謝作如　吳俊杰

對話嘉賓：

浙江省溫州中學創(chuàng)客教育工作室負責人，浙江省特級教師，溫州市享受教授級待遇中學高級教師，北京師范大學科學教育專業(yè)兼職教授，南京師范大學客座研究員，上海師范大學、溫州大學碩士生導師，中國電子學會現代教育技術分會副主任委員，中國教育技術協會信息技術教育專委會常務理事，教育部綜合實踐活動課程指導綱要研制項目組成員，浙江省中小學創(chuàng)客教育網絡名師工作室負責人，全國中小學STEAM教育大會聯合發(fā)起人，“貓友匯”社群聯合創(chuàng)始人，開源硬件“虛谷計劃”聯合發(fā)起人。

對話嘉賓：

北京景山學校信息技術、物理教師，STEM教育研究者，研究方向為創(chuàng)客教育的普及課程和教師專業(yè)發(fā)展。在《上海教育》《教學儀器與實驗》《中國信息技術教育》《中小學信息技術教育》雜志開設不定期專欄。發(fā)表論文八十余篇，出版專著三本。在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)領域，致力于從教育的角度推動可持續(xù)發(fā)展理念下的模塊可重用的設計，推進電子、家電、家具、建筑行業(yè)的可重用設計的理念和消費行為。

在創(chuàng)客、STEAM教育（跨學科學習）大熱之際，人們都希望其能夠有一個具體的學科抓手?！镀胀ǜ咧行畔⒓夹g課程標準（2017年版）》的頒布，使得信息技術學科看到了具體的操作路徑，其中非常引人注目的是選擇性必修模塊6——“開源硬件項目設計”，有很多教師覺得，這個模塊仿佛“就是為了普及創(chuàng)客教育設計的”，因此尤為關注課標頒布后如何開展教學的工作。

本期對話，我們繼續(xù)聊一聊有關開源硬件的話題，如果說上期對話是在解剖一個具體的學校教學的細胞，那么這次就要深入到開源硬件的心臟——硬件及其硬件本身了，我們邀請到了溫州中學的謝作如老師聊一聊他和一群有志于講好“開源硬件的中國故事”的同路人和他們的虛谷計劃——一個國產開源硬件的立體生態(tài)和一個“與中國創(chuàng)新、為世界分享”的宏大構想?！皦粝脒€是要有的，萬一實現了呢？”何況創(chuàng)客精神引領下的“創(chuàng)客工作法”讓這一切的成功系數變得很高。

吳俊杰：謝老師，其實我們認識也已經很多年了，對于對方在做什么也很熟悉。這次的對話更像是一次開源硬件之旅，結合這次國產開源硬件“虛谷號”的發(fā)布，談一談如何讓更多的國產開源硬件平臺惠及世界開源硬件的發(fā)展的“虛谷計劃”。先聊聊歷史，是一個什么樣的契機讓你接觸到了開源硬件，當時的感覺是怎樣的？

謝作如：我第一次接觸開源硬件是在2010年秋天。那時候，我和學生在做一個關于水質監(jiān)測的研究性學習項目。那個項目需要利用智能終端，將渾濁度傳感器的信息遠程存儲在數據庫，但當時用機器人實驗室中的機器人主板卻總是不成功。有個剛剛考上復旦的學生推薦了Arduino。我買過來一用就喜歡上了，它不僅性價比高，而且資源豐富——網絡上能找到很多用Arduino做的有趣項目。

使用的第二塊開源硬件是Scratch傳感器板。在玩Arduino的時候，我常常在國外網站找資料，無意中發(fā)現了Scratch。其間我在開發(fā)一門名叫“互動媒體技術”的課程，研究人機互動的技術。但是新入學的高一學生大都沒有編程基礎，需要一個能夠簡單入門的編程工具。而Scratch不僅是基于圖形化編程，還支持外部傳感器！這一發(fā)現讓我很興奮，于是就想辦法去買傳感器板，然后就找到了你，也找到了當時在教育部教學儀器與裝備研究所設計傳感器板的梁森山老師。那時候你就是用梁森山設計的傳感器板做科學實驗的。

