创客教育材料漫谈

陈染

在人类文明诞生之初，我们就离不开山林带来的恩惠。木质材料是人类创造力发展的见证者，它见证了最早宗教崇拜，见证了手工业者的艰辛，见证了工业革命的飞速发展，见证了最早创客的诞生。随着材料技术的发展，木质材料在现代生活中所占的比例越来越低，但科技为这种古老的材料带来了新的发展，它仍然是我们生活中不可或缺的一种重要材料。

不是所有的木头都可以称为木质材料。原木从山林采伐，经过切割、加工，才能成为创客教育中使用的木质材料。根据加工的不同，我们可以将木质材料分为木材和人造板。很多植物都可以成为木材的原料，如松木、杉木、桦木、榉木、榆木等。不同木材有着不同的材料属性，如松木、杉木的材质较软，称为软木；榉木、榆木的材质较硬，称为硬木。即使在同一块木材中，纹路不同也意味着不同的受力强度。人造板也有很多种类型，如胶合板、刨花板、纤维板、复合板等，每一种类型同样细分为不同的规格，学生需要对材料物理属性有深入认识，才能够在创客制作中得心应手。

木质材料运用于教学中是一项自古而今的传统。在古代中国，木匠是一种世代传承的职业，孩子需要学会父辈的工艺，才能在社会中艰辛谋生。今天的创客教育的目标不是培养木匠，而是学生的动手创新能力，同样的木质材料焕发出不一样的内涵。

古代的木匠智慧为创客教育提供了丰富的题材，值得我们深入发掘，以榫卯结构为主题的创客课程就是一个很好的例子。榫卯结构是传统木工的一个创举，它由突出的构件榫和凹入的构件卯连接固定而成，被广泛应用于中国古代建筑、家具上，特别是明式家具对榫卯结构的极致应用，更是成为中国传统文化的辉煌。将榫卯结构作为创客教育的主题，既能融合工程、技术、科学和数学，更能让学生在动手制作的过程中体会对中国传统文化的认同感。

怎样在创客课程中让学生更好地认识榫卯结构呢？江苏省姜堰中学的翟蓉蓉老师用鲁班锁制作培养学生加工木质材料的能力，锻炼学生的观察能力和想象力。

鲁班锁又称孔明锁，是中国古代的一种益智玩具，更是一种集合了多种榫卯结构的木质玩具。它的类型众多，而最典型的一种是由6根木条组成，称为六根鲁班锁。它易拆难装，学生需要仔细观察，认真思考，分析它的内部结构，才能够拼装出来。在课程中，学生从1根毛坯木条开始，将木条切削成所需长度，清理棱边的毛刺。然后，用笔在每一根木条上精确地画出切割的线条，这关系到制作的成败。接着，学生需要用木工工具对木料进行锯割、凿槽、挫削、打磨和修平，做到每根坯件都达到尺寸精确、表面光滑。最后，将6根木条拼装起来，做成一个合格的鲁班锁。

另一种在创客教育中广为应用的木质材料是木质板材。与纸板、塑料板相比，木质板材的结构更加坚固，可以承受较大的作用力。但木质材料的加工为学生提出了更高的技术要求，简单的木材加工用传统的锯子即可完成，而对于复杂一些的制作，学生需要将图纸上的设计转印到木板上，并用曲线锯切割，用铣床挖槽打孔，这些操作都有一定的专业性和危险性，需要进行专门的培训。幸好，激光切割机降低了木板加工的技术门槛，学生只需在电脑上进行图纸绘制，剩下的工作就可以交给激光切割机完成了，这让更多的学生有机会学会木质材料的制作。

“雷宇激光”制作的創客作品大黄蜂（题图，来源：雷宇激光）就是一个很好体现木板和激光切割机的作品。它使用的材料是3mm厚的胶合板，这是一种多层的夹板，它用高强度的胶将不同的木材黏合起来，有着很强的抗破裂、抗收缩、抗扭曲和高强度属性，能够很好地被用于激光切割之中。创客们在电脑上设计了大黄蜂模型，并将其分解为若干拼插部件，并在胶合板上进行切割，创客们只需要把这些部件拼插起来，一只大黄蜂就做好了。

