北京工業(yè)大學(xué) 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院 賈艷紅 韓宇翃
摘要：隨著開(kāi)源硬件平臺(tái)的日益成熟，掀起了席卷全球的創(chuàng)客教育浪潮。在它的影響下兒童創(chuàng)客群體也開(kāi)始萌生，有關(guān)于兒童的創(chuàng)客教育也越來(lái)越受到關(guān)注。但目前關(guān)于兒童創(chuàng)客教育產(chǎn)品卻較為匱乏，像Arduino這樣的開(kāi)源硬件平臺(tái)已經(jīng)被引入到創(chuàng)客教育活動(dòng)當(dāng)中，但它的開(kāi)發(fā)需要編程和搭建電路這兩個(gè)基礎(chǔ)技能，這對(duì)于兒童來(lái)講是非常有挑戰(zhàn)的。如何讓兒童更輕松地了解背后的原理，使他們能夠?qū)W會(huì)用藝術(shù)和科學(xué)的方法進(jìn)行創(chuàng)造活動(dòng)，才是創(chuàng)客教育的核心思想。在兒童創(chuàng)客教育的現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，抓住創(chuàng)客教育中的痛點(diǎn)問(wèn)題，將開(kāi)源硬件與創(chuàng)客教育有機(jī)結(jié)合，激發(fā)兒童對(duì)創(chuàng)客教育的熱情。
關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計(jì) 開(kāi)源硬件 兒童創(chuàng)客教育 產(chǎn)品設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：TB47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
文章編號(hào)：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(chuàng)客”這個(gè)群體代表著一種創(chuàng)新精神，他們致力于將自己的奇思妙想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。近幾年來(lái)，國(guó)外許多高校和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造與創(chuàng)新能力，試水創(chuàng)客教育，于是針對(duì)于創(chuàng)客教育的生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)運(yùn)而生，衍生出各種關(guān)于創(chuàng)客教育的配套產(chǎn)品，例如開(kāi)源硬件模塊、芯片、軟件、結(jié)構(gòu)件、教育課程、研究方法、論壇平臺(tái)等。對(duì)比國(guó)外，我國(guó)的創(chuàng)客教育正處在萌芽發(fā)展階段。2015年李克強(qiáng)總理實(shí)地考察深圳的柴火創(chuàng)客空間，同年在政府工作報(bào)告中提出了讓“眾多‘創(chuàng)客’脫穎而出”這樣的觀點(diǎn)，這使得創(chuàng)客得到了來(lái)自國(guó)家最高領(lǐng)導(dǎo)層的關(guān)注，創(chuàng)客教育的興起為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的發(fā)展也提供了一種新思路。
而在我國(guó)傳統(tǒng)教育格局下，如何引入兒童創(chuàng)客教育也受到了越來(lái)越多的關(guān)注。這也極大推進(jìn)了創(chuàng)客教育的發(fā)展。但是當(dāng)前市場(chǎng)上的創(chuàng)客教育產(chǎn)品大多為國(guó)外品牌，尤其是與開(kāi)源硬件、創(chuàng)意設(shè)計(jì)電子電路相關(guān)的創(chuàng)客教育產(chǎn)品。如圖形化編程軟件Scratch和模塊化Lego機(jī)器人等。在此背景下，提出并探討在兒童的心理認(rèn)知水平基礎(chǔ)上，通過(guò)引入開(kāi)源硬件方式來(lái)推出創(chuàng)客教育產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)兒童的科普教育、創(chuàng)造能力拓展與藝術(shù)審美培養(yǎng)的目的，用一種新的方法鼓勵(lì)兒童進(jìn)行創(chuàng)造和創(chuàng)新行為，通過(guò)接觸和學(xué)習(xí)針對(duì)他們而研發(fā)的創(chuàng)客教育產(chǎn)品，使兒童能夠更好地來(lái)設(shè)計(jì)、制作、分享和學(xué)習(xí)，激發(fā)他們的創(chuàng)造力。