吳俊杰：為什么會是從Arduino到Scratch傳感器板呢？因為Scratch傳感器板在當時看來可能是相對簡單的東西，那當時你是打算自己設計一塊傳感器板嗎？因為在技術上你一直領先我兩年，我常常說“謝老師研究前沿技術，吳老師研究成熟技術”。

謝作如：2010年初，我曾經陪當時就讀高三的學生王盛業(yè)（就是向我推薦Arduino的學生）嘗試過設計一款硬件，即做溫州中學自己的機器人主板。我所在學校創(chuàng)客空間里最初的焊接工具、電子元件、各種電路板就是那時候慢慢購置的。雖然這款機器人主板并不好用，但這段經歷很有意義，讓我學了很多單片機和傳感器的知識。正因為我并不精通硬件開發(fā)，況且設計開源硬件要得到很多人的支持才行，所以幾乎沒有動過要自己全新設計一款開源硬件的念頭，但我還是常常會給熟悉的企業(yè)提出各種建議。

吳俊杰：當時我也在設計一些Scratch的教具，當然也只是提提需求，還沒有深入到硬件設計層面，但后來這些設計如支持馬達輸出的Scratch傳感器板，或者更適合大班教學的Arduino試驗箱等都得到了教學領域的好評。特別是跟梁森山老師認識以后，我開始從裝備的角度思考教學、教具和實驗室的配合問題。我雖然出身物理專業(yè)，但是看到密密麻麻的接線，第一感覺還是蒙的。第一次看到基于Arduino設計的Scratch傳感器板的時候，就覺得很神奇，它的底層核心板Arduino在淘寶上居然只要幾十塊錢，而且不像我之前用的機器人之類的東西，只有基礎教育這個小圈子用，很多專業(yè)工程師和愛好者也在用。這讓我覺得開源硬件能夠做到兩點：一是普及，讓學生像使用文具一樣使用開源硬件；二是高天花板，不再受到“基礎教育”的限制，直接對接高校教學和社會需求。

能否簡單聊一聊，當你看到專業(yè)人士用的開源硬件和作為教育用途的開源硬件的時候，有什么不一樣的感覺，因為一類好像是工程師的硬件，另一類則是專門為這個教學設計的硬件。

謝作如：我用過好多開源硬件，比如OpenWRT是面向工程師的，micro：bit是面向中小學的，Arduino則介于二者之間。所以micro：bit在防靜電、按鍵手感、板子的美觀等方面做得比較好，連接線會選擇鱷魚夾、香蕉頭之類。而OpenWRT、Arduino會使用杜邦線之類。如果不是國內很多開源硬件的廠商設計了各種擴展板，Arduino在中小學肯定是很難推廣的。從這一點看，DFrobot、Seeed等國內開源硬件的生產商在Arduino的推廣方面，做了很大的貢獻。像Scratch傳感器板也是典型的面向教學的開源硬件，目前由管雪沨老師、周茂華老師領銜的國產開源硬件“掌控板”也是這一類開源硬件。所謂開源就是開放原始設計圖紙，任何人都可以生產，對于開發(fā)者只做署名之類的簡單保護，使得好的想法能夠最大限度和最大速度地惠及到其需要的人的一種工作方法。Arduino和Scratch傳感器板都是開源硬件，一前一后帶動了開源硬件近十年的發(fā)展。

吳俊杰：其實我剛開始接觸開源硬件順序跟你是相反的，我是先接觸傳感器板，覺得它非常方便，容易開展日常教學，然后才開始接觸Arduino這種需要外接各種設備的相對比較專業(yè)的開源硬件。在這個過程中，我有一種循序漸進的感覺，即在小學應該用傳感器板，初中之后用Arduino，這似乎有一種自然的學習順序。當時我覺得開源硬件這個教學內容是我們需要的，是普及型的，而且不是某一個公司所壟斷的，是能夠成為一種教育公共品，是大家共同學習的資源。一直走到今天也特別感激，感謝很多同路人，感謝梁森山老師帶著我入門，感謝謝老師你開發(fā)的那個很穩(wěn)定的Eduarduino中的Ardublock教育版，也感謝創(chuàng)客圈的李大維與何琪辰開發(fā)的Ardublock原始版本，這是第一個有國際影響力的開源硬件教育軟件項目。正因為它是開源的，后來才會允許其他人對其進行改進，這時我才有勇氣開始學習Arduino，并開始覺得這個東西可以被更多的教師掌握。所以回想起來，其實還是挺好的一件事情，我不太清楚在你接觸Arduino的時候，它是當時教學的需求還是以科技創(chuàng)新比賽為導向的特長生培養(yǎng)的需求，而當你再開始研究互動媒體技術的時候，目標就變成課程導向的普惠式的面對所有學生的培養(yǎng)。是否可以這樣理解，接觸了開源硬件之后，你自己的教學定位也在發(fā)生變化？

