我國開源硬件教育應(yīng)用研究綜述

王巍

[摘要]選擇近10年（2009～2018）開源硬件教育應(yīng)用的文獻(xiàn)作為研究樣本，利用Citespace軟件進(jìn)行文獻(xiàn)的梳理與分析。通過聚類分析和共詞分析等方法對(duì)開源硬件在教育領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)、研究?jī)?nèi)容進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)：Arduino是目前我國開源硬件教育應(yīng)用的研究熱點(diǎn)：創(chuàng)客教育是開源硬件推動(dòng)學(xué)校教育變革的主要表現(xiàn)形式;研究?jī)?nèi)容主要包括Arduino和樹莓派的教育應(yīng)用范式與實(shí)踐以及面向開源硬件的教學(xué)設(shè)計(jì)等方面。通過對(duì)文獻(xiàn)的梳理及分析，可以揭示目前開源硬件的教育應(yīng)用現(xiàn)狀和存在的問題，為未來的研究與實(shí)踐提供借鑒。

[關(guān)鍵詞]開源硬件;教育應(yīng)用;Citespace;知識(shí)可視化

[中圖分類號(hào)]G43

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1005-4634（2020）01-0065-07

0引言

“開源”是開放源代碼的簡(jiǎn)稱，最早出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代。開源硬件的概念（Open Source Hardware）源于開源軟件的許可方式，最早由開源運(yùn)動(dòng)發(fā)起人布魯斯·佩倫斯在1997年發(fā)起的“開源硬件認(rèn)證計(jì)劃”中正式確立，是指采用與自由及開源軟件相同的方式設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)和電子硬件，硬件設(shè)計(jì)會(huì)公布電路原理圖、材料清單、設(shè)計(jì)圖以及軟件開發(fā)工具包等詳細(xì)信息。進(jìn)入21世紀(jì)，開源軟件的流行以及一些開源企業(yè)取得的商業(yè)成功，極大地刺激了開源硬件的發(fā)展。Arduino、BeagleBoard等開源硬件的出現(xiàn)，也為電子發(fā)燒友們提供了可以設(shè)計(jì)、開發(fā)和實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意的平臺(tái)。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的不斷發(fā)展，開源硬件日趨成熟，在教育領(lǐng)域的潛能及優(yōu)勢(shì)漸顯。《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020）》中指出要提高學(xué)生勇于探索的創(chuàng)新精神和善于解決問題的實(shí)踐能力。《國家教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）》強(qiáng)調(diào)以教育信息化帶動(dòng)教育現(xiàn)代化，促進(jìn)教育的創(chuàng)新與變革。開源硬件憑借其功能模塊化、產(chǎn)品價(jià)格低廉、兼容性與可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)在教育領(lǐng)域具有極大的發(fā)展空間。2018年1月16日，教育部公布了《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》，正式將“開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)”作為選擇性必修模塊劃入新課標(biāo)，主要包括“開源硬件的特征”“開源硬件項(xiàng)目流程”和“基于開源硬件的作品設(shè)計(jì)與制作”3部分內(nèi)容。基于開源硬件的項(xiàng)目設(shè)計(jì)體現(xiàn)了信息技術(shù)課程中的STEAM教育理念，更好地滿足了學(xué)生的創(chuàng)新發(fā)展需要。由此可見，目前開源硬件在我國創(chuàng)新教育領(lǐng)域的重要地位。

開源硬件得到了我國基礎(chǔ)教育、高等教育和職業(yè)教育領(lǐng)域的共同關(guān)注，逐漸成為各級(jí)各類學(xué)校開展創(chuàng)新教學(xué)實(shí)踐的重要載體。研究者對(duì)于各類開源硬件在教育教學(xué)中的運(yùn)用開展了不同層面與角度的研究，但還未有研究者對(duì)開源硬件教育應(yīng)用的文獻(xiàn)進(jìn)行整體的梳理與分析。回顧與總結(jié)我國開源硬件教育應(yīng)用的研究有助于明晰我國信息技術(shù)教育的創(chuàng)新發(fā)展思路，也可以為我國后續(xù)深度應(yīng)用開源技術(shù)支持創(chuàng)新教學(xué)應(yīng)用提供參考性研究成果。為達(dá)到此目的，本研究將重點(diǎn)回答如下3個(gè)問題：

