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博弈思維視角下兒童益智類數(shù)字玩具設(shè)計策略研究

2024-12-31 00:00:00梁玲琳孫愷睿陳俐
設(shè)計 2024年15期
關(guān)鍵詞:思維培養(yǎng)

摘要:針對學齡兒童博弈類數(shù)字玩具缺失、使用體驗不佳的問題,探討了博弈過程與游戲結(jié)合的適配度,并以五子棋為例進行實踐研究,以期提升玩具設(shè)計質(zhì)量。依據(jù)博弈思維視角提出設(shè)計角度,結(jié)合學齡兒童的認知發(fā)展規(guī)律和多感官發(fā)展特征得出棋類游戲衍生數(shù)字玩具的設(shè)計策略。通過外觀設(shè)計、輔助信息設(shè)計和智能交互設(shè)計融入玩具設(shè)計中。將策略與思維流程進行結(jié)合,設(shè)計了一套幫助學齡兒童正確理解博弈概念、認知博弈技能的數(shù)字拼搭玩具。希望能為玩具研究人員和教育實踐者提供如何從博弈思維角度來輔助兒童進行博弈概念學習和技能掌握。

關(guān)鍵詞:博弈思維;數(shù)字玩具;思維培養(yǎng);智能交互;多感官體驗

中圖分類號:TB472 文獻標識碼:A

文章編號:1003-0069(2024)15-0120-04

引言

在當今人工智能迅猛發(fā)展的時代背景下,思維能力培養(yǎng)成為STEM 教育的一塊重點。博弈思維作為雙向信息處理的核心思維,同時也是思考與解決推理性問題的重要工具,備受現(xiàn)代教育界關(guān)注。博弈探討的是兩個或兩個以上個體間發(fā)生利益沖突時的合理行為選擇及其相應(yīng)的互動結(jié)果。也就是說,博弈思維的關(guān)鍵在于:行為者必須考慮利益相關(guān)者的策略反應(yīng)[1]。其中也涵蓋了兒童依據(jù)邏輯規(guī)律采用博弈方法進行推理、思考和論證的能力。對現(xiàn)代學齡兒童來說,博弈思維作為信息判斷和認知的基石,已經(jīng)成為日常生活中不可或缺的能力[2]。因此,在兒童入學初期,運用游戲化與實體化玩具提升博弈思維能力將有助于他們在日后面對邏輯問題時進行合理的認知和解決。

本研究以博弈思維為基礎(chǔ)框架,以兒童數(shù)字玩具作為媒介,旨在培養(yǎng)兒童對博弈思維過程的理解和基礎(chǔ)博弈能力的掌握。研究的重點是設(shè)計一系列結(jié)合棋類玩法的數(shù)字玩具。首先,對市場上涉及博弈思維性質(zhì)的玩具進行分析,發(fā)現(xiàn)問題。其次,通過訪談法對兒童與家長進行調(diào)查研究,了解思維特征和接受程度。然后,將思維過程與棋類特點相結(jié)合,輸出設(shè)計策略,為二者融合提供指導方向。最后,在外觀、輔助信息和智能交互方面進行整合設(shè)計,將其應(yīng)用于實際數(shù)字玩具設(shè)計實踐中。

一、學齡兒童博弈屬性玩具現(xiàn)狀調(diào)研

(一)調(diào)研背景

皮亞杰認知發(fā)展理論中指出,兒童在7 歲左右會開始逐漸掌握排序推理等博弈類技能[3],由于接觸的環(huán)境不同該技能的認知程度也會有巨大差異,合理的引導和灌輸能夠幫助兒童全面地掌握該項技能。益智玩具就能夠在兒童與博弈之間起重要的聯(lián)結(jié)作用,現(xiàn)在的益智玩具雖然具備信息排序和策略推理的玩法,但缺乏一個能夠幫助兒童掌握思維過程的方式,脫離玩具后在面臨其他博弈過程時,仍然無法形成博弈思維中多維度的思考。依據(jù)以上信息展開市場調(diào)研,發(fā)掘現(xiàn)在博弈類玩具存在的實際問題。

