高中新課標(biāo)“開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)”模塊學(xué)什么和怎么學(xué)

梁森山 吳俊杰

緣 起

在創(chuàng)客、STEAM教育（跨學(xué)科學(xué)習(xí)）大熱之際，人們都希望其能夠有一個(gè)具體的學(xué)科抓手，《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的頒布，使得信息技術(shù)學(xué)科看到了具體的操作路徑，其中非常引人注目的是選擇性必修模塊6——“開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)”，有很多教師覺得，這個(gè)模塊仿佛“就是為了普及創(chuàng)客教育設(shè)計(jì)的”，因此尤為關(guān)注課標(biāo)頒布后如何開展教學(xué)的工作。

本期對(duì)話，我們有幸邀請(qǐng)到了一位資深的開源硬件教師——來自北京市宏志中學(xué)的刁彬斌老師和創(chuàng)客教育名師吳俊杰老師，他們將共同開啟一場(chǎng)有關(guān)“學(xué)什么和怎么學(xué)”的對(duì)話，為已經(jīng)開始的2018到2019學(xué)年，面臨“教材空白”的高中教師提供一些未來教學(xué)及師生成長(zhǎng)的方向。

吳俊杰：刁老師，新課標(biāo)中明確提出了“開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)”這個(gè)選修模塊，在學(xué)校，您除了擔(dān)任高中必修模塊及該主題的選修課外，還負(fù)責(zé)校本教材的編寫工作，請(qǐng)您談一談對(duì)這個(gè)模塊的理解？

刁彬斌：關(guān)于“開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)”這個(gè)模塊，我們具體可以談兩點(diǎn)認(rèn)識(shí)，一是“開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)”模塊是信息技術(shù)學(xué)科新課程改革中具有代表性的模塊，它體現(xiàn)了信息技術(shù)學(xué)科發(fā)展的最新進(jìn)展。二是通過該模塊的教學(xué)實(shí)施，讓基于開源硬件的項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)入了國(guó)家的課程，這不僅很有意義，而且對(duì)開源生態(tài)的形成產(chǎn)生了正面的推動(dòng)作用。我指導(dǎo)學(xué)生使用開源硬件參加各類科技競(jìng)賽很多年，深知它的教學(xué)價(jià)值和教學(xué)樂趣之所在，現(xiàn)在有了國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)的支持，我也希望在之前積累的基礎(chǔ)上通過我們學(xué)校的校本教材的編寫，讓開源硬件知識(shí)普惠更多的高中學(xué)生。這兩年通過寫書，我認(rèn)識(shí)了全國(guó)各地的很多創(chuàng)客教師，我們也創(chuàng)建了一些微信群，在群里大家常常探討開源硬件應(yīng)該學(xué)什么和怎么學(xué)的問題，這個(gè)過程中凝聚了很多其他教師的智慧和專家的指導(dǎo)，要非常感謝大家的幫助。我也在思考“開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)”這個(gè)模塊從教材到教學(xué)法再到評(píng)價(jià)的一系列的問題，因?yàn)檫@對(duì)于廣大教師而言，既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇。

吳俊杰：在指導(dǎo)開源硬件比賽的過程中，有沒有印象比較深刻的學(xué)生項(xiàng)目呢？您能不能簡(jiǎn)單介紹一下。

刁彬斌：我印象比較深的是一個(gè)智能語音留聲機(jī)項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目曾在第十八屆中小學(xué)電腦作品評(píng)選活動(dòng)中獲獎(jiǎng)。當(dāng)時(shí)3D打印和開源硬件的系統(tǒng)融合在創(chuàng)客項(xiàng)目當(dāng)中應(yīng)用還比較少，我指導(dǎo)的兩位學(xué)生剛好是其中一個(gè)3D建模很好，一個(gè)開源硬件很好。他們配合起來就完成了這個(gè)項(xiàng)目。這個(gè)智能留聲機(jī)使用了上世紀(jì)三四十年代流行的唱片機(jī)的外形，用唱片機(jī)的盒子作為開源硬件的容器，是一個(gè)集古典外形和現(xiàn)代開源硬件技術(shù)于一體的綜合實(shí)用體。它可以實(shí)現(xiàn)語音交互操作，完成歌曲播放與切換、夜燈、時(shí)間顯示、溫度測(cè)量等功能。