謝作如：我覺得你的判斷是非常有道理的，的確是這樣的——工具其實會決定或者影響人的思維。最初選擇Arduino是為了指導學生完成水質監(jiān)測的研究項目，這個項目最后得到了浙江省研究性學習一等獎和科技創(chuàng)新大賽二等獎。雖然我那時候已經在開發(fā)校本課程了，但重點工作還是關注如何指導學生做看起來很厲害的項目，再想辦法獲獎。使用Arduino后，在網上找到的都是各種有趣項目，如和“憤怒的小鳥”游戲互動的裝置，裝在南瓜上的俄羅斯方塊等，這些創(chuàng)客項目打開了我的視野，才有了后來的“互動媒體技術”課程，開始強調如何讓學生愛上技術。

讓我從精英化的比賽完全轉向到普惠教育，是來自和DFrobot的一次對話。2013年我認識了DFrobot的葉琛，在逐步了解的過程中，他聊到自己的教育夢想是做普惠教育，一名企業(yè)的CEO居然有這樣的教育情懷，這讓我刮目相看。從那以后我不斷反思，不斷提醒自己，創(chuàng)客教育一定要普惠，不能走進比賽的死胡同。這就是所謂的不忘初心吧。

吳俊杰：這些不同特長和領域的人結合在一起就構成了一個以創(chuàng)客文化為內核的朋友圈，這就產生了圈子的力量。是不是在國際上也是這樣子，像樹莓派一類的門檻略高的開源硬件國際上也主要是一些發(fā)燒友在使用，在初等教育階段，面向小學和初中，對于代碼編程有困難的地方，樹莓派的應用也是比較困難的，直到圖形化環(huán)境的出現。我還記得中間還有一兩個跟中國人有關的東西，比如說PCduino和香蕉派，而且香蕉派還對樹莓派做了比較深度的改進。負責研發(fā)的是中國臺灣的鴻?？萍紙F隊，技術實力很強，能夠應對我們提出來的各種教學需求。當時還希望香蕉派能夠兼容改進Scratch傳感器板，能夠有一鍵開機自動啟動默認Scratch程序這樣的功能設計，實際上這都是希望能夠使它更方便地讓一線教師去應用，或者讓學生去做展示交流的項目，但是從具體效果來講，還是沒有解決最后一公里的問題。另外，有一件事情還是比較令我感動的，就是我們在對香蕉派提出一些針對教育的個性化定制的問題時，他們很認真地思考和調試了教師的需求，這就構成了一種比較順暢的溝通形式。我們期望研發(fā)像“虛谷號”這樣的中國領銜、教育導向的開源硬件，也能夠得到開源硬件廠商合理、積極地回應。

謝作如：說起香蕉派，讓我想起了很多往事。我和香蕉派的創(chuàng)始團隊主要負責人張志銘在2014年認識，之后的聯系比較緊密。他經常會給我寄香蕉派的板子來征求意見。虛谷號的想法來自去年參加臺北maker faire時和張志銘聊天中的靈光一現。我認為香蕉派在中小學很難使用，因為必須要接個鼠標鍵盤，實施起來很麻煩。于是隨口說了一句：有沒有辦法能夠讓香蕉派或樹莓派像micro：bit一樣，插到電腦就能出現一個U盤，將Python代碼復制進去就執(zhí)行了。張志銘很認真地說：“可以呀，你們不提需求，我們怎么知道教學中需要怎樣的功能呢？”剎那間我意識到，工程師不了解教育，普通教育者不了解技術，很需要既懂技術也懂教育的人去做二者之間的橋梁，而我就是一個很好的人選。

