北京工業大學 建筑與城市規劃學院 賈艷紅 韓宇翃
摘要：隨著開源硬件平臺的日益成熟，掀起了席卷全球的創客教育浪潮。在它的影響下兒童創客群體也開始萌生，有關于兒童的創客教育也越來越受到關注。但目前關于兒童創客教育產品卻較為匱乏，像Arduino這樣的開源硬件平臺已經被引入到創客教育活動當中，但它的開發需要編程和搭建電路這兩個基礎技能，這對于兒童來講是非常有挑戰的。如何讓兒童更輕松地了解背后的原理，使他們能夠學會用藝術和科學的方法進行創造活動，才是創客教育的核心思想。在兒童創客教育的現狀基礎上，抓住創客教育中的痛點問題，將開源硬件與創客教育有機結合，激發兒童對創客教育的熱情。
關鍵詞：工業設計 開源硬件 兒童創客教育 產品設計
中圖分類號：TB47 文獻標識碼：A
文章編號：1003-0069(2017)11-0114-02
Abstract：With the growing popularity of the increasingly improve of the open source hardware platform， the maker education is set off a wave of educational reform and sweeps the globe. Maker of children appear under its influence and children's maker education is paid more and more attention. However， the product of the children's maker education is short of supplies. Open source hardware platforms such as Arduino have been introduced into the maker education， but children need to do the development of programming and to build the circuit， which is very challenging for them. How to make children understand the principles behind more easily and learn to use art and scientific methods to create is the core idea of customer education. On the current situation of children's maker education， we should grasp the pain points and combine the open source hardware with the maker education to stimulate children's enthusiasm for the maker education.
Keywords：Industrial design Open source hardware Children's maker education Product design
引言
“創客”這個群體代表著一種創新精神，他們致力于將自己的奇思妙想變為現實。近幾年來，國外許多高校和培訓機構為培養學生創造與創新能力，試水創客教育，于是針對于創客教育的生態產業鏈應運而生，衍生出各種關于創客教育的配套產品，例如開源硬件模塊、芯片、軟件、結構件、教育課程、研究方法、論壇平臺等。對比國外，我國的創客教育正處在萌芽發展階段。2015年李克強總理實地考察深圳的柴火創客空間，同年在政府工作報告中提出了讓“眾多‘創客’脫穎而出”這樣的觀點，這使得創客得到了來自國家最高領導層的關注，創客教育的興起為創新創業的發展也提供了一種新思路。
而在我國傳統教育格局下，如何引入兒童創客教育也受到了越來越多的關注。這也極大推進了創客教育的發展。但是當前市場上的創客教育產品大多為國外品牌，尤其是與開源硬件、創意設計電子電路相關的創客教育產品。如圖形化編程軟件Scratch和模塊化Lego機器人等。在此背景下，提出并探討在兒童的心理認知水平基礎上，通過引入開源硬件方式來推出創客教育產品，從而實現對兒童的科普教育、創造能力拓展與藝術審美培養的目的，用一種新的方法鼓勵兒童進行創造和創新行為，通過接觸和學習針對他們而研發的創客教育產品，使兒童能夠更好地來設計、制作、分享和學習，激發他們的創造力。
一、開源硬件與創客教育概念解析
（一）什么是開源硬件：開源硬件（OSHW）的定義：開源硬件是實體創造物的一個術語——機器、設備或者其他的物理實物。他們的設計對公眾發布。該發布允許他人制造、修改、分發或者使用該硬件設計[1]。目前開源硬件中最為成功的代表Arduino，作為最早的開源硬件之一，它的影響力不可忽視，各類基于Ardurino的軟硬件開發平臺、技術資料、配件等已經非常完善。它適用于入門級新手創客。開發工具有Arduino IDE，具有豐富的Arduino驅動代碼。對于入門級創客來說，大家更多的是看中Arduino龐大的網絡資源，各種疊加擴展板和傳感器板。
（二）什么是創客教育：創客教育是創客文化與教育的結合，基于學生興趣，以項目學習的方法，使用數字化工具，倡導造物，鼓勵分享，培養跨學科解決問題的能力、團隊協作能力和創新能力的一種素質教育[2] 。創客教育不是向學生灌輸某種技術技能，也不是教授專業的學科知識，更不是單純地動手能力訓練，它以學生的興趣為出發點，來培養學生的創造力，有時是以某個問題為出發點，通過解決這個問題來進行學習；有時是以某個項目為出發點，通過完成這個項目，來提升自身能力；有時是從某個設計點出發，通過迭代設計，來完善設計和提高自身能力。