現(xiàn)在回過頭來看，這個(gè)作品體現(xiàn)出了一種產(chǎn)品原型的概念，讓學(xué)生從一個(gè)開源產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的角度去思考，如何明確需求，如何設(shè)計(jì)開源的3D模型，如何使用開源硬件來完成核心需求，怎樣分享和改進(jìn)這個(gè)作品。這樣的一個(gè)完整的開源硬件項(xiàng)目作品的制作，使我在之后的學(xué)生競(jìng)賽指導(dǎo)的過程中，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生一種產(chǎn)品思維，讓學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)產(chǎn)品級(jí)的創(chuàng)客作品。

吳俊杰：那么，這些學(xué)習(xí)開源硬件項(xiàng)目的學(xué)生有什么共同的特點(diǎn)？

刁彬斌：我覺得每一個(gè)成功的開源硬件項(xiàng)目開發(fā)者都是獨(dú)立思考、敢于探索和踏實(shí)肯干的綜合體，無論針對(duì)青少年還是成年人都是這樣。敢于探索是由開源項(xiàng)目的本質(zhì)所決定的，開源項(xiàng)目的本質(zhì)是在開源核心板的基礎(chǔ)上搭配不同的傳感器，通過編程來實(shí)現(xiàn)作品功能。在這個(gè)學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生才是項(xiàng)目的主體，他們只有獨(dú)立思考自己的需求，選擇不同的開源硬件，設(shè)計(jì)作品，完成功能評(píng)測(cè)與迭代等過程，才能制作出與眾不同的創(chuàng)客作品。這一系列過程，需要學(xué)生具備獨(dú)立思考的品質(zhì)和勇于探索的精神，因?yàn)槲覀兩钤谝粋€(gè)工業(yè)化產(chǎn)品非常豐富的社會(huì)，很多人都會(huì)覺得“這個(gè)需求早就有了”“只要淘寶上搜一搜，什么問題都能解決”，很多人喪失了獨(dú)立思考的能力，成為搜索引擎廉價(jià)答案的犧牲品，因此發(fā)現(xiàn)需求所需要的核心品質(zhì)就是要獨(dú)立思考。同時(shí)，勇于探索的精神也非常重要，開源硬件加入了硬件之后，出現(xiàn)了一個(gè)故障，可能是軟件方面的問題也可能是硬件方面的問題，這需要用科學(xué)的方法來進(jìn)行排查，也需要查閱各種資料、學(xué)習(xí)新知識(shí)，在這個(gè)過程當(dāng)中，需要發(fā)揮勇于探索的精神。

另外，踏實(shí)肯干是由開源硬件項(xiàng)目的學(xué)習(xí)過程決定的。開源硬件項(xiàng)目的實(shí)施過程中，需要學(xué)生具備比較綜合的能力，如會(huì)規(guī)劃作品功能，會(huì)編寫和調(diào)試代碼，會(huì)做產(chǎn)品外形設(shè)計(jì)，會(huì)包裝與美化。每個(gè)環(huán)節(jié)都需要學(xué)生踏踏實(shí)實(shí)地學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)。在一點(diǎn)一滴的積累過程中，由創(chuàng)客小白，質(zhì)變?yōu)閯?chuàng)客能手。

吳俊杰：很認(rèn)同您的觀點(diǎn)，我最近的一篇長(zhǎng)文也是在談“基于產(chǎn)品的學(xué)習(xí)”，平時(shí)您是怎么帶學(xué)生做開源硬件項(xiàng)目的？有沒有一些經(jīng)驗(yàn)可以分享的？

