学龄前视障儿童音乐启蒙教育产品

它是什么?

该设计专为视障儿童音乐启蒙打造，集成了超声波传感器与智能算法，以通俗易懂的方式教授音乐知识，旨在发掘其音乐天赋。产品强调盲童友好与适应性，采用块化设计，便于逐级、全方位启蒙训练。同时，它促进家长与孩子间的互动与陪伴，增强亲子关系。材料选用儿童友好型环保安全材质，保障儿童与环境健康发展。此设计辅助视障儿童早期多元化学习，助力其全方位发展及天赋挖掘，为其融入社会奠定坚实基础。

你的灵感

在接触学龄前视障儿童时，发现市面音乐启蒙产品多依赖视觉，而他们更需以触觉、听觉为核心的启蒙方式。受视障儿童敏锐感官特点启发，结合特殊教育"多感官教学法”，希望通过触摸不同纹理按键触发音效、聆听旋律培养乐感，同时融入自然之声激发对世界的热爱，于是构思出这款无需视觉辅助的音乐启蒙玩具，让视障儿童平等感受音乐乐趣。 一方面，音乐学习对盲童的自我发展、创造力表达及社交能力构建具有重要意义，且早期音乐教育能显著提升其脑功能与学业表现，但中国盲校资源有限，学龄前儿童难以获取昂贵乐器，家庭与学校协同教育也缺乏适配工具；另一方面，现有音乐互动设计多依赖视觉刺激，而针对视障儿童的触觉教具存在操作复杂、抽象概念转化不足等问题，难以满足其以触觉代偿视觉的认知需求。 解决方案的构想融合了三方面启发：一是教育理论支撑，中国盲校音乐课程标准强调通过听觉与触觉体验激发学习兴趣，从论文中我们学习了解到有学者证实音乐学习对儿童认知发展的促进作用，明确了 “多感官交互” 的设计方向；二是相关技术借鉴，物理编程积木、触觉穿戴设备等研究，验证了 “物理形态 - 声音信号” 转化的可行性，促使团队探索模块化积木与传感器的结合；三是用户需求驱动，对盲校教师的访谈显示学龄前儿童更需要游戏化互动工具，而两名视障儿童的可行性测试表明，触觉刺激能有效提升其对音乐概念的理解度，最终形成 “以体积差异对应音高、触觉操作触发音效” 的设计方案。

如何运作？

NoteBlock的设计核心是通过“触觉-听觉”交互让视障儿童感知音乐，技术运作可拆解为模块化积木、传感器识别与声音反馈三部分：3D打印的积木块以体积差异对应音高，如高积木代表高音、矮积木代表低音，表面无复杂符号，仅通过形状和重量区分，其中模块3的单块重量约12.3克，搭配磁性吸附结构便于儿童堆叠。装置产品底部的超声波传感器就类似蝙蝠回声定位原理，会测量积木堆叠高度，Arduino主板即编程主板将高度数据转化为音符指令，当儿童按下播放按钮时，系统会按积木排列顺序播放对应音效，实现“搭积木即作曲”的直观体验。为适应儿童使用，积木采用平行桌面放置的防倾倒设计，7块积木总重量控制在110克以内，避免砸伤风险，后续还计划加入语音反馈提示操作正误。

设计过程

NoteBlock的设计从概念到成型经历了三轮原型迭代，每一步均基于视障儿童操作反馈与功能测试优化。最初我们设计了一款积木叠加通过高度来进行识别的概念产品，，初期方案一采用垂直矩形柱与圆柱形底座结构，以不同高度代表音高，借助Arduino主板与压力传感器通过重量识别音符，但因压力传感器精度不足，且儿童难以通过触摸区分柱体高度差异，导致音高认知偏差。所以沿用基础设计理论的前提下，我们对于产品形式进行了二次创新，随后方案二改用磁性吸附结构，为积木添加等量配重单块约15.7-15.9克，以体积大小对应音高，并升级为C20B压力传感器提升测量精度，但7块积木总重约110克对儿童而言偏重，且顶部堆叠操作易引发传感器误判。最终方案三将积木平行置于托盘，单块重量降至12.3克，移除压力传感器并改用HC-SR04超声波传感器，通过测量积木水平高度触发音符，同时增加播放按钮实现旋律顺序播放，经测试儿童对音高的匹配正确率达75%。设计全程遵循去符号化原则，移除积木表面盲文等符号，通过多次调整重量与形状确保3-7岁儿童单手可操作，以“触摸体积-听觉反馈”建立音乐概念与物理体验的连接，未来计划增加多八度音高对比、语音错误提示及多乐器音色。最终方案将原本需要竖直放置的积木进行了平躺处理，并在后续添加了音色，音乐，音调块，让该盲童产品的使用周期和寿命更长，也降低了盲童家庭的经济压力。中间我们采取了3D打印和编程进行产品原型实践，再确定好基础功能后我们将产品送往盲哑学校进行实地考察来不断完善该作品，让其更具有实际价值和更加的落地。

