李欣怡 陳于書

摘要：人工智能時代背景下，基礎(chǔ)教育階段的教學(xué)環(huán)境成為人工智能及機(jī)器人課程實(shí)施的關(guān)鍵因素，面向機(jī)器人教育的家具等基礎(chǔ)設(shè)施市場正在形成，但相關(guān)研究還未形成完整的體系，涉及的學(xué)校家具產(chǎn)品有待進(jìn)一步規(guī)范和改進(jìn)。文章在分析中小學(xué)機(jī)器人教育特點(diǎn)、相關(guān)家具設(shè)計需求的基礎(chǔ)上，對6個具有一定影響力的學(xué)校家具品牌共80款面向機(jī)器人教育的學(xué)校家具進(jìn)行統(tǒng)計調(diào)研，總結(jié)目前市面上相關(guān)學(xué)校家具的設(shè)計特點(diǎn)，并提出設(shè)計建議，旨在為面向中小學(xué)機(jī)器人教育的學(xué)校家具的創(chuàng)新設(shè)計提供靈感。

關(guān)鍵詞：學(xué)校家具;中小學(xué)機(jī)器人教育;家具設(shè)計

中圖分類號：TS664 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-9436（2021）22-0-03

近年來，隨著國家基礎(chǔ)教育新課程改革的深入實(shí)施，創(chuàng)客、STEAM教育在國內(nèi)快速普及與發(fā)展，中小學(xué)越來越重視創(chuàng)新教育對學(xué)生綜合能力提升的作用，不斷強(qiáng)調(diào)機(jī)器智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用[1]。中小學(xué)生在校內(nèi)外參與機(jī)器人教育、參加少兒編程類培訓(xùn)方興未艾，促使機(jī)器人教育培訓(xùn)市場逐漸擴(kuò)張并帶動相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，我國中小學(xué)機(jī)器人教育相關(guān)研究主要集中在教育學(xué)領(lǐng)域，對于教學(xué)空間基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建，特別是家具設(shè)計的研究較少，針對機(jī)器人教育的學(xué)校家具尚未形成完整的設(shè)計系統(tǒng)。文章以機(jī)器人教室為使用環(huán)境，通過調(diào)研相關(guān)家具的設(shè)計現(xiàn)狀，分析產(chǎn)品特征，提出設(shè)計建議，以期為相關(guān)學(xué)校家具設(shè)計提供創(chuàng)新靈感。

1 中小學(xué)機(jī)器人教育概況

機(jī)器人教育常指利用教育機(jī)器人優(yōu)化教學(xué)效果或?qū)W習(xí)機(jī)器人的基本知識及技能的教育。目前在中小學(xué)開展的機(jī)器人教育主要是以機(jī)器人為教學(xué)對象，以與機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計、硬件組裝、程序調(diào)試有關(guān)的知識和技能為教學(xué)內(nèi)容，以培養(yǎng)學(xué)生動手、創(chuàng)新、協(xié)作和邏輯思維能力為目的，以人工智能技術(shù)為核心的教與學(xué)的活動。相關(guān)課程以任務(wù)項(xiàng)目驅(qū)動，培養(yǎng)學(xué)生對人工智能的興趣、制作智能機(jī)器人的創(chuàng)新實(shí)踐能力，幫助學(xué)生掌握機(jī)器人的基本知識與操作技能[2]。

2 中小學(xué)機(jī)器人教育特點(diǎn)及家具使用需求

2.1 中小學(xué)機(jī)器人的教育特點(diǎn)

第一，課程形式與教學(xué)模式。機(jī)器人教育的開展形式包括專業(yè)課程、實(shí)訓(xùn)課程與培訓(xùn)課程。專業(yè)課程主要有電子趣味制作、可視化少兒編程等，旨在讓學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和掌握機(jī)器人教育的專業(yè)理論知識和操作技能;實(shí)訓(xùn)課程主要通過開展與機(jī)器人教育相關(guān)的教學(xué)技能和教學(xué)資源設(shè)計實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，提升學(xué)生的實(shí)務(wù)能力;培訓(xùn)課程包括考證輔導(dǎo)等，常依托相關(guān)比賽進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐[3]。中小學(xué)機(jī)器人教育的教學(xué)模式以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為核心[4]，以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體，依托社團(tuán)課、綜合實(shí)踐課等，配合實(shí)驗(yàn)?zāi)M、趣味交互、科學(xué)探究和發(fā)明創(chuàng)造教學(xué)四類教學(xué)模式[5]，注重互動性，強(qiáng)調(diào)在實(shí)踐中學(xué)習(xí)。

