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2017年1月

发明和制造:创客教育的灵魂

文/厦门科技馆

     在中国传媒大学附属小学的科技活动展示上,一款“智能语音小药柜”吸引了人们的目光。药房的员工只要对着话筒说出需要取用的药品,对应的药柜就可以自动打开。这样,就可以减轻药房员工需要记忆100多个药柜中药品类型的负担。此外,智能语音小药柜还可以在药材不足的时候自动向药房工作人员进行提醒,让工作人员更加有效地管理药品。
这个具有市场运用前景的药柜,是中国传媒大学附属小学电子智能社团2位学生设计,耗时数月自主进行的一项创客项目。电子智能社团是传媒附小的一个专注于创客教育的社团,在这里,学生可以学习到创客工具的使用,并利用它们进行发明和制造。
30年前,普通人离发明和制造很远。要制造一个具有市场前景的产品,需要花费大量精力进行设计、工厂开模、申请专利等一系列流程。这个流程往往花费数年的时间,以及高昂的成本,以至于很多优秀的设计最终只能停留在图纸上,无法付诸生产。30年后,我们离发明和制造很近,随着开源硬件、桌面生产工具及相关软件的发展,发明和制造的成本大幅降低,人们只需要几个月就可以完成这个流程。即使是小学生,也可以在日常学习之余,完成智能语音小药柜的发明和制造。这就是创客教育的灵魂。
要培养出一流的创客学生,教师首先必须是一个超级创客。制造一个自动化灌溉系统的是创客,发明一个语音智能小药箱的是创客,制作一个简单的玩具也是创客。创客教育是一个繁杂的科目,很多教师初接触时,会有无从下手的感觉。在“教师也创客”专栏中,我们将以创客工具的介绍作为主线,从常见的工具,到基础的创客教育套件;从单一工具的制作,到多种技术的融合,教师可以从中为学生挑选合适的工具,帮助学生打开创想的大门。同时将采访专注于创客教育探索的学校和机构,带领读者领略创客教育的优秀案例和开展经验,为教师提供一个了解创客教育的窗口。
创客教育就在身边
      提到创客或创客教育,人们往往会想象以下的情景:一排排的3D打印机和激光切割机等工具,学生在略显杂乱而又充满创意的工作室里,或操作电脑,设计惊艳的新发明;或用机床,制造新奇的玩意儿。确实,这是一个典型的创客空间的工作场景。创客空间能够为创客教育提供优良的物质和工具基础,但启动一个创客教育项目,未必需要一个完整的创客空间,只要留心寻找,创客教育的机会就在身边。当我们在畅想“高科技”的教育环境时,不妨从“低科技”开始看起。
我们桌子上的笔、纸、尺子、剪刀等都是用了数千年的工具,但即使到现在,创客也无法完全摆脱这些东西。生活中常见的瓶子、大头针、铁丝等材料都可以做出很棒的创客教育作品。拥有创客的思维和行动力,这些工具将更好地帮助你实现梦想。
我们从日常生活中发现创意,用最简单的工具和材料制造独一无二的物品,就可以实施出一个最简单的创客教育活动。专栏文章将从这类最简单的创客教育活动入手,在生活中发现创意,用常见的工具将想象中的创意实现出来,带领读者完成独特的创客教育初体验。
玩转创客教育套件
      熟悉“低科技”的基础操作是必要的,但正是因为有很多“高科技”工具的参与,才成为如今创客运动与以往手工课不同的地方。如此多的工具,学生该怎样选择?该从哪儿开始学习?如何快速学会使用某种工具?作为教师,我们应该如何帮助学生实现他们的创客梦想?
好在现在市面上,我们可以找到很多不同的创客教育套件,让学生在玩转套件的同时,学习到创客的思考方式和动手能力。创客教育套件在设计之初就考虑了使用者的年龄、动手能力和知识理解程度,以建构主义的教育思想为设计基础,帮助学生成长为真正的创客。目前创客教育套件类型十分多样,品牌不胜枚举,比如机器人类型套件、电子积木类型套件等。另外,在创客教育中,计算机编程的参与也非常重要,尽管有的编程教育工具没有实体,但也是创客教育中不可或缺的一部分。
     在专栏文章中,我们将陆续介绍乐高、LittleBits等数款不同类型的创客教育套件,供教师参考。
乐高是最早进行创客教育的公司之一。它是一种主要以塑料为材质的积木玩具,它通过凹凸结构连接的模块,让每个人都可以在拼接的过程中充分发挥想象力。乐高模块化的特点使得学生可以用非常少类型的材料,几乎不用额外加工,便可以搭建出自己想要的创客设计。早在1988年,乐高便与创客教育的先驱——麻省理工学院教授西摩尔·派普特合作,联合开发“头脑风暴”系列智能可编程化积木,并于1998年上市。目前,头脑风暴系列已经发布第3代乐高机器人Mindstorms EV3,逐渐成为越来越多的创客教育者的选择。
而LittleBits是2009年发布的一款电子积木式产品。与乐高不同,LittleBits的模块之间连接采用磁性吸附的方法,学生可以将不同的模块化电子器件拼接成各种类型的物品。LittleBits目前有60多种不同模块,学生在学习中,能够快速掌握基本电路的搭建,并与其他材料结合,设计出属于自己的作品。
开源硬件和桌面制造:实现自己的创想
       开源硬件和桌面制造工具的出现和大规模使用,极大推动了现代创客运动的发展。在学生熟悉创客教育套件之后,就可以把学到的知识应用到这上面去。
      开源硬件是指与自由及开放源代码软件相同方式设计的计算机和电子硬件。开源硬件设计者通常会公布详细的硬件设计资料,如机械图、电路图、物料清单、PCB版图、HDL源码和IC版图,以及驱动开源硬件的软件开发工具包等[1]。开源硬件产业链完整、价格低廉、开放性强的性质,广受创客教育者的欢迎。目前,市场上常见的开源硬件已经有50多种,教师可以根据选择适合自己和学生的硬件。
在新工业革命中,以3D打印机为代表的桌面生产工具悄然重塑了制造业。桌面制造工具体积足够小、价格足够低廉、操作足够简单,这些特点使得现在及未来的学生都能够很好地学习和掌握它们。3D打印技术已经成为众多校园及创客空间的一项主要选择,在创客教育方面,它因具有能够塑造可重用的多态教育对象、蕴含“设计思维”的个性化创造工具,以及打造虚实结合的教育创新应用平台的特点[2],受到广大教师的青睐。《经济学人》评价3D打印机为“它对社会影响的深远程度可能同1750年的蒸汽机、1450年的印刷机和1950年的晶体管一样,没人能轻易预料。它迅速发展着,对每个相关领域都产生着巨大的影响。”[3]
融合和创新:成为真正的创客
      创客教育不仅是用创客的方法进行教育,也是将学生培养成真正创客的一个过程。在智能语音小药柜的发明中,学生从身边发现设计机会,综合运用Arduino、激光切割等多种工具,并利用计算机语言进行编程,在沿用了数百年的药柜中融入了科技的色彩,成为一个全新的产品。在发明和制造智能语音小药柜的过程中,学生接受了系统化的创客教育,成为了真正的创客。
参考文献
[1] 雒亮,祝智庭.开源硬件:撬动创客教育实践的杠杆.中国电化教育,2015(4)
[2] 孙江山,吴永和,任友群.3D打印教育创新:创客空间、创新实验室和STEAM.现代远程教育研究,2015(4)
[3] Print me a Stradivarius. How a new manufacturing technology will change the world. The Ecomonist,2011(2)作者:陈 染/科技学堂 来源:中国科技教育