鄧衛(wèi)斌 卓韻荊

摘要：光學(xué)是一門(mén)古老而神秘的學(xué)科，至今仍活躍在科學(xué)探索的前沿。隨著人們對(duì)光學(xué)的探索，光學(xué)儀器應(yīng)運(yùn)而生，但目前的光學(xué)儀器專業(yè)性較強(qiáng)，對(duì)兒童的普及程度不高，且造型和功能同質(zhì)化嚴(yán)重，并不能達(dá)到科學(xué)教育的目的。文章以光學(xué)基本原理和兒童認(rèn)知發(fā)展為指導(dǎo)，分析現(xiàn)有的光學(xué)科教玩具，總結(jié)兒童光學(xué)科教玩具的設(shè)計(jì)原則，以期兒童通過(guò)寓教于樂(lè)的方式了解和掌握光學(xué)相關(guān)知識(shí)，挖掘光學(xué)原理與科教玩具相結(jié)合的更多可能性，為同類(lèi)兒童科教玩具的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：光學(xué)原理；學(xué)齡前兒童；科教玩具；產(chǎn)品設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：O43；TS958.02 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2022）16-00-03

我國(guó)兒童數(shù)量龐大，科教玩具作為兼具玩樂(lè)和教育作用的載體，受到家長(zhǎng)的青睞，購(gòu)買(mǎi)和使用科教玩具的家庭和教育機(jī)構(gòu)逐漸增多［1］?！半p減”政策的實(shí)施，打開(kāi)了兒童科教玩具發(fā)展的新空間，現(xiàn)有的教學(xué)條件和教學(xué)儀器往往無(wú)法滿足不斷發(fā)展的課程需求，對(duì)兒童的科學(xué)探索和創(chuàng)新意識(shí)培育不足，是兒童學(xué)習(xí)積極性不高等問(wèn)題的重要原因。兒童的主要教學(xué)內(nèi)容是通過(guò)游戲傳遞，其主要的學(xué)習(xí)方式是玩具的操作性學(xué)習(xí)。玩具能增強(qiáng)兒童的思維能力和動(dòng)手能力。因此，可將光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)與玩具結(jié)合，使兒童在玩樂(lè)的過(guò)程中學(xué)習(xí)和掌握光學(xué)知識(shí)，從而達(dá)到科學(xué)啟蒙的效果，激發(fā)兒童的學(xué)習(xí)興趣，使其更直觀地理解抽象、復(fù)雜的概念，對(duì)我國(guó)玩具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及科學(xué)教育工作的開(kāi)展具有重要意義。

1 光學(xué)教育概述

1.1 光學(xué)原理的定義

光的本質(zhì)是一種自然現(xiàn)象，人之所以能看到這萬(wàn)千世界，是因?yàn)槿搜劢邮盏搅藖?lái)自周?chē)矬w發(fā)射和反射的光線。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在人體所接收的來(lái)自外界的感官信號(hào)中，有90%以上的信息來(lái)源于人的眼睛。光學(xué)與人類(lèi)生活具有緊密的聯(lián)系，生活中的許多自然現(xiàn)象都可以通過(guò)光學(xué)原理作出合理的解釋，如人們?cè)谖锢韺?shí)驗(yàn)中所使用到的顯微鏡、放大鏡等，應(yīng)用了物理光學(xué)的基本原理，如汽車(chē)的反光鏡屬于特殊成像原理，而海市蜃樓現(xiàn)象的產(chǎn)生則體現(xiàn)了光的折射規(guī)律。

