创新 创享 创客

邬技科

摘要：从循规蹈矩的传统教育迈向主动创新的创客教育，有诸多问题值得探讨。创客的历程不仅仅在于创作出可见的物，更在于在造物的过程中培育人的创新力。本文作者在开源硬件智造领域，经过近几年来的教学实践，发现创新的培养依赖于若干个支点，因此从“选题”“习技”“智作”“升级”四个方面谈开源硬件的创意智造项目的教学策略。

关键词：中小学；信息技术；创客教育；教学策略

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2018）21-0016-03

在全球创客的大环境下，在国务院發文普及中小学阶段的人工智能、编程教育的推动下，日趋成熟的图形化编程软件、普及化的开源硬件，为中小学创客教育创造了有利的条件，也带来了新的挑战。

创客教育与传统教育是两个不同的概念，传统教育是“给定”的——给定的课程标准、给定的课本、给定的题目、给定的标准答案，学生用已有的方法解决给定的问题。创客教育则是“创造”的，没有给定的教科书，没有给定的方法、题目，需要自己独立思考，发现新问题，在彼此分享中探索前所未有的方案解决问题，创造新事物。要想从“给定”转到“创造”，必须从之前一贯的思维中跳脱出来，用创新、创享的创客思维来做创客教育。

三维视角下，聚焦创意选题

创客没有出题人，没有要求解决的给定题目，需要学生拥有独立寻找问题的能力，思考创造什么新事物，不少学生因此感到无从下手，从笔者和学生们的创客行动经验看，创意选题可以从三维视角下聚焦。

（1）选题源于自身的问题关注。对于个体而言，创意选题最初源于自身感兴趣的，只有平日里在意的，才有强烈的创作热情，创意构想才能更为具体深入。感兴趣的技术点、自身擅长的领域、对特定人群的关注、待解决的生活问题等都蕴含着非常了不起的创意种子。

（2）选题源自放飞心灵的联想。等到某个时间节点上，匆忙构想创意，很难出现令人惊喜的创新。在平时，就要养成思考的习惯，质疑身边司空见惯的现象，探究平日里产生的疑问。

（3）选题源于高尚美好的情怀。创造一项新事物，其意义在于解决迄今没解决的问题，或是提高某种效率，或是让人们的体验更为舒适。总之，都是为了让生活更美好，这是创意选题的核心思想。

有了选题以后，应注重学生之间互相分享自己的创意主题和实现预想。在分享中，学生既能从彼此的选题中得到启示，丰富多彩的创意，又能从反馈建议中完善创意。值得提醒的是，别忘记用“专利在线查询系统”进行网络查新，查看选题是否创新。当然，并非从无到有才算创新，在已有基础上的改进完善，也是一种创新。

开源环境下，创新习技模式

每个与众不同的创意都会引发特定的知识技能需求，层出不穷的新技术、新工具，模块之间的结合出现意料之外的问题……此时，仅靠学校的创客课程教学就会略显不足。因此，学生自己展开想象的翅膀，创新学习模式，运用创客思维找到和创意项目相关联的核心技术知识并直接学习应用，就显得尤为重要。

1.挖掘技能学习新平台

获得新知识的来源不再局限于课堂。新材料、新工具的发布平台淘宝网，汇聚创客智慧结晶的创客社区，结伴前行的QQ群，大咖达人的自媒体平台，线上线下与同学或专家的互动交流等，已经渗透到学生的生活中，为技能习得提供了新的平台。

2.挖掘技能学习新资源

区别于传统的课程配套的资源，在开源环境下涌现了大批电子共享版的创客教材、课件、教学视频；软件自带的示例程序展示了软件的精髓，引领学生快速入门；解构典型的创意作品能迅速习得他人的思维模式和制作技巧；创客分享的经验帖子让学生有机会看到超乎自身想象的东西。这些是和传统教育迥然不同的新型学习资源。

无论是缤纷的平台资源还是面对面的交流，无论是电子教程还是开源作品，都源于资源的公开、分享，让其他个体得以便捷地触及新酷的技术和丰富多彩的创意，有机会看到更多超乎想象的东西。作为感恩，也应该把自身的创、技能分享发布，让自身的价值得以扩大和延伸。

互联融合中，实践创意智造

有了技能支撑，就可以进入实质智造阶段。好玩的创意、新奇的构想将通过亲手打造变为现实。如何将创想和零散的模块、各种技能联系在一起，完成一项前所未有的作品？这需要通过自身的努力，综合各学科的知识技能，在STEAM教育理念的指导下，对创意进行落地思考，琢磨出一套智造实作方案。人工智能时代的创意智造主要有分析设计、硬件连接、程序编写、调试排错、模型搭建等环节（如下图）。创造一项全新的事物，有参考的流程，但每个环节没有标准的方案，有待自己去创新探索。

