中小學(xué)創(chuàng)客教育平臺 steam教育

創(chuàng)客教育工具的種類繁多，我們可以通過對工具的類型進行劃分，把創(chuàng)客工具劃分為機械加工類、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)手地開展創(chuàng)客教育。

機械加工類

機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，就可以做出簡單的創(chuàng)客教育課程。在創(chuàng)客空間中我們常常能見到鋸子、鉗子、銼子、膠槍、電鉆、電烙鐵等工具，它們在創(chuàng)客教育中都有著*的出鏡率。所以，創(chuàng)客教育不可忽視對基礎(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)客運動興起的強大動力。桌面制造設(shè)備的4個*典型的工具是3D打印機、數(shù)控機床、激光切割機和3D掃描儀，它們并稱為“4個桌面工廠”。

●3D打印機被視為創(chuàng)客運動的標志性工具，它通過噴頭將材料逐層堆積打印出來。3D打印大大減少了制作原型的時間和費用，讓生產(chǎn)和創(chuàng)造普及到每一個人。在教學(xué)過程中，教師能夠通過3D打印制作出模型，方便學(xué)生進行真實探究，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)控機床通過切削的方式進行制造和加工，能夠彌補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，通過精準的電腦控制，學(xué)生們能夠?qū)⑶懈钕聛淼牟牧掀春铣扇S物體，幫助學(xué)生構(gòu)建立體思維。

●3D掃描儀將現(xiàn)實中的物體轉(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)客教育套件有專門用于機械結(jié)構(gòu)制作的材料，*典型的例子就是樂高。樂高擁有種類豐富的標準化零件，通過獨具特色的穴柱連接方式進行組合，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

如果說機械結(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，能夠與人進行交互；輸出設(shè)備是作品的神經(jīng)，驅(qū)動機械按照特定的方式運作。

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

開源硬件，是指與自由及開放源代碼相同方式設(shè)計的計算機和電子硬件，它可以讓教師更加快速地設(shè)計主控板，通過主控板和傳感器、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，開源硬件可以分為積木式開源硬件和開源硬件開發(fā)平臺。

●積木式開源硬件是以開放式電子積木模塊為基礎(chǔ)的一種開源硬件，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)揮無限的創(chuàng)意。積木式開源硬件很適合初步接觸創(chuàng)客教育的學(xué)生，能夠幫助他們實現(xiàn)自己的創(chuàng)意。

●開源硬件開發(fā)平臺也是創(chuàng)客運動的另一個標志性工具，Arduino和樹莓派則是開源硬件開發(fā)平臺的代表之作。創(chuàng)客們可以圍繞開發(fā)板進行設(shè)計、開發(fā)和測試，為自己的作品賦予智能。它便利的設(shè)計、豐富的元件和開源的文化，構(gòu)成了開源硬件在創(chuàng)客教育中的優(yōu)勢，當學(xué)生掌握開源硬件的設(shè)計時，就離成為一個真正的創(chuàng)客不遠了。

值得一提的是，開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)殡娦盘栞敵鼋o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

無論桌面制造，還是開源硬件，創(chuàng)客工具很大的一個特征就是智能化，學(xué)生必須掌握與計算機溝通的技巧，方可設(shè)計出理想的作品，可以說，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)計類軟件，可以簡單分為2類：平面設(shè)計和立體設(shè)計，教師可以根據(jù)自己的實際需要進行學(xué)習(xí)。

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

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

設(shè)計類軟件不僅需要學(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的板跟完整的立體設(shè)計的對應(yīng)關(guān)系，在一次次的練習(xí)中鍛煉自己。

編程是創(chuàng)客的一個至關(guān)重要的能力，在以開源硬件為工具的設(shè)計中，編程是必不可少的。開源硬件一般需要用到代碼式編程，如基于Arduino設(shè)計的Arduino IDE、SMeshStudio等。對于初接觸創(chuàng)客的學(xué)生來說，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)生建立計算思維和實體世界之間的映射。

值得注意的是，圖形化編程終究只是幫助學(xué)生建立計算思維的過渡方式，學(xué)生*終還是要掌握基于實際應(yīng)用的代碼式編程語言，才能真正做到得心應(yīng)手地進行創(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，如教育機器人、無人機等。與其他工具不同，這些工具的服務(wù)目標更加明確，在制作過程中，學(xué)生不僅能夠鍛煉到多種創(chuàng)客能力，還能通過各種不同的創(chuàng)客工具改造它們，為制作賦予更多的個性。