刁彬斌：我?guī)W(xué)生做開源硬件項(xiàng)目有以下經(jīng)驗(yàn)：

第一是將傳統(tǒng)學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)結(jié)合。傳統(tǒng)教學(xué)方式適合學(xué)生還在幼苗階段時(shí)，學(xué)生在這個(gè)階段對(duì)開源項(xiàng)目一無所知。為了學(xué)生能更快成長(zhǎng)，少走彎路，作為教師一定要做好引路人工作，使用傳統(tǒng)教學(xué)方法，讓學(xué)生踏踏實(shí)實(shí)地掌握開源項(xiàng)目的基本知識(shí)。開源硬件項(xiàng)目是一個(gè)探索過程，但沒必要讓學(xué)生刻意地去走一遍教師所經(jīng)歷的彎路。探究學(xué)習(xí)階段，是在學(xué)生掌握開源硬件學(xué)習(xí)的基本技巧之后，是實(shí)踐開源硬件精神的必備過程。這個(gè)過程教師需要放棄引領(lǐng)者的角色，變?yōu)轫?xiàng)目的協(xié)調(diào)者，讓不同學(xué)生根據(jù)自己的特色與思考點(diǎn)完成不同的設(shè)計(jì)，這樣才能實(shí)現(xiàn)創(chuàng)客項(xiàng)目的百花齊放。當(dāng)然，在學(xué)生實(shí)際完成項(xiàng)目前，教師要帶領(lǐng)學(xué)生詳盡地走一遍項(xiàng)目實(shí)施流程，這對(duì)學(xué)生發(fā)展來說也是一個(gè)不可缺少的過程。

第二是發(fā)揮學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神，明確組內(nèi)分工與合作。開源硬件需要學(xué)生具備比較綜合的能力，但要求一個(gè)學(xué)生掌握并精通所有環(huán)節(jié)是一件非常困難的事情。因此在實(shí)施過程中，很多復(fù)雜項(xiàng)目可以使用分工合作的方式完成。常規(guī)項(xiàng)目的四人組合，分工如下：CEO，負(fù)責(zé)整個(gè)項(xiàng)目的總體實(shí)施和人員進(jìn)度協(xié)調(diào)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)師，負(fù)責(zé)產(chǎn)品功能和外形設(shè)計(jì)。程序員，負(fù)責(zé)開源硬件產(chǎn)品原型程序的調(diào)試和程序的編寫。產(chǎn)品營(yíng)銷師，負(fù)責(zé)產(chǎn)品的包裝與宣傳。當(dāng)然，這個(gè)過程也是一個(gè)合作的過程。CEO需要合理安排工作進(jìn)度和人員協(xié)調(diào)，其他人需要服從CEO的領(lǐng)導(dǎo)。產(chǎn)品外型設(shè)計(jì)需要與程序員溝通，匹配硬件的布局與選取。產(chǎn)品營(yíng)銷師，需要領(lǐng)會(huì)CEO對(duì)產(chǎn)品的定位、明確技術(shù)要領(lǐng)。為了鍛煉學(xué)生能力，也可以不時(shí)地調(diào)換角色，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)一專多能。

第三是嚴(yán)格的產(chǎn)品項(xiàng)目實(shí)施過程。一件科學(xué)的交互性良好的作品，需要在項(xiàng)目實(shí)施過程中嚴(yán)格按照作品設(shè)計(jì)流程實(shí)施項(xiàng)目，即產(chǎn)品規(guī)劃—產(chǎn)品設(shè)計(jì)—產(chǎn)品實(shí)施—產(chǎn)品檢測(cè)與迭代。

吳俊杰：您剛才講得非常清晰透徹，受益匪淺。那么從您的觀點(diǎn)來看，一本《開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)》教材應(yīng)該包括哪些內(nèi)容？