(二)調(diào)研內(nèi)容

通過對現(xiàn)在流行博弈玩具的玩法和特點分析,見表1。發(fā)現(xiàn)兒童在使用過程中對于其中的信息組合存在忽略,導致體驗感降低;同時在雙方和多方競技中會由于信息顯示不明產(chǎn)生不理解的情況。經(jīng)過分析導致上述問題的原因可以歸納為3 點:1. 娛樂過程中兒童會偏向關(guān)注最終目標的實現(xiàn);2. 兒童在無相關(guān)引導下難以理解其中包含的組合關(guān)系;3. 玩具使用一般不存在明確步驟,容易產(chǎn)生過程混淆。

對相關(guān)人群展開線下調(diào)研,主要以訪談的形式對使用過相關(guān)玩具的25 位學生和15 位家長展開面對面訪談,了解學生對現(xiàn)在相關(guān)玩具的使用感受和不足之處。經(jīng)過分析,問題主要集中在以下兩點:1. 使用時產(chǎn)生的博弈信息無法理解或存在理解偏差;2. 初期使用容易混亂使用步驟,導致游戲進行緩慢,很多時候需要反復確認。

(三)總結(jié)

本次調(diào)研結(jié)果證實現(xiàn)有博弈屬性益智玩具的確存在信息接納度低、使用步驟混亂的問題。調(diào)研結(jié)果也會為后續(xù)的理論結(jié)合和設(shè)計實踐提供強有力的現(xiàn)實依據(jù)。

二、博弈思維理念研究分析

博弈思維是指導人們站在理性的角度選擇策略指導實踐,并最終實現(xiàn)既定目標的一種思維模式,屬于邏輯思維中決策類思維的一種,是在對手和自己進行博弈過程中相互影響、相互作用中產(chǎn)生的[4]。博弈思維在軍事情報領(lǐng)域、經(jīng)濟領(lǐng)域和交互游戲領(lǐng)域都有涉及。

博弈不是單人決策的單向過程,而是對抗雙方或多方的策略互動過程,博弈過程不僅要考慮自身目標和各種策略的選擇,還需要思考與應(yīng)對對方所產(chǎn)生的各種情況[5]。依據(jù)決策程序可以將博弈思維過程分為5 步:發(fā)現(xiàn)問題,選擇目標—收集信息—制訂方案、評估選擇方案—作出決斷—組織實施,掌握信息反饋[6]。這5 步是博弈思維的整體主干,根據(jù)適用人群和面臨場景不同存在一定變化。受7-12歲年齡段兒童的認知和學習能力影響,將步驟調(diào)整為:明確目標—擬合方案—分析優(yōu)劣—實施結(jié)果。1. 明確目標:博弈開始時需要有明確的執(zhí)行目標,目標的確立是構(gòu)筑后續(xù)信息產(chǎn)生的首要前提,也是促使博弈展開的切實動力。2. 擬合方案:憑借搜集、掌握的博弈信息,通過排列組合方式形成可靠的方案并進行積累,或者創(chuàng)造新方案構(gòu)成此次博弈活動的備選策略或策略集合[7]。3. 分析優(yōu)劣:博弈方從積累的方案中檢索出可用策略,依據(jù)博弈規(guī)則,通過制訂博弈次序和優(yōu)劣程度,實現(xiàn)不同策略選擇,以博取最大化利益。4. 實施結(jié)果:依據(jù)選擇策略的契合度會產(chǎn)生不同的效用,效用會通過不同形式進行展現(xiàn),體現(xiàn)博弈收益。

