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玩就要玩得尽兴、在家也可以学很多:STEM益智玩具分享和选购攻略

习惯老哥 02-11 09:55 关注

创作立场声明:7000余字长文,涵盖内容比较多,建议先收藏,有空慢慢看!

前言:多年前在北京做光学工程师,当时参与了一个初创公司新上的一个研发项目。当时公司人才储备充足,一边是各大光机所找来的专业光学设计团队,对光路设计、半导体激光器、光学倍频等都很了解;一边是当时清华北大电子系毕业,并且有多年伺服电路开发经历的拔尖人才;还有从其他院校招聘来的机械设计师。按理说,项目应该进展很快,但整整一年才有了一些进展。后来公司没有,同事们都成了好友,大家聚在一起时也都会聊聊过去未来,都认为是各懂一行,缺少一个对整体项目各环节都熟悉的类似托尼·斯塔克(Tony Stark)这样的领导核心,才导致了项目的失败。现在想来,这个或许要归因于缺少跨学科融合教育和近年来叫得最响亮的STEM教育的原因。

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后来自己结婚生子,有了孩子,自然而然对着方面的关注比较多。而从教育改革来看,国家也越来越重视加快推进教育现代化,并明确把STEM教育列入了《中国教育现代化2035》方案中,更是提出了依托科技馆、STEM教育培训机构、博物馆等单位,开展STEM融合教育作为了重要内容。但从目前推进来看,对于全国不少地区STEM教育并不在正式的教学计划中,培训机构虽然有但也是良莠不齐、价格昂贵。许多家庭开展STEM教育实际上还是寓教于乐,购买一些智能玩具、积木模型之类的,此篇就给大家谈谈自己对STEM的认识,益智玩具分享和推荐、DIY玩具创意分享。

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关于STEM教育的认识

STEM是科学(Science),技术(Technology),工程(Engineering),数学(Mathematics)四门学科英文首字母的缩写,其中科学在于认识世界、解释自然界的客观规律;技术和工程则是在尊重自然规律的基础上改造世界、实现与自然界的和谐共处、解决社会发展过程中遇到的难题;数学则作为技术与工程学科的基础工具。

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按照STEM的概念,这个主要涉及科学、技术、工程、数学四门学科的融合教育,后来尽管有人提议说STEM不全面,应该把Art艺术也加进来,改成STEAM,但这个扩展并未被广泛接受。实际上STEM才是核心。当然科学Science不等同于某一专业,应该是包括了生物、物理、化学等理学知识,而技术也是泛指实验科学知识等等。所以从实际操作上来说,就是要把理论和实验结合起来,把思想创意和应用创新结合,培养孩子综合能力。比如荷兰动感雕塑艺术家泰奥扬森发明的“风力仿生兽”,实际上就是把力学、生物学、数学等综合应用的结果。

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泰奥扬森先后发明过30余款风力怪兽,每一款都能给人耳目一新之感。3.2吨的庞然机械怪兽,可以手牵着像遛马一样在沙滩上走动。

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比如下面这个仿生风力爬虫,身体每一个蠕动都能给人灵魂的触动:

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再比如下面这个阅兵式的仪仗队,就像是一排整齐的列兵:

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当然,这些精美的作品可不只是简单构想就能实现的,还有有大量的运动力学的结构计算,曲柄杆运动、三角形支撑等等,每一个尺寸都是精心计算而来,为了风力推动在材料选择、细节设计等等上面也是有很大讲究。

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另外一个给人印象深刻的创意设计是美国海军实验局ONR和Pliant Energy Systems共同开发的一款水陆两栖机器人——Velox。Velox仿生两栖生物最早是源于Pliant Energy Systems项目,想利用这个带波浪鱼鳍结构的装置来收集潮汐能,用于发电等等。

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后来反其道而行,却开发成了水陆两用的机器人,而且这个独特的设计还有可能成为新的侦查、探秘等的利器。

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Velox不仅可以在水中像鱼一样游动,还能在雪地上冰面上沙滩等上面自由行走。

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而动力就来自两侧的波浪形仿生鱼鳍结构:

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再比如,目前被认为是美国硅谷继Apple公司的乔布斯之后又一实力创新企业家马斯克。马斯克完全是现实版的钢铁侠,他比乔布斯还厉害,缔造了五个硅谷传奇式企业——Zip2、PayPal、SpaceX太空探索技术公司、特斯拉电动汽车公司,以及SolarCity太阳能发电公司。

