数感积木-培养儿童数感素养与数学启蒙的新玩具正式上市

  数感积木是一种新概念数感启蒙文化用具，通常为一种数形积木插接玩具。其原理在于结合认知科学近年来的研究成果，利用数形数字、内外部立体数量表征物、积木插接柱和插接槽、发声小球、运算关等数量视感、触感、声感、肢体运动、思维感知等多元数感因子启发儿童深度认知数字形状、数与量关系、数字运算规则，以不同感子元素促进大脑不同感知区域的神经元在学习过程中的交互作用，提升儿童数学理解与记忆效果，培养儿童数感能力。

  数感积木（英文翻译为：Number sense blocks）是一种用于培养儿童数感素养与数感能力的数学启蒙玩具积木，主要用途是儿童数感培养与数学启蒙。1954年，Tobias Dantzig首次提出数感的概念，并且将数感看作是对细小的数量变化的一种直觉感受。持主流的“数感态度意识说”的学者认为，数感是一种主动地、自觉地或自动化地理解数和运用数的态度与意识；数感是对数字关系和数字模式的意识，以及运用这种意识灵活地解决数字问题的能力，学生具有“数感”的典型特征就是他们能够对其所面对的数字模式、数字关系和计算过程进行归纳，并能够把新知识和已有知识联系起来

  在当今教育界，数感教育已经成为极被重视的一个话题。数感作为《义务教育阶段数学课程标准（2011年版）》10个基本素养之一，在2001年的《全日制义务教育数学课程标准（实验稿）》中第一次提出，当即引起了广泛的关注和激烈的讨论。

  “积木”一词最早可追溯到17世纪，通常是立方的木头或塑料固体玩具，一般在每一表面装饰着字母或图画，容许进行不同的排列或进行建筑活动积木有各种样式，可开发儿童智力，可拼成房子，各种动物等。当前社会，由于乐高等拼插类积木在市场上的广泛普及，带有凸起和插槽的塑料积木已经称为人们心中“积木”这一概念的主流印象。

  工作原理

  数感积木的理论基础：生物体的多感觉整合功能是指神经系统将多种感觉通道视、听、触觉等接收到的信息整合起来,各感觉通道之间互相影响,最终形成对于事物的认知。这种整合机制有利于从纷繁复杂、充满噪声的环境中提取到微弱的信号。

  具身认知理论认为认知是具体的个体在实时(real time)的环境中产生的，储存在记忆里的认知信息并非抽象的符号，而是具体、生动的，同身体的特殊感觉通道相联系。当个体在语言和思维中使用这些储存的信息时，个体仍然在身体的同一感觉通道模拟该事件，这一点也得到实验的证实。不断深入的感知研究对“我们是如何感知世界”这一问题的回答越来越倾向于“多感知的”。我们对世界的感知体验总是要运用各种感官，是多模态的，整体的，综合的。不同感知形式具有各自的特性，却又是紧密关联的，频繁交互的。动物和人类对多感觉联合刺激的反应会大于单一感觉模块效应的叠加。在学习中同时动脑、动手、动眼、动笔等多感官协同学习模式能高效地提高学生记忆力并能满足不同智力倾向的学生对学习方式的不同需求，使每个学生所擅长的智力都充分运用到学习之中，收到最佳的教学效果。

  如果让儿童只是去接触简单的数字符号，那么儿童对数字的感知和理解将仅仅停留在数字的形状层面，显然这只是一种符号和形状的单一简单视觉记忆，如果儿童的这些形状和符号记忆没有与数量及数量的变换关系进行充分的关联，这必然不能达到对儿童数字教育的目的。现代脑科学表明，从生物学和细胞分子层面出发，学习这一过程的本质是在感子作用下大脑神经元突触之间相互连接与交互作用的的一种生物化学过程。当外界的“客观事物”或“思想活动”将一些不同“感子”同时出现时，这些“感子”所对应的“神经细胞”也同时“活跃”起来，而这些“活跃”起来的“神经细胞”就会通过各种渠道努力的“连接”在一起。刺激的持续作用可使神经元的突触发生变化。例如,神经元的轴突末梢增大,树突增多、变长,突触间隙变窄,突触内的生化变化使相邻的神经元更易于相互影响等。