光學(xué)是當(dāng)代物理學(xué)領(lǐng)域的重要分支，也是物理學(xué)中最古老神秘的學(xué)科，在當(dāng)前的科學(xué)研究探索中一直是活躍的存在，推動(dòng)著人類(lèi)對(duì)自然的探索。光學(xué)的主要研究范圍包括光的表現(xiàn)形式、具體性質(zhì)、應(yīng)用場(chǎng)所，其中，光、物質(zhì)和光學(xué)儀器的設(shè)計(jì)制作涉及設(shè)計(jì)和生產(chǎn)之間的相互作用。在光學(xué)原理中，光所在的領(lǐng)域被稱為光學(xué)，也被稱為光學(xué)工程，其中照明系統(tǒng)屬于光學(xué)工程的一部分，被稱為照明工程。從光的分布路徑來(lái)看，主要分為線性分布、反射和折射、色散、干涉和衍射等，不同的分布路徑會(huì)產(chǎn)生不同的光學(xué)現(xiàn)象。光學(xué)涉及許多學(xué)科主題，如電子、物理、驗(yàn)光學(xué)等。光學(xué)研究成果可以在許多重要技術(shù)中找到，如鏡子、透鏡、望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、膠片回放、相機(jī)圖像透鏡、光纖傳感器等。光學(xué)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用不僅可以從科學(xué)的角度解讀光學(xué)現(xiàn)象，而且可以促進(jìn)社會(huì)科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展。當(dāng)前，物理光學(xué)已成為全球科學(xué)研究的一個(gè)重要課題，在世界發(fā)展潮流中，將取得進(jìn)一步的創(chuàng)新。

1.2 光學(xué)教育的必要性

人從降生開(kāi)始，光就伴隨其一生。宇宙的發(fā)展也與光的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起［2］。兒童用眼認(rèn)識(shí)世界，眼睛所能看見(jiàn)的物體，都是通過(guò)物體發(fā)出或反射的光線進(jìn)入眼睛，再通過(guò)視神經(jīng)傳遞到大腦而形成的像。光學(xué)現(xiàn)象是在日常生活中能接觸到的最普遍的物理現(xiàn)象，是人類(lèi)最早研究的物理現(xiàn)象之一，是物理的起源。

1.2.1 光學(xué)應(yīng)用發(fā)展迅速

現(xiàn)代光學(xué)的應(yīng)用，已經(jīng)不再局限于照明和成像的基礎(chǔ)功能實(shí)現(xiàn)，而是更深層地挖掘光的性質(zhì)，在醫(yī)療、建筑、通信等方面也有廣泛的應(yīng)用。手機(jī)、激光、通信已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的一部分，直接影響著人們的生活質(zhì)量。

1.2.2 現(xiàn)代光學(xué)是科學(xué)前沿的重要領(lǐng)域

近30年來(lái)，由于激光的問(wèn)世，對(duì)光學(xué)的研究?jī)?nèi)容從傳統(tǒng)的光學(xué)迅速擴(kuò)展到光學(xué)與其他學(xué)科的綜合研究，如激光治療近視、激光切割等。將光直接作為材料與現(xiàn)代技術(shù)結(jié)合起來(lái)的設(shè)計(jì)理念，已經(jīng)成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)的一種新趨勢(shì)。設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)活動(dòng)不再局限于單一材料的使用，而是尋求在全方位、多層次的綜合領(lǐng)域開(kāi)發(fā)或利用新材料、新媒體、新技術(shù)、新藝術(shù)形式和設(shè)計(jì)方法的途徑，以更好地傳達(dá)時(shí)代精神［3］。

1.2.3 激發(fā)兒童對(duì)科學(xué)的求知欲望

光在兒童的成長(zhǎng)中是不可或缺的部分，能幫助兒童感知世界。兒童可以在接觸和熟悉光學(xué)的過(guò)程中，學(xué)習(xí)日常生活中的光學(xué)知識(shí)，體驗(yàn)光帶給感官及周邊環(huán)境的變化，培養(yǎng)兒童對(duì)周邊事物的注意力和觀察力，從而激發(fā)兒童對(duì)物理光學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)的興趣及對(duì)科學(xué)探索的好奇心。

2 兒童光學(xué)科教玩具設(shè)計(jì)應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來(lái)，不少玩具企業(yè)為適應(yīng)玩具市場(chǎng)的發(fā)展，創(chuàng)造了許多全新的科教玩具品種，并采用直接生動(dòng)的方式傳達(dá)其中蘊(yùn)含的科學(xué)知識(shí)，科學(xué)變得更平易近人、貼近生活，激發(fā)了兒童的好奇心、求知欲、學(xué)習(xí)興趣。科教玩具的發(fā)展，離不開(kāi)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及科學(xué)知識(shí)的應(yīng)用，將玩具作為載體，將復(fù)雜的科學(xué)知識(shí)和科學(xué)現(xiàn)象更具象地表現(xiàn)出來(lái)，可以通過(guò)生動(dòng)有趣的表現(xiàn)方式幫助兒童學(xué)習(xí)知識(shí)。在我國(guó)的幼兒教育事業(yè)中，始終提倡一個(gè)宗旨，便是期望用寓教于樂(lè)的教育方法潛移默化地達(dá)成傳授科學(xué)知識(shí)的目的。而科教玩具在不知不覺(jué)中充當(dāng)了這樣一個(gè)角色，幫助兒童在玩樂(lè)的過(guò)程中獲得新知識(shí)和體驗(yàn)。