1.分析设计

对创意展开详细的设计分析。例如《懂你的窗子》，所要实现的功能是当遇到下雨、空气污染和大风的天气，窗子能够智能地关闭。因此，需要用到雨滴传感器、空气质量检测传感器和风力传感器进行数据的获取，而窗子的开关功能可以用舵机带动机械臂实现。

2.硬件连接

准备所需的硬件，如Arduino控制板，通常会用扩展板来增加端口，以便更方便地连接各种传感器、按钮、舵机、LCD液晶模块等。合理地分配端口，并将各模块正确连线。传感器模块上标着“D”，传输的是数字信号，在串口监视器中显示0、1值，要连接在数字端口上；模拟传感器模块标着“A”，传输的是模拟信号，真实世界的变化会在串口监视器中映射连续的数值。

3.程序编写

对硬件进行编程，实现软硬件的联通，要注意程序中的端口定义应和硬件连接的端口一致。如果是图形化编程，相同类型的指令积木存在同一模块，每种模块用一种颜色标记，方便识别查找。值得注意的是，在Arduino中的主程序本身就是个大循环，和其他纯软件编程不太一样。

4.测试排错

将程序写入硬件，难免会发现存在错误漏洞，需要反复地调试，提升项目功能的稳定性。调试的时候，先排除硬件接触不良或损坏的问题，再考虑程序的逻辑设计。有时候不仅是程序的问题，还有传感器的灵敏度、域值设定问题，借助串口监控可以方便地观察端口捕获信息的动态值，在构造程序时就可以根据明确的信息做出精准的问题解决。有时调试程序，可以用局部调试或逐段排查，提高程序症结排除的效率。

5.模型搭建

完成程序和硬件联通后，开始着手作品结构搭建和外观设计。适切的材料选择、精巧的搭建结构、幽默养眼的设计元素无不体现学生的创意审美。取自生活的材料，彩纸、手绘是简易的搭建；乐高类塑料积木、金属零件适合用于搭建场景和机械结构；3D打印無论是外观还是特定零件都能灵活定制；将硬件藏身于黏土、布艺缝制、木质材料中则能让作品更精致，更富艺术性。

精雕细琢中，迭代升级作品

在实际创作的过程中，作品并不是一次就完成的，而是经历了多次的改进优化，迭代升级后，最终才创作出性能稳定、具有实用价值、用户体验良好，甚至可以小批量生产的创意作品。

1.在自我更新中升级

随着项目智造的进展，学生的思维认知不断深入，技能储备不断更新，随时都会冒出新的想法、新的方案，因此，程序算法的优化、结构的简化、外观的艺术化都会随着学生自身技能认知的更新而升级。

2.在分享反馈中升级

无论是出于完成作品后的分享创造的喜悦，还是希望在他人的评价中鞭策自己，分享项目、发布到社区或者邀请他人体验，都是升级作品的重要途径。他人的反馈和建议，都将弥补作者自身的局限性，带给作者更广阔的视野，给作品的完善升级带来新思路。

3.在细节雕琢中升级

细节的精细雕琢，能将作品从普通升级为精品。比如为作品的外观添加一些设计元素；将传感器的位置、朝向调到最佳；将参数值调校得最合理；针线缝制或热熔胶使硬件固定更牢固；3D打印的外形，打磨后手感会更温润等。所谓工匠精神是指不断追求创新、精益求精、追求极致的精神理念。

案例：《人行横道智能保护监测系统》的迭代升级。

该项目的功能实现是：到路口行人达到一定数量时，亮绿灯，打开闸门，让行人通过；切换到红灯时，关闭闸门，保护行人，并检测违章行为的智能系统。版本1.0提供了简单的保护、提醒功能，环保回收材料制作；版本2.0能实现监测违章行为的功能，将闸杆起落改进为闸门左右开合，更为安全，乐高积木搭建；版本3.0则添加了行人检测装置，整体审美上得到了提升。

创造是每个人与生俱来的天赋和欲望。在创造时代，有些东西是他人打造的，有些东西则是我们创造分享的，大家的共同创新才创生了这个美丽的世界。不断地创造，不断地分享，最终发现自己，发展自己，成就生命，成为创客。

专家观点

本专题针对当前创客教育的实践与思考做了一些难得的尝试。有站在区域管理者的角度描绘逐层推进的顶层设计，有从身边的材料着手探索教学路径的建构，有通过程序设计透视创客教育所蕴含的计算思维和核心素养，也有一线教师在玩转硬件的同时发现了创客教育有着许多不一样的打开方式。源于爱好，我们的教师在创客教育的田野里播种了希望，收获了硕果。创见未来，我们的教育在创客教师的推动下必将一路欢歌，且行且精彩！

——北京师范大学傅骞教授