一、開(kāi)源硬件與創(chuàng)客教育概念解析
（一）什么是開(kāi)源硬件：開(kāi)源硬件（OSHW）的定義：開(kāi)源硬件是實(shí)體創(chuàng)造物的一個(gè)術(shù)語(yǔ)——機(jī)器、設(shè)備或者其他的物理實(shí)物。他們的設(shè)計(jì)對(duì)公眾發(fā)布。該發(fā)布允許他人制造、修改、分發(fā)或者使用該硬件設(shè)計(jì)[1]。目前開(kāi)源硬件中最為成功的代表Arduino，作為最早的開(kāi)源硬件之一，它的影響力不可忽視，各類基于Ardurino的軟硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)、技術(shù)資料、配件等已經(jīng)非常完善。它適用于入門級(jí)新手創(chuàng)客。開(kāi)發(fā)工具有Arduino IDE，具有豐富的Arduino驅(qū)動(dòng)代碼。對(duì)于入門級(jí)創(chuàng)客來(lái)說(shuō)，大家更多的是看中Arduino龐大的網(wǎng)絡(luò)資源，各種疊加擴(kuò)展板和傳感器板。
（二）什么是創(chuàng)客教育：創(chuàng)客教育是創(chuàng)客文化與教育的結(jié)合，基于學(xué)生興趣，以項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方法，使用數(shù)字化工具，倡導(dǎo)造物，鼓勵(lì)分享，培養(yǎng)跨學(xué)科解決問(wèn)題的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力的一種素質(zhì)教育[2] 。創(chuàng)客教育不是向?qū)W生灌輸某種技術(shù)技能，也不是教授專業(yè)的學(xué)科知識(shí)，更不是單純地動(dòng)手能力訓(xùn)練，它以學(xué)生的興趣為出發(fā)點(diǎn)，來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力，有時(shí)是以某個(gè)問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)解決這個(gè)問(wèn)題來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)；有時(shí)是以某個(gè)項(xiàng)目為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)完成這個(gè)項(xiàng)目，來(lái)提升自身能力；有時(shí)是從某個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)出發(fā)，通過(guò)迭代設(shè)計(jì)，來(lái)完善設(shè)計(jì)和提高自身能力。
其中基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)模式由于容易復(fù)制和宣傳，受到了全國(guó)各地的創(chuàng)客空間及中小學(xué)創(chuàng)客教育課堂的偏愛(ài)，它是指通過(guò)提前預(yù)定設(shè)計(jì)的一個(gè)項(xiàng)目，來(lái)讓學(xué)生站在主人翁的角度，綜合運(yùn)用已有的知識(shí)，自主學(xué)習(xí)，團(tuán)隊(duì)協(xié)作，來(lái)完成這個(gè)項(xiàng)目的過(guò)程，它是目前創(chuàng)客教育中取得較好實(shí)踐效果的學(xué)習(xí)模式。相對(duì)于傳統(tǒng)的老師與學(xué)生，采用這樣的學(xué)習(xí)模式，組織效率高，能夠更好激發(fā)出學(xué)生創(chuàng)造的欲望。
（三）開(kāi)源硬件與兒童創(chuàng)客教育的關(guān)系：像Arduino這樣的開(kāi)源硬件已經(jīng)進(jìn)入了中國(guó)一線教育產(chǎn)品研發(fā)人員的視野，但它直接作為一個(gè)教育產(chǎn)品，它的開(kāi)發(fā)離不開(kāi)C++編程和搭建電子線路這兩個(gè)基礎(chǔ)的技能，這對(duì)于尚處于初級(jí)教育階段的兒童來(lái)說(shuō)具有一定的挑戰(zhàn)和難度。這也是arduino作為直接的兒童創(chuàng)客教育產(chǎn)品的缺陷。因此開(kāi)發(fā)者嘗試著從編程和電路兩方面對(duì)開(kāi)源硬件進(jìn)行了簡(jiǎn)化。例如Scratch、ArduBlock和Mixly這樣的圖形化編程工具的出現(xiàn)，就是為了簡(jiǎn)化編程。國(guó)外的許多硬件公司開(kāi)發(fā)了大量的模塊化電子元器件，就是為了簡(jiǎn)化電氣連接和電路設(shè)計(jì)。
