北京工业大学 建筑与城市规划学院 贾艳红 韩宇翃
摘要：随着开源硬件平台的日益成熟，掀起了席卷全球的创客教育浪潮。在它的影响下儿童创客群体也开始萌生，有关于儿童的创客教育也越来越受到关注。但目前关于儿童创客教育产品却较为匮乏，像Arduino这样的开源硬件平台已经被引入到创客教育活动当中，但它的开发需要编程和搭建电路这两个基础技能，这对于儿童来讲是非常有挑战的。如何让儿童更轻松地了解背后的原理，使他们能够学会用艺术和科学的方法进行创造活动，才是创客教育的核心思想。在儿童创客教育的现状基础上，抓住创客教育中的痛点问题，将开源硬件与创客教育有机结合，激发儿童对创客教育的热情。
关键词：工业设计 开源硬件 儿童创客教育 产品设计
中图分类号：TB47 文献标识码：A
文章编号：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
“创客”这个群体代表着一种创新精神，他们致力于将自己的奇思妙想变为现实。近几年来，国外许多高校和培训机构为培养学生创造与创新能力，试水创客教育，于是针对于创客教育的生态产业链应运而生，衍生出各种关于创客教育的配套产品，例如开源硬件模块、芯片、软件、结构件、教育课程、研究方法、论坛平台等。对比国外，我国的创客教育正处在萌芽发展阶段。2015年李克强总理实地考察深圳的柴火创客空间，同年在政府工作报告中提出了让“众多‘创客’脱颖而出”这样的观点，这使得创客得到了来自国家最高领导层的关注，创客教育的兴起为创新创业的发展也提供了一种新思路。
而在我国传统教育格局下，如何引入儿童创客教育也受到了越来越多的关注。这也极大推进了创客教育的发展。但是当前市场上的创客教育产品大多为国外品牌，尤其是与开源硬件、创意设计电子电路相关的创客教育产品。如图形化编程软件Scratch和模块化Lego机器人等。在此背景下，提出并探讨在儿童的心理认知水平基础上，通过引入开源硬件方式来推出创客教育产品，从而实现对儿童的科普教育、创造能力拓展与艺术审美培养的目的，用一种新的方法鼓励儿童进行创造和创新行为，通过接触和学习针对他们而研发的创客教育产品，使儿童能够更好地来设计、制作、分享和学习，激发他们的创造力。
一、开源硬件与创客教育概念解析
（一）什么是开源硬件：开源硬件（OSHW）的定义：开源硬件是实体创造物的一个术语——机器、设备或者其他的物理实物。他们的设计对公众发布。该发布允许他人制造、修改、分发或者使用该硬件设计[1]。目前开源硬件中最为成功的代表Arduino，作为最早的开源硬件之一，它的影响力不可忽视，各类基于Ardurino的软硬件开发平台、技术资料、配件等已经非常完善。它适用于入门级新手创客。开发工具有Arduino IDE，具有丰富的Arduino驱动代码。对于入门级创客来说，大家更多的是看中Arduino庞大的网络资源，各种叠加扩展板和传感器板。
（二）什么是创客教育：创客教育是创客文化与教育的结合，基于学生兴趣，以项目学习的方法，使用数字化工具，倡导造物，鼓励分享，培养跨学科解决问题的能力、团队协作能力和创新能力的一种素质教育[2] 。创客教育不是向学生灌输某种技术技能，也不是教授专业的学科知识，更不是单纯地动手能力训练，它以学生的兴趣为出发点，来培养学生的创造力，有时是以某个问题为出发点，通过解决这个问题来进行学习；有时是以某个项目为出发点，通过完成这个项目，来提升自身能力；有时是从某个设计点出发，通过迭代设计，来完善设计和提高自身能力。
其中基于项目的学习模式由于容易复制和宣传，受到了全国各地的创客空间及中小学创客教育课堂的偏爱，它是指通过提前预定设计的一个项目，来让学生站在主人翁的角度，综合运用已有的知识，自主学习，团队协作，来完成这个项目的过程，它是目前创客教育中取得较好实践效果的学习模式。相对于传统的老师与学生，采用这样的学习模式，组织效率高，能够更好激发出学生创造的欲望。
（三）开源硬件与儿童创客教育的关系：像Arduino这样的开源硬件已经进入了中国一线教育产品研发人员的视野，但它直接作为一个教育产品，它的开发离不开C++编程和搭建电子线路这两个基础的技能，这对于尚处于初级教育阶段的儿童来说具有一定的挑战和难度。这也是arduino作为直接的儿童创客教育产品的缺陷。因此开发者尝试着从编程和电路两方面对开源硬件进行了简化。例如Scratch、ArduBlock和Mixly这样的图形化编程工具的出现，就是为了简化编程。国外的许多硬件公司开发了大量的模块化电子元器件，就是为了简化电气连接和电路设计。
创客教育与开源硬件的核心问题是隐藏在背后的技术知识以及如何让儿童更好地了解这背后隐藏的原理，利用新的数字技术来设计、制作、分享和学习。二者相辅相成，不可或缺。
二、儿童创客教育产品现状研究