目前，市場(chǎng)上流通的光學(xué)玩具可以分為以下幾款：聲光陪伴類(lèi)、成像鏡觀察類(lèi)、光現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)類(lèi)。產(chǎn)品多是智能、手工的形式。其中，聲光陪伴類(lèi)玩具不利于兒童的身心發(fā)展，聲音和光線的結(jié)合，會(huì)同時(shí)發(fā)出兩種信號(hào)，對(duì)兒童的感官具有較強(qiáng)烈的刺激，使兒童無(wú)法專注在一件事情上，長(zhǎng)此以往，不利于專注力的培養(yǎng)。成像鏡觀察類(lèi)玩具玩法單一，趣味性不足，不能滿足兒童的娛樂(lè)需求，不能提高玩具的玩耍頻率。光現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)類(lèi)玩具需要兒童具有一定的光學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備，且操作這些光學(xué)儀器，考驗(yàn)兒童的動(dòng)手能力和耐心，需要細(xì)致地講解和說(shuō)明實(shí)驗(yàn)步驟，糾正實(shí)驗(yàn)操作中的不合理行為，此類(lèi)產(chǎn)品在造型上有待提升，現(xiàn)有產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重。

3 兒童用戶特征分析

本文以3～6歲的學(xué)齡前兒童為目標(biāo)，從兒童的生理發(fā)展特征、心理發(fā)展特征、視力發(fā)展特征這三個(gè)方面展開(kāi)用戶研究。這一時(shí)期的兒童的認(rèn)知能力處于快速發(fā)展階段，在不斷成長(zhǎng)之后，其生理和心理也發(fā)生了一定的變化。

3.1 兒童的生理發(fā)展特征

3～6歲是兒童生長(zhǎng)發(fā)育的黃金期，其身體的肌肉發(fā)展較快，體型逐漸結(jié)實(shí)，精力充沛，對(duì)身邊的事物感到好奇，看到有趣的事物會(huì)產(chǎn)生模仿的行為。但這一階段兒童對(duì)動(dòng)作的合理性沒(méi)有明確的辨別能力，需要家長(zhǎng)從側(cè)面進(jìn)行糾正指導(dǎo)。這一階段的兒童對(duì)肢體具有較強(qiáng)的支配能力，可以做一些精細(xì)的抓握動(dòng)作，可以獨(dú)立完成拼圖、吃飯、穿衣等具有一定難度的動(dòng)作，且對(duì)物體的觸感和重量有一定的認(rèn)識(shí)，如衣服是軟的、積木是硬的。

3.2 兒童的心理發(fā)展特征

這一階段的兒童進(jìn)入幼兒園學(xué)習(xí)，生活范圍擴(kuò)大，生活環(huán)境發(fā)生變化，部分兒童會(huì)在環(huán)境的變化下產(chǎn)生不穩(wěn)定的情緒，會(huì)感到害怕、焦慮。在接觸到更多人后，會(huì)在集體中尋找認(rèn)同感和存在感，具有競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，開(kāi)始形成責(zé)任感和道德感，對(duì)自我有一定的約束能力，能與周?chē)娜斯睬椋纬珊献饕庾R(shí)，進(jìn)行有效溝通，表達(dá)想法。

3.3 兒童的視力發(fā)展特征

3～6歲是兒童視力發(fā)育的關(guān)鍵階段，即將達(dá)到成年人的視力水平，對(duì)光線和事物的感知也越來(lái)越敏感。這一階段的兒童伴隨著視力的增強(qiáng)，反應(yīng)速度也變得更快，能看得更遠(yuǎn)、更清晰，在夜晚也能慢慢適應(yīng)，對(duì)周?chē)娜撕褪聲?huì)有觀察注視的行為。且這一階段的兒童開(kāi)始接受各種知識(shí)，對(duì)知識(shí)的掌握能力較強(qiáng)。