吳俊杰：在基礎教育的易用性上，樹莓派可能做得稍微差一點，但是樹莓派之后的micro：bit做得就好很多。它做了免驅動的工作，而且圖形化的在線編程工具以及后續(xù)對Python的支持也挺好。在開源硬件的發(fā)展過程中，中國實際上承擔了兩個角色，第一個角色就是電子產品的代工和制作，第二個角色是實現微創(chuàng)新，甚至在一些個性化的設計工作領域有趕超的趨勢。從目前來看，比如說DFrobot的Windows版本的類似樹莓派的卡片式電腦——LattePanda項目在國際上就很流行，國內的力量在一點點地變得強大，變得有自主的聲音和自己的影響力。

謝作如：你說得很對。這些年我和一些創(chuàng)客教育的大企業(yè)走得很近，所以才有了自主設計開源硬件的底氣。我們國內的開源硬件企業(yè)，如DFrobot、Seeed和美科，他們在開源硬件上面已經積累了很多年，而且還有大量的客戶渠道，包括國內的和國外的。

至于在易用性方面，作為一線教師，我有著深刻的體會。我開設的第一門開源課程“Arduino創(chuàng)意機器人”，選擇的是DFrobot的Romeo。這是一塊三合一的板子，我特別喜歡?，F在中小學的教師教學Arduino，肯定會用到各種各樣的擴展板。沒有擴展板，接Led、傳感器等模塊都需要借助杜邦線和面包板，這對學生來說真的是太難了，而且不穩(wěn)定。如果要做一輛避障小車，不僅要接擴展板還要接電機驅動，非常麻煩。而這些問題用一塊Romeo就全部解決了，還延續(xù)了Arduino的可擴展性。從講授這一課程的教師們的反饋就可以看出，我的判斷是正確的。所以，易用性一定是虛谷號的第一設計要素。

吳俊杰：人工智能很火的同時讓樹莓派也跟著火了一把，毫無疑問已有資源和案例積累最多的又是Arduino生態(tài)，而免驅動的micro：bit使用起來又最方便，但是這三種平臺在國外都是不同的“門派”，而且還有自說自話的趨勢。那么關于虛谷號，我理解就是把三者的優(yōu)勢結合起來，在一個沒有歷史包袱的地方，開始更符合開源文化本源的創(chuàng)造。從已有的設計來講，它在外在形式上兼容Arduino的所有傳感器和上層板，它有一個PC模式，還有一個U盤模式，在U盤模式下更適用于大班的教學。尤其是在《開源硬件項目設計》這個模塊當中，其對Python語言的天然支持，應該能夠在教學上大展拳腳。而且在人工智能的背景下，由于運算能力達到了一個足夠強的水平，還能夠在PC模式當中執(zhí)行很多人工智能的算法，通過訓練，可以完成“普惠人工智能”的很多任務。而且，虛谷號天生就是“中國芯”，應該算是通過教育領域的應用來提升國產芯片行業(yè)影響力的一個積極的嘗試。優(yōu)點好像一碗面，“不止一條”，讓我很期待虛谷號能夠成為開源硬件領域的“集大成者”。

謝作如：目前虛谷號的開發(fā)進展很順利，預設的PC模式和U盤模式都基本實現，非常感謝SCOPE?？破赵诎沧亢蚅inux領域的開發(fā)經驗，使得開源方案在設計的過程中比預想的順利了很多?，F在回想起來，對于虛谷號的設計，討論最激烈的是板載的Arduino芯片選擇ATmega328P還是ATmega32U4。因為Arduino眾多型號中，用戶最多的是UNO，用的是328P芯片，其次是Leonardo，用的是32U4，32U4的功能會更強大。那么，二者之間到底選哪一款呢？參與討論的有梁森山、葉琛、余翀和李琦等。最終的結果選擇328P，因為我們認識到，一塊板子不可能解決所有問題，需要取舍，用328P就能實現絕大多數的項目，涉及高速計算的操作，讓主芯片來運行就可以了。后來大家都評價這樣的設計是合理的，大部分涉及人工智能的項目都需要做高速計算，很好地把樹莓派和Arduino、micro：bit的優(yōu)勢集中起來?，F在想來，做出一款優(yōu)秀的為教育定制的開源硬件的過程，就是在協調好夢想與道路的關系。國際的開源硬件運動客觀上促進了中國創(chuàng)客教育的發(fā)展。同時，制造研發(fā)水平的提高和教育的發(fā)展使得我們有能力、有信心、有意愿去為國際的開源硬件運動做出更大的貢獻。在這條路上，堅持夢想、惠及他人，是獲取成功的唯一方法。

