鄔技科

摘要：從循規(guī)蹈矩的傳統(tǒng)教育邁向主動創(chuàng)新的創(chuàng)客教育，有諸多問題值得探討。創(chuàng)客的歷程不僅僅在于創(chuàng)作出可見的物，更在于在造物的過程中培育人的創(chuàng)新力。本文作者在開源硬件智造領(lǐng)域，經(jīng)過近幾年來的教學(xué)實踐，發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新的培養(yǎng)依賴于若干個支點，因此從“選題”“習(xí)技”“智作”“升級”四個方面談開源硬件的創(chuàng)意智造項目的教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：中小學(xué)；信息技術(shù)；創(chuàng)客教育；教學(xué)策略

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

在全球創(chuàng)客的大環(huán)境下，在國務(wù)院發(fā)文普及中小學(xué)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(xué)創(chuàng)客教育創(chuàng)造了有利的條件，也帶來了新的挑戰(zhàn)。

創(chuàng)客教育與傳統(tǒng)教育是兩個不同的概念，傳統(tǒng)教育是“給定”的——給定的課程標(biāo)準(zhǔn)、給定的課本、給定的題目、給定的標(biāo)準(zhǔn)答案，學(xué)生用已有的方法解決給定的問題。創(chuàng)客教育則是“創(chuàng)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(fā)現(xiàn)新問題，在彼此分享中探索前所未有的方案解決問題，創(chuàng)造新事物。要想從“給定”轉(zhuǎn)到“創(chuàng)造”，必須從之前一貫的思維中跳脫出來，用創(chuàng)新、創(chuàng)享的創(chuàng)客思維來做創(chuàng)客教育。

三維視角下，聚焦創(chuàng)意選題

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

（1）選題源于自身的問題關(guān)注。對于個體而言，創(chuàng)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(chuàng)作熱情，創(chuàng)意構(gòu)想才能更為具體深入。感興趣的技術(shù)點、自身擅長的領(lǐng)域、對特定人群的關(guān)注、待解決的生活問題等都蘊含著非常了不起的創(chuàng)意種子。

（2）選題源自放飛心靈的聯(lián)想。等到某個時間節(jié)點上，匆忙構(gòu)想創(chuàng)意，很難出現(xiàn)令人驚喜的創(chuàng)新。在平時，就要養(yǎng)成思考的習(xí)慣，質(zhì)疑身邊司空見慣的現(xiàn)象，探究平日里產(chǎn)生的疑問。

（3）選題源于高尚美好的情懷。創(chuàng)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?？傊际菫榱俗屔罡篮?，這是創(chuàng)意選題的核心思想。

有了選題以后，應(yīng)注重學(xué)生之間互相分享自己的創(chuàng)意主題和實現(xiàn)預(yù)想。在分享中，學(xué)生既能從彼此的選題中得到啟示，豐富多彩的創(chuàng)意，又能從反饋建議中完善創(chuàng)意。值得提醒的是，別忘記用“專利在線查詢系統(tǒng)”進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)查新，查看選題是否創(chuàng)新。當(dāng)然，并非從無到有才算創(chuàng)新，在已有基礎(chǔ)上的改進(jìn)完善，也是一種創(chuàng)新。

開源環(huán)境下，創(chuàng)新習(xí)技模式

每個與眾不同的創(chuàng)意都會引發(fā)特定的知識技能需求，層出不窮的新技術(shù)、新工具，模塊之間的結(jié)合出現(xiàn)意料之外的問題……此時，僅靠學(xué)校的創(chuàng)客課程教學(xué)就會略顯不足。因此，學(xué)生自己展開想象的翅膀，創(chuàng)新學(xué)習(xí)模式，運用創(chuàng)客思維找到和創(chuàng)意項目相關(guān)聯(lián)的核心技術(shù)知識并直接學(xué)習(xí)應(yīng)用，就顯得尤為重要。

1.挖掘技能學(xué)習(xí)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(fā)布平臺淘寶網(wǎng)，匯聚創(chuàng)客智慧結(jié)晶的創(chuàng)客社區(qū)，結(jié)伴前行的QQ群，大咖達(dá)人的自媒體平臺，線上線下與同學(xué)或?qū)＜业幕咏涣鞯?，已?jīng)滲透到學(xué)生的生活中，為技能習(xí)得提供了新的平臺。

2.挖掘技能學(xué)習(xí)新資源

區(qū)別于傳統(tǒng)的課程配套的資源，在開源環(huán)境下涌現(xiàn)了大批電子共享版的創(chuàng)客教材、課件、教學(xué)視頻；軟件自帶的示例程序展示了軟件的精髓，引領(lǐng)學(xué)生快速入門；解構(gòu)典型的創(chuàng)意作品能迅速習(xí)得他人的思維模式和制作技巧；創(chuàng)客分享的經(jīng)驗帖子讓學(xué)生有機(jī)會看到超乎自身想象的東西。這些是和傳統(tǒng)教育迥然不同的新型學(xué)習(xí)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(shù)和豐富多彩的創(chuàng)意，有機(jī)會看到更多超乎想象的東西。作為感恩，也應(yīng)該把自身的創(chuàng)、技能分享發(fā)布，讓自身的價值得以擴(kuò)大和延伸。