刁彬斌：我覺得一本開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)的教材，應(yīng)該包含開源硬件知識(shí)介紹、開源硬件典型項(xiàng)目、開源硬件的實(shí)施過程和一個(gè)實(shí)際的項(xiàng)目引導(dǎo)四個(gè)部分。一開始要介紹開源硬件的基礎(chǔ)知識(shí)，這部分除了安裝驅(qū)動(dòng)一類的基礎(chǔ)知識(shí)之外，開源文化、開源精神也是很重要的內(nèi)容。接下來應(yīng)該是一個(gè)典型開源硬件項(xiàng)目研習(xí)的過程，通過簡(jiǎn)單項(xiàng)目來落實(shí)基本知識(shí)和基本技能，這個(gè)部分要通過教師講解和學(xué)生實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生知道什么是輸入設(shè)備、什么是輸出設(shè)備，有哪些通訊模塊，編程軟件和開源硬件之間的控制關(guān)系是怎樣的。但是，堅(jiān)決不要就知識(shí)而說知識(shí)，還是要有簡(jiǎn)單的項(xiàng)目背景。第三部分就要總結(jié)出一個(gè)開源硬件的實(shí)施過程，特別是從“如何有一個(gè)想法出發(fā)”引導(dǎo)學(xué)生從產(chǎn)品經(jīng)理的角度去思考如何發(fā)現(xiàn)需求和滿足需求，怎么做設(shè)計(jì)。最后是一個(gè)大的綜合項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目有一定的難度，可以說是之前積累的一種應(yīng)用，在完成大項(xiàng)目的同時(shí)也要落實(shí)對(duì)開源文化的傳承，將項(xiàng)目的成果按照開源協(xié)議分享出來。

總之，整體來看，第一部分對(duì)應(yīng)課標(biāo)6.1的內(nèi)容要求，“基于實(shí)例分析，認(rèn)識(shí)開源硬件的特征與發(fā)展，理解利用開源硬件進(jìn)行信息技術(shù)創(chuàng)新的意義”。第二部分和第三部分對(duì)應(yīng)課標(biāo)的6.2到6.4的內(nèi)容，“通過剖析使用開源硬件完成作品的實(shí)例，體驗(yàn)基于開源硬件完成項(xiàng)目的基本流程，知道常用開源硬件的功能與特征”“基于事物特征的分析，設(shè)計(jì)基于開源硬件的作品開發(fā)方案，描述作品各組成部分及其功能作用，明確各組成部分之間的調(diào)用關(guān)系”“根據(jù)設(shè)計(jì)方案，選擇恰當(dāng)?shù)拈_源硬件，搜索相關(guān)的使用說明資料，審查與優(yōu)化作品設(shè)計(jì)方案”。雖然學(xué)生一開始經(jīng)歷的都是教師預(yù)設(shè)好的一些小項(xiàng)目，但是這些小項(xiàng)目的積累正是完成一個(gè)大項(xiàng)目必須的知識(shí)與技能。

教學(xué)像教師帶著學(xué)生去旅游一樣，出發(fā)前總是要介紹一下我們?yōu)槭裁匆ツ莻€(gè)地方，快要出發(fā)時(shí)又要檢查一下所需要的裝備是否帶齊了，在比較乏味的乘車過程中，如果有意識(shí)地路過一些和目的地有關(guān)的景點(diǎn)，可以幫助學(xué)生樹立對(duì)目的地的好奇心，并且在到達(dá)目的地的時(shí)候，更加自信、從容和積極地體會(huì)旅游的快樂。教師也可以融入其中去探訪這個(gè)去過好多次的地方新的美好之處。在第二和第三部分落實(shí)基本功的基礎(chǔ)上，去剖析一些典型的開源項(xiàng)目，即一個(gè)“通過沿途的風(fēng)景”來增強(qiáng)對(duì)目的地的期待的學(xué)習(xí)過程。

最終就是一個(gè)大的項(xiàng)目，就相當(dāng)于旅行的目的地。這個(gè)部分對(duì)應(yīng)課標(biāo)6.5到6.7的內(nèi)容，“了解作品制作過程中各種設(shè)備與組件的安全使用規(guī)則和方法，根據(jù)設(shè)計(jì)方案，利用開源硬件、相關(guān)組件與材料，完成作品制作”“根據(jù)設(shè)計(jì)方案，利用開源硬件的設(shè)計(jì)工具或編程語言，實(shí)現(xiàn)作品的各種功能模塊”“根據(jù)設(shè)計(jì)方案，測(cè)試、運(yùn)行作品的數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算處理、數(shù)據(jù)輸出、調(diào)控執(zhí)行等各項(xiàng)功能，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案”。最終，通過分享的環(huán)節(jié)落實(shí)課標(biāo)6.8的內(nèi)容，即“完善項(xiàng)目作品的設(shè)計(jì)方案，踐行開源與知識(shí)分享的精神，理解保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的意義”。