三、博弈思維視角下兒童棋類衍生數(shù)字玩具設(shè)計策略

結(jié)合棋類玩法,將行棋策略與博弈思維過程中“擬合方案—分析優(yōu)劣”進行構(gòu)建和推演,能夠改善游戲本身局限,提升可玩性和復玩性。這一過程的融入也能幫助兒童從潛移默化中掌握博弈概念和應(yīng)用方法,形成隱性學習。所以開發(fā)一款結(jié)合博弈思維的數(shù)字玩具對學齡兒童了解博弈概念和進行基礎(chǔ)應(yīng)用是有積極意義的。這種數(shù)字玩具兼具了知識性與趣味性,適應(yīng)學齡兒童的心理特點,能更有效促進兒童的思維發(fā)展。依據(jù)博弈思維的形成特點,需要對實施階段、學習核心和體驗方式進行探討。最終,我們結(jié)合兒童思維發(fā)展特點、博弈階段概念和玩具體驗方式,提出了一套系統(tǒng)化的設(shè)計策略,推動博弈思維視角下兒童益智類數(shù)字玩具的優(yōu)化創(chuàng)新,見圖1。

(一)階段處理,遵循學齡兒童思維發(fā)展歷程

兒童博弈概念認知有特定的規(guī)律,需要特定的環(huán)境和實物支持,并且對于復雜問題還需求助家長和教師進行解答,專業(yè)性的名詞更是要特定學習才能掌握[8]。研究發(fā)現(xiàn)學齡兒童在進行日?;顒訒r基礎(chǔ)的博弈概念已初步形成,缺少的是對信息組合關(guān)系、優(yōu)劣判別方法的認知。

專業(yè)化的教學固然能夠形成知識的掌握,但對于兒童娛樂和興趣的培養(yǎng)存在缺失。通過玩具進行引導能夠解決乏味的問題,但在設(shè)計過程中遵循兒童思維認知規(guī)律是基礎(chǔ)。7~8 歲兒童以具象思維為主,通過事物表象進行認知;9~10 歲兒童開始向抽象思維過渡,能夠?qū)κ挛锏恼J知和處理更加全面;11~12 歲兒童初步掌握邏輯思維,能夠進行簡易判斷和推理把握問題本質(zhì)。把控好基礎(chǔ)需要對推理信息進行適度調(diào)整和階段化處理。博弈思維過程將推理信息進行階段分割,以策略形式循序漸進進行提供,從策略意義、策略組成轉(zhuǎn)移到策略執(zhí)行,并通過外觀、輔助信息和智能交互將各環(huán)節(jié)的信息要素進行串聯(lián),從感官層面促進兒童的認知;同時保證兒童獨立思考的能力。我們在進行階段分割時將五子棋的使用階段和博弈過程進行匹配,從最初的目標和執(zhí)行方式認知,引導向棋子間方案的構(gòu)成和優(yōu)劣情景的判別,最后確保執(zhí)行階段的顯示,讓兒童在現(xiàn)有認知的基礎(chǔ)上自然地理解下一階段的內(nèi)容,從而實現(xiàn)從具象向抽象的認知,從淺層顯示到深層邏輯的遞推。

(二)核心驅(qū)動,貼合學齡兒童博弈思維過程

兒童對于思維這類抽象概念通常需要具象化的情景進行搭配幫助學習。運用現(xiàn)有并且兒童所熟知的博弈方式進行引入能夠降低學習成本和心理抗拒,傳統(tǒng)對弈游戲能夠很好地輔助學齡兒童展開博弈概念的認知,游戲本身既是具象情景,又是交互載體。為實現(xiàn)兒童對思維概念的認知和方法應(yīng)用,剝離游戲的執(zhí)行原則進行重構(gòu),貼合學齡兒童的思維特征和學習方式,然后構(gòu)筑具備思維形成過程的游戲規(guī)則并運用到設(shè)計實踐中。

五子棋的核心原則是通過二維空間上的“連接-阻擋”進行策略對弈,其中的博弈核心是對所落棋子與周邊棋子組合關(guān)系的認知和推演。為滿足認知目標,需要將組合間的關(guān)系與博弈思維過程中的“擬合方案”進行對應(yīng),然后構(gòu)建相關(guān)的規(guī)則和玩法。五子棋中包含的行棋策略能夠有效地闡述方案間的關(guān)系,通過棋子的空間位置和排布方式會產(chǎn)生眾多的圖形組合,將組合進行信息化和序列化,幫助兒童以編碼的方式去理解,能夠?qū)崿F(xiàn)通過具象信息對抽象思維過程的認知。在此過程中通過方位、顏色來形成組合特征,兒童根據(jù)排列組合的特性構(gòu)建方案,并通過預設(shè)編碼形成完整策略來貼合思維過程。設(shè)計實踐中多方位地拓寬傳統(tǒng)對弈游戲的玩法能給玩具帶來更多的變化和效果,也為博弈思維過程帶來更明確的體現(xiàn)形式。