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现在,马斯克不仅拥有目前最成功的特斯拉电动汽车品牌,而且还有SpaceX太空技术公司。当然最出名的应该是“猎鹰9”号运载火箭,其不仅顺利完成了第17次国际空间站补给任务,而且还自带拿手绝技,其一级火箭可以垂直回收。这让不少号称天空大国的国牌军都自愧不如。

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这也极大地降低了火箭发射成本,提高了一级火箭的回收利用率。照此下去,估计未来都有可能代替美国此前因巨额成本叫停的航天飞机项目,成为未来向外太空运输旅客的载客工具,因为马斯克称豪言“要在火星上退休”。

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所以现在我们借鉴国外STEM教育,开始注重多学科启蒙教育,说到底就是要为未来培养硬核的技术创新型人才。

STEM教育玩具分享与推荐

目前市面上,打着STEM教育开发的玩具不算太多,但也不少;培训机构也有一些。个人就结合自己的一些了解分享一下:

1、简单拼插类积木

对于这类积木不少人会钻牛角尖,动不动就关心质量、公差、设计等问题,实际上从让孩子玩的角度说,你给买10块钱和100块钱设计设计的玩具,带给孩子的收获可能都一样,而且这种玩具一般都是组装一次,孩子就会拆了玩零件,所以你别自己沉迷于各种拼装模型,买回来拼好放柜子里陈列。而是要给孩子足够的空间,让他自己动手。我家儿子3岁多开始玩,有乐高、启蒙、小米等等品牌。

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由于家里隔三差五买新积木玩具,带着孩子一起拼。3周岁还没上幼儿园,一个字不认识的时候,已经会自己读图拼简单的车模了。

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后来把附近一个好又多超市的类似玩具几乎全买回了家。好在价格便宜一个就是10多块钱,买20个也没有一盒乐高贵。

有这些基础,后来长大一点,基本上以前玩过以后拆散的零件,现在都能自己按照自己的想法组装拼出不同的模样。比如各式各样的警车:

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自己组装直升飞机:

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我以前也尝试带着孩子玩变形金刚玩具,擎天柱、大黄蜂等等,后来发现对于培养孩子的思维来说,那些玩具太陈式化了,不是为了收藏,只是为了孩子玩的话真还没有积木好玩。

2、DFRobot 益智教育玩具

DFRobot 是国内起步比较早,并且专门做STEM教育和相关产品的一个品牌。这个教育机构在一线城市培训搞得还蛮好的。

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比如,我玩过的他家的创意产品瓢虫机器人,这款产品基本的逻辑就是一个闭环反馈:触摸——瓢虫感觉到震动——电机启动无目的地乱跑(延时)——停止。

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比较特色的是:其采用了放生腿设计,比普通的电动遥控车等等,更容易激发孩子的兴趣。

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并且这个玩具是支撑遥控的,家里如果有宠物,还可以让孩子拿着它逗猫逗狗。

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不过用现在的眼光来看,如果你想给孩子STEM早期启蒙教育,个人还是推荐DFRobot BOSON造物粒子套装。因为这套玩具对于培养孩子对运动、控制、反馈等基本的逻辑和对事物的认识很有帮助。其包括声音传感器、运动传感器、LED灯、电扇、旋钮、金属舵机、七色彩灯带等等。

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并且,从家长的角度带着孩子最开始接触STEM教育,其实也是自己学简单编程的过程,这款产品支持图形化(Scratch,MakeCode)编程/代码编程(Python,JavaScript),相对来说也容易上手。

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可以带着孩子做一个旋钮控制的变速风扇、呼吸灯、音乐盒、电动门等等,把日常生活中见的家电,通过搭积木、编程的方式简单实现,让孩子能有更清晰的原理认识。

当然,对于8~12岁的儿童,有一定基础也可以晋级玩他家的中级教育套装。更直观的电路结构展示和更强大的编程应用功能,可以为自己DIY其他产品提供成套的电量解决方案。

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3、makeblock益智玩具

makeblock这个品牌在国内STEM教育产品品牌中是产品系列最丰富的一个,也是目前全球化推广较好的一个国产品牌,他家产品比较偏向于编程思维培训。

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我家有makeblock程小奔机器人套装,这个产品就是一个主机和一个完全产品化的控制板,孩子看不到内部结构,也了解不到其每个部件。但本身的传感器比较强大:机身采用履带设计,左右舵机支持独立差速控制。