吳俊杰：您剛剛談到了在落實(shí)基本功的基礎(chǔ)上，在完成一個(gè)大的項(xiàng)目之前對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)思維的引導(dǎo)，那您怎么看設(shè)計(jì)在開源硬件項(xiàng)目當(dāng)中的作用呢？

刁彬斌：從實(shí)際教學(xué)的角度來看，我在第一遍教開源硬件的時(shí)候，可能會(huì)聚焦在教材中的新技術(shù)和案例上，而第二遍教則重點(diǎn)在如何啟發(fā)學(xué)生有不同的想法，以及如何引導(dǎo)學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)來落實(shí)這些想法。而關(guān)于設(shè)計(jì)特別是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和交互設(shè)計(jì)，已經(jīng)有了一些同行的做法，大家對(duì)設(shè)計(jì)思維的重要意義也有了一定的認(rèn)識(shí)。所以，設(shè)計(jì)思維不但很重要，而且其重要性也會(huì)在教學(xué)不斷深入的過程中愈加體現(xiàn)出來。

在著名的創(chuàng)客作品分享網(wǎng)站instructables.com上，有一門在線課程叫“如何做設(shè)計(jì)”，它從如何使用一支筆開始講解設(shè)計(jì)師是如何幫助人們解決問題的，這里面有一些技巧層面的問題，比如如何做用戶的需求分析、如何做調(diào)查問卷來明確這些需求、設(shè)計(jì)草圖的繪制、如何通過設(shè)計(jì)軟件將草圖編為三維或者二維的模型，但是我更想表達(dá)的是從針對(duì)大多數(shù)人的通用設(shè)計(jì)，再到針對(duì)個(gè)性化的需求的以人為本的設(shè)計(jì)，最終到了未來普及創(chuàng)客基本技能之后的人人都是開源產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的民主化設(shè)計(jì)和綠色發(fā)展循環(huán)設(shè)計(jì)這樣的一個(gè)發(fā)展過程。所以越到教學(xué)變得爐火純青的時(shí)候，創(chuàng)意與設(shè)計(jì)就顯得越重要。

吳俊杰：非常精彩，刁老師除了介紹教學(xué)內(nèi)容之外，還對(duì)“開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)”的課程標(biāo)準(zhǔn)談了自己的理解，除此之外，您對(duì)信息技術(shù)課標(biāo)的總綱及本教材的細(xì)節(jié)要求有怎樣的體會(huì)呢？新課標(biāo)已經(jīng)發(fā)布一段時(shí)間了，對(duì)其解讀也有著不斷的深入，我們也想聽聽您的意見。

刁彬斌：信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)有四點(diǎn)：一是要求學(xué)生具備信息意識(shí)，也就是對(duì)信息要有敏感度，對(duì)信息價(jià)值要有一定的判斷力。二是計(jì)算思維，這是信息技術(shù)學(xué)科獨(dú)有的，就是常說的編程和可編程及程序流程思想，計(jì)算思維既是基本技術(shù)技能，又是思想方法。計(jì)算思維是這次信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)中的一個(gè)重點(diǎn)。三是數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新，這是在之前的兩個(gè)核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)上的應(yīng)用，也是實(shí)踐層次上的提煉。當(dāng)具備計(jì)算思維和信息意識(shí)之后，學(xué)生要主動(dòng)地采用數(shù)字化學(xué)習(xí)的方式來完成學(xué)習(xí)。四是將學(xué)到的技能方法用于信息技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐中。

