基于扎根理论和PCA的儿童智慧玩具屋设计策略研究.pdf

118基金项目:湖北省省人文社科基地项目(HBCY1203);湖北省教育厅社科项目(13G246)作者简介:邓卫斌(1970-),男,硕士,教授,研究方向:产品设计与工业设计,E-mail:引文格式:邓卫斌,杨雅婷.基于扎根理论和PCA的儿童智慧玩具屋设计策略研究J.家具与室内装饰,2023,30(08):118-123.DENG Weibin,YANG Yating.Research on the Design Strategy of Childrens Smart Dollhouses Based on Grounded Theory and PCAJ.Furniture&Interior Design,2023,30(08):118-123.人工智能、AR等新技术的加入为玩具设计提供了新的开发路径1。但目前市场上的智能玩具较低的技术门槛使产品同质化严重，对于儿童认知能力的促进和培养较弱，没有考虑儿童的实际娱乐需求，这种不足在玩具屋的设计中同样存在。玩具是儿童的主要娱乐工具，在玩耍的过程中对于环境及物体的感知经验增加，进而认知能力得到提升。而在儿童认知的培养中，空间认知能力是摆在首位的，它能使儿童更好地适应不同环境，在玩具屋这种综合娱乐空间中，符合认知需求的玩具设计可大大促力的因素存在复杂性、多层次的特点，设计人员无法确定因素的优先以及设计重点，最终导致智慧玩具屋设计策略出现偏差。上述问题是定性与定量分析的综合性研究，而扎根理论是定性研究方法中较为科学的一种7，它强调从经验事实中抽象出的新概念和思想。越来越多的学者将扎根理论运用于各领域的定性研究中，如李明瑶等8-10等的研究。使用扎根理论能够发现当前的理念或理论中被忽略的因素，帮助设计人员构建儿童智慧玩具屋促进认知能力提升的影响因进儿童的认知能力提升。许多学者从儿童认知角度对玩具设计进行探讨，如陈永当等2-6学者的研究，从前人的研究可以看到，多数学者均是针对的某一年龄段儿童，无法得到全年龄段儿童的多层次需求。玩具屋是多种玩具的综合体，由此也会导致玩具屋设计缺乏儿童认知能力提升影响因素体系的指导，使得功能不齐全、使用效率低下。现有的多数研究也忽略了 儿童使用玩具进行娱乐过程中的具身状态，认知能力的提升是儿童在空间中运动的多种感知与经验所共同作用的。除此之外，影响儿童认知能Research on the Design Strategy of Childrens Smart Dollhouses Based on Grounded Theory and PCA邓卫斌，杨雅婷 Deng Weibin&Yang Yating(湖北工业大学工业设计学院，湖北武汉 430068）摘 要：现有关于玩具屋的研究多是针对某一年龄段儿童，无法得到全年龄段儿童的多层次需求，儿童的情感以及个性化需求被忽略。为满足儿童对智慧玩具屋的使用及体验需求，基于扎根理论和PCA主成分分析法提出儿童智慧玩具屋设计系统策略。研究从儿童空间认知和具身认知出发，通过扎根理论的三级编码得到智慧玩具屋设计需求层级体系，之后利用主成分分析法得到各维度指标的重要程度。分析结果作为设计策略的主要切入点，将设计策略整合为儿童体验需求下的智慧玩具屋系统设计，以期增进对儿童的情感关怀，为玩具设计提供理论借鉴。关键词：儿童智慧玩具屋；扎根理论；主成分分析；空间认知能力；具身认知能力DOI:10.16771/43-1247/ts.2023.08.021中图分类号：TS664.1 文献标识码：A 文章编号:1006-8260(2023)08-0118-06Abstract:Most of the existing studies on dollhouses are aimed at children of a certain age,and the multi-level needs of children of all ages cannot be met.Childrens emotional and personalized demands are ignored.In order to meet childrens needs for the use and experience of smart toy houses,we propose a system strategy for the design of childrens intelligent toy houses based on rooting theory and principal component analysis.The study starts with childrens spatial cognition