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机身上还有能识别色彩、识别声音、识别倾斜度,等传感器,下面是色彩感知传感器:

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并且主机上带有显示屏,可以点阵显示表情包:

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还支持平板电脑蓝牙控制:

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当然,这个产品主要是用来学习编程的。其有自己的慧编程中文图形化编程界面,也可用python编程语言直接编程。

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这套玩具尽管我买有2年了,但感觉现在孩子玩还有点不适合,估计等到小学三年级开始学习差不多,因为那时候他认识的字足够多了,至少能解决中文编程的阅读障碍。

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下面是 我以前发过的评测分享文:

并且从长远来看,makeblock产品更适合作为主力编程机器人使用,其开源代码的优势,以及多达近百件的产品及配件可选,也让玩法更为自由。

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不如其推出的可三合一变形的Makeblock airblock模块化可编程无人机 ,可以无障碍穿越并能搭配机械臂等使用的Makeblock mbot Ranger游侠智能玩具等等,都是相对来说与目前无人机驾驶、自动电动汽车等多少有点关联的产品,适合给孩子启蒙相关知识。

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4、小盖茨机器人教育产品

L GATES小盖茨机器人这个以前一个测评网站送的。目前来看,这个产品应该是不对外销售产品的,主要是线下的课程购买。但他家的机器人是我家8岁的儿子目前玩的最多的。

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他家的产品产品是完全的理工科研的设计思路,面包电路基板、各种拐角铁、螺丝、六棱螺杆等等,每一个玩具都需要用改锥来拼装。

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当然拼装是有教程的,共有8节课。我家孩子目前自己拼装连线任何一款机器人都没问题,而且自己能在电脑上早到对应的程序刷机。

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并且从玩法来说,其由于有红黑光线传感器、开关电源、双步进电机等等,实际上能做的玩具也比较多。

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并且这种裸板电路,孩子不会觉得枯燥,反而会更耐心地反复问你什么元器件、什么开关之类的。比较适合家长是理工科的家庭自己教学:

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当然也可以自由编程,不过对没有中文可视化图形,只有英文可视化图,所以难度不小:

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5、小米积木

小米积木实际上是学习和借鉴乐高积木机械组设计的,整体做工不错,关键是价格比较便宜,这点是其适合作为孩子玩具的基础。因为孩子玩积木最终都是要拆成一堆零件的,我先后上手过他家的仿生机械鸟、吊车、四驱越野车等等产品。我的整体感觉是比较培养孩子的动手能力:

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当然其中最满意的一款,我还是推荐四驱越野车,这款产品带伺服电机模块、可以通过手机APP控制。

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并且其汽车原理还原比较灵魂,汽车的传动装置、差速器、悬挂避震等都做得不错,有模有样。

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舵机共三个、前后各一个和中间还有一个传动舵机。

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不过比较鸡肋的是,目前这款机器人貌似不支持编程,这可能是因为其主模块只是用来控制电机和与手机蓝牙通讯,而不具备传感器反馈接收等功能。

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所以从长远STEM教育来看,这种产品实际上是作为大人的高级玩具,顶多就是满足模型玩家的收藏癖和积木控,如果要朝着STEM方向发展,那这些不应该是主力。但作为玩具本身,无可口非,也是极好的娱乐玩具!!!

见此前晒单:

6、乐高 education系列

所以从STEM教育的角度来讲,我不推荐常见的LEGO玩具系列,如果你有钱,舍得投入,更推荐你给孩子玩education系列。比如买乐高教育STEAM基础教程。

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积木买乐高45024 STEAM百变探索乐园套装:


再大一点的孩子,可以选购乐高(LEGO)Education 科学与技术套装 9686。这款产品主要是培养孩子的动力机械的基础,而且还能兼容乐高机械组积木,可以自由发挥创意。

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进一步晋级,就是学习编程、控制、拼装等等的综合能力,这时候就玩LEGO Mindstorms头脑风暴系列(可编程)就好。

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这个系列在水平上相当于Makeblock airblock模块化可编程无人机,但实际上更锻炼综合能力:

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Mindstorms EV3作为是LEGO公司开发的第三代头脑风暴机器人,其最大特点是无需使用计算机就能进行编程,类似于现在的精密机床的编程语言,用户可以使用它来对编辑各种指令,比如可以编辑用来自动恢复2*2阶魔方的机器人。