(三)交互輔助,提升學齡兒童多感官體驗

兒童認知不同于成年人,需要有可觸的實際行為輔助理解,符合兒童感官接受的反饋效果就尤為重要[9]。在面對博弈過程這類復雜且抽象的認知活動時,反饋機制的完善是極其重要的,兒童根據(jù)自身經(jīng)驗會通過反饋判斷信息次序。

結(jié)合棋類游戲行棋特點中的空間關(guān)系,純視覺感官反饋可能存在混淆的問題,聽觸覺的加入一定程度上起到防錯的作用,同時能夠促進認知的效率。在設(shè)計過程中結(jié)合棋類游戲勢必產(chǎn)生大量策略信息,反饋機制就是確保這類信息能夠有效地被兒童所接納。以博弈思維介入及放大了最終的“實施結(jié)果”環(huán)節(jié),讓前期的信息處理體現(xiàn)具體價值,博弈及推理信息的產(chǎn)生也更具說服力。在競技狀態(tài)下,成果的產(chǎn)生變得有跡可循,利用設(shè)計手段強化結(jié)果反饋,讓兒童更自主地進行交互操作,以此獲得的信息由于主觀意識的融入,更易建立健全的認知體系。同時博弈結(jié)果受交互呈現(xiàn)影響會使收益和勝負表達更為明顯,讓博弈中僅作為勝負判斷依據(jù)的收益體現(xiàn)出更具體更形象的形式供兒童認知,減少了進行勝負抽象概念的反復解釋。交互體驗上給予光效、聲效和動效的引導,拓寬兒童從視覺、聽覺和觸覺的感官體驗,多種引導方式讓認知過程產(chǎn)生明顯差異,從而提升玩具的復玩可能性。

四、博弈思維視角下的井字棋衍生數(shù)智玩具設(shè)計實踐

基于博弈思維視角通過五子棋玩法衍生和arduino 元件進行配合開發(fā)了一款培養(yǎng)7-12 歲兒童認知博弈過程的數(shù)字玩具——Transpose,見圖2。其中的思考過程以博弈思維過程為主要骨架,目的是引導兒童了解博弈思維和形成正確的思維思考過程和方式。

(一)外觀設(shè)計

1. 色彩選?。何覀兛梢郧逦亓私獾?-12 歲兒童正處于具體運算階段,他們開始從簡單、鮮明的純色認知轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注顏色的色調(diào)、明暗和冷暖,并且能夠初步進行色彩聯(lián)想[10]。隨著年齡的增長,兒童受內(nèi)在心理和外在環(huán)境的影響,對色彩的偏好會發(fā)生不同程度的改變,顏色認知復雜化,并開始產(chǎn)生自我理解和喜好偏向。然而,我們不能忽視這一階段的兒童仍處于視覺發(fā)育的尾聲階段,所以在設(shè)計中引入中性偏亮的顏色對于他們有積極意義,這可以在游戲的過程中輔助兒童形成對色調(diào)、明暗的認知。

基于上述分析,并結(jié)合在博弈過程中需要有效分辨信息的要求,我們決定選擇色相偏向中性的橙紅和天藍作為玩具的主要顏色。這些顏色不僅在視覺上醒目,能夠引起兒童的注意;對于博弈又能起到很好的信息傳遞作用,幫助兒童在最初的目標認知階段快速融入情景,輔助搭建。其他部分采用不易干擾的白色填充,方便兒童在游戲過程中清晰識別場景顏色分布,從而實現(xiàn)策略布局,推動下個階段方案構(gòu)建的自然接續(xù)。