在學(xué)習(xí)“開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)”（模塊6）前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了必修一數(shù)據(jù)與計(jì)算、必修二信息系統(tǒng)與社會(huì)。因此，在模塊6的教學(xué)中，有個(gè)大的前提就是默認(rèn)學(xué)生已經(jīng)具備了學(xué)完必修模塊后應(yīng)該達(dá)到的編程的基本技能和相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。例如，北京市的很多教師上個(gè)學(xué)期已經(jīng)開始按照新課標(biāo)的Python語言來組織程序教學(xué)了，我自己教學(xué)的感覺還是比較順利的。對(duì)核心素養(yǎng)的理解也有了進(jìn)一步的加深。

修訂后的信息技術(shù)課程分為三個(gè)大的板塊，即必修模塊、選擇性必修模塊、選修模塊，其中選擇性必修分為六個(gè)模塊，六個(gè)模塊也各有偏重，從高考改革方案來講，前三個(gè)模塊（計(jì)算算法、數(shù)據(jù)分析管理、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)）的內(nèi)容被高考方案包含信息技術(shù)學(xué)科的省份命題時(shí)選中的機(jī)會(huì)是比較大的。模塊四（人工智能初步）、模塊五（三維設(shè)計(jì)與創(chuàng)意）、模塊六（開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)）一般不作為高考要求的內(nèi)容，更多的則是為高校自主招生做參考，是從體現(xiàn)學(xué)生個(gè)性發(fā)展的角度來設(shè)計(jì)的。

相對(duì)于其他模塊來說，“開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)”模塊注重工程實(shí)踐、軟硬結(jié)合，也是信息技術(shù)學(xué)科之前“圍著屏幕轉(zhuǎn)”的教學(xué)模式的一種校正，還原了整個(gè)電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的全貌。雖然是最后一個(gè)模塊，信息技術(shù)整個(gè)學(xué)科的發(fā)展對(duì)這個(gè)模塊的要求和期待值還是非常高的，所以課標(biāo)在開篇就提出，“基于開源硬件的項(xiàng)目設(shè)計(jì)與開發(fā)有益于激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的興趣，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的能力，同時(shí)也是在信息技術(shù)課程中實(shí)現(xiàn)STEAM（科學(xué)、技術(shù)、工程、人文藝術(shù)與數(shù)學(xué)）教育的理想方法。本模塊是針對(duì)學(xué)生個(gè)性化發(fā)展需要，按照開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程而設(shè)置的選擇性必修模塊”。這是對(duì)這個(gè)模塊的定位——培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，同時(shí)也是信息技術(shù)課程中實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有效抓手。因此，教材在落實(shí)模塊的課標(biāo)要求的同時(shí)落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)就顯得水到渠成。

從評(píng)價(jià)的角度來看，該模塊也不是不能考，只是涉及硬件，有一個(gè)統(tǒng)籌規(guī)劃的問題，而且該模塊的作品形態(tài)偏工科，本身就是新一輪高中學(xué)業(yè)水平評(píng)價(jià)的一個(gè)短板，這是一個(gè)必須要面對(duì)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)和選拔的長(zhǎng)期問題。當(dāng)改革進(jìn)入深水區(qū)，工程基礎(chǔ)能力的評(píng)價(jià)方式和手段不斷提高之后，配合自主招生，會(huì)有更多的人選擇教和學(xué)這個(gè)模塊，在接下來的十年，應(yīng)該是一個(gè)穩(wěn)定的趨勢(shì)。

吳俊杰：很多教師在接觸新課標(biāo)之前可能都沒有聽說過開源硬件，您作為比較早接觸并且探索開源硬件教學(xué)的教師，設(shè)想的開源硬件具體的教學(xué)場(chǎng)景是一個(gè)什么樣的情況？教師們會(huì)怎么教這個(gè)模塊，又會(huì)遇到哪些困難？

刁彬斌：開源硬件對(duì)于廣大教師和學(xué)生來說還是一個(gè)新鮮事物，我自己上了一些開源硬件的校本和研學(xué)課程，發(fā)現(xiàn)加入硬件的教學(xué)確實(shí)有它的優(yōu)點(diǎn)，但也給教學(xué)組織帶來了一些新的挑戰(zhàn)。一本好的教材能夠幫助教師平穩(wěn)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，教材既是教師組織教學(xué)的提綱，又是學(xué)生自主學(xué)習(xí)的參考書。