創(chuàng)客教育與開(kāi)源硬件的核心問(wèn)題是隱藏在背后的技術(shù)知識(shí)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(shù)字技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)、制作、分享和學(xué)習(xí)。二者相輔相成，不可或缺。
二、兒童創(chuàng)客教育產(chǎn)品現(xiàn)狀研究
（一）從年齡層來(lái)解讀兒童：兒童在6歲以前，腦生長(zhǎng)還未成熟，生理和心理方面成長(zhǎng)都剛剛起步，意識(shí)與認(rèn)知能力有限，而在6-12歲期間，其認(rèn)知能力高速發(fā)育，并且對(duì)實(shí)物有著濃厚的好奇心理，在這個(gè)年齡段的兒童想象力和動(dòng)手操作能力都有非常大的可塑性，通過(guò)創(chuàng)客教育能夠更好地培養(yǎng)兒童的創(chuàng)造力。
（二）現(xiàn)有創(chuàng)客教育產(chǎn)品種類分析：目前兒童創(chuàng)客教育的開(kāi)展如火如荼，創(chuàng)客教育領(lǐng)域的公司及配套的產(chǎn)品也如雨后春筍般應(yīng)運(yùn)而生。目前兒童創(chuàng)客教育領(lǐng)域的公司從分類上來(lái)看大概分為兩類，一類為輸出課程體系的創(chuàng)客培訓(xùn)類公司，一種為輸出產(chǎn)品及套裝的研發(fā)類公司。
三、開(kāi)源硬件在兒童創(chuàng)客教育產(chǎn)品的應(yīng)用分析
目前針對(duì)6-12歲兒童而開(kāi)發(fā)出的教育產(chǎn)品還大多停留在傳統(tǒng)手工diy的概念，例如：拼圖，繪圖和組裝積木等，這些課程過(guò)于傳統(tǒng)，對(duì)于出生在電子信息時(shí)代，從小接觸各種數(shù)碼產(chǎn)品和軟件的兒童來(lái)講，不能吸引兒童的目光及滿足當(dāng)下兒童的需要。
通過(guò)對(duì)現(xiàn)有創(chuàng)客教育產(chǎn)品種類分析，我們可以發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上出現(xiàn)了一些利用電子元器件進(jìn)行組裝的產(chǎn)品，但是這些產(chǎn)品大多由各種零部件組成，缺少適應(yīng)兒童的專業(yè)教程。樂(lè)高lego產(chǎn)品（如圖1）系列趣味性強(qiáng)，注重對(duì)兒童動(dòng)手能力的培養(yǎng)，產(chǎn)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(yǎng)上表現(xiàn)較弱。而基于Arduino開(kāi)源硬件衍生出來(lái)的創(chuàng)客教育產(chǎn)品例如makeblock（如圖2），偏向科技教育內(nèi)容，相對(duì)比傳統(tǒng)積木類產(chǎn)品融入科技手段，強(qiáng)化了教學(xué)過(guò)程，注重培養(yǎng)兒童的學(xué)習(xí)能力，但是相應(yīng)的弱化了產(chǎn)品的趣味性。
四、基于開(kāi)源硬件的兒童創(chuàng)客教育產(chǎn)品設(shè)計(jì)探索
（一）創(chuàng)客教育產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原則：創(chuàng)客教育產(chǎn)品由于其教育及可操
作性，在設(shè)計(jì)上需要考慮到一下幾點(diǎn)原則。a.安全性原則。從材料和操作過(guò)程中，都要確保使用者的安全;b.趣味性和創(chuàng)新性原則，避免死板和枯燥無(wú)味，恰當(dāng)?shù)匾肴の对睾蛣?chuàng)新元素;c.多元性原則。在材料、工具和內(nèi)容上求多元化;d.適應(yīng)性原則。能夠適應(yīng)目標(biāo)人群的心理認(rèn)知年齡，教育內(nèi)容符合用戶年齡層;e.教育性原則，通過(guò)科學(xué)的理論來(lái)支撐創(chuàng)客教育的實(shí)踐。