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DIY玩具创意分享

有人可能会说,我不想再这个上面过多投入怎么办?其实只要心细,脑洞够大,不就是上一堂STEM的启蒙课程吗?自己在网上看视频、跟着动手做也能玩。我写过一个系列文,坚持的不是很好,但也有一些动手的小实验给大家分享:

1、动手做一个微距镜头

用手电筒前的平凸镜+手机,做一个超级微距镜头:

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只要把凹凸镜的平面贴在手机主镜头上尝试变焦即可。下面是拍摄的百元钞票的背部100元的印刷纹理:

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下面是拍摄的菜花的特写:

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这样的玩法顺便给孩子讲讲放大镜的原理是非常好的,寓教于乐的目的就达到了!

2、用激光笔给孩子做一个超高倍显微镜

材料也很简单一个普通激光笔、一个一次性注射器,一个空奶粉盒。

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把激光笔架起来,直接近距离照射悬挂的注射器前端的水滴即可看清出水滴中的微生物。实际上这个原理有点类似索尼激光微型投影仪的原理。

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下面是看到的图像:

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这样的做法不要嗤之以鼻,要知道因发现石墨烯获2010年诺贝尔物理学奖的英国曼彻斯特大学的Andre Geim(海姆)和Konstantin Novoselov(诺沃肖洛夫),采用的方法也很简单,就是用胶带不断地粘合,使得石墨分子越来越稀薄,最后分离出来了石墨烯材料。

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见原文:

3、三步做出瓶中“龙卷风”

还有一些比较冷门的DIY的文章,主要是围绕空气动力学来做的。比如三步做出瓶中“龙卷风”,模仿空气冷热对流形成的烟囱效应:

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见原文:


4、永远悬浮的气球

比如:做一个永远悬浮的气球,这个气球会在空气净化器吹出的风口上方被囚禁,并随着净化器挪动而跟着飘:

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这样的动手小实验,看似简单,实际上其乐无穷,可以给孩子讲很多现代物理的知识,极大地拓展知识面。

当然,做这些可不是百无聊赖在瞎玩,而是确实是为了培养孩子动脑筋和提高动手能力的。因为我本人也是一个比较善于思考、观察和动手的人。在生活中也是各种家庭生活的疑难杂症都治。比如解决马桶虹吸无力的帖子,可以说是目前全网关于这一问题解决得最彻底的一个帖子:

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两年前的旧帖子,在2020年除夕夜还收到一名值友的评论,说自己马桶堵了 ,物业1小时搞不定,准备换马桶,结果看了我的帖子,自己搞定了!!!

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所以很多时候教孩子,STEM启蒙教育,不是让孩子看到一个更为复杂的问题,去用复杂化的成人思维解决,而是要想办法把问题简单化,从基本原理出发,解决它。这才是STEM的核心。

而且也更是STEM教育中,数学启蒙需要注意的。就像 曼德勃罗集、斐波那契数、科克三角形一样,实际上都是用最简单的办法解决了最复杂的图形解释。

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以后我可能会专门写一个帖子,介绍一些数学物理思想,主要是设计数学启蒙教育的。此篇就此结束!

尾言

我是习惯老哥,欢迎大家添加关注!


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全部评论 (29)
冬熊夏咕
3
02-12 11:19

明明是爸爸想玩

NoNeed
2
02-14 18:24

自己以前把家里所有电器拆过一遍,然后我还是我。。。[无语]

习惯老哥
2
02-12 12:19
冬熊夏咕: 明明是爸爸想玩 1

很多玩具其实是为大人做的,比如万代,乐高,变形金刚等等

San_JOE
2
02-11 21:27

请问对编程一窍不通的老爸要买什么给三岁孩子玩,买来我也不会玩啊没法教

cctv凝
2
02-11 10:10

说来惭愧,这几天一直打使命召唤10

wlbol
1
02-14 12:33

作为一个运维人员,对宝宝盯着屏幕有种莫名恐惧感。情愿让我家宝宝盯着我的仪表和工具。

兔牙先生
1
02-11 09:57

有趣,很多玩具大人也玩得乐此不疲

Tony-ZZ
0
02-26 00:27

对于一个害怕虫子的人来说,仿生腿真是太tm恶心了[黑线]

GadZad
0
02-23 07:49

楼主 mixly了解一下 你的这些硬件 全部都可以用它编程

marathoner
0
02-23 03:41
蔚蓝海岸1102: 孩子没兴趣怎么办? 1

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