我覺得開源硬件的教材總體上可分為三個(gè)層次（也是三條脈絡(luò)）：第一層次是以知識(shí)和概念為主，也就是說教師可以通過一些設(shè)施設(shè)備把知識(shí)型、技能型、概念型的知識(shí)，快速地按照課標(biāo)要求落實(shí)到課堂上。第二層次是以工程與操作實(shí)踐為主，每個(gè)章節(jié)都可以穿插實(shí)踐、思考、練習(xí)等多種主題活動(dòng)。教師可以按照由淺入深、由易到難的順序組織具體教學(xué)，并將實(shí)踐操作作為主線，將知識(shí)性內(nèi)容穿插其中，如組織隨堂實(shí)驗(yàn)等。

這種以工程和操作實(shí)踐為主的教學(xué)場(chǎng)景非常類似物理教學(xué)中的分組實(shí)驗(yàn)。例如，在介紹開源硬件發(fā)展的過程中，首先讓學(xué)生了解在開源硬件發(fā)展歷程中具有標(biāo)志性的開源硬件的使用，接著再設(shè)計(jì)分組實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體驗(yàn)一些具體的開源硬件平臺(tái)，及其具體的編程操作情況。教師如果能將演示實(shí)驗(yàn)、分組實(shí)驗(yàn)、課后自主實(shí)踐，以及概念教學(xué)和課后評(píng)價(jià)有機(jī)地融合起來，這將是信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)課型在整個(gè)課標(biāo)落實(shí)過程中的一個(gè)重要特色。

第三層次是滲透到每章節(jié)的項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)，期待學(xué)生通過項(xiàng)目實(shí)踐體會(huì)項(xiàng)目所蘊(yùn)含的情感態(tài)度及價(jià)值觀。通過設(shè)計(jì)大的主題活動(dòng)來貫穿教材的教學(xué)，比如結(jié)合學(xué)校的科學(xué)節(jié)開展一場(chǎng)校園創(chuàng)客嘉年華，然后再做一場(chǎng)創(chuàng)客馬拉松，通過組織活動(dòng)，將開源硬件項(xiàng)目這門選修課的學(xué)習(xí)內(nèi)容向?qū)W校里其他師生宣講，甚至走向社區(qū)，走進(jìn)社會(huì)創(chuàng)客空間。這樣，教材的使用就活化了，也體現(xiàn)了選擇性必修模塊的設(shè)計(jì)初衷。

教師在實(shí)際教學(xué)時(shí)可以以三條脈絡(luò)中的其中一條為主線組織教學(xué)，也可以在三條脈絡(luò)之間相互穿插，具體的課程實(shí)施方案和課時(shí)安排，教師需要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況確定，如果學(xué)生的水平比較好，已經(jīng)具備了一定的編程基礎(chǔ)，那么開源硬件的基礎(chǔ)編程和硬件的一些技術(shù)內(nèi)容就可以選修選學(xué)，快速地讓學(xué)生進(jìn)入到項(xiàng)目實(shí)施階段。對(duì)于剛?cè)腴T的教師而言，可以以知識(shí)主線為主，如果在器材不夠或自備教具的情況下，可以將學(xué)生分組，教師演示實(shí)驗(yàn)來處理。伴隨著教學(xué)水平的提高和實(shí)驗(yàn)室裝備建設(shè)水平的提高，技能主線也會(huì)漸漸地浮現(xiàn)，同時(shí)，教師在知識(shí)講授和組織實(shí)驗(yàn)之間的相互關(guān)聯(lián)能力，也會(huì)伴隨著教學(xué)的深入而有所提升。