1）近10年開源硬件教育應(yīng)用類文獻(xiàn)的研究主題和熱點(diǎn)是什么？

2）目前在我國教育領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的開源硬件有哪些？分布情況如何？

3）開源硬件在應(yīng)用于教學(xué)時(shí)主要采用哪些模式，教授哪些內(nèi)容，達(dá)到的效果如何？

1數(shù)據(jù)與方法

1.1數(shù)據(jù)來源

為較客觀地描述開源硬件教育應(yīng)用研究現(xiàn)狀，本研究采用中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫，對(duì)近10年（2009～2018年）教育類期刊與碩博士論文進(jìn)行檢索。為了擴(kuò)大范圍，將檢索的主題詞設(shè)定為：開源硬件、Arduino、樹莓派、Raspberry Pi、Microduino、pcDuino、BeagleBone、Micro：bit、Pico-Board、CubieBoard。此外，在期刊的選擇上并沒有將范圍縮小在核心期刊，希望能夠最大限度地選取該領(lǐng)域的研究成果。通過剔除一些新聞公告類的無效文獻(xiàn)，并將檢索文獻(xiàn)限定在教育類（教育理論與教育管理、學(xué)前教育、初等教育、中等教育、高等教育、職業(yè)教育和成人教育與特殊教育），共提取到有效文獻(xiàn)161篇，作為本文的研究樣本。

1.2研究方法

本研究采用定性與定量相結(jié)合的研究方法對(duì)研究樣本進(jìn)行分析。在定量分析部分，對(duì)近10年我國開源硬件教育應(yīng)用的論文發(fā)表情況以及硬件類型分布進(jìn)行了描述性統(tǒng)計(jì)，利用Citespace軟件，通過文獻(xiàn)計(jì)量方法將開源硬件教育應(yīng)用領(lǐng)域的知識(shí)基礎(chǔ)繪制出來，從而明確目前的前沿?zé)狳c(diǎn)和主要研究?jī)?nèi)容;在定性分析部分，本研究從教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)效果3個(gè)方面對(duì)161篇文獻(xiàn)中如何開展教育教學(xué)進(jìn)行了深入的分析，從而揭示目前我國開源硬件教育教學(xué)的概況。

2研究結(jié)果

2.1計(jì)量分析

1）近10年開源硬件教育應(yīng)用研究的論文發(fā)表情況。通過對(duì)2009～2018年開源硬件教育應(yīng)用文獻(xiàn)數(shù)目的統(tǒng)計(jì)，得到了數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖（如圖1所示）。從發(fā)文量可以看出，我國開源硬件的教育應(yīng)用研究自2012年開始起步，文獻(xiàn)數(shù)量呈逐年上升的趨勢(shì)，且在2015～2017年增勢(shì)迅猛，說明開源硬件的技術(shù)優(yōu)勢(shì)逐漸得到教育領(lǐng)域的關(guān)注和重視。但也可以發(fā)現(xiàn)，自2017年之后文獻(xiàn)數(shù)量出現(xiàn)了下降，這也體現(xiàn)出現(xiàn)階段在開源硬件教育應(yīng)用方面研究力度的不足。

2）教育領(lǐng)域的開源硬件分布情況。為分析目前我國教育領(lǐng)域所使用開源硬件類型的分布情況，本研究對(duì)161篇文獻(xiàn)中采用的開源硬件名稱和型號(hào)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。其中，存在少數(shù)對(duì)典型開源硬件評(píng)述的文獻(xiàn)，由于不具備明確的指向性，因此不計(jì)入本次統(tǒng)計(jì)。從圖2中可以看出，Arduino在開源硬件教育應(yīng)用中占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其次是樹莓派。pcDuino、BeagleBorad等開源硬件的教育應(yīng)用研究雖也有所涉獵，但寥寥可數(shù)。

2.2研究主題分析

本研究利用Citespace軟件進(jìn)行“關(guān)鍵詞”的共詞分析。研究選擇最小生成樹算法（Minimum Spanning，Tree）和對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行修剪（pruning the merged network）的修剪策略，得到關(guān)鍵詞共詞圖譜（見圖3）。去掉樹莓派的不同表達(dá)方式、Arduino硬件的不同型號(hào)以及STEM教育與STEM的統(tǒng)一概念，Arduino、創(chuàng)客教育、開源硬件、樹莓派等15個(gè)比較大的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)（深色圈節(jié)點(diǎn)）代表中心性和被引頻次都比較高的關(guān)鍵詞（見表1）。