（二）開(kāi)源硬件的設(shè)計(jì)原則：設(shè)計(jì)并推出與Arduino兼容的硬件支
持體系，為孩子們提供一系列進(jìn)階式學(xué)習(xí)工具。通過(guò)一些實(shí)際的小項(xiàng)目，涉及科學(xué)、工程、編程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等，讓學(xué)生能以更加生動(dòng)有趣的形式來(lái)了解和學(xué)習(xí)知識(shí)，獲得能力的提升。將探索的主動(dòng)權(quán)下放到學(xué)生們手里，讓學(xué)生在實(shí)踐的環(huán)節(jié)中提出問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并且結(jié)合現(xiàn)有的知識(shí)和工具，來(lái)通過(guò)自己的方式解決問(wèn)題，從而增強(qiáng)他們的自信心和學(xué)習(xí)能力。
（三）開(kāi)源硬件與創(chuàng)客教育理念的結(jié)合：將已有的開(kāi)源硬件與新
興的創(chuàng)客教育進(jìn)行資源上的整合，將極大地提高兩者的創(chuàng)造力，一方面國(guó)內(nèi)的開(kāi)源硬件資源已經(jīng)初具雛形，相應(yīng)的配套產(chǎn)業(yè)鏈也較為完備，與創(chuàng)客教育產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，對(duì)于開(kāi)源硬件來(lái)講，能夠進(jìn)一步推廣開(kāi)源的理念，讓更多的人接觸到開(kāi)放資源。另一方面，對(duì)于兒童創(chuàng)客教育來(lái)說(shuō)，引入開(kāi)源硬件的資源，能夠解決目前創(chuàng)客教育領(lǐng)域過(guò)于偏向教育而忽略對(duì)兒童創(chuàng)造力培養(yǎng)的現(xiàn)象，借助于開(kāi)源硬件的強(qiáng)大創(chuàng)造力，能夠讓兒童從最底層掌握開(kāi)源的技術(shù)，甚至于創(chuàng)造出完全不輸于成年人創(chuàng)客產(chǎn)品的成果。傳授給兒童書本上的知識(shí)，不如傳授他們學(xué)習(xí)知識(shí)與創(chuàng)造知識(shí)的方法，將開(kāi)源的理念與技術(shù)交付與兒童，讓他們掌握未來(lái)創(chuàng)造的最大可能。
（四）基于開(kāi)源硬件技術(shù)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)：開(kāi)源硬件創(chuàng)客教育產(chǎn)品核
心是讓學(xué)生通過(guò)使用目前已有的工具來(lái)解決眼前的問(wèn)題，教育的聚焦點(diǎn)是解決問(wèn)題能力的提升及創(chuàng)新性的體現(xiàn)，而不是某些電路問(wèn)題的解決，因此需要借助完善的開(kāi)源硬件產(chǎn)品，借助其開(kāi)源易用的優(yōu)點(diǎn)，拓展衍生相關(guān)的課程。（如圖3）是基于開(kāi)源硬件的課程教育體系。基于開(kāi)源硬件的產(chǎn)品及相應(yīng)的配套課程，同時(shí)輔助拓展和社區(qū)交流，從而提供強(qiáng)大的技術(shù)支持及促進(jìn)效果。
為了更好地普及創(chuàng)客教育，需要打造更好的教育生態(tài)環(huán)境。為了打造我國(guó)的良好的創(chuàng)客教育發(fā)展環(huán)境，就要與中國(guó)的實(shí)際教育情況相結(jié)合，單純地照搬國(guó)外的創(chuàng)客教育是不可行的。
結(jié)論
在互聯(lián)網(wǎng)浪潮影響下，創(chuàng)客教育的良性發(fā)展需要通過(guò)開(kāi)源硬件和教育產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，讓兒童在各類創(chuàng)客空間中主動(dòng)學(xué)習(xí)、協(xié)作探究和創(chuàng)新設(shè)計(jì)，從而培養(yǎng)其創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)讓“眾多‘創(chuàng)客’脫穎而出”這樣的目標(biāo)，為培養(yǎng)一批創(chuàng)新型人才打下基礎(chǔ)，建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家。
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