李欣怡 陈于书

摘要：人工智能时代背景下，基础教育阶段的教学环境成为人工智能及机器人课程实施的关键因素，面向机器人教育的家具等基础设施市场正在形成，但相关研究还未形成完整的体系，涉及的学校家具产品有待进一步规范和改进。文章在分析中小学机器人教育特点、相关家具设计需求的基础上，对6个具有一定影响力的学校家具品牌共80款面向机器人教育的学校家具进行统计调研，总结目前市面上相关学校家具的设计特点，并提出设计建议，旨在为面向中小学机器人教育的学校家具的创新设计提供灵感。

关键词：学校家具;中小学机器人教育;家具设计

中图分类号：TS664 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2021）22-0-03

近年来，随着国家基础教育新课程改革的深入实施，创客、STEAM教育在国内快速普及与发展，中小学越来越重视创新教育对学生综合能力提升的作用，不断强调机器智能在教育领域的应用[1]。中小学生在校内外参与机器人教育、参加少儿编程类培训方兴未艾，促使机器人教育培训市场逐渐扩张并带动相关基础设施产业的发展。目前，我国中小学机器人教育相关研究主要集中在教育学领域，对于教学空间基础设施的构建，特别是家具设计的研究较少，针对机器人教育的学校家具尚未形成完整的设计系统。文章以机器人教室为使用环境，通过调研相关家具的设计现状，分析产品特征，提出设计建议，以期为相关学校家具设计提供创新灵感。

1 中小学机器人教育概况

机器人教育常指利用教育机器人优化教学效果或学习机器人的基本知识及技能的教育。目前在中小学开展的机器人教育主要是以机器人为教学对象，以与机器人结构设计、硬件组装、程序调试有关的知识和技能为教学内容，以培养学生动手、创新、协作和逻辑思维能力为目的，以人工智能技术为核心的教与学的活动。相关课程以任务项目驱动，培养学生对人工智能的兴趣、制作智能机器人的创新实践能力，帮助学生掌握機器人的基本知识与操作技能[2]。

2 中小学机器人教育特点及家具使用需求

2.1 中小学机器人的教育特点

第一，课程形式与教学模式。机器人教育的开展形式包括专业课程、实训课程与培训课程。专业课程主要有电子趣味制作、可视化少儿编程等，旨在让学生系统地学习和掌握机器人教育的专业理论知识和操作技能;实训课程主要通过开展与机器人教育相关的教学技能和教学资源设计实训项目，提升学生的实务能力;培训课程包括考证辅导等，常依托相关比赛进行教学实践[3]。中小学机器人教育的教学模式以项目式学习为核心[4]，以教师为主导，以学生为主体，依托社团课、综合实践课等，配合实验模拟、趣味交互、科学探究和发明创造教学四类教学模式[5]，注重互动性，强调在实践中学习。

第二，教学空间现状及特点。现阶段，我国中小学机器人教学空间以专用的机器人教室和综合创客教室为主。根据目前中小学机器人课程的相关教学与活动情况，可将相关教学空间按功能划分为六个部分。一是教学区，为师生互动教学区域，部分空间在该区域配有电脑操作台，便于开展编程实操，常配备课桌、电脑桌、课椅、讲台等。二是竞赛区，配有巡线、关卡等比赛实训图纸，提供比赛场地，支持各类赛台安装，常用于机器人测试、比赛，常配备竞技台、工具柜、课桌、课椅、学生凳等。三是操作区，主要用于开展相关套件拼装、机器人编程等操作，该区域常与教学区合并，常配备搭建台、电脑桌、竞技台、工具柜、工具架、课椅、学生凳等。四是展示区，用于综合展示各类机器人产品，包括学生作品、获奖成果、主流机器人教具及介绍资料，旨在激发学生学习积极性，常配备展示柜、收纳柜等。五是工具区，负责机器人教具和相关制作工具的储存与管理，常配备零件柜、工具墙、工具柜等。六是研讨区，为师生提供自由讨论、头脑风暴等活动空间，多配有沙发、茶几等。

2.2 面向机器人教育的学校家具的使用需求

由于起步时间较晚，我国现阶段的中小学机器人教学缺乏对应的课程标准，这直接导致相关课程体系的统一设计无从谈起。相比其他课程而言，机器人课程对设备具有较强的依赖性。随着教育机器人市场的迅速发展，各式各样的机器人教育产品层出不穷，不同学校的相关资源配置逐渐多样，进而导致家具产品的设计需求无法完全统一。因此，增强家具的功能性、普适性尤为重要，在设计家具时应遵循发展性和经济性相结合的原则。