2. 造型結(jié)構(gòu)設(shè)計:為提供更方便兒童使用的操作方式,并強化五子棋連子概念的延續(xù),我們對玩具造型結(jié)構(gòu)進行了重新定義,將傳統(tǒng)棋子變成組合共生體,執(zhí)行模塊中包含兩個棋子,顏色顯示上同色和異色都會存在。棋盤采用等邊三角的造型,在等距位置放置圓形底座,方便行棋時進行定位,同時多塊棋盤可以通過插接結(jié)構(gòu)實現(xiàn)拼合,構(gòu)成多種變形棋盤,提升博弈多樣性。為貼合博弈過程變化,將部分執(zhí)行模塊的單邊棋子調(diào)整成翻轉(zhuǎn)部件,當滿足條件后進行翻轉(zhuǎn)調(diào)整區(qū)塊信息,讓兒童在行棋時需要進行兩重考量,提升方案構(gòu)建階段的趣味性和階段難度。執(zhí)行模塊采用對稱圓弧進行設(shè)計,在助力信息判別的前提下,方便兒童進行抓??;兩端棋子內(nèi)部為空心狀態(tài),后續(xù)需要放置交互元件。通過實體人機測試,我們將執(zhí)行模塊的尺寸設(shè)置為60×26×6 毫米,方便兒童使用。棋盤整體扁平,邊緣采用穿插的拼接結(jié)構(gòu),實現(xiàn)快捷組合和拆卸。

(二)輔助信息設(shè)計

基于博弈思維形式和五子棋玩法構(gòu)建的數(shù)字玩具對信息設(shè)計尤為重視,因為博弈過程的進行極其依賴信息呈現(xiàn)。學齡兒童在體驗過程中進行策略構(gòu)建主要根據(jù)場上的顯性信息進行排列與組合,過多的信息介入容易產(chǎn)生復雜變化,不利于兒童辨別。所以在輔助信息設(shè)計時會極其考慮可控性和簡易性。

針對兒童能夠自主地完成信息辨別和組合,我們通過方位、顏色的排序來進行構(gòu)建。根據(jù)五子棋連接原則的演化,同色相接確保了在拼搭時僅存在單一顯示,即執(zhí)行模塊須同色靠近。由于雙端都有棋子需要顧及,在擺放時會要求對多方位的行棋路徑進行判斷,并明晰顏色矩陣。該過程需要兒童通過顏色和方位的編碼進行排列與重新組合,然后尋找場域中存在的相同區(qū)塊進行對應(yīng),同時考慮周邊顏色布局和位置約束。由于涉及空間關(guān)系,棋盤通過圓形底座提供標識輔助位置辨別;周邊模塊顏色提供組合信息,讓兒童能夠根據(jù)“顏色—方位格點”的編碼形式進行排列,構(gòu)建執(zhí)行方案。為避免信息干擾,棋盤標識采用等距圓盤,防止距離給方位辨識帶去阻礙。

當顏色能夠相連時,模塊擺放的角度也會是博弈關(guān)鍵。在確保同色相連前提下,使另一端的異色棋子擺放在周圍棋子固定且無法同色相連的落點上成為另一判斷行為,各顏色的分布和異色棋子的放置構(gòu)成輔助信息幫助后續(xù)進程推進,該過程從原先的復合編碼變?yōu)閱雾椷x擇,看似復雜實則判斷簡單。但也需關(guān)注特殊模塊情況,這有可能成為雙方博弈突破的關(guān)鍵,特殊模塊中棋子的翻轉(zhuǎn)可能產(chǎn)生與原有信息相悖的結(jié)果,在正式執(zhí)行時關(guān)注并利用,構(gòu)建完整的可行性路徑是優(yōu)劣分析的進階,旨在從正反不同角度拓寬兒童對博弈的認知,見圖3。從整體而言,兒童通過對顏色數(shù)量和色塊位置的編碼組合展開對弈,過程中要考慮特殊模塊翻轉(zhuǎn)后造成的場域變化,但受規(guī)則限制模塊擺放僅需針對單一條件展開執(zhí)行,降低了信息識別難度,滿足了兒童思維提升的同時,又不會導致游戲意義的喪失。