第二，教學(xué)空間現(xiàn)狀及特點(diǎn)?，F(xiàn)階段，我國中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)空間以專用的機(jī)器人教室和綜合創(chuàng)客教室為主。根據(jù)目前中小學(xué)機(jī)器人課程的相關(guān)教學(xué)與活動情況，可將相關(guān)教學(xué)空間按功能劃分為六個部分。一是教學(xué)區(qū)，為師生互動教學(xué)區(qū)域，部分空間在該區(qū)域配有電腦操作臺，便于開展編程實(shí)操，常配備課桌、電腦桌、課椅、講臺等。二是競賽區(qū)，配有巡線、關(guān)卡等比賽實(shí)訓(xùn)圖紙，提供比賽場地，支持各類賽臺安裝，常用于機(jī)器人測試、比賽，常配備競技臺、工具柜、課桌、課椅、學(xué)生凳等。三是操作區(qū)，主要用于開展相關(guān)套件拼裝、機(jī)器人編程等操作，該區(qū)域常與教學(xué)區(qū)合并，常配備搭建臺、電腦桌、競技臺、工具柜、工具架、課椅、學(xué)生凳等。四是展示區(qū)，用于綜合展示各類機(jī)器人產(chǎn)品，包括學(xué)生作品、獲獎成果、主流機(jī)器人教具及介紹資料，旨在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，常配備展示柜、收納柜等。五是工具區(qū)，負(fù)責(zé)機(jī)器人教具和相關(guān)制作工具的儲存與管理，常配備零件柜、工具墻、工具柜等。六是研討區(qū)，為師生提供自由討論、頭腦風(fēng)暴等活動空間，多配有沙發(fā)、茶幾等。

2.2 面向機(jī)器人教育的學(xué)校家具的使用需求

由于起步時間較晚，我國現(xiàn)階段的中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)缺乏對應(yīng)的課程標(biāo)準(zhǔn)，這直接導(dǎo)致相關(guān)課程體系的統(tǒng)一設(shè)計無從談起。相比其他課程而言，機(jī)器人課程對設(shè)備具有較強(qiáng)的依賴性。隨著教育機(jī)器人市場的迅速發(fā)展，各式各樣的機(jī)器人教育產(chǎn)品層出不窮，不同學(xué)校的相關(guān)資源配置逐漸多樣，進(jìn)而導(dǎo)致家具產(chǎn)品的設(shè)計需求無法完全統(tǒng)一。因此，增強(qiáng)家具的功能性、普適性尤為重要，在設(shè)計家具時應(yīng)遵循發(fā)展性和經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合的原則。

不同年齡段學(xué)生的特征與發(fā)育情況不同，面向機(jī)器人教育的學(xué)校家具設(shè)計，要綜合考慮學(xué)生的生理特征、心理特征以及行為特征，結(jié)合學(xué)科屬性，為學(xué)生提供“生生互動”“師生互動”的條件。設(shè)計時要注意家具與教學(xué)功能區(qū)域的結(jié)合，要增強(qiáng)家具的互動性，以便學(xué)生操作、教師管理，使用安全、適宜教學(xué)。

3 面向中小學(xué)機(jī)器人教育的學(xué)校家具調(diào)研與分析

走訪教育裝備展、辦公家具展等相關(guān)展會，結(jié)合線上線下的調(diào)研方式，收集愛德成蹊、詩敏、建晟等6個國內(nèi)學(xué)校家具品牌，對80個與機(jī)器人教育有關(guān)的學(xué)校家具樣本進(jìn)行分析，了解中小學(xué)相關(guān)專用教室家具的設(shè)計現(xiàn)狀與產(chǎn)品特點(diǎn)，并提出設(shè)計建議。

3.1 功能分析

作為學(xué)生學(xué)習(xí)中最重要的輔助用具，學(xué)校家具應(yīng)當(dāng)滿足學(xué)生在操作、展示等情景中的使用需求?，F(xiàn)階段，市場上同類型相關(guān)產(chǎn)品的相似度較高，產(chǎn)品的基本功能形式可分為以下三類。

第一，椅凳類。主要包括有靠背椅和無靠背凳兩種形式，椅一般用于學(xué)生聽課學(xué)習(xí)場景，凳更為靈活，利于互動，常用于小組的搭建操作、計算機(jī)編程等場景。

