創新 創享 創客

鄔技科

摘要：從循規蹈矩的傳統教育邁向主動創新的創客教育，有諸多問題值得探討。創客的歷程不僅僅在于創作出可見的物，更在于在造物的過程中培育人的創新力。本文作者在開源硬件智造領域，經過近幾年來的教學實踐，發現創新的培養依賴于若干個支點，因此從“選題”“習技”“智作”“升級”四個方面談開源硬件的創意智造項目的教學策略。

關鍵詞：中小學；信息技術；創客教育；教學策略

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2018）21-0016-03

在全球創客的大環境下，在國務院發文普及中小學階段的人工智能、編程教育的推動下，日趨成熟的圖形化編程軟件、普及化的開源硬件，為中小學創客教育創造了有利的條件，也帶來了新的挑戰。

創客教育與傳統教育是兩個不同的概念，傳統教育是“給定”的——給定的課程標準、給定的課本、給定的題目、給定的標準答案，學生用已有的方法解決給定的問題。創客教育則是“創造”的，沒有給定的教科書，沒有給定的方法、題目，需要自己獨立思考，發現新問題，在彼此分享中探索前所未有的方案解決問題，創造新事物。要想從“給定”轉到“創造”，必須從之前一貫的思維中跳脫出來，用創新、創享的創客思維來做創客教育。

三維視角下，聚焦創意選題

創客沒有出題人，沒有要求解決的給定題目，需要學生擁有獨立尋找問題的能力，思考創造什么新事物，不少學生因此感到無從下手，從筆者和學生們的創客行動經驗看，創意選題可以從三維視角下聚焦。

（1）選題源于自身的問題關注。對于個體而言，創意選題最初源于自身感興趣的，只有平日里在意的，才有強烈的創作熱情，創意構想才能更為具體深入。感興趣的技術點、自身擅長的領域、對特定人群的關注、待解決的生活問題等都蘊含著非常了不起的創意種子。

（2）選題源自放飛心靈的聯想。等到某個時間節點上，匆忙構想創意，很難出現令人驚喜的創新。在平時，就要養成思考的習慣，質疑身邊司空見慣的現象，探究平日里產生的疑問。

（3）選題源于高尚美好的情懷。創造一項新事物，其意義在于解決迄今沒解決的問題，或是提高某種效率，或是讓人們的體驗更為舒適。總之，都是為了讓生活更美好，這是創意選題的核心思想。

有了選題以后，應注重學生之間互相分享自己的創意主題和實現預想。在分享中，學生既能從彼此的選題中得到啟示，豐富多彩的創意，又能從反饋建議中完善創意。值得提醒的是，別忘記用“專利在線查詢系統”進行網絡查新，查看選題是否創新。當然，并非從無到有才算創新，在已有基礎上的改進完善，也是一種創新。

開源環境下，創新習技模式

每個與眾不同的創意都會引發特定的知識技能需求，層出不窮的新技術、新工具，模塊之間的結合出現意料之外的問題……此時，僅靠學校的創客課程教學就會略顯不足。因此，學生自己展開想象的翅膀，創新學習模式，運用創客思維找到和創意項目相關聯的核心技術知識并直接學習應用，就顯得尤為重要。

1.挖掘技能學習新平臺

獲得新知識的來源不再局限于課堂。新材料、新工具的發布平臺淘寶網，匯聚創客智慧結晶的創客社區，結伴前行的QQ群，大咖達人的自媒體平臺，線上線下與同學或專家的互動交流等，已經滲透到學生的生活中，為技能習得提供了新的平臺。

2.挖掘技能學習新資源

區別于傳統的課程配套的資源，在開源環境下涌現了大批電子共享版的創客教材、課件、教學視頻；軟件自帶的示例程序展示了軟件的精髓，引領學生快速入門；解構典型的創意作品能迅速習得他人的思維模式和制作技巧；創客分享的經驗帖子讓學生有機會看到超乎自身想象的東西。這些是和傳統教育迥然不同的新型學習資源。

無論是繽紛的平臺資源還是面對面的交流，無論是電子教程還是開源作品，都源于資源的公開、分享，讓其他個體得以便捷地觸及新酷的技術和豐富多彩的創意，有機會看到更多超乎想象的東西。作為感恩，也應該把自身的創、技能分享發布，讓自身的價值得以擴大和延伸。

互聯融合中，實踐創意智造

有了技能支撐，就可以進入實質智造階段。好玩的創意、新奇的構想將通過親手打造變為現實。如何將創想和零散的模塊、各種技能聯系在一起，完成一項前所未有的作品？這需要通過自身的努力，綜合各學科的知識技能，在STEAM教育理念的指導下，對創意進行落地思考，琢磨出一套智造實作方案。人工智能時代的創意智造主要有分析設計、硬件連接、程序編寫、調試排錯、模型搭建等環節（如下圖）。創造一項全新的事物，有參考的流程，但每個環節沒有標準的方案，有待自己去創新探索。