4 基于光學(xué)教育的兒童科教玩具設(shè)計(jì)原則

4.1 科學(xué)教育性原則

兒童科教玩具設(shè)計(jì)的決定性因素是玩具內(nèi)容的教育性和操作的科學(xué)性。供兒童娛樂(lè)僅僅是最基本的需求，使兒童在使用玩具的過(guò)程中產(chǎn)生思考的行為，且獲得使用后的經(jīng)驗(yàn)才是科教玩具的真實(shí)需求。兒童首先被玩具本身的娛樂(lè)價(jià)值所吸引，從而對(duì)玩具的內(nèi)容產(chǎn)生興趣，循序漸進(jìn)，可以激發(fā)兒童的求知欲望。在這樣一個(gè)輕松愉悅的氛圍中，兒童可以更自然地學(xué)習(xí)和掌握一些科學(xué)知識(shí)，將晦澀難懂的科學(xué)知識(shí)由抽象變得具象，幫助兒童理解。

4.2 安全性原則

光學(xué)玩具應(yīng)在遵循兒童科教玩具的國(guó)家安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的前提下堅(jiān)持安全性原則，以保證兒童在使用的過(guò)程中不會(huì)因?yàn)橥婢弑旧淼馁|(zhì)量安全問(wèn)題而對(duì)身體和心理造成傷害，在發(fā)生誤操作情況時(shí)也能將傷害最小化。并且光學(xué)科教玩具的設(shè)計(jì)應(yīng)從兒童真實(shí)的認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)能力出發(fā)，如果設(shè)計(jì)的玩具超出或低于兒童當(dāng)前的認(rèn)知和學(xué)習(xí)能力，則會(huì)使兒童在游戲過(guò)程中感受到挫敗和松懈，從而給兒童帶來(lái)消極的影響?；谝陨峡紤]，將光學(xué)玩具設(shè)計(jì)的安全性原則分為以下幾點(diǎn)。

4.2.1 色彩安全性原則

不同的色彩具有不同的感官體驗(yàn)，給人的心理暗示也各不相同，兒童的年齡和喜好決定了相應(yīng)的色彩選擇，這些心理暗示也會(huì)使兒童的心理感知和感受存在一定的差異。如年齡稍小的兒童，視覺(jué)神經(jīng)還處于發(fā)育階段，對(duì)顏色的感知還沒(méi)有形成，紅、橙、綠等飽和度更高的顏色對(duì)他們的視覺(jué)神經(jīng)刺激會(huì)更大。而兒童對(duì)于暗沉、暗淡的顏色，如黑色、棕色、灰色的視覺(jué)反應(yīng)則更遲鈍，悲傷和抑郁的感覺(jué)對(duì)智力的發(fā)展具有負(fù)面影響。因此，應(yīng)適當(dāng)選擇相對(duì)溫和的色彩，更好地刺激兒童的大腦發(fā)育，有利于提高兒童在玩玩具時(shí)的專注程度。

4.2.2 造型安全性原則

科教玩具產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)極其重要，承載著產(chǎn)品的功能。兒童的情緒會(huì)受到產(chǎn)品造型的影響，如兒童看見(jiàn)尖銳的物體時(shí)會(huì)下意識(shí)地躲避，會(huì)與生活中的常見(jiàn)物品產(chǎn)生聯(lián)想，知道該事物可能對(duì)自己造成傷害。因此，在造型設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量選用曲線和圓弧形狀過(guò)渡，避免硬朗的棱角，突出產(chǎn)品的溫暖安全屬性，使兒童感到安全舒適?？平掏婢咴诒ＷC造型安全的情況下，也應(yīng)注重將科技與知識(shí)相結(jié)合。

