Mixly系統設計：一分鐘驚喜燈

吳俊杰

基于Mixly的MHPS學習模式

Mixly作為北京師范大學傅騫博士團隊研發的圖形化程序教學系統，從計算思維、設計思維的角度跨越圖形化編程和代碼編程，讓學生通過具體的項目學習掌握程序設計和開源硬件系統設計的基礎知識，并且融合了STEAM教育和創客教育的思想。項目學習的過程有時候很像《西游記》，因為我們發現《西游記》其實也是由一個個的小項目組成的，每過一關都經歷著“遇到妖怪，師父被抓走，解決掉妖怪，繼續往前走”四個步驟，而伴隨著一步步地打妖怪，師徒四人更加團結了，對取經的理解日益加深，每個人的本領也提高了不少，而這個過程與STEM課程設計當中常見的“珠串式”的課程設計類似，每一顆“珠子”都是一個完整的項目學習過程，而一條主線則貫穿著所有項目。

我們用類似的模式，定義“一個完整的具有一定功能的可以由用戶參與修改的開源軟硬件項目”為一個Mixly系統，學生在學習這個項目的過程中經歷了以下四個步驟：①制作（Making）。每個Mixly系統使用的都是用Mixly軟件已經編好程序下載到下位機的開源硬件，按照說明，制作出這個項目的核心效果，即認識輸入輸出裝置的連接。②改裝（Hacking）。設計一個情境將輸入輸出裝置以個性化的形式呈現出來，制作一個體現自己情感、個性和天賦的個人作品。③玩轉（Playing&Programming）。解密創客項目事先下載的Mixly程序，并且修改個性化的程序，通過項目體會程序設計中的一些常見算法和規范。④分享（Sharing）。在學習社區中分享自己的程序，并且針對朋友圈、專業人士、普通人等不同的信息接收者設計不同的分享方案，同時嘗試設計個人創客作品的生產方案。我們將制作、改裝、玩轉、分享的過程定義為創客教育中的MHPS模式（如圖1）。這種模式將硬件連接和軟件編程兩個常見的學習過程分開，將難點分散，此外在改裝環節，讓學習者先將作品個性化，讓其“愛上”自己的作品，使其在程序設計階段能夠自己提出很多改進需求。這種真實情境下的自主學習結合在分享環節、網絡社區中做同樣項目的互相學習，使得學生可以收獲跨地域、跨年齡段和跨文化的學習體驗，最終將個人作品整理為他們可以分享和重用的設計方案，給學生獲取知識產權收入和服務收入創造了可能性，這樣就構成了一個閉環的覆蓋“家庭—學校—社會”的學習系統。

具體案例實踐

以下我們通過一個具體的案例描述這一學習過程——一分鐘驚喜燈。

1.制作

打開學習套裝，每個學習套裝都是一個用戶參與式開源學具——學習者在學習的過程中會賦予這個物品新的價值。我用的套裝型號是符合Arduino規范的UNO板，事先已經下載了程序，執行效果為通電一分鐘以后板子上的綠色燈由熄滅狀態轉變為開啟狀態，這個燈顯示的結果是UNO板的13號端口的電壓，設定為高時LED亮，低時LED滅。我們可以將發光二極管的長的一端插入到13號孔中，短的一端插入到13號旁邊的GND中，發現其和板子中的綠燈同步亮滅（如圖2）。

使用兩根一針一孔的排線可以將LED延長（如圖3），外接出來方便安裝在其他的位置，一般情況下，兩根顏色不同的排線，顏色較深的接GND，顏色較淺的接13號端口。如果仔細觀察，會發現UNO板上還有兩個GND端口。

這樣就將LED延長了，如果有更多的排線，可以延長更長的距離，以滿足不同的需求。

2.改裝

我們使用一個T1的紙盒作為構建一分鐘延時燈的使用情境的平臺。例如，我們在正面畫上一個生日蛋糕，將LED制作成為蛋糕的蠟燭，當然這只是一個最簡單的創意，更多的創意需要使用盒子的人共同構建，或者選擇一張自己喜歡的海報粘貼在盒子上面也可以。盒子表面的圖案設計如圖4所示。

在盒子表面圖案的重點部位安裝幾個LED燈，這些燈的長腳和短腳并聯在一起（如圖5）。在改裝環節，在程序中一般沒有改動，重點在于用電路的連接或者構建一個情境，來講述一個故事，使作品變得更有意義。

連接好電路以后，我們就可以得到一個非常棒的一分鐘驚喜盒子了，你可以提前一分鐘將這個燈藏在角落中，然后等待一分鐘，就會有一個角落亮起來，給別人一個驚喜（如圖6）。

3.玩轉

一分鐘驚喜燈的原始程序為一個延時程序，然后點亮13號LED（如圖7），使用Mixly可以很容易地編寫這個程序，并且Mixly可以自動將其轉換為Arduino代碼，代碼的字體和縮進都是符合專業規范的，這有利于后期的代碼教學。

在玩轉的環節中，我們可以修改延時的時間，或者將延時時間設定為一個隨機數，做一個擊鼓傳花式的小游戲，或者像下頁圖8這樣，將延時后的效果改為一段閃爍，讓禮物更有趣味。總之改裝的方案最好能和圖案一致，應該由學生提出，而教師則可以對學生不同的需求進行總結，適時講解或者給予一些學習資源。

4.分享

在分享環節，首先可以在圖9的maker.bnu.edu.cn中注冊一個用戶名，這樣就可以在論壇中分享成果，每個以一分鐘驚喜燈為原型的改裝作品，都可以在下面二維碼所顯示的帖子中回帖，這樣就形成了一個系統資源，就像是一鍋老湯，越煮越香，每個人都可以貢獻并集成新的教學資源。

此外建議大家使用網盤建立一種過程記錄的機制，這樣有利于保存階段性的學習成果和在論壇中分享知識，圖10所示的二維碼中有本案例中所涉及的電路連接、編寫程序的詳細教學視頻，方便學習者自學。

這樣就初步完成了一個分享的過程，學習就像釀酒，常常回味，往往會得到出乎意料的效果，網盤中的每一個項目的文件夾，就像一個個酒窖，我們將學習的快樂、個人的心得、他人的創意不斷地添加在其中，便構成了一個立體的學習過程。

結語

Mixly系統設計是一個系統化思維的過程，一開始學習者看到的往往是一個個有趣的案例，但是我們期望在學習結束以后，學生可以自如地開發屬于自己的DIY套件，并且知道如何積累資料、分享教程、拍攝營銷視頻。“再小的個體都有權利擁有個人的品牌”，而MHPS學習模式中的那一個個小小的珠子，只是這個美好的學習鏈條的一個開始而已。