and embodied cognition and gets the hierarchy of wisdom toy house design requirements through the three-level coding of grounded theory,after which the importance of each dimension index is obtained by using principal component analysis.The analysis results are used as the main entry point for design strategies,and the design strategies are integrated into a smart toy house system design under childrens experiential needs in a bid to enhance emotional care for children and provide theoretical reference for toy design.Key words:Childrens intelligent toy house;Grounded theory;Principal component analysis;Spatial cognitive ability;Specific cognitive ability基于扎根理论和PCA的儿童智慧玩具屋设计策略研究Environmental Art环境艺术119F&ID第30卷第08期 2023年08月 家具与室内装饰素体系。综上所述，研究以扎根理论为基础，分析儿童不同年龄阶段的认知特征以及与外界互动的感知过程，构建影响认知能力提升的多层次因素模型，结合定量研究主成分分析法（Principal Component Analysis，PCA）探究影响因素的重要程度，帮助设计人员确定设计的主次，提出契合儿童实际需求的智慧玩具屋设计策略。1 研究流程构建1.1 儿童心理的空间认知与具身认知概述设计符合儿童认知需求的玩具则需先对其心理认知进行分析，包括空间认知和具身认知。通过玩具进行引导能帮助儿童顺利度过敏感期且有助于空间认知能力水平的提升。在空间敏感期11内（0至6岁）的儿童主要通过自身的直觉来感知和探索空间，他们会对小空间有强烈兴趣，进行钻、爬等动作。沙丽（Sari D）等12-14的研究也表明空间敏感期内的儿童对房子状的玩具、可拼接积木有较大兴趣，且认知能力的形成与发展分为4个阶段，如图1所示。传统的心理学认为儿童在娱乐过程中对信息的加工主要通过心理进行计算和表征，但具身认知理论则认为儿童依靠自身知觉感知外部环境信息，环境是信息感知的源域，在感知经验和人与环境交互过程中产生的运动经验一起促进大脑形成基础认知隐喻，之后形成认知能力，而这整个过程都呈现一种无意识性15。在与外界环境交互过程中，儿童需要通过感觉器官与外界不断进行循环的行为交互，从而获得知觉经验。所以，智能玩具的设计在行为层面应具备良好体验和互动性，而且交互方式应自然、无意识16。1.2 儿童智慧玩具屋的空间认知性分析根据上述理论分析可以看到空间认知过程中贯穿着具身认知17，目前市场中具备空间性质的代表性玩具则是玩具屋，其材质大多为木质，它的功能是围绕儿童的探索性行为展开，玩具屋类型及其主要结构方式如图2所示。其中支架式、悬挂帐篷类、充气式玩具屋图 1图2图3图1 儿童空间认知能力发展阶段图2 玩具屋类型图3 研究流程图120都有同一特点，让儿童处在一特定不变的空间中，形式单一，功能单一，间接造成儿童互动能力弱，心生厌倦。而类似拼接式的玩具则给儿童以无限遐想和多种尝试，虽体积较大，但促进了儿童与家长的空间互动性，对儿童的空间认知也间接有促进作用。关于这方面的研究中，在实践上许多学者侧重于从外观、技术、结构等物理角度进行讨论与设计，理论指导较少。而在理论研究方面，以从事心理和教育学研究的学者居多，缺乏相应的设计策略。因此，本研究根据前期的理论探析，结合扎根理论及主成分分析法进行分析，研究流程图如图3所示。2 儿童智慧玩具屋的空间认知需求分析2.1 基于扎根理论构建认知需求层级体系运用扎根理论分析过程中，访谈对象的选取原则参考文献18。访谈结束利用Nvivo12软件进行三级编码，形成理论后再进行饱和度检验，若未找出新的概念则证明理论饱和度达标。2.1.1 用户样本选择考虑到儿童为特殊人群，其信息素养及表达能力弱，因此访谈对象包括儿童家长以及玩具设计领域专家，而针对儿童（0至6岁）则主要采用观察法，观察儿童使用玩具娱乐过程中的行为。