4.2.3 材料安全性原則

3～6歲的兒童處于發(fā)育階段，在環(huán)境的作用下，他們對(duì)外界的抵抗力會(huì)降低，免疫力也會(huì)弱化。因此，在玩具的選擇上，應(yīng)注意其觸感是否引起兒童的不適?？平掏婢呤菍?duì)兒童具有教育意義的玩具，也是與兒童產(chǎn)生零距離互動(dòng)的工具。在材料上，應(yīng)首選舒適、柔軟、易觸摸的材料，避免尖銳、有重量感的金屬材料，如ABS材料，穩(wěn)定性良好，硬度高，制造出的模型能抵抗強(qiáng)烈撞擊，不易損壞，且塑料、橡膠的材料不會(huì)傷害孩子的手和皮膚。因此，處于意識(shí)和自我保護(hù)能力低下時(shí)期的兒童，對(duì)其科教玩具的設(shè)計(jì)應(yīng)從材質(zhì)入手，在做到還原模型形態(tài)的同時(shí)，保障兒童的身心健康。在產(chǎn)品制作上，不僅要使用不含有毒物質(zhì)和損壞表面的材料，還要確保產(chǎn)品的耐用性和易儲(chǔ)存性。

4.3 互動(dòng)性原則

兒童在使用玩具時(shí)，會(huì)不斷與玩具產(chǎn)生交流和互動(dòng)?；?dòng)體驗(yàn)性原則的本質(zhì)就是兒童在玩耍和操作玩具的過(guò)程中，能得到積極的信息反饋，通過(guò)與玩具的交互體驗(yàn)、娛樂(lè)、玩耍，兒童可以獲得樂(lè)趣和滿足感。在兒童的認(rèn)知發(fā)展過(guò)程中，興趣的培養(yǎng)和產(chǎn)生是非常關(guān)鍵的因素，也是兒童參與玩耍行為的動(dòng)力。互動(dòng)指兒童在玩耍的過(guò)程中，兩者相互反饋對(duì)方的行為，兒童在操作玩具時(shí)能及時(shí)獲得信息反饋，能從中體驗(yàn)到玩耍過(guò)程的趣味性。

4.4 可玩性原則

當(dāng)前，家長(zhǎng)在選擇兒童玩具時(shí)，通?？粗赝婢叩目赏嫘院蛢?nèi)容，因此在設(shè)計(jì)玩具時(shí)更須思考玩具的挑戰(zhàn)性和可操作性。相較于其他種類(lèi)的玩具，光學(xué)科教玩具更應(yīng)注重光學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的特殊屬性以及兒童的行為和認(rèn)知發(fā)展。當(dāng)兒童在沒(méi)有家長(zhǎng)陪伴的情況下獨(dú)自使用科教玩具時(shí)，玩具的內(nèi)容和操作方式應(yīng)符合該階段兒童的認(rèn)知發(fā)展，盡可能避免操作不當(dāng)和內(nèi)容超前的現(xiàn)象，滿足兒童獨(dú)自玩耍的需求，從而增強(qiáng)兒童的獨(dú)立思考能力和動(dòng)手能力。

玩具是兒童認(rèn)識(shí)世界最便捷的途徑，將玩具與科學(xué)教育結(jié)合起來(lái)，可以起到寓教于樂(lè)的作用，在玩中學(xué)，在操作的過(guò)程中培養(yǎng)兒童的動(dòng)手實(shí)踐能力。并在玩樂(lè)的同時(shí)賦予玩具娛樂(lè)性和教育性，用玩具展現(xiàn)科學(xué)知識(shí)，闡明科學(xué)道理，解釋科學(xué)本質(zhì)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出了基于光學(xué)教育的兒童科教玩具設(shè)計(jì)原則，包括科學(xué)教育性原則、安全性原則、互動(dòng)性原則、可玩性原則，為兒童科教玩具設(shè)計(jì)提供了新思路。光學(xué)是一門(mén)深?yuàn)W的學(xué)科，人類(lèi)對(duì)光的追求從未停止。目前，光學(xué)與玩具設(shè)計(jì)還有更多的結(jié)合方式，值得被更深入地挖掘。

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作者簡(jiǎn)介：鄧衛(wèi)斌（1970—），男，湖北大冶人，碩士，教授，研究方向：娛樂(lè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

卓韻荊（1997—），女，湖北襄陽(yáng)人，碩士在讀，研究方向：娛樂(lè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、玩具設(shè)計(jì)。