對(duì)文獻(xiàn)共詞網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步聚類，使用log-likeli-hood ratio算法顯示聚類標(biāo)簽并過濾較小聚類，生成了文獻(xiàn)共詞網(wǎng)絡(luò)的聚類標(biāo)簽視圖（見圖4）。衡量聚類效果的參數(shù)Modularity為0.871（大于0.3），說明網(wǎng)絡(luò)聚類效果較好。從圖4中可以看出，共詞圖譜共形成了9個(gè)主要聚類，代表2009～2018年開源硬件教育應(yīng)用文獻(xiàn)的主要研究領(lǐng)域。本文著重分析節(jié)點(diǎn)數(shù)相對(duì)較多、信息量大的前5個(gè)聚類，即Arduino、創(chuàng)客教育、樹莓派、教學(xué)設(shè)計(jì)、機(jī)器人教育5個(gè)關(guān)鍵詞。

1）聚類0：Arduino。Arduino是目前應(yīng)用最為廣泛的開源硬件平臺(tái)，包含硬件（用作電路連接的Arduino板）和軟件（程序開發(fā)環(huán)境Arduino IDE），它的誕生也是開源硬件發(fā)展史上的重要里程碑。較之普通單片機(jī)，Arduino具有教學(xué)難度低、可擴(kuò)展性強(qiáng)、價(jià)格低廉和生態(tài)圈完整等優(yōu)勢(shì)，這也使得Arduino在教學(xué)中具有很大的應(yīng)用價(jià)值與潛力。針對(duì)現(xiàn)有大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與工程實(shí)踐聯(lián)系不緊密的問題，欒江峰等人將Arduino開源硬件平臺(tái)應(yīng)用于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方案，經(jīng)教學(xué)實(shí)踐表明該模式在鞏固知識(shí)技能的同時(shí)有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。武玉升結(jié)合目前高職院校培養(yǎng)目標(biāo)及現(xiàn)狀，在高職“單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)”課程教學(xué)中引入了Arduino實(shí)驗(yàn)開發(fā)板，改善了課程的教學(xué)效果。還有研究者基于Arduino進(jìn)行了中小學(xué)的拓展課教學(xué)設(shè)計(jì)，并以《能移動(dòng)的小車》進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，通過問卷分析及實(shí)施效果認(rèn)為Arduino設(shè)計(jì)內(nèi)容可以達(dá)到拓展課的課程目標(biāo)。

2）聚類1：創(chuàng)客教育。創(chuàng)客教育是一種融合信息技術(shù)，秉承“開放創(chuàng)新，探究體驗(yàn)”教育理念，以“創(chuàng)造中學(xué)”為主要學(xué)習(xí)方式和以培養(yǎng)各類創(chuàng)新型人才為目的的新型教學(xué)模式闆。雒亮認(rèn)為“開源硬件的成本優(yōu)勢(shì)可以加快創(chuàng)客教育的普及，其完整的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)圈可以提升創(chuàng)客教育的實(shí)施效率”。近年來，隨著Arduino等開源硬件的日漸成熟及普及，開源技術(shù)驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)和創(chuàng)客文應(yīng)運(yùn)而生，這也促進(jìn)了創(chuàng)客教育的發(fā)展。同時(shí)，創(chuàng)客教育的興起也為開源硬件提供了廣闊的教育應(yīng)用平臺(tái)。浙江溫州中學(xué)謝作如老師2013年在校內(nèi)建立了創(chuàng)客空間，并以Arduino為主要平臺(tái)構(gòu)建了創(chuàng)客課程，形成了包括《Arduino創(chuàng)意機(jī)器人》在內(nèi)的一系列校本選修課程，成為創(chuàng)客教育的典型代表。趙廣元等將基于Arduino的嵌入式服務(wù)器設(shè)計(jì)作為非計(jì)算機(jī)專業(yè)“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，該課程實(shí)驗(yàn)在加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)認(rèn)知、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和進(jìn)一步濃厚創(chuàng)新實(shí)踐氛圍等方面效果明顯，顯示出創(chuàng)客教育較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