在访谈的儿童家长中，有一个孩子的15名，有两个孩子的10名，有三个孩子的5名，访谈的5位玩具设计专家均有3年以上的玩具设计或研究从业经验,访谈时间均为20分钟至30分钟。2.1.2 原始资料收集智慧玩具屋设计需求的得出需对不同用户进行访谈，之后通过编码分析逐步提炼需求。依据半结构化访谈提纲（表1）对儿童家长、设计专家进行深度访谈19，访谈过程中适时鼓励其畅所欲言，但不诱导，征得访谈对象同意后采用录音的方式进行记录。2.1.3 开放式译码该过程是将原始资料进行概念化，从访谈结果中提炼出玩具屋设计需求的初始概念，以客观的态度同时避开已有研究和个 人因素的影响，最终得到18个表1 半结构化访谈提纲 序号 向受访者可能提出的问题1234567您 家中 是 否有玩具屋一类的游 戏空间？孩子对玩具屋 的兴趣度？带孩子去玩具屋 的频率 及玩的时间？依据您的观察，您的孩子 在玩具屋 中经常会有哪些行为？您的孩子对哪一类型 的玩具感兴趣？您对玩具屋 的材质、颜 色、设计款式有 什么看法？您认为玩具屋 的哪些地方对孩子的空间感培养有帮 助？针对市 场现有 产 品，您认为有哪些需求需被满足？表2 开放式译码过程 原始资料代表性语句 初始概念 范畴玩具屋 色彩单一，不吸引孩子有 的玩具只有 单一的颜 色，图案少孩子喜欢带有 音 画情景的环境有 的玩具屋空间狭小，很闷只 能让孩子爬、触摸、移动，太单一玩具吸引孩子的方 式较简 陋孩子 在玩具屋只是 自 己胡乱玩，没有引 导，时间一长就腻 了互动很少，孩子会丢弃我感觉现在的玩具屋对于智 力 等其他能力 的提高弱都是一体，不能让孩子随意拆卸拼装我们更看重通过玩具能提高创造能力玩具拆下 来装不回去，孩子挫败感高喜欢形 象不同 的卡通玩具材质不是塑料就是木头，太单一孩子的安全意识不高，只顾着 玩，不考 虑安全外观形 象很呆板玩具屋内一些大的玩具结构不符合孩子的身体特征孩子有时会误触，会有 反馈 或者警告让家 长紧张色彩要丰 富 鲜艳图案吸引 儿童，配文增加好奇心环境氛围代入感强空间不能密闭玩具的娱乐形 式不 多儿童要视、听、知觉 多 方面吸引游 戏过程要对 儿童逐渐引导儿童 与玩具双向互动与玩具互动以及玩具屋 中的图像能引 发 儿童联想模块化设计，可 拆卸引 导 儿童 自 主 创造拼接方便且方 式符合 儿童认知玩具屋形 象要 多 样化材质要丰 富 或者 是多 种相结合防磕碰问题需要考 虑外观不死板有 创新性高度、空间 大 小等 符合 儿童身体特征能 包容儿童的一些轻微误操作色彩鲜艳图文结合情景化设计设施通风趣味性高多通道反馈引 导 式设计互动性强想象力锻炼模块可重构创新意识锻炼便 于拼装造型丰 富材质 感性安全性外观新颖人机工 学系统容错性图4 儿童认知需求层级体系Environmental Art环境艺术121F&ID第30卷第08期 2023年08月 家具与室内装饰范畴，见表2。2.1.4 主轴式译码该步骤是在上一步的基础上，对18个初始设计需求概念进一步归纳，从而得出研究问题的主范畴，使得玩具屋设计的需求指标更为系统和内涵清晰，而不是类别混乱。经过对开放译码得到的18个范畴进行多次推敲并整理、条目化，最终提炼出4个主范畴。主轴式译码过程见表3。2.1.5 选择式译码以逻辑关系为出发点，挖掘其之间的路径关系、结构关系及内涵，初步建立玩具屋设计需求指标的简要逻辑关系，结果见表4。选择性译码之后需对其结果进行理论饱和度检验，利用实现预留的5份原始数据按照上述过程进行三级编码，未产生新概念及范畴，据此可知理论饱和。2.1.6 理论模型建立通过上述研究过程可得到4个主范畴与18个副范畴作为儿童玩具屋设计需求指标并构建层级体系，如图4所示。2.2 需求指标重要度分析利用Likert七级量表将18项指标构建出调查问卷，发放给儿童家长、设计从业人员、设计管理层人员共300份，剔除空白问卷和无效问卷24份，最终得到有效问卷276份。首先，检验问卷信效度，结果如下：=0.915，高于临界值0.75，问卷信度通过检验，KMO=0.880，高于0.5，且巴特利球形检验通过，问卷效度良好，可做下一步分析。进行主成分分析后得到全部因子的总方差解释和旋转后的成分矩阵，结果见表5和表6。主成分的决定标准是依据通行原则进行的，特征根值（即总计）1或者累积贡献率0.7的为主成分，上述可提取出4个主成分。根据因子载荷值可以决定该指标是否删除，因子载荷绝对值越大，表明在成分中越重要20。根据表2及5位设计专家的意见得到的分析结果与依据扎根理论建立的认知需求指标层级体系相符，从侧面验证了理论的正确性。