它有什么不同？

NoteBlock 的设计独特性在于其深度适配学龄前视障儿童认知特点的多感官交互体系与技术创新。区别于传统盲童音乐教具依赖盲文符号或复杂操作的设计，我们采用编程技术，将盲童喜闻乐见的积木玩具与音乐学习深度融合，打造出这款独具匠心的音乐启蒙教育产品。积木表面被赋予纹理，堆起的积木发出的是清脆的钢琴音和悠扬的吉他声。盲童通过指尖触摸拼接积木，如同在搭建一座音乐城堡，每一次触碰与组合，都能触发灵动的音符与和谐的旋律，在加强触摸感知练习的同时，让音乐学习变得直观而有趣。​ 技术层面我们采用超声波传感器替代传统压力传感，将积木平行置于托盘通过非接触式高度测量触发音符，解决了压力传感器易受手部遮挡误判的问题，操作流程简化为 “取积木 - 排列 - 播放” 三步，3 岁儿童即可独立创作旋律。 这种将触觉探索与听觉感知相结合的方式，巧妙弥补了盲童无法通过视觉获取信息的短板。孩子们在反复拼接、聆听的过程中，不仅能培养乐感、开发空间思维，还能在趣味互动中探索自身长处与兴趣。我们更怀揣着长远的教育愿景：若盲童在体验中展现出音乐天赋与浓厚兴趣，这款产品将成为他们早期职业探索的起点，为未来打开音乐创作、乐器调音、音频制作等全新职业大门，助力他们在音乐世界中找到属于自己的精彩人生赛道。

未来计划

未来发展将围绕用户反馈与教育场景需求，从技术优化、功能拓展与体验升级三方面展开：首先，针对学龄前儿童对音高差异的感知需求，计划增强多八度音高对比，通过扩大积木体积差异范围，使高音与低音的触觉区分更明显，同时优化超声波传感器的识别精度，避免因积木排列间距过近导致的误判。其次，在交互反馈层面，将引入操作错误语音提示功能，当儿童放置积木触发系统误判时，装置会以童趣化语言如“试试换个高一点的积木呀”引导正确操作，该设计源于盲校教师提出的“即时纠错需求”，同时区分提示音与实际音符，避免听觉混淆。再者，为深化音乐认知，计划增加“旋律验证”功能，儿童完成积木排列后，装置可播放标准旋律并引导其跟唱，通过麦克风收集反馈并纠正音准，这一功能响应了教师提出的“从感知到表达”的进阶教学需求。此外，根据测试中儿童提出的“想听不同乐器声音”的建议，将拓展多乐器音色库，允许通过切换模块或按键调用钢琴、小提琴等音色，丰富感官体验。在硬件优化上，会进一步轻量化积木结构，探索更轻便的3D打印材料，同时改良托盘轨道间距，防止儿童操作时误触相邻积木，提升交互可靠性。这些后续步骤旨在将NoteBlock从基础音高认知工具，升级为覆盖“感知-创作-表达”全流程的音乐启蒙系统，最终实现从实验室原型到规模化教育产品的转化。 未来我希望我的产品原型能够完美契合产品概念的理念和功能，使其成为一款能更加帮助到视障儿童群体的有价值的产品，后续我会不断地学习新的技术和编程既技能，不断地找寻合适的电子元器件，将概念真正的应用到实际当中去。

奖项

该产品曾获得过 全国大学生工业设计大赛全国铜奖 陕西省大学生工业设计大赛的一等奖 香港当代青年设计师三等奖 未来设计师NCDA三等奖 并以此申请了专利 并且刊登了ubicomp ACM普适计算机会议的论文