺与设计，2024，4（11）：198-200.

[2] 吴采红，张格仙，郑通彦，等.我国幼儿科普教育现状管窥，中国科普理论与实践探索——2010科普理论国际论坛暨第十七届全国科普理论研讨会论文集[C].

[3] 卢梭.爱弥儿[M].成墨初，李彦芳，译.武汉：武汉大学出版社，2014.

[4] 朱智贤：《儿童心理学》[M]，北京：人民教育出版社，1991，第69页

[5] 邓明，肖楚梵.儿童感觉统合思想的生态转向及训练实践设计[J].艺术工作，2020（06）：99-102.

[6] 邢亚龙，任玉洁.基于学龄前儿童心理特征的互动玩具设计研究[J].工业设计，2021，（06）：58-59.

[7] Jiwoo Hong，Woohun Lee.The Use of Interactive Toys in Children's Pretend Play：An Experience Prototyping Approach[J].Archives of Design Research，2019，32（3）：35-47.

作者简介：张婧雯（1998年——），汉族，籍贯：福建南平人，华侨大学美术学院，22级在读研究生，专业：艺术设计 研究方向：产品设计