其中基于項目的學習模式由于容易復制和宣傳，受到了全國各地的創客空間及中小學創客教育課堂的偏愛，它是指通過提前預定設計的一個項目，來讓學生站在主人翁的角度，綜合運用已有的知識，自主學習，團隊協作，來完成這個項目的過程，它是目前創客教育中取得較好實踐效果的學習模式。相對于傳統的老師與學生，采用這樣的學習模式，組織效率高，能夠更好激發出學生創造的欲望。
（三）開源硬件與兒童創客教育的關系：像Arduino這樣的開源硬件已經進入了中國一線教育產品研發人員的視野，但它直接作為一個教育產品，它的開發離不開C++編程和搭建電子線路這兩個基礎的技能，這對于尚處于初級教育階段的兒童來說具有一定的挑戰和難度。這也是arduino作為直接的兒童創客教育產品的缺陷。因此開發者嘗試著從編程和電路兩方面對開源硬件進行了簡化。例如Scratch、ArduBlock和Mixly這樣的圖形化編程工具的出現，就是為了簡化編程。國外的許多硬件公司開發了大量的模塊化電子元器件，就是為了簡化電氣連接和電路設計。
創客教育與開源硬件的核心問題是隱藏在背后的技術知識以及如何讓兒童更好地了解這背后隱藏的原理，利用新的數字技術來設計、制作、分享和學習。二者相輔相成，不可或缺。
二、兒童創客教育產品現狀研究
（一）從年齡層來解讀兒童：兒童在6歲以前，腦生長還未成熟，生理和心理方面成長都剛剛起步，意識與認知能力有限，而在6-12歲期間，其認知能力高速發育，并且對實物有著濃厚的好奇心理，在這個年齡段的兒童想象力和動手操作能力都有非常大的可塑性，通過創客教育能夠更好地培養兒童的創造力。
（二）現有創客教育產品種類分析：目前兒童創客教育的開展如火如荼，創客教育領域的公司及配套的產品也如雨后春筍般應運而生。目前兒童創客教育領域的公司從分類上來看大概分為兩類，一類為輸出課程體系的創客培訓類公司，一種為輸出產品及套裝的研發類公司。
三、開源硬件在兒童創客教育產品的應用分析
目前針對6-12歲兒童而開發出的教育產品還大多停留在傳統手工diy的概念，例如：拼圖，繪圖和組裝積木等，這些課程過于傳統，對于出生在電子信息時代，從小接觸各種數碼產品和軟件的兒童來講，不能吸引兒童的目光及滿足當下兒童的需要。
通過對現有創客教育產品種類分析，我們可以發現市場上出現了一些利用電子元器件進行組裝的產品，但是這些產品大多由各種零部件組成，缺少適應兒童的專業教程。樂高lego產品（如圖1）系列趣味性強，注重對兒童動手能力的培養，產品造型美觀，深受兒童及成年人歡迎，變化形式多樣，但是在教育功能方面尤其是編程能力培養上表現較弱。而基于Arduino開源硬件衍生出來的創客教育產品例如makeblock（如圖2），偏向科技教育內容，相對比傳統積木類產品融入科技手段，強化了教學過程，注重培養兒童的學習能力，但是相應的弱化了產品的趣味性。
四、基于開源硬件的兒童創客教育產品設計探索
（一）創客教育產品的設計原則：創客教育產品由于其教育及可操
作性，在設計上需要考慮到一下幾點原則。a.安全性原則。從材料和操作過程中，都要確保使用者的安全;b.趣味性和創新性原則，避免死板和枯燥無味，恰當地引入趣味元素和創新元素;c.多元性原則。在材料、工具和內容上求多元化;d.適應性原則。能夠適應目標人群的心理認知年齡，教育內容符合用戶年齡層;e.教育性原則，通過科學的理論來支撐創客教育的實踐。
（二）開源硬件的設計原則：設計并推出與Arduino兼容的硬件支
持體系，為孩子們提供一系列進階式學習工具。通過一些實際的小項目，涉及科學、工程、編程、藝術和數學等，讓學生能以更加生動有趣的形式來了解和學習知識，獲得能力的提升。將探索的主動權下放到學生們手里，讓學生在實踐的環節中提出問題、發現問題，并且結合現有的知識和工具，來通過自己的方式解決問題，從而增強他們的自信心和學習能力。
（三）開源硬件與創客教育理念的結合：將已有的開源硬件與新
興的創客教育進行資源上的整合，將極大地提高兩者的創造力，一方面國內的開源硬件資源已經初具雛形，相應的配套產業鏈也較為完備，與創客教育產業相結合，對于開源硬件來講，能夠進一步推廣開源的理念，讓更多的人接觸到開放資源。另一方面，對于兒童創客教育來說，引入開源硬件的資源，能夠解決目前創客教育領域過于偏向教育而忽略對兒童創造力培養的現象，借助于開源硬件的強大創造力，能夠讓兒童從最底層掌握開源的技術，甚至于創造出完全不輸于成年人創客產品的成果。傳授給兒童書本上的知識，不如傳授他們學習知識與創造知識的方法，將開源的理念與技術交付與兒童，讓他們掌握未來創造的最大可能。
（四）基于開源硬件技術的設計實現：開源硬件創客教育產品核
心是讓學生通過使用目前已有的工具來解決眼前的問題，教育的聚焦點是解決問題能力的提升及創新性的體現，而不是某些電路問題的解決，因此需要借助完善的開源硬件產品，借助其開源易用的優點，拓展衍生相關的課程。（如圖3）是基于開源硬件的課程教育體系?；陂_源硬件的產品及相應的配套課程，同時輔助拓展和社區交流，從而提供強大的技術支持及促進效果。
為了更好地普及創客教育，需要打造更好的教育生態環境。為了打造我國的良好的創客教育發展環境，就要與中國的實際教育情況相結合，單純地照搬國外的創客教育是不可行的。
結論
在互聯網浪潮影響下，創客教育的良性發展需要通過開源硬件和教育產品的優勢互補，讓兒童在各類創客空間中主動學習、協作探究和創新設計，從而培養其創新能力和創新意識，從而實現讓“眾多‘創客’脫穎而出”這樣的目標，為培養一批創新型人才打下基礎，建設創新型國家。
參考文獻
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