(三)智能交互設(shè)計

在Transpose 數(shù)字玩具中主要分為兩種模塊,一種是包含兩個同色或異色棋子的執(zhí)行模塊,在游戲中充當常規(guī)棋子;另一種是特殊模塊,內(nèi)含通過Arduino 開發(fā)后進行集成的智能芯片,主要是讓玩具在娛樂過程中存在隨機性,給兒童帶去更多對弈樂趣。

特殊模塊內(nèi)部設(shè)置的編程信息和觸發(fā)方式導致不同的反饋產(chǎn)生,當靠近普通模塊后根據(jù)電子標簽的觸發(fā)情況執(zhí)行交互映射,同色相連時內(nèi)置LED 燈亮起提示策略收益,特殊模塊翻轉(zhuǎn)出現(xiàn)音效警示加深兒童對博弈場域變化的印象,搭建不合規(guī)時模塊震動從側(cè)面提醒博弈規(guī)則。多種交互方式的融入體現(xiàn)了游戲規(guī)程中的不同情形,以此體現(xiàn)博弈的多樣性和可變性。

翻轉(zhuǎn)模塊:模塊形狀同普通模塊,其中一側(cè)棋子可以進行翻轉(zhuǎn)換色,但切換后會通過聲音進行維持3 秒的提示;在重疊搭建時會有震動警示,見圖4。

標簽?zāi)K:模塊內(nèi)兩枚棋子包含LED 顯示屏,在放置后根據(jù)放置位置的電子標簽,顯示表情圖標,該模塊不會影響游戲進程,主要是為游戲進行增添趣味。

(四)具體呈現(xiàn)和基礎(chǔ)機制

兒童在明確勝利條件下進行對抗性模塊放置,特殊模塊混雜其中,放置規(guī)則根據(jù)五子棋中連接規(guī)則進行,通過先后順序進行棋子拼搭,當位置確認后可從多角度進行擺放,這是進行博弈的常規(guī)環(huán)節(jié)。根據(jù)周邊顏色辨別使用優(yōu)勢策略還是次優(yōu)策略是機制核心,當同色居多時,根據(jù)手上模塊占據(jù)同色最多的區(qū)域是為優(yōu)勢策略;周邊異色居多,分辨模塊兩端顏色,分別進行銜接是為次優(yōu)策略。任意方完成棋子連線(同行、列棋子顏色相同)時則進行積分計算,也可以進行特殊模塊翻轉(zhuǎn)完成回合任務(wù),增加博弈變化。所有棋子放置完成后對弈結(jié)束,根據(jù)積分高低判斷輸贏,見圖5。其中的特殊模塊會通過感應(yīng)電子標簽做出相應(yīng)反饋,加速或阻止游戲推進,給博弈過程制造翻盤機會。

基于博弈思維的形成過程構(gòu)建游戲環(huán)境,該環(huán)境具備明確的四部分,從明確目標到結(jié)果實施基本由兒童和設(shè)計玩具進行協(xié)作完成。兒童可以通過放置模塊進行目標實現(xiàn),實施過程通過信息轉(zhuǎn)載幫助兒童初步了解博弈步驟和思維基礎(chǔ)。

結(jié)論

兒童博弈思維培養(yǎng)日漸成為教育主流,但聯(lián)結(jié)兒童與思維培養(yǎng)的益智類玩具信息表達不明、使用步驟混亂的問題日益明顯,亟須進行解決和優(yōu)化創(chuàng)新。本研究介紹了一款以博弈思維過程為核心并結(jié)合棋類玩法所構(gòu)建的兒童數(shù)智玩具,用于輔助6-12 歲年齡范圍的兒童對博弈思維有初步認知以及掌握部分博弈思維形成過程,我們希望能為其他研究人員和教育實踐者提供如何用博弈思維來促進對復雜問題的解決,以及如何在此過程中輔助兒童了解相關(guān)信息的見解。

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