吳俊杰：能講一講虛谷號的典型案例嗎？給我們一個比較直觀的感受。

謝作如：最近我們已經開始使用虛谷號的測試版設計案例了，比如做一個有趣的家用機頂盒。因為現在的機頂盒里面有太多的選項，而家里老人不會操作，那么我們可以給虛谷號接上攝像頭，用人工智能去判斷當前的用戶是老人還是小朋友，然后選擇播放動畫片還是別的電視連續(xù)劇。按照這樣的思路，我們發(fā)現只要學生能寫代碼，就能改造家里的普通電器，使其從非智能到智能，甚至能夠支持網絡，用手機操作。

這個案例的技術難度其實并不高，我們會把關于攝像頭操作和人臉識別做成一個個簡單的庫，調幾個函數就能實現。我們的目標是讓這樣的案例代碼控制在十行之內，即判斷當前是否有障礙物，如果有就啟動攝像頭，再調用云端的AI判斷是不是“人”，以及“人”的年齡，最后選擇播放的視頻源，小學生都能理解并且獨立完成。

吳俊杰：這些年中國創(chuàng)客教育的積累，使得我們能夠站在一個更為上位的角度去幫助更多的人使用開源硬件，通過我們的努力改進，使得開源硬件更為方便地被大家所接受，甚至融入到生活當中，這是我們所期待的狀態(tài)。你是不是也在期待開源硬件走入家庭，有開源洗衣機、開源冰箱的出現？

謝作如：我一直有一個夢想，就是讓孩子能夠通過簡單的“修修補補”的形式去改造家里的電器?，F在新的家電都支持物聯網，變成智能電器了。孩子們使用這些智能產品的時候，會覺得很高大上，但是大都不知道原理，僅僅會使用罷了。借助虛谷號，把普通電器改造為智能電器的操作，是很有趣也很有價值的探究性學習。創(chuàng)客運動源自車庫，當年的美國車庫里正是有很多孩子在做各種各樣的“修修補補”工作，才誕生出了蘋果、惠普之類的國際大公司，才有了今天的硅谷。當我們中國的孩子也可以借助虛谷號，去做類似的改造工作時，我想很有可能會引領一些知名的家電大公司做一些改變。

舉個更加具體的例子，如我家的電飯煲，具有網絡管理功能，支持很多種模式，如做飯、煮粥、煲湯等。我平時就用了做飯和煮粥兩種，很希望早上就固定煮粥模式，中午則做飯。如果電飯煲提供了網絡接口，我就能用虛谷號寫個代碼去管理它，甚至做好飯都能發(fā)個微信提醒我，這多有趣。虛谷計劃是一個更為龐大的開源文化的推廣項目，會引入更多的開源硬件的項目的設計，有更多的板子加入進來，更多的企業(yè)開源方案加入進來，形成一種合力。“與中國一起創(chuàng)新，為世界大同分享”是虛谷計劃的核心價值。當然，我目前則是和很多朋友全力做好虛谷號和相關社區(qū)及教育應用的工作，為未來的虛谷計劃做一個好的開端。

吳俊杰：謝老師聊起情懷來也頗為打動人心，真的有些小激動，接下來如何期待虛谷號未來的銷售量？元旦前后就要跟大家大批量的見面了，價格預計是多少？

謝作如：這是一道難題，我不知道應該能出多少，也沒有計算過。虛谷號是一個完全開源的項目。一般來說，我們會選擇CC-BY協議，這種協議只要求保留設計團隊署名就可以按照圖紙生產。從軟件到硬件，全部開源，包括PCB。至于虛谷號這個名稱，我們是做了保護，這一點是學習Arduino和micro：bit，代表著官方授權生產在品質和功能上的保證。最終，我們期望有個基金會或者非營利組織去運營這一項目，也就是說會有一個官方組織進行管理，授權哪些企業(yè)可以生產，哪些周邊生態(tài)是值得推薦的，具體的運行機制還沒有想得很清楚，邊走邊看吧。