3）聚類2：樹莓派。樹莓派是為學(xué)習(xí)者更方便地學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)編程而開發(fā)的一種微型電腦。隨著嵌入式設(shè)備的發(fā)展，2012年以樹莓派為代表的迷你主機(jī)逐漸成為計(jì)算機(jī)硬件發(fā)展的一條強(qiáng)大的支流。樹莓派具有功能豐富、趣味性強(qiáng)、模塊化結(jié)構(gòu)、高性價(jià)比等優(yōu)勢(shì)，是學(xué)校教育和項(xiàng)目開發(fā)的良好平臺(tái)。在高等教育階段，汪琴基于樹莓派進(jìn)行了高級(jí)語言程序設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)研究，采用混合式學(xué)習(xí)模式大大提高了學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)質(zhì)量。在中小學(xué)階段，劉剛剛將創(chuàng)新思維與開源硬件課程相結(jié)合，設(shè)計(jì)并開發(fā)了面向創(chuàng)新思維培養(yǎng)的樹莓派課程項(xiàng)目，通過對(duì)教學(xué)實(shí)施效果的分析與評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)新思維水平和作品創(chuàng)作水平具有了一定的提升。

4）聚類3：教學(xué)設(shè)計(jì)。教學(xué)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單來說就是教師為達(dá)成一定的教學(xué)目標(biāo)，對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行的系統(tǒng)規(guī)劃、安排與決策。開源硬件作為一種技術(shù)工具，如果想要與教育教學(xué)深度融合，離不開嚴(yán)格的教學(xué)設(shè)計(jì)。高思鑫以教學(xué)設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，探究怎樣設(shè)計(jì)Arduino項(xiàng)目教學(xué)，以提高學(xué)生的代碼學(xué)習(xí)興趣。張曉基于樂高4C教學(xué)法進(jìn)行了高中Arduino機(jī)器人的教學(xué)設(shè)計(jì)，通過實(shí)證研究從作品和課程滿意度兩個(gè)維度對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行分析，得出Arduino開源平臺(tái)可支持中學(xué)機(jī)器人教育的開展和樂高4C教學(xué)法適用于高中Arduino機(jī)器人教學(xué)的結(jié)論。

5）聚類4：機(jī)器人教育。機(jī)器人教育作為創(chuàng)客教育的重要表現(xiàn)形式，是開源硬件高度集成化和功能化的標(biāo)志，也是開源硬件在教育領(lǐng)域的另一標(biāo)志性應(yīng)用范例。2000年北京景山學(xué)校沙有威等人進(jìn)行的《在中小學(xué)校開展智能機(jī)器人的普及教育》課題實(shí)驗(yàn)，被認(rèn)為是在中小學(xué)開展機(jī)器人普及性教學(xué)的開端。隨后，一些中小學(xué)逐漸加入到機(jī)器人教育的隊(duì)伍中來。張麗芳以溫州中學(xué)選修《Arduino機(jī)器人》課程的學(xué)生為研究對(duì)象，開展了機(jī)器人教學(xué)的實(shí)證研究，從學(xué)習(xí)態(tài)度、創(chuàng)造力、知識(shí)與技術(shù)水平等方面驗(yàn)證了教學(xué)效果。在高等教育階段，鄺禹聰開發(fā)了面向?qū)嶒?yàn)教學(xué)的六自由度機(jī)器人，可以用于機(jī)器人相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程的開展。

2.3研究?jī)?nèi)容分析

計(jì)量可視化工具只能勾勒出研究領(lǐng)域的整體概況，無法提供更深入的內(nèi)容信息。因此本研究根據(jù)可視化分析結(jié)果，進(jìn)一步對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行了批判性閱讀與分析，得出開源硬件教育應(yīng)用的教學(xué)概況。下面，筆者將從教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)效果3個(gè)層面進(jìn)行闡述。

1）教學(xué)模式。我國開源硬件教育應(yīng)用采用的主要教學(xué)模式是項(xiàng)目式教學(xué)，具體輔以任務(wù)驅(qū)動(dòng)、體驗(yàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)策略。開源硬件應(yīng)用項(xiàng)目教學(xué)的模式以項(xiàng)目為主體，以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，以體驗(yàn)為促進(jìn)，在相互交流合作中完成作品。教師逐漸引導(dǎo)學(xué)生通過階段性的任務(wù)進(jìn)入完整的綜合項(xiàng)目，在更連續(xù)持久的項(xiàng)目實(shí)踐中提高學(xué)生主動(dòng)性，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維，提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作等綜合實(shí)踐能力。鄧欣等在智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生中基于開源硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展機(jī)器人實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)法設(shè)計(jì)一系列由淺入深、由易到難的實(shí)驗(yàn)，激發(fā)了學(xué)生踴躍參加相關(guān)競(jìng)賽的積極性并取得了優(yōu)異的成績(jī)。李慧穎以小學(xué)高年級(jí)樹莓派課程為例，證明基于項(xiàng)目體驗(yàn)的創(chuàng)客課程教學(xué)模式是行之有效的，能夠激發(fā)學(xué)生對(duì)創(chuàng)客課程的興趣，同時(shí)在提升學(xué)生創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等方面也有較好的效果。