3 儿童智慧玩具屋设计策略信息化时代，玩具屋的设计不再局限于传统模式，许多学者的研究也证明自然环境元素有助于促进学习、激发儿表3 主轴式译码过程 主范畴 副范畴 内涵观察感知空间探索体验空间重构能力产 品设计色彩鲜艳图文结合情景化设计设施通风趣味性高多通道反馈引 导 式设计互动性强想象力锻炼模块可重构创新意识锻炼便 于拼装造型丰 富材质 感性安全性外观新颖人机工 学系统容错性纯度和饱和度较高的颜 色能吸引 儿童图文结合可增加 儿童好奇心环境氛围代入感强可增加感官 刺激通透的空间会使儿童体验舒适多 种娱乐方 式增加趣味性玩具通过视、听、触觉等综合反馈玩具屋内设置娱乐 引 导的 多 个环节玩具实物与 儿童有 互动交流通过游 戏过程激发 儿童想象力玩具模块化设计，可 拆解后重新组合能够让儿童 自 由、开放地搭配玩具小型积木、木质玩具等方便拆解拼合玩具屋 的形 象、卡通人物较为 多 样化不同材质组合形 成多 种触感及感知经验防撞设计等安全性措施外观新颖但不失对 儿童的关怀人机尺 寸 符合 儿童的身体结构反馈 系统对误操作的容错程度表4 选择式译码过程 典型路径关系 关系性质 内涵观察感知空间 感知体验设计 决策探索体验空间 感知体验设计 决策重构能力 感知体验设计 决策产 品设计 感知体验设计 决策中 介关系中 介关系中 介关系中 介关系对空间的观察感知是否 良好影响体验从而间接影响决策儿童对空间的探索是否良好影响体验从而间接影响决策玩具屋中的可重构性影响儿童的体验从而间接影响决策产品设计会影响体验从而间接影响决策表5 需求指标总方差解释成分 总计 旋转载荷平方和方差百分比/%累积/%12344.5924.2203.2361.78525.51023.44417.9769.91625.51048.95466.93076.846表6 旋转后的成分矩阵（因子载荷矩阵）色彩鲜艳图文结合情景化设计设施通风趣味性高多通道反馈引 导 式设计互动性强想象力锻炼模块可重构创新意识锻炼便 于拼装造型丰 富材质 感性安全性外观新颖人机工 学系统容错性0.1550.1910.1640.2120.2220.2990.2550.2470.3580.8780.8660.8540.7580.112-0.0900.6350.6430.6050.8770.8940.9180.8600.8530.1360.1240.1010.1810.1820.1940.195-0.0020.018-0.0450.2580.2240.1920.0820.0990.0810.1250.1440.8550.8900.8640.8570.1780.1920.152-0.066-0.0700.1700.4650.4940.540-0.045-0.006-0.002-0.001-0.0210.0340.0360.0250.0370.0340.043-0.0020.6150.9240.8800.7420.8330.858需求指标成分 1 2 3 4122童创造力与想象力等21。因此，智慧玩具屋的设计应运用智能技术，以满足敏感期儿童的探索行为作为基本点，充分结合自然情景元素，使儿童在感知自然空间的同时促进认知能力提升22-23。课题组根据分析结果设计了 一款智慧玩具屋，包括板绘区、虚拟体验区、逻辑计算区、积木区和体能娱乐区五个区域，效果图如图5所示。板绘区是根据幼儿时期儿童喜欢在墙壁和地板绘画的行为而设计，设计时可将地面和墙面嵌入电子屏形式，便于儿童画完后可清除，多次使用。虚拟体验区目的是让儿童接触自然，区域内动植物以及水果的模块采用磁吸的方式吸附在墙壁上，同时模块具有肌理感和味道，使其触感更加真实，智能屏幕识别儿童手中模块显示该模块动画，之后儿童可将其贴在墙壁的树上装饰或者用来进行过家家游戏，增长知识的同时锻炼想象力，效果图如图6所示。逻辑计算区有滚筒数字，可在家长的引导下拨动数字方块选择数字进行简易计算，也可采用多人竞赛的方式进行速算；翻转五子棋是一个棋子分为黑白两面，将中立的五子棋翻转，可进行五子棋的游戏，在小桌上也可进行五子棋或围棋对弈。色彩鲜艳的积木在锻炼儿童色彩感知能力的同时可通过转动、位置变换迁移增加逻辑推理能力24。体能娱乐区有攀爬类，旋转类和滑行类玩具设施，锻炼儿童的体同时兼具娱乐功能，如图7所示。3.1 引导儿童观察感知空间此维度的指标重要度依次为：情景具屋不仅是为儿童提供娱乐场所，更多是创新意识的锻炼，而满足的途径则可通过玩具的模块重构性。玩具屋中的玩具应进行模块设计，玩具与玩具之间有关联性和逻辑性，形成链式引导。通过不同模块、不同材质的开放、自由搭配呈现不同的形式结果，对三维空间的理解和认知也是一种提升。3.4 玩具屋产品设计此维度的指标重要度依次为：材质感性（0.924）安全性（0.880）系统容错性（0.858）人机工学（0.833）外观新颖（0.742）。儿童的认知与做出的行为往往存在偏差，智能玩具在接收到儿童的行为信息后，可与后台数据库中的预设行为模型做对比精确行为，这样可包容儿童误触或误操作，增强系统的容错性。