中小學(xué)創(chuàng)客教育平臺(tái) steam教育

創(chuàng)客教育工具的種類繁多，我們可以通過(guò)對(duì)工具的類型進(jìn)行劃分，把創(chuàng)客工具劃分為機(jī)械加工類、電子智能類、軟件編程類3類，這是一種基本的劃分。教師至少應(yīng)該掌握這3大類工具每類中的1種或幾種，否則就很難得心應(yīng)手地開(kāi)展創(chuàng)客教育。

機(jī)械加工類

機(jī)械加工類工具是指在創(chuàng)客制作中主要服務(wù)于產(chǎn)品的外觀及機(jī)械結(jié)構(gòu)的工具，它是創(chuàng)客作品的骨骼和皮肉。

提到創(chuàng)客工具，你可能會(huì)想到種種引人注目的桌面制造工具，但首先我們要提的是基礎(chǔ)的創(chuàng)客教育工具，只要用學(xué)生*的一些文具，如剪刀、美工刀、膠水，就可以做出簡(jiǎn)單的創(chuàng)客教育課程。在創(chuàng)客空間中我們常常能見(jiàn)到鋸子、鉗子、銼子、膠槍、電鉆、電烙鐵等工具，它們?cè)趧?chuàng)客教育中都有著*的出鏡率。所以，創(chuàng)客教育不可忽視對(duì)基礎(chǔ)工具的使用，要讓學(xué)生形成良好的使用習(xí)慣。

桌面制造的發(fā)展是創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)興起的強(qiáng)大動(dòng)力。桌面制造設(shè)備的4個(gè)*典型的工具是3D打印機(jī)、數(shù)控機(jī)床、激光切割機(jī)和3D掃描儀，它們并稱為“4個(gè)桌面工廠”。

●3D打印機(jī)被視為創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)的標(biāo)志性工具，它通過(guò)噴頭將材料逐層堆積打印出來(lái)。3D打印大大減少了制作原型的時(shí)間和費(fèi)用，讓生產(chǎn)和創(chuàng)造普及到每一個(gè)人。在教學(xué)過(guò)程中，教師能夠通過(guò)3D打印制作出模型，方便學(xué)生進(jìn)行真實(shí)探究，也方便學(xué)生親手生成模型，賦予學(xué)習(xí)更多的可能。

●數(shù)控機(jī)床通過(guò)切削的方式進(jìn)行制造和加工，能夠彌補(bǔ)3D打印的局限性，幫助學(xué)生制作創(chuàng)客原型產(chǎn)品。

●激光切割機(jī)是創(chuàng)客教育中*受歡迎的工具，它可以加工多種材料的板材，通過(guò)精準(zhǔn)的電腦控制，學(xué)生們能夠?qū)⑶懈钕聛?lái)的材料拼合成三維物體，幫助學(xué)生構(gòu)建立體思維。

●3D掃描儀將現(xiàn)實(shí)中的物體轉(zhuǎn)化為模型，讓學(xué)生免去繁瑣的建模步驟，直接生成模型文件。

此外，還有很多創(chuàng)客教育套件有專門(mén)用于機(jī)械結(jié)構(gòu)制作的材料，*典型的例子就是樂(lè)高。樂(lè)高擁有種類豐富的標(biāo)準(zhǔn)化零件，通過(guò)獨(dú)具特色的穴柱連接方式進(jìn)行組合，從而方便學(xué)生快速制作出創(chuàng)客產(chǎn)品的原型，這樣的創(chuàng)客教育產(chǎn)品廣受創(chuàng)客教師青睞。

電子智能類

如果說(shuō)機(jī)械結(jié)構(gòu)的搭建為創(chuàng)客教育賦予軀干，而電子智能工具則為創(chuàng)客教育賦予了官能。電子智能類工具是指由電子組成的各類元件，常見(jiàn)的電子智能類工具有主控板、傳感器、控制器、輸出設(shè)備等。主控板是創(chuàng)客作品的大腦，為作品賦予智能；傳感器能夠感知環(huán)境的變化，是創(chuàng)客作品的耳目；控制器是作品的口舌，能夠與人進(jìn)行交互；輸出設(shè)備是作品的神經(jīng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)械按照特定的方式運(yùn)作。

學(xué)習(xí)電子智能工具，學(xué)生需要對(duì)電路有基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)。1個(gè)紐扣電池、1盞LED燈，以及導(dǎo)電膠布就可以為簡(jiǎn)單的創(chuàng)客作品添加電子的色彩。但這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，創(chuàng)客教師應(yīng)該多掌握一些開(kāi)源硬件的使用方法。

開(kāi)源硬件，是指與自由及開(kāi)放源代碼相同方式設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)和電子硬件，它可以讓教師更加快速地設(shè)計(jì)主控板，通過(guò)主控板和傳感器、控制器配合，操作自己的創(chuàng)客產(chǎn)品。根據(jù)連接方式的不同，開(kāi)源硬件可以分為積木式開(kāi)源硬件和開(kāi)源硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