在这个创客案例中我们看到了激光切割机和木质材料的完美结合。为了表现大黄蜂膜一般透明精致的翅膀，作者做了很多精细的镂空，这种工艺是传统木工工作难以达到的，而对于激光切割机来说则完全不是问题。同时，胶合板的抗破裂、抗收缩的性质，也让我们在把玩的时候不用担心翅膀会轻易断裂。此外，设计时创客还需要考虑后期拼按时的接口的空隙宽度，空隙太宽零件容易松动掉落，太窄会导致难以拼接，甚至会对作品造成损伤。这些都需要创客对木质材料有比较深刻的认识，才能在制作中得心应手，游刃有余。

木材和板材的加工都有一定的制作难度，有没有一种木质材料能够很好地用于创客入门呢？这个理想的材料就是冰棍棒。冰棍棒主要由桦木制成，质地偏软，表面细腻平滑，用美工刀就可以轻易地将冰棍棒切削成想要的形状。就像搭建积木一样，它有很大的加工自由度，用胶枪将冰棍棒粘在一起，就可以形成新的结构。它价格低廉、安全无毒，是学生进行制作的理想木质材料。但桦木制成的冰棍棒纵向容易受力断茬，在过于干燥的环境下也容易纵向开裂，这是创客教师需要让学生注意的地方。

市售的冰棍棒规格众多，除了有不同的长度、宽度之外，还有彩色冰棍棒、带锯齿的冰棍棒、带孔的冰棍棒等，方便学生在制作作品时灵活选用。

美国康涅狄格科学中心编写的STEM课程“桥世界”是一个使用冰棍棒进行教学的很好的例子。在完整的一学期的课程中，学生成为一名桥梁工程师，通过背景经验活动获得建桥所需的物理学知识，如张力和压力、桁架的形状、合适的钢缆等。最终，学生用冰棍棒制作一个桥梁的模型，检验各项约束条件的满足程度，撰写工程建议书，并进行成果汇报。

“桥世界”课程很好地利用了冰棍棒的性质，学生利用在背景经验活动中学习到的桥梁工程知识，合理分配冰棍棒的受力，脆弱的冰棍棒也能搭建起能够承载很大重量的桥。

不但学校的创客课堂热衷使用冰棍棒，冰棒棍也受到许多家庭创客的欢迎。简单的切削、黏合，再加上一点创意，冰棍棒总能产生意想不到的艺术效果。例如，在镜子周围按一定规律粘贴冰棍棒，就可以制作一面富有艺术感的镜框；将冰棍棒重叠排列，并按一定的角度粘贴好，就能做出一个简洁的装饰框，这些都是生活中很实用的制作。

在市场我们还可以买到很多类似于冰棍棒的材料，帮助学生进行创客学习，例如木条、木棍等，它们都是较为方便加工的创客材料，这里我们就不详细介绍了。

除了专门购买材料，创客们也很愿意用废旧物品制作创意产品。在许多工厂的仓库中，我们常常能找到废旧的栈板等材料。其粗糙表面似乎记录了饱受风霜的历史，创客们发现了废旧木板质朴的美感，并将它们做成精美的艺术品，赋予其新生命。

Pricklysauce的创客利用废旧木板制作可挂在墙上的圣诞树礼物。作者用圆锯将18mm厚的废旧木板切割成约100mm宽的木条，用模板在木条上喷涂出颜色不同的图案，让木板看上去更有朋克范儿。接下来，将木条拼接成圣诞树的大致轮廓，覆盖上蒙版，用曲线锯将木板切割成所需形状，并用木工胶水粘贴晾干。剩余的木条切割并拼接在圣诞树的周围，制成木制圣诞树的外框。最后，用电钻在圣诞树表面钻孔，安装上LED灯，一个特别的圣诞礼物就做好了。

木质材料为我们的想象力插上了翅膀，它的种类丰富，加工工具多，适用年龄范围广，还有更多的潜能值得我们深入发掘，创造出不一样的作品。