（一）从年龄层来解读儿童：儿童在6岁以前，脑生长还未成熟，生理和心理方面成长都刚刚起步，意识与认知能力有限，而在6-12岁期间，其认知能力高速发育，并且对实物有着浓厚的好奇心理，在这个年龄段的儿童想象力和动手操作能力都有非常大的可塑性，通过创客教育能够更好地培养儿童的创造力。
（二）现有创客教育产品种类分析：目前儿童创客教育的开展如火如荼，创客教育领域的公司及配套的产品也如雨后春笋般应运而生。目前儿童创客教育领域的公司从分类上来看大概分为两类，一类为输出课程体系的创客培训类公司，一种为输出产品及套装的研发类公司。
三、开源硬件在儿童创客教育产品的应用分析
目前针对6-12岁儿童而开发出的教育产品还大多停留在传统手工diy的概念，例如：拼图，绘图和组装积木等，这些课程过于传统，对于出生在电子信息时代，从小接触各种数码产品和软件的儿童来讲，不能吸引儿童的目光及满足当下儿童的需要。
通过对现有创客教育产品种类分析，我们可以发现市场上出现了一些利用电子元器件进行组装的产品，但是这些产品大多由各种零部件组成，缺少适应儿童的专业教程。乐高lego产品（如图1）系列趣味性强，注重对儿童动手能力的培养，产品造型美观，深受儿童及成年人欢迎，变化形式多样，但是在教育功能方面尤其是编程能力培养上表现较弱。而基于Arduino开源硬件衍生出来的创客教育产品例如makeblock（如图2），偏向科技教育内容，相对比传统积木类产品融入科技手段，强化了教学过程，注重培养儿童的学习能力，但是相应的弱化了产品的趣味性。
四、基于开源硬件的儿童创客教育产品设计探索
（一）创客教育产品的设计原则：创客教育产品由于其教育及可操
作性，在设计上需要考虑到一下几点原则。a.安全性原则。从材料和操作过程中，都要确保使用者的安全;b.趣味性和创新性原则，避免死板和枯燥无味，恰当地引入趣味元素和创新元素;c.多元性原则。在材料、工具和内容上求多元化;d.适应性原则。能够适应目标人群的心理认知年龄，教育内容符合用户年龄层;e.教育性原则，通过科学的理论来支撑创客教育的实践。
（二）开源硬件的设计原则：设计并推出与Arduino兼容的硬件支
持体系，为孩子们提供一系列进阶式学习工具。通过一些实际的小项目，涉及科学、工程、编程、艺术和数学等，让学生能以更加生动有趣的形式来了解和学习知识，获得能力的提升。将探索的主动权下放到学生们手里，让学生在实践的环节中提出问题、发现问题，并且结合现有的知识和工具，来通过自己的方式解决问题，从而增强他们的自信心和学习能力。
（三）开源硬件与创客教育理念的结合：将已有的开源硬件与新
兴的创客教育进行资源上的整合，将极大地提高两者的创造力，一方面国内的开源硬件资源已经初具雏形，相应的配套产业链也较为完备，与创客教育产业相结合，对于开源硬件来讲，能够进一步推广开源的理念，让更多的人接触到开放资源。另一方面，对于儿童创客教育来说，引入开源硬件的资源，能够解决目前创客教育领域过于偏向教育而忽略对儿童创造力培养的现象，借助于开源硬件的强大创造力，能够让儿童从最底层掌握开源的技术，甚至于创造出完全不输于成年人创客产品的成果。传授给儿童书本上的知识，不如传授他们学习知识与创造知识的方法，将开源的理念与技术交付与儿童，让他们掌握未来创造的最大可能。
（四）基于开源硬件技术的设计实现：开源硬件创客教育产品核
心是让学生通过使用目前已有的工具来解决眼前的问题，教育的聚焦点是解决问题能力的提升及创新性的体现，而不是某些电路问题的解决，因此需要借助完善的开源硬件产品，借助其开源易用的优点，拓展衍生相关的课程。（如图3）是基于开源硬件的课程教育体系。基于开源硬件的产品及相应的配套课程，同时辅助拓展和社区交流，从而提供强大的技术支持及促进效果。
为了更好地普及创客教育，需要打造更好的教育生态环境。为了打造我国的良好的创客教育发展环境，就要与中国的实际教育情况相结合，单纯地照搬国外的创客教育是不可行的。
结论
在互联网浪潮影响下，创客教育的良性发展需要通过开源硬件和教育产品的优势互补，让儿童在各类创客空间中主动学习、协作探究和创新设计，从而培养其创新能力和创新意识，从而实现让“众多‘创客’脱颖而出”这样的目标，为培养一批创新型人才打下基础，建设创新型国家。
参考文献
[1] 开源硬件协会 . 开源硬件的定义[EB/OL]. http://www.oshwa.org/definition. 引用日期 ，2016-04-26
[2] 梁森山 . 中国创客教育蓝皮书(基础教育版) [M]．北京：人民邮电出版社 ，2016.
[3] 雒亮 . 祝智庭.开源硬件:撬动创客教育实践的杠杆 [J]. 中国电化教育 ，2015（04）:7-14.
[4] 祝智庭 . 孙妍妍 . 创客教育:信息技术使能的创新教育实践场 [J]. 中国电化教育 ，2015（01）:14-21.
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