●積木式開(kāi)源硬件是以開(kāi)放式電子積木模塊為基礎(chǔ)的一種開(kāi)源硬件，LittleBits就是其中的典型。其以不同的顏色劃分不同類型元件，并且采用磁鐵進(jìn)行連接，學(xué)生可以將任意2顆電子積木拼接在一起，發(fā)揮無(wú)限的創(chuàng)意。積木式開(kāi)源硬件很適合初步接觸創(chuàng)客教育的學(xué)生，能夠幫助他們實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意。

●開(kāi)源硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)也是創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)的另一個(gè)標(biāo)志性工具，Arduino和樹(shù)莓派則是開(kāi)源硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的代表之作。創(chuàng)客們可以圍繞開(kāi)發(fā)板進(jìn)行設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和測(cè)試，為自己的作品賦予智能。它便利的設(shè)計(jì)、豐富的元件和開(kāi)源的文化，構(gòu)成了開(kāi)源硬件在創(chuàng)客教育中的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)學(xué)生掌握開(kāi)源硬件的設(shè)計(jì)時(shí)，就離成為一個(gè)真正的創(chuàng)客不遠(yuǎn)了。

值得一提的是，開(kāi)源硬件中有各種各樣的傳感器，它們能夠感知環(huán)境中的各種變化，并把這些變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出給主控板，根據(jù)預(yù)設(shè)的程序向相應(yīng)的部件發(fā)出指令，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。傳感器是智能硬件、物聯(lián)網(wǎng)及人工智能等領(lǐng)域廣為使用的部件，只有熟悉并靈活使用傳感器，才能把創(chuàng)客教育做得更好。

軟件編程類

無(wú)論桌面制造，還是開(kāi)源硬件，創(chuàng)客工具很大的一個(gè)特征就是智能化，學(xué)生必須掌握與計(jì)算機(jī)溝通的技巧，方可設(shè)計(jì)出理想的作品，可以說(shuō)，軟件和編程工具構(gòu)成了創(chuàng)客作品的心智。

在桌面制造中，常常需要用到設(shè)計(jì)類軟件，可以簡(jiǎn)單分為2類：平面設(shè)計(jì)和立體設(shè)計(jì)，教師可以根據(jù)自己的實(shí)際需要進(jìn)行學(xué)習(xí)。

●平面設(shè)計(jì)軟件用于激光切割機(jī)文件的設(shè)計(jì)，AutoCAD、CorelDRAW等軟件都能夠勝任。

●立體設(shè)計(jì)軟件則多用于3D打印、數(shù)控機(jī)床源文件的設(shè)計(jì)，常見(jiàn)的有123D Design、SketchUp等。

設(shè)計(jì)類軟件不僅需要學(xué)生能夠熟練掌握軟件的操作，更重要的是，學(xué)生能夠通過(guò)它培養(yǎng)空間感知能力。例如，在激光切割中，學(xué)生就需要思考每一塊切下來(lái)的板跟完整的立體設(shè)計(jì)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在一次次的練習(xí)中鍛煉自己。

編程是創(chuàng)客的一個(gè)至關(guān)重要的能力，在以開(kāi)源硬件為工具的設(shè)計(jì)中，編程是必不可少的。開(kāi)源硬件一般需要用到代碼式編程，如基于Arduino設(shè)計(jì)的Arduino IDE、SMeshStudio等。對(duì)于初接觸創(chuàng)客的學(xué)生來(lái)說(shuō)，代碼式編程令人生畏，所以很多創(chuàng)客教育者都采用了圖形化的編程界面，或者用圖形化的界面封裝特定程序，幫助學(xué)生進(jìn)行形象化的學(xué)習(xí)。例如服務(wù)于Arduino的圖形化編程軟件就有Mixly、Ardublock、BlocklyDuino等。這些基于實(shí)物教具的編程軟件提升了編程的復(fù)雜度，讓學(xué)生建立計(jì)算思維和實(shí)體世界之間的映射。

值得注意的是，圖形化編程終究只是幫助學(xué)生建立計(jì)算思維的過(guò)渡方式，學(xué)生*終還是要掌握基于實(shí)際應(yīng)用的代碼式編程語(yǔ)言，才能真正做到得心應(yīng)手地進(jìn)行創(chuàng)造。

除了這3類工具，還有一些創(chuàng)客教育工具是以創(chuàng)客主題為導(dǎo)向的，融合了不同工具的使用，如教育機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等。與其他工具不同，這些工具的服務(wù)目標(biāo)更加明確，在制作過(guò)程中，學(xué)生不僅能夠鍛煉到多種創(chuàng)客能力，還能通過(guò)各種不同的創(chuàng)客工具改造它們，為制作賦予更多的個(gè)性。