第二，桌臺類。主要包括課桌、競技臺、講臺、電腦桌、操作臺，這類家具最能體現(xiàn)教室功能需求的多樣性。樣本中28款課桌根據(jù)功能設(shè)置形式特點(diǎn)可分為固定式、半固定式和移動式，其中具有一定靈活性和穩(wěn)定性的半固定式課桌占總數(shù)的56%。這是因?yàn)楸阌谛〗M合作的空間布局是機(jī)器人教室的主要布局形式，所以目前市場上適合這種布局的半固定式課桌產(chǎn)品數(shù)量較多。這類產(chǎn)品桌面形狀豐富，一般設(shè)置“成組”人數(shù)為2～8人。競技臺用于機(jī)器人測試與競技，桌面四周多設(shè)有圍欄以創(chuàng)造操作條件并防止材料掉落。電腦桌用于放置電腦，便于進(jìn)行相關(guān)編程操作。操作臺用于機(jī)器人的搭建與測試，部分帶有儲物功能，臺面多為四邊形，常使用耐久性較強(qiáng)的防刮材質(zhì)。

第三，柜架類。主要包括工具柜、工具架、吊柜以及組合工具墻。工具柜用于放置常用的拼裝零件，部分產(chǎn)品帶有滾輪以便在不同功能區(qū)域使用。工具架用于放置常用工具和拼裝零件等，多采用方塊孔板和百葉掛板的模塊化設(shè)計，帶有滾輪，具有一定的靈活性。吊柜多設(shè)置在展示區(qū)和操作區(qū)，用于展示機(jī)器人產(chǎn)品和學(xué)生作品等。組合工具墻常與收納柜配套設(shè)置在工具區(qū)，用于懸掛存放相關(guān)操作工具。

專用教室的家具設(shè)計不同于普通教室，在設(shè)計前必須對課程特點(diǎn)及師生行為模式有充分的了解，后續(xù)才能對相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行功能定位[6]。由于在設(shè)計前期缺乏對學(xué)生機(jī)器人搭建活動的行為需求的分析，現(xiàn)有的大部分桌臺類產(chǎn)品都缺乏零件的收納功能，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生使用和教師管理不便。隨著人工智能行業(yè)的快速發(fā)展，市場對機(jī)器人教育的學(xué)習(xí)工具的種類以及學(xué)習(xí)用品的需求迅速增加，這要求相關(guān)家具的功能更加全面和多樣。同一類型的家具產(chǎn)品會在不同的場景中使用，因此如何針對機(jī)器人教學(xué)模式的特點(diǎn)，設(shè)計出滿足不同功能需求、適配于多種功能區(qū)的家具產(chǎn)品為未來開發(fā)的重點(diǎn)。

3.2 材質(zhì)分析

根據(jù)調(diào)研，樣本中不同形式的機(jī)器人教室家具主要采用的是木質(zhì)材料、金屬材料和塑料類復(fù)合材料。從總體上看，椅凳類家具以塑鋼材料為主，塑鋼材料耐水、耐老化，相比以鋼木材料為主的傳統(tǒng)學(xué)校家具而言，色彩、造型也更為豐富。柜架類家具主要由木質(zhì)材料構(gòu)成，木質(zhì)材料耐用、天然美觀、性價比高且相對環(huán)保。而桌臺類家具主要為鋼木結(jié)構(gòu)，其中搭建臺等桌臺考慮到使用場景，表面常采用抗倍特板等耐用、耐劃材料。

在選擇機(jī)器人教室家具的材料時，應(yīng)主要考慮家具功能、藝術(shù)效果與安全環(huán)保三個方面[7]。學(xué)生的體質(zhì)和抵抗力較弱，對材料中的有害物質(zhì)更為敏感，因此為保障家具的安全性，在設(shè)計學(xué)校家具時應(yīng)盡量使用天然無害的環(huán)保材料。材料的選用還要考慮到家具所具備的功能，應(yīng)根據(jù)用途，考慮專用教室家具部件的強(qiáng)度問題和使用壽命等選擇合適的材料。機(jī)器人教室家具的材料除了要滿足家具的使用功能外，還要有一定的藝術(shù)效果，以契合相關(guān)學(xué)科教室的整體基調(diào)，營造更舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境。