2）教學(xué)內(nèi)容。目前，我國開源硬件教育應(yīng)用的主要教學(xué)內(nèi)容包括“控制器-執(zhí)行器-傳感器”的智能化控制、嵌入式系統(tǒng)、電路設(shè)計(jì)與電子裝配、元器件認(rèn)知與焊接、操作硬件的函數(shù)運(yùn)用以及常見外圍模塊，如LED、蜂鳴器、按鍵開關(guān)、遙控器、藍(lán)牙、電機(jī)、顯示、舵機(jī)等。通過分析筆者發(fā)現(xiàn)傳感器模塊幾乎是所有學(xué)段選取的主要功能，通過溫度、濕度、聲光等各個(gè)類型的傳感器感知環(huán)境，進(jìn)而通過代碼編程程序控制反饋環(huán)境。在高等教育和職業(yè)教育階段，教師側(cè)重于利用開源硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)及平臺(tái)的搭建以及工程設(shè)計(jì)等方面的專業(yè)教學(xué)。在中小學(xué)階段，由于機(jī)器人課程開設(shè)得較為廣泛，因此教師開源硬件的教學(xué)往往配合機(jī)械搭建方面的知識(shí)，并結(jié)合Scratch、Mixly、ArduBlock、App Inventor等圖形化編程軟件，降低教學(xué)難度，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3）教學(xué)效果。通過對(duì)文獻(xiàn)的內(nèi)容分析，本研究借鑒顧小清學(xué)者提出的元分析框架，將教學(xué)效果從認(rèn)知層面和非認(rèn)知層面進(jìn)行分析。認(rèn)知層面上，主要表現(xiàn)在開源硬件作為基礎(chǔ)教學(xué)工具，能夠降低學(xué)生理解程序設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)的難度，同時(shí)為學(xué)生的編程提供更為廣闊的動(dòng)手操作空間，對(duì)學(xué)生學(xué)業(yè)成就、問題解決能力、認(rèn)知能力等方面的提高具有顯著促進(jìn)作用。楊振壟等為提升智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力，提出基于Arduino對(duì)該專業(yè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過LED、傳感器和開關(guān)的基本實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生對(duì)智能應(yīng)用設(shè)計(jì)的認(rèn)知和專業(yè)敏感度。非認(rèn)知層面上，將開源硬件作為創(chuàng)新能力培養(yǎng)的平臺(tái)，可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)自信和主觀能動(dòng)性，使學(xué)生向更樂于合作、參與、分享、實(shí)踐的態(tài)度轉(zhuǎn)變。如郝新春以Snap+ Arduino平臺(tái)為例對(duì)小學(xué)5～6年級(jí)和初中1～2年級(jí)的學(xué)生開設(shè)選修課，并通過問卷調(diào)查、訪談、課例觀察等方法對(duì)課程開設(shè)后的情況進(jìn)行了跟蹤。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，Snap+ Arduino平臺(tái)在促進(jìn)教與學(xué)方式轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探究、個(gè)性化學(xué)習(xí)方面更有效，學(xué)生對(duì)Snap+ Arduino平臺(tái)的案例表現(xiàn)出了較大的學(xué)習(xí)熱情。