從需求上看，我知道高中信息技術新教材有開源硬件項目設計模塊，不管學校會用哪家出版社的教材，虛谷號都是較好的教學器材，有可能跟著這些教材進入每一所高中。哪怕在小學和初中，老師們很快就會發(fā)現，在學生學習了micro：bit和Arduino之后，就要轉到虛谷號了。因為虛谷號能夠與其兼容，并且功能更加強大。所以從數量上看，虛谷號的需求是一個不斷放大的過程。當然，這取決于高中信息技術課程和中小學綜合實踐活動課的實施情況，也取決于STEAM教育和創(chuàng)客教育能否真正在中小學落地。從總量上講，教育只是一個入口，社會應用的潛力巨大。

我們在設計虛谷號之前，就討論過價格的問題。因為虛谷號的成本高，是一個性能強大的微型電腦，標準版自帶1G內存和8G磁盤，成本明顯比Arduino和micro：bit高，所以售價會和樹莓派差不多。定價的原則是要貼近成本價，讓任何廠家都沒有山寨的意愿。為什么要這樣設計價格？我們就是希望專業(yè)的人去做專業(yè)的事，企業(yè)就做生產，教師就做課程研發(fā)。接下來還有很多工程師、創(chuàng)客會參與虛谷計劃，做軟件開發(fā)，因為這是一個開源項目，是屬于所有教育創(chuàng)客的開源項目。當然，畢竟大家都是第一次做這樣大型的開源項目，只能邊走邊看。但我相信，只要大家不忘初心，肯定能做好。

吳俊杰：這么說虛谷計劃或者說眼前的虛谷號可能僅僅只是一個開始。我覺得實際上教育只是一個切入點，從這個切入點能夠走向生活、走向具體的行業(yè)應用才是最終的目的。這是一個普惠創(chuàng)客和技術民主化的時代，最期待看到的，也是屬于我們的小小夢想，期待著這條屬于中國的開源硬件之路走得越來越順暢，走的人也越來越多。

謝作如：從一開始，我們就將虛谷號定位為國際化的開源硬件，不是僅僅為中國服務，而是造福世界。虛谷號的中文名字來自“虛懷若谷”，表示要兼容各種主流的開源硬件，考慮到這個名詞東方文化的色彩比較濃，所以英文名稱就取vvboard，看起來很中性。我希望中國的色彩不要太濃，不要一開始就被西方的一些國家用有色眼鏡去審視這個項目。既然我們都認為中國的教育創(chuàng)客隊伍有足夠的能力去設計一個面向全世界的開源硬件，一個真正為中小學教育定制的智能終端，那么就一定要想辦法走出去，通過“一帶一路”之類的中外交流活動走出去。現在我們擁有很好的先天條件，DFrobot、Seeed和美科等都是擁有大量海外用戶、很好的海外銷售渠道的生產企業(yè)。我相信虛谷號肯定能走向國際，讓更多的國家、更多的孩子，享受到中國教育創(chuàng)客團隊設計的優(yōu)秀教育器材。

做虛谷號的過程中，我有了很深的體會。一開始并沒有想很多，就想做一塊比樹莓派更好用的板子。但是隨著更多人的加入、更多需求的提出，慢慢發(fā)現僅僅一塊板子是不夠的，所以就同步設計了掌控板，二者相互結合。但這樣還不夠，還需要更好用的編程軟件，需要物聯網平臺，需要交流平臺，所以虛谷號就升級為虛谷計劃了。

目前已經有來自Intel和海信的工程師幫我們去設計開源的物聯網平臺，北師大傅騫老師團隊的mixly和DFrobot的mind+以及好好搭搭，都很快就會支持虛谷號和掌控板的編程，這些平臺都會納入到虛谷計劃里面來。因為只有這樣，虛谷計劃才可以成為一個大的開源平臺，各個項目之間才會形成互補。我們希望有更多的企業(yè)、更多的好產品，能夠加入到這個開源平臺，然后告訴更多人，中國是一個負責任的大國，有一批教育創(chuàng)客在做開源項目，為孩子造福，為世界造福。