不同年龄段学生的特征与发育情况不同，面向机器人教育的学校家具设计，要综合考虑学生的生理特征、心理特征以及行为特征，结合学科属性，为学生提供“生生互动”“师生互动”的条件。设计时要注意家具与教学功能区域的结合，要增强家具的互动性，以便学生操作、教师管理，使用安全、适宜教学。

3 面向中小学机器人教育的学校家具调研与分析

走访教育装备展、办公家具展等相关展会，结合线上线下的调研方式，收集爱德成蹊、诗敏、建晟等6个国内学校家具品牌，对80个与机器人教育有关的学校家具样本进行分析，了解中小学相关专用教室家具的设计现状与产品特点，并提出设计建议。

3.1 功能分析

作为学生学习中最重要的辅助用具，学校家具应当满足学生在操作、展示等情景中的使用需求。现阶段，市场上同类型相关产品的相似度较高，产品的基本功能形式可分为以下三类。

第一，椅凳类。主要包括有靠背椅和无靠背凳两种形式，椅一般用于学生听课学习场景，凳更为灵活，利于互动，常用于小组的搭建操作、计算机编程等场景。

第二，桌台类。主要包括课桌、竞技台、讲台、电脑桌、操作台，这类家具最能体现教室功能需求的多样性。样本中28款课桌根据功能设置形式特点可分为固定式、半固定式和移动式，其中具有一定灵活性和稳定性的半固定式课桌占总数的56%。这是因为便于小组合作的空间布局是机器人教室的主要布局形式，所以目前市场上适合这种布局的半固定式课桌产品数量较多。这类产品桌面形状丰富，一般设置“成组”人数为2～8人。竞技台用于机器人测试与竞技，桌面四周多设有围栏以创造操作条件并防止材料掉落。电脑桌用于放置电脑，便于进行相关编程操作。操作台用于机器人的搭建与测试，部分带有储物功能，台面多为四边形，常使用耐久性较强的防刮材质。

第三，柜架类。主要包括工具柜、工具架、吊柜以及组合工具墙。工具柜用于放置常用的拼装零件，部分产品带有滚轮以便在不同功能区域使用。工具架用于放置常用工具和拼装零件等，多采用方块孔板和百叶挂板的模块化设计，带有滚轮，具有一定的灵活性。吊柜多设置在展示区和操作区，用于展示机器人产品和学生作品等。组合工具墙常与收纳柜配套设置在工具区，用于悬挂存放相关操作工具。

专用教室的家具设计不同于普通教室，在设计前必须对课程特点及师生行为模式有充分的了解，后续才能对相关产品进行功能定位[6]。由于在设计前期缺乏对学生机器人搭建活动的行为需求的分析，现有的大部分桌台类产品都缺乏零件的收纳功能，进而导致学生使用和教师管理不便。随着人工智能行业的快速发展，市场对机器人教育的学习工具的种类以及学习用品的需求迅速增加，这要求相关家具的功能更加全面和多样。同一类型的家具产品会在不同的场景中使用，因此如何针对机器人教学模式的特点，设计出满足不同功能需求、适配于多种功能区的家具产品为未来开发的重点。

3.2 材质分析

根据调研，样本中不同形式的机器人教室家具主要采用的是木质材料、金属材料和塑料类复合材料。从总体上看，椅凳类家具以塑钢材料为主，塑钢材料耐水、耐老化，相比以钢木材料为主的传统学校家具而言，色彩、造型也更为丰富。柜架类家具主要由木质材料构成，木质材料耐用、天然美观、性价比高且相对环保。而桌台类家具主要为钢木结构，其中搭建台等桌台考虑到使用场景，表面常采用抗倍特板等耐用、耐划材料。

在选择机器人教室家具的材料时，应主要考虑家具功能、艺术效果与安全环保三个方面[7]。学生的体质和抵抗力较弱，对材料中的有害物质更为敏感，因此为保障家具的安全性，在设计学校家具时应尽量使用天然无害的环保材料。材料的选用还要考虑到家具所具备的功能，应根据用途，考虑专用教室家具部件的强度问题和使用寿命等选择合适的材料。机器人教室家具的材料除了要满足家具的使用功能外，还要有一定的艺术效果，以契合相关学科教室的整体基调，营造更舒适的学习环境。