3結(jié)束語

本研究利用計(jì)量可視化工具對(duì)當(dāng)前開源硬件教育應(yīng)用的研究前沿、研究熱點(diǎn)等進(jìn)行了分析，同時(shí)通過對(duì)文獻(xiàn)的批判性閱讀，進(jìn)一步深入挖掘開源硬件的教育應(yīng)用現(xiàn)狀。通過對(duì)近10年的161篇文獻(xiàn)分析后發(fā)現(xiàn)：開源硬件教育應(yīng)用的研究熱點(diǎn)包含Arduino、樹莓派、教學(xué)設(shè)計(jì)等方面;基于開源硬件的教學(xué)模式以項(xiàng)目式教學(xué)為主，并輔以任務(wù)驅(qū)動(dòng)、體驗(yàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)策略;傳感器為開源硬件教育應(yīng)用的主要技術(shù)選取功能，通過感知并反饋環(huán)境，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與真實(shí)世界的交互;開源硬件的教育應(yīng)用在學(xué)習(xí)質(zhì)量、學(xué)習(xí)態(tài)度、綜合能力和職業(yè)規(guī)劃等認(rèn)知和非認(rèn)知層面能夠?qū)W(xué)生產(chǎn)生積極影響。但通過深入研究筆者發(fā)現(xiàn)，目前開源硬件教育應(yīng)用還存在一些問題，具體可以歸納為以下幾個(gè)方面。

3.1淺層次理論綜述多，深層次實(shí)證研究少

開源硬件教育應(yīng)用的實(shí)證研究較少，導(dǎo)致應(yīng)用研究顯得蒼白無力且公信度不足。具體可以表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面的問題：研究數(shù)據(jù)來源較為單一，多為單門或幾門課程的樣本;研究問題切入點(diǎn)不夠深入，只是泛泛地論述開源硬件的教學(xué)優(yōu)勢(shì)和教學(xué)策略;缺少系統(tǒng)嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)于開源硬件如何提升教育教學(xué)效果缺乏數(shù)據(jù)支撐和合理論證。因此，探究如何在教育教學(xué)中合理地選擇并應(yīng)用開源硬件，并加大開源硬件教育應(yīng)用的實(shí)證研究力度將是下一步研究的重點(diǎn)。

3.2開源硬件教育研究分布不均，缺乏對(duì)新興技術(shù)的關(guān)注

目前，市面上出現(xiàn)的諸多種類開源硬件，在教育領(lǐng)域也開始被推廣與應(yīng)用。但在文獻(xiàn)梳理的過程中，筆者發(fā)現(xiàn)目前對(duì)于開源硬件教育應(yīng)用的研究較多針對(duì)的是Arduino和Raspberry pi，只有極少數(shù)的文章會(huì)涉及到pcDuino、BeagleBoard、Cubie-Board等開源硬件，且大多數(shù)還是在與其他開源硬件的比較研究中進(jìn)行論述的。對(duì)于一些新興的開源硬件，如metas、kiwiboard、makeblock等，學(xué)界還沒有相關(guān)的教育應(yīng)用研究文獻(xiàn)。為了避免出現(xiàn)理論滯后于實(shí)際應(yīng)用的現(xiàn)象，學(xué)者們應(yīng)該加深對(duì)這些新的開源硬件的教育應(yīng)用研究，以更好地指導(dǎo)實(shí)踐，形成“技術(shù)+應(yīng)用+實(shí)踐”為主線的教育形式。

3.3存在“技術(shù)本位”思想，面向創(chuàng)新的能力培養(yǎng)不足

開源硬件不僅僅是硬件設(shè)計(jì)方法的開放，更多體現(xiàn)的是一種創(chuàng)新理念的開放，而創(chuàng)客教育的核心就是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。通過對(duì)文獻(xiàn)的深入分析研究發(fā)現(xiàn)，目前我國在運(yùn)用開源硬件進(jìn)行教育教學(xué)時(shí)存在“技術(shù)本位”的思想，教學(xué)內(nèi)容主要集中在開源硬件的基本結(jié)構(gòu)、編程知識(shí)以及平臺(tái)搭建等方面，更多地考慮如何運(yùn)用技術(shù)進(jìn)行教學(xué)而較少思考技術(shù)能夠培養(yǎng)學(xué)生什么能力。作為創(chuàng)客教育的主要載體，開源硬件的教育應(yīng)用應(yīng)著重發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力，包括學(xué)習(xí)能力、發(fā)現(xiàn)問題能力、設(shè)計(jì)解決問題方案能力和實(shí)踐其方案的能力。因此，開源硬件教育應(yīng)用，可以考慮將動(dòng)手操作和實(shí)踐體驗(yàn)的元素融入各學(xué)科、各專業(yè)的教學(xué)中，設(shè)計(jì)并開展基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)。

[責(zé)任編輯 馬曉寧]