互聯(lián)融合中，實踐創(chuàng)意智造

有了技能支撐，就可以進(jìn)入實質(zhì)智造階段。好玩的創(chuàng)意、新奇的構(gòu)想將通過親手打造變?yōu)楝F(xiàn)實。如何將創(chuàng)想和零散的模塊、各種技能聯(lián)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(xué)科的知識技能，在STEAM教育理念的指導(dǎo)下，對創(chuàng)意進(jìn)行落地思考，琢磨出一套智造實作方案。人工智能時代的創(chuàng)意智造主要有分析設(shè)計、硬件連接、程序編寫、調(diào)試排錯、模型搭建等環(huán)節(jié)（如下圖）。創(chuàng)造一項全新的事物，有參考的流程，但每個環(huán)節(jié)沒有標(biāo)準(zhǔn)的方案，有待自己去創(chuàng)新探索。

1.分析設(shè)計

對創(chuàng)意展開詳細(xì)的設(shè)計分析。例如《懂你的窗子》，所要實現(xiàn)的功能是當(dāng)遇到下雨、空氣污染和大風(fēng)的天氣，窗子能夠智能地關(guān)閉。因此，需要用到雨滴傳感器、空氣質(zhì)量檢測傳感器和風(fēng)力傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取，而窗子的開關(guān)功能可以用舵機(jī)帶動機(jī)械臂實現(xiàn)。

2.硬件連接

準(zhǔn)備所需的硬件，如Arduino控制板，通常會用擴(kuò)展板來增加端口，以便更方便地連接各種傳感器、按鈕、舵機(jī)、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(biāo)著“D”，傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，在串口監(jiān)視器中顯示0、1值，要連接在數(shù)字端口上；模擬傳感器模塊標(biāo)著“A”，傳輸?shù)氖悄M信號，真實世界的變化會在串口監(jiān)視器中映射連續(xù)的數(shù)值。

3.程序編寫

對硬件進(jìn)行編程，實現(xiàn)軟硬件的聯(lián)通，要注意程序中的端口定義應(yīng)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(biāo)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(huán)，和其他純軟件編程不太一樣。

4.測試排錯

將程序?qū)懭胗布?，難免會發(fā)現(xiàn)存在錯誤漏洞，需要反復(fù)地調(diào)試，提升項目功能的穩(wěn)定性。調(diào)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(shè)計。有時候不僅是程序的問題，還有傳感器的靈敏度、域值設(shè)定問題，借助串口監(jiān)控可以方便地觀察端口捕獲信息的動態(tài)值，在構(gòu)造程序時就可以根據(jù)明確的信息做出精準(zhǔn)的問題解決。有時調(diào)試程序，可以用局部調(diào)試或逐段排查，提高程序癥結(jié)排除的效率。

5.模型搭建

完成程序和硬件聯(lián)通后，開始著手作品結(jié)構(gòu)搭建和外觀設(shè)計。適切的材料選擇、精巧的搭建結(jié)構(gòu)、幽默養(yǎng)眼的設(shè)計元素?zé)o不體現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)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(jī)械結(jié)構(gòu)；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(zhì)材料中則能讓作品更精致，更富藝術(shù)性。

精雕細(xì)琢中，迭代升級作品

在實際創(chuàng)作的過程中，作品并不是一次就完成的，而是經(jīng)歷了多次的改進(jìn)優(yōu)化，迭代升級后，最終才創(chuàng)作出性能穩(wěn)定、具有實用價值、用戶體驗良好，甚至可以小批量生產(chǎn)的創(chuàng)意作品。

1.在自我更新中升級

隨著項目智造的進(jìn)展，學(xué)生的思維認(rèn)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(yōu)化、結(jié)構(gòu)的簡化、外觀的藝術(shù)化都會隨著學(xué)生自身技能認(rèn)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(chuàng)造的喜悅，還是希望在他人的評價中鞭策自己，分享項目、發(fā)布到社區(qū)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(xì)節(jié)雕琢中升級

細(xì)節(jié)的精細(xì)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(shè)計元素；將傳感器的位置、朝向調(diào)到最佳；將參數(shù)值調(diào)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(chuàng)新、精益求精、追求極致的精神理念。

案例：《人行橫道智能保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)》的迭代升級。

該項目的功能實現(xiàn)是：到路口行人達(dá)到一定數(shù)量時，亮綠燈，打開閘門，讓行人通過；切換到紅燈時，關(guān)閉閘門，保護(hù)行人，并檢測違章行為的智能系統(tǒng)。版本1.0提供了簡單的保護(hù)、提醒功能，環(huán)保回收材料制作；版本2.0能實現(xiàn)監(jiān)測違章行為的功能，將閘桿起落改進(jìn)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(chuàng)造是每個人與生俱來的天賦和欲望。在創(chuàng)造時代，有些東西是他人打造的，有些東西則是我們創(chuàng)造分享的，大家的共同創(chuàng)新才創(chuàng)生了這個美麗的世界。不斷地創(chuàng)造，不斷地分享，最終發(fā)現(xiàn)自己，發(fā)展自己，成就生命，成為創(chuàng)客。

專家觀點

本專題針對當(dāng)前創(chuàng)客教育的實踐與思考做了一些難得的嘗試。有站在區(qū)域管理者的角度描繪逐層推進(jìn)的頂層設(shè)計，有從身邊的材料著手探索教學(xué)路徑的建構(gòu)，有通過程序設(shè)計透視創(chuàng)客教育所蘊含的計算思維和核心素養(yǎng)，也有一線教師在玩轉(zhuǎn)硬件的同時發(fā)現(xiàn)了創(chuàng)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(chuàng)客教育的田野里播種了希望，收獲了碩果。創(chuàng)見未來，我們的教育在創(chuàng)客教師的推動下必將一路歡歌，且行且精彩！

——北京師范大學(xué)傅騫教授