探究開源文化發掘本土資源 激發創新志趣
——“開源硬件的特征”教學建議

趙偉剛 山東省淄博市基礎教育研究院

孫波 山東省教育科學研究院

開源硬件項目設計是選擇性必修課程，旨在滿足學生個性化發展需要，激發和培養學生的創新興趣和動手實踐能力。很多學生對開源、開源硬件的概念還很陌生，更不理解應如何利用開源硬件進行項目設計和制作，以及如何利用開源硬件進行信息技術創新實踐。因此，“開源硬件的特征”作為課程模塊的第一部分，承擔著開啟新知、夯實基礎、激發興趣的重要作用。

● 課程標準要求

課程標準對該部分內容要求為：基于實例分析，認識開源硬件的特征與發展，理解利用開源硬件進行信息技術創新的意義。結合高中學生的認知水平和發展特點，該要求實際包含了較為豐富的學習內容。要認識開源硬件的特征與發展，就要讓學生結合豐富的事例，充分了解開源硬件緣起的社會背景、開源硬件的優勢和發展歷程。要理解利用開源硬件進行技術創新的意義，就要結合學生身邊有趣的實例，展開研究和探討，有效激發學生進一步學習的興趣和探究的欲望。在教學中，通過對經典案例的分析，讓學生在信息意識層面，能夠了解開源硬件對設計、制作新型信息系統的作用和優勢；在計算思維層面，理解開源硬件的特征、優勢和適用范圍；在數字化學習與創新層面，深刻領會開源硬件是實現信息技術創新實踐的一種途徑；在信息社會責任的培養層面，正確理解“開源”的內涵和“分享”的精神，正確看待和尊重知識產權。

● 教材內容分析

對于“開源硬件的特征”部分內容，現行各版本教材大都按照“開源運動—開源軟件—開源硬件—開源硬件分類—開源硬件特征”的順序安排，教科版教材在該部分設計篇幅最少。下頁表列出了各版本教材中該內容的知識框架。

各版本教材對開源硬件項目開發平臺的介紹詳略各異。教科版對五種常用的開發平臺做了簡介；浙教版將三種開發平臺的特點介紹放到了“開源硬件項目開發”部分；粵教版重點介紹了Arduino開發平臺，對樹莓派和micro:bit則作為拓展閱讀簡單提及；華師版則對Arduino和樹莓派兩個平臺做了特點分析和對比。

粵教版結合開源硬件在制造業、農業、醫療和教育領域的經典案例闡述了開源硬件對信息技術創新的積極意義；浙教版則通過四個經典案例的介紹，讓學生認識到開源硬件項目的發展能有效降低很多研究領域的技術門檻和制造成本，提高其發展質量和迭代速度。

在單元學習目標的確定上，各版本教材都聚焦了開源硬件的概念、起源、發展與特征，浙教版、人教-中圖版、華師版、滬科版都介紹了開源許可協議在開源硬件發展中起到的作用。

各版本教材“開源硬件的特征”知識框架

● 教學實施建議

1.厘清“開源”與“保護”的邊界

作為開源文化的一部分，學習開源硬件首先需要了解孕育開源硬件誕生的開源文化和推進開源硬件發展的開源運動。

開源文化的核心理念是自由、開放和共享。然而，隨著互聯網應用的快速發展和版權意識的覺醒，學生對知識產權保護的意識越來越強，能夠深刻認識到知識產權是人類智力勞動成果的專有權利，也是社會財富的重要來源，高度認可保護知識產權，就是保護創新。當自由、開放和共享的開源理念與知識產權保護的專有性質產生認知沖突，引發學生對開源與知識產權保護的邊界進行思考的時候，就是引導學生深入學習、一探究竟的最好時機。

教師應組織學生利用圖書館、互聯網、開源社區查閱資料，交流討論，引導學生理解開源許可協議背后所蘊含的共享和制約機制，加深對開源文化的認識和理解，提升信息社會責任。讓學生認識到開源許可協議的重要意義。開源不等于免費，也不等于沒有約束，它將知識共享中所涉及的權利和義務、開放與約束等道德和倫理問題，納入對開發者和使用者雙重保護的法制范疇，為開源共享提供了可持續發展的保障機制。開源硬件的誕生離不開開源文化發展的社會大背景，它是人們對創新創造不懈追求的產物。

2.依托本土經典案例，激發學生探究興趣，培養學生創新志趣

“開源硬件的特征”這部分內容理論概念多，抽象識記多。如果僅泛泛地講授教材案例，學生難以將新知識與生活經驗相結合，也難以切身感受開源硬件對信息技術創新的意義，因此，需要教師充分發掘本土化的開源硬件創新創意資源。例如，有教師團隊基于當地陶瓷文化，制作了我國第一臺3D陶泥打印機，可以個性化地制作陶藝作品；學生為了解決家里儲藏室返潮制作的自動除濕系統等。學生身邊的這些經典案例，作為優質教學資源，往往更容易給學生的思想帶來沖擊，從而培養學生學習興趣，激發學生創新的內驅力。

3.搭建創客活動教室，營造創新育人氛圍

從開源硬件項目設計與學習活動的特點來看，往往需要便于學生操作的寬敞空間和方便合作交流的桌椅布局，因此，建議學校建設專用的創客活動教室。除了配備能夠訪問互聯網的計算機硬件環境，還需要配置足夠的開源硬件套裝、調試組裝工具、測試儀器、測量工具和耗材，開辟作品展示區域，陳列學生優秀作品，營造富有科技感的創新氛圍，有助于開源硬件設計模塊開展教學。

總之，教師要結合學情，組織有效的項目學習活動，讓學生認識開源硬件的特征與發展，理解利用開源硬件進行信息技術創新的意義，激發學生進一步學習開源硬件項目設計與制作的興趣，將知識建構、興趣培養與思維發展融入運用數字化工具解決問題的過程中，進一步發展學生的信息技術核心素養。