材质的隐喻特征也可利用，如柔软的材质可通过触觉使儿童产生爱抚的感知，对于不同动作源（如抚摸和拍打）产生的反馈也需加以区别设计。4 结语为探索信息时代智慧玩具屋的设计策略，文章深入分析儿童认知成长过程中空间认知与具身认知的交叉关系，依据理论基础得到儿童认知需求层次体系，经分析后提出设计策略。弥补多数学者只对儿童认知能力理论或玩具设计实践作单一研究的不足。研究亦存在不足，定量分析仍采用问卷方法，有一定主观性，之后的研究中会通过实验的客观方法对指标的影响关系进一步探讨。（责任编辑：张 杨）化设计（0.918）图文结合（0.894）色彩鲜艳（0.877）设施通风（0.860）趣味性高（0.853）。智慧玩具屋中，情景化设计重要度最高，因此在玩具屋中引入自然环境或其他情景，同时考虑兼具图文结合和色彩鲜艳指标，增加多维度的认知。在玩具屋这种大空间中，可引入虚拟感知技术等，将空间环境渲染，让儿童与玩具有更深一步交流的过程中可以通过更多维度的感知体验来接近自然，例如，在炎热夏天环境氛围下，可引导儿童进行夏天气候、动物、食物等的交流讨论。对年龄大一点的儿童，可设置具备初级逻辑性的交互游戏，如积木拼接等加入简单计算和推理，让儿童自主判断，依据儿童不同年龄段的认知和行为特征设计渐进式的智慧玩具屋25。3.2 引导儿童探索体验空间此维度的指标重要度依次为：引导式设计（0.890）互动性强（0.864）想象力锻炼（0.857）多通道反馈（0.855）。空间敏感期的儿童对探索空间和行为互动较为偏好，而且呈现容易受到父母、同伴等外围因素的影响，因此引导式设计应首先被关注，通过恰当引导让儿童感知体验环境，形成正确认知。而玩具的材质便可做感知引导，如木头材质以及树木的纹理会联想到大自然等，进而产生开阔、舒适的心理，还可进一步锻炼其精细化行为，如抓取力度、按图样式进行手势比画等。3.3 玩具屋培养儿童重构能力此维度的指标重要度依次为：模块可重构（0.878）创新意识锻炼（0.866）便于拼装（0.854）造型丰富（0.758）。玩图5 智慧玩具屋效果图图6 板绘及虚拟体验区图5图6板绘区虚拟体验区Environmental Art环境艺术123F&ID第30卷第08期 2023年08月 家具与室内装饰参考文献：1缪玉波,许安娇,曹阳.情境认知视角下长沙童谣AR绘本的设计策略研究J.家具与室内装饰,2022,29(07):53-57.2陈永当,付钰.基于认知发展理论与TRIZ的儿童益智玩具设计J.包装工程,2020,41(20):131-138.3吴智艳,吴祐昕,杜雅婷等.触觉体验引导下的儿童智能玩具交互设计J.包装工程,2022,43(12):290-296.4许世红,黄毅英.培养儿童空间认知能力的有效途径探究以拆拼孔明锁为例J.数学教育学报,2013,22(02):91-94.5顾恬伊.基于认知心理学的儿童益智玩具研究设计D.哈尔滨:哈尔滨理工大学,2019.6王艳艳,巩淼森.基于学习体验的博物馆儿童专区服务设计策略研究J.家具与室内装饰,2022,29(09):110-115.7胡珊,刘晶,孙恩妹等.基于扎根理论的商业综合体导识系统满意度影响因素研究J.图学学报,2020,41(04):640-648.8李明瑶,王秀江.儿童博物馆访客网络满意度影响因素研究以中国儿童中心老牛儿童探索馆在线评论为例J.中国博物馆,2020(03):110-116.9Goodall K T,Newman L A,Ward P R.Improving access to health information for older migrants by using grounded theory and social network analysis to understand their information behaviour and digital technology useJ.European journal of cancer care,2014,23(6):728-738.10王昌,申子阳,孙晓宁.老年用户智慧医养需求影响因素理论框架构建J.情庆大学出版社,2009.20胡珊,贾琦,张利艳等.基于结构方程模型的康养智能陪护产品设计J.机械设计,2021,38(07):110-117.21Frumkin H.,Bratman G.N.,Breslow S.J.,et al.A research agenda.Environmental Health PerspectivesJ.Nature contact and human 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