3.3 尺寸分析

尺寸符合人體工程學(xué)是學(xué)校家具設(shè)計最基本也是最關(guān)鍵的需求，學(xué)校家具的尺寸設(shè)計主要以《學(xué)校課桌椅功能尺寸及技術(shù)要求》等相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。目前，面向機(jī)器人教育的相關(guān)學(xué)校家具尺寸形制單一，在設(shè)計時沒有完全考慮到學(xué)生在機(jī)器人操作學(xué)習(xí)中包括站姿和坐姿在內(nèi)的身體尺寸情況。而中小學(xué)生處于生長發(fā)育期，他們的體重、身高會隨著年齡的增長而出現(xiàn)變化，而在后天因素的影響下，學(xué)生的體重、身高等生理發(fā)育情況也存在明顯的差異[8]，較大的差異跨度體現(xiàn)在對產(chǎn)品的需求上，所以相關(guān)家具的可成長性要求較高[9]。在進(jìn)行相關(guān)學(xué)校家具的設(shè)計時，可考慮采用可以調(diào)節(jié)高度的功能結(jié)構(gòu)，以滿足不同學(xué)生的使用需求[10]。

3.4 色彩分析

根據(jù)調(diào)研，機(jī)器人教室的家具以原木色、藍(lán)色、白色為主，色彩飽和度較高。其中，藍(lán)色是應(yīng)用較為廣泛的顏色，藍(lán)色被譽(yù)為最具生產(chǎn)力的顏色，容易讓人聯(lián)想到海洋與星河[11]，用于機(jī)器人教學(xué)空間中更能營造出科技氛圍感。機(jī)器人教室中的柜架類家具多選用原木色，常配以色彩鮮明的收納盒等以提升整體視覺感受。椅凳與桌臺類家具的色彩更為豐富，桌臺類家具通常在臺面進(jìn)行色彩的設(shè)計，因白色耐久性弱，在光線強(qiáng)烈時會影響學(xué)生的聽課效果，容易造成視覺疲勞，所以臺面部位較少選用白色。

在進(jìn)行機(jī)器人教室家具色彩設(shè)計時，主要考慮學(xué)生的主觀因素、家具功能與教室環(huán)境三個方面[12]。在設(shè)計時要注意避免色彩導(dǎo)致學(xué)生注意力渙散等問題，盡量避免在相關(guān)家具中使用高飽和度色彩。機(jī)器人教室家具的色彩設(shè)計應(yīng)與其相關(guān)教學(xué)功能相適應(yīng)，色彩的視覺表現(xiàn)效果需要與室內(nèi)整體環(huán)境協(xié)調(diào)與統(tǒng)一。通過局部對比、協(xié)調(diào)等手法將色彩與功能設(shè)計相結(jié)合，從而打造統(tǒng)一且富有特色的機(jī)器人教學(xué)空間[13]，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4 結(jié)語

通過調(diào)研國內(nèi)市場上面向基礎(chǔ)教育階段機(jī)器人教育的學(xué)校家具，了解到當(dāng)前相關(guān)產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，大多沒有形成系列產(chǎn)品。在功能方面，桌臺類產(chǎn)品是目前具有開發(fā)潛力的品類之一，許多品牌針對機(jī)器人教育的教學(xué)需求，不斷創(chuàng)新設(shè)計操作臺、競技臺的功能及樣式。在材料上，家具多為鋼木制，考慮到機(jī)器人教育項(xiàng)目式的教學(xué)特色，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐操作的特性，桌臺表面常采用耐用、耐劃材料。在尺寸方面，目前產(chǎn)品設(shè)計沒有完全考慮到學(xué)生身體尺寸的差異，對學(xué)生在操作和學(xué)習(xí)中的形態(tài)特征缺乏系統(tǒng)考量。在色彩上，為配合學(xué)科屬性與營造教學(xué)空間整體氛圍，相關(guān)家具以藍(lán)、白和原木色為主。隨著人工智能行業(yè)的飛速發(fā)展，市場對于機(jī)器人教育的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求也在迅速增加，如何使家具產(chǎn)品在有限的教學(xué)空間得到最大限度的利用，仍為今后設(shè)計研發(fā)的重點(diǎn)。

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作者簡介：李欣怡（1997—），女，貴州貴陽人，碩士在讀，研究方向：家具設(shè)計與理論。

陳于書（1972—），女，浙江諸暨人，博士，教授，研究方向：家具設(shè)計與理論。

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