1.分析設計

對創意展開詳細的設計分析。例如《懂你的窗子》，所要實現的功能是當遇到下雨、空氣污染和大風的天氣，窗子能夠智能地關閉。因此，需要用到雨滴傳感器、空氣質量檢測傳感器和風力傳感器進行數據的獲取，而窗子的開關功能可以用舵機帶動機械臂實現。

2.硬件連接

準備所需的硬件，如Arduino控制板，通常會用擴展板來增加端口，以便更方便地連接各種傳感器、按鈕、舵機、LCD液晶模塊等。合理地分配端口，并將各模塊正確連線。傳感器模塊上標著“D”，傳輸的是數字信號，在串口監視器中顯示0、1值，要連接在數字端口上；模擬傳感器模塊標著“A”，傳輸的是模擬信號，真實世界的變化會在串口監視器中映射連續的數值。

3.程序編寫

對硬件進行編程，實現軟硬件的聯通，要注意程序中的端口定義應和硬件連接的端口一致。如果是圖形化編程，相同類型的指令積木存在同一模塊，每種模塊用一種顏色標記，方便識別查找。值得注意的是，在Arduino中的主程序本身就是個大循環，和其他純軟件編程不太一樣。

4.測試排錯

將程序寫入硬件，難免會發現存在錯誤漏洞，需要反復地調試，提升項目功能的穩定性。調試的時候，先排除硬件接觸不良或損壞的問題，再考慮程序的邏輯設計。有時候不僅是程序的問題，還有傳感器的靈敏度、域值設定問題，借助串口監控可以方便地觀察端口捕獲信息的動態值，在構造程序時就可以根據明確的信息做出精準的問題解決。有時調試程序，可以用局部調試或逐段排查，提高程序癥結排除的效率。

5.模型搭建

完成程序和硬件聯通后，開始著手作品結構搭建和外觀設計。適切的材料選擇、精巧的搭建結構、幽默養眼的設計元素無不體現學生的創意審美。取自生活的材料，彩紙、手繪是簡易的搭建；樂高類塑料積木、金屬零件適合用于搭建場景和機械結構；3D打印無論是外觀還是特定零件都能靈活定制；將硬件藏身于黏土、布藝縫制、木質材料中則能讓作品更精致，更富藝術性。

精雕細琢中，迭代升級作品

在實際創作的過程中，作品并不是一次就完成的，而是經歷了多次的改進優化，迭代升級后，最終才創作出性能穩定、具有實用價值、用戶體驗良好，甚至可以小批量生產的創意作品。

1.在自我更新中升級

隨著項目智造的進展，學生的思維認知不斷深入，技能儲備不斷更新，隨時都會冒出新的想法、新的方案，因此，程序算法的優化、結構的簡化、外觀的藝術化都會隨著學生自身技能認知的更新而升級。

2.在分享反饋中升級

無論是出于完成作品后的分享創造的喜悅，還是希望在他人的評價中鞭策自己，分享項目、發布到社區或者邀請他人體驗，都是升級作品的重要途徑。他人的反饋和建議，都將彌補作者自身的局限性，帶給作者更廣闊的視野，給作品的完善升級帶來新思路。

3.在細節雕琢中升級

細節的精細雕琢，能將作品從普通升級為精品。比如為作品的外觀添加一些設計元素；將傳感器的位置、朝向調到最佳；將參數值調校得最合理；針線縫制或熱熔膠使硬件固定更牢固；3D打印的外形，打磨后手感會更溫潤等。所謂工匠精神是指不斷追求創新、精益求精、追求極致的精神理念。

案例：《人行橫道智能保護監測系統》的迭代升級。

該項目的功能實現是：到路口行人達到一定數量時，亮綠燈，打開閘門，讓行人通過；切換到紅燈時，關閉閘門，保護行人，并檢測違章行為的智能系統。版本1.0提供了簡單的保護、提醒功能，環保回收材料制作；版本2.0能實現監測違章行為的功能，將閘桿起落改進為閘門左右開合，更為安全，樂高積木搭建；版本3.0則添加了行人檢測裝置，整體審美上得到了提升。

創造是每個人與生俱來的天賦和欲望。在創造時代，有些東西是他人打造的，有些東西則是我們創造分享的，大家的共同創新才創生了這個美麗的世界。不斷地創造，不斷地分享，最終發現自己，發展自己，成就生命，成為創客。

專家觀點

本專題針對當前創客教育的實踐與思考做了一些難得的嘗試。有站在區域管理者的角度描繪逐層推進的頂層設計，有從身邊的材料著手探索教學路徑的建構，有通過程序設計透視創客教育所蘊含的計算思維和核心素養，也有一線教師在玩轉硬件的同時發現了創客教育有著許多不一樣的打開方式。源于愛好，我們的教師在創客教育的田野里播種了希望，收獲了碩果。創見未來，我們的教育在創客教師的推動下必將一路歡歌，且行且精彩！

——北京師范大學傅騫教授