3.3 尺寸分析

尺寸符合人体工程学是学校家具设计最基本也是最关键的需求，学校家具的尺寸设计主要以《学校课桌椅功能尺寸及技术要求》等相关的国家标准为依据。目前，面向机器人教育的相关学校家具尺寸形制单一，在设计时没有完全考虑到学生在机器人操作学习中包括站姿和坐姿在内的身体尺寸情况。而中小学生处于生长发育期，他们的体重、身高会随着年龄的增长而出现变化，而在后天因素的影响下，学生的体重、身高等生理发育情况也存在明显的差异[8]，较大的差异跨度体现在对产品的需求上，所以相关家具的可成长性要求较高[9]。在进行相关学校家具的设计时，可考虑采用可以调节高度的功能结构，以满足不同学生的使用需求[10]。

3.4 色彩分析

根据调研，机器人教室的家具以原木色、蓝色、白色为主，色彩饱和度较高。其中，蓝色是应用较为广泛的颜色，蓝色被誉为最具生产力的颜色，容易让人联想到海洋与星河[11]，用于机器人教学空间中更能营造出科技氛围感。机器人教室中的柜架类家具多选用原木色，常配以色彩鲜明的收纳盒等以提升整体视觉感受。椅凳与桌台类家具的色彩更为丰富，桌台类家具通常在台面进行色彩的设计，因白色耐久性弱，在光线强烈时会影响学生的听课效果，容易造成视觉疲劳，所以台面部位较少选用白色。

在进行机器人教室家具色彩设计时，主要考虑学生的主观因素、家具功能与教室环境三个方面[12]。在设计时要注意避免色彩导致学生注意力涣散等问题，尽量避免在相关家具中使用高饱和度色彩。机器人教室家具的色彩设计应与其相关教学功能相适应，色彩的视觉表现效果需要与室内整体环境协调与统一。通过局部对比、协调等手法将色彩与功能设计相结合，从而打造统一且富有特色的机器人教学空间[13]，激发学生的学习兴趣。

4 结语

通过调研国内市场上面向基础教育阶段机器人教育的学校家具，了解到当前相关产品同质化严重，大多没有形成系列产品。在功能方面，桌台类产品是目前具有开发潜力的品类之一，许多品牌针对机器人教育的教学需求，不断创新设计操作台、竞技台的功能及样式。在材料上，家具多为钢木制，考虑到机器人教育项目式的教学特色，强调实践操作的特性，桌台表面常采用耐用、耐划材料。在尺寸方面，目前产品设计没有完全考虑到学生身体尺寸的差异，对学生在操作和学习中的形态特征缺乏系统考量。在色彩上，为配合学科属性与营造教学空间整体氛围，相关家具以蓝、白和原木色为主。随着人工智能行业的飞速发展，市场对于机器人教育的基础设施建设需求也在迅速增加，如何使家具产品在有限的教学空间得到最大限度的利用，仍为今后设计研发的重点。

参考文献：

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[3] 杨伟杰. K-12机器人教育实训室的设计与实现[J].中国教育信息化，2020（17）：46-50.

[4] 钟柏昌，张禄.我国中小学机器人教育的现状调查与分析[J].中国电化教育，2015（7）：101-107.

[5] 钟柏昌.中小学机器人教育的核心理论研究：机器人教学模式的新分类[J].电化教育研究，2016，37（12）：87-92.

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[10] 叶雨静，徐伟，詹先旭，等.基于人体工程学的学龄儿童学习桌设计分析与评价[J].家具与室内装饰，2018（7）：75-77.

[11] 潘萍，陈于书.不同性别款式儿童床色彩与图案设计研究[J].家具，2019，40（5）：85-89.

[12] 孙萌，刘洪海，吕丰.高校智慧教室空间设计探究[J].家具，2021，42（3）：63-67.

[13] 潘霞，苗艳凤.智慧教室环境下设计专业专用课桌椅的设计[J].家具，2020，41（3）：32-36.

作者简介：李欣怡（1997—），女，贵州贵阳人，硕士在读，研究方向：家具设计与理论。

陈于书（1972—），女，浙江诸暨人，博士，教授，研究方向：家具设计与理论。

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