  神经元的多感子刺激与交互作用是一种更加丰富的信息吸收过程，会使一件事物在大脑神经活动之后留下更加持久深刻的痕迹。儿童如果要从外界有效地吸收信息，首先应当激发儿童的注意力。选择性注意(Selective Attention)作为认知神经科学一个重要的研究方向，它旨在回答大脑是如何选择性地注意来自外界感知觉信息以及以何种机制对这些信息进行存储、加工的问题。选择性注意是连接人类感知觉和记忆两个认知过程的关键环节，个体的一系列认知活动首先起始于大脑选择性地对外界复杂刺激信息进行有限的加工。

  从脑科学的赫布理论、加涅的信息加工学习理论两个具有广泛应用价值的学习理论出发，科学学习众多要素中首要的三要素分别是：将问题限制在学习者的注意力范围内；符合最近发展区规律；保持积极愉快的心情。因此，就数感积木的学习效果而言，数感积木丰富有趣的玩法、不同的颜色、直观的结构、可爱的图案、动态的变化、碰撞的声音等众多要素，具备了让儿童的注意力限定在数字与数量关系的功能，也符合儿童认知及心理发展的规律特点，同时玩具的趣味性也可以让儿童保持愉悦的心情，避免了枯燥学习和强迫学习。因此，数感积木是符合脑科学及认知理论的一种科学的数学益智玩具。

  数感积木的特点

  数感积木利用视感（数字形状、内部数量表征物、外部数量表征物、内部数量表征物的运动及外部数量表征物的相对运动带来的动态视觉等视觉感知元素）、触感（数字触摸、数字多方式拼接组合、旋转）、声感（如0-10十个数字内不同数量的小球发出声音的区别）、思维感知（数量多少的变化、加减运算的动态理解与分析、立方体上的卡通造型如猫吃鱼的生物链逻辑）、肢体运动（操作内部数量表征物与外部数量表征物的运动，积木之间的组合插接）等多种感知因子吸引儿童对数感积木的注意和兴趣，进而对大脑进行多元信息输入，制造各信息感知元素与数字或数量的强关联性，以一种可被儿童乐于接受的方式让儿童接触数感积木并在接触之后使儿童对数字、数量及数字与数量关系产生广泛、持久、深入、直观、联系、交互、综合的深刻印象，培养儿童深度数感能力。

  当前市场上的数感积木，主要根据年龄段进行分类，分为低龄儿童数感积木（3岁以下）及中高龄（3岁以上）儿童数感积木。其中适用于低龄数感积木一般不设置外部立体数量表征物，仅设置牢固封装在立体数字腔体内部的立体数量表征物，以防止小零件引发的窒息等安全风险。中高龄数感积木在数字腔体中设置立体数量表征物的同时在数字外部同时设置外部立体数量表征物，外部立体数量表征物可与数字主体进行拆卸连接，提高玩法种类和玩耍乐趣。

  如果数感被认为是“自动化地理解数和运用数的态度与意识”的话，那么在儿童接触数字的时候结合视觉、触觉、听觉、思维等多通道感知元素加强数字与数量的关联性，进而促进儿童主动或被动的理解数感，就极有必要。故若将积木与数感进行充分结合，就将是一种既能保留玩具积木趣味性又能具备数感教育功能的良好做法。虽然也有一些木制或塑料制作的方块和数字用于提升儿童数感，但这些积木与普通的玩具之间尚没有形成显著的区别性特征。一些玩具将多个独立的方块组合在一起，通过点数的方式进行数感教育，但每个独立的方块却不足以表达和展示数感，这些单个的方块主要表达了单个物体数量上的单一性，从数量单一性角度讲与其它可表达单一性的物体之间没有实质性差别，尚不足以成为数感积木。在相当长的一段时间内，“数感积木”一直未能形成一个具有标志性特点的明确概念被大众接受和传播。

  2022年9月，一种具有乐高积木插接槽与插接柱的数字形状积木在生活中出现，其内部具有表征数字数量的立体数量表征物小球，外部具有表征数字数量的立体数量表征物卡通状立方体，每个独立的数字积木均具备了表达数量与数量加减关系的功能，具备了成为“数感积木”的基本必要特征。且这种数字积木数字之间可以多种方式相互插接，也可以相互旋转，从视觉、触觉、声绝、思维认知多方位培养数感能力，具有极为强烈且显著的数字数感特征，被称为“数感积木”。

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