最終，通過每年設(shè)計(jì)的不同主題的綜合項(xiàng)目，或者學(xué)生在學(xué)習(xí)中隨機(jī)產(chǎn)生的差異化的想法，來實(shí)現(xiàn)一種真正的項(xiàng)目式的教學(xué)。教師不能一個(gè)典型案例講十年，可將每年差異化的學(xué)生作品分享出來，使其成為新的教學(xué)資源和學(xué)生自學(xué)項(xiàng)目，這樣通過開源文化的推廣和堅(jiān)持實(shí)踐，“開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)”這個(gè)模塊會(huì)越來好教，越教越有趣。

吳俊杰：接下來，從學(xué)生學(xué)的角度，您對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程又有什么樣的期待呢？學(xué)生的學(xué)習(xí)成果應(yīng)如何體現(xiàn)？

刁彬斌：首先要將教師教學(xué)和學(xué)生自學(xué)結(jié)合起來，按照課標(biāo)落實(shí)教學(xué)內(nèi)容學(xué)生本身就會(huì)很有收獲，這是一個(gè)師生共同創(chuàng)造的過程。開源硬件與創(chuàng)新創(chuàng)意有著非常密切的聯(lián)系，一些創(chuàng)新大賽可以成為學(xué)生展示自己創(chuàng)意發(fā)明成果的舞臺(tái)。如果需要重點(diǎn)指導(dǎo)，教師就要在產(chǎn)品需求階段，對(duì)學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo)，向一些創(chuàng)客型比賽要求靠攏。在產(chǎn)品施行過程中，師生一起把好質(zhì)量關(guān)，做出精品項(xiàng)目，努力向比賽要求靠齊。產(chǎn)品設(shè)計(jì)文檔的積累也很重要，創(chuàng)客型比賽中需要上交作品申報(bào)書、三視圖、作品源文件、展品宣傳資料等。學(xué)生在平時(shí)養(yǎng)成良好的文檔積累習(xí)慣，才能向比賽標(biāo)準(zhǔn)靠齊。

而在高中階段，建立一個(gè)終身的興趣愛好體驗(yàn)，從想法到最終實(shí)現(xiàn)的內(nèi)心快樂是很難體驗(yàn)的一種心理狀態(tài)。這種心理狀態(tài)在高中階段如果能營(yíng)造起來，將會(huì)影響學(xué)生一生的創(chuàng)新實(shí)踐。伴隨著以學(xué)業(yè)水平考試和自主招生為先導(dǎo)的新的“指揮棒”對(duì)課程改革的推進(jìn)，越來越多的學(xué)生會(huì)選擇不用高考總分來證明自己的實(shí)力，而是通過項(xiàng)目經(jīng)歷、選修課、競(jìng)賽獎(jiǎng)項(xiàng)甚至發(fā)表的作品來證明自己在計(jì)算機(jī)周邊專業(yè)的能力。講授開源硬件的教師應(yīng)該幫助學(xué)生和學(xué)校順利完成這一輪的課程改革，讓有志于從事工科專業(yè)的學(xué)生能拿出來一張像樣的成績(jī)單。

另外，除了一些體制內(nèi)的評(píng)價(jià)手段，越來越多的高科技公司更看重項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)及個(gè)人品牌影響力，學(xué)生分享形成的經(jīng)驗(yàn)則成為一種無形的個(gè)人資產(chǎn)，這種資產(chǎn)將會(huì)伴隨學(xué)生在該領(lǐng)域中的學(xué)習(xí)、工作和實(shí)踐。

吳俊杰：聽了這么多，我覺得“開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)”這個(gè)模塊甚至成為了高中信息技術(shù)教師學(xué)習(xí)和貫徹新課標(biāo)精神，做一個(gè)“新主科”教師的最好平臺(tái)。刁老師，教了這么多年的開源硬件，你對(duì)開源硬件未來的發(fā)展有哪些期待？

刁彬斌：我是從競(jìng)賽切入到創(chuàng)客教育的各個(gè)領(lǐng)域的，從3D打印再到Arduino，后來接觸了Micro：bit，發(fā)現(xiàn)它是一個(gè)普及教學(xué)的很好的工具，就開始研究大班教學(xué)，開始跟老師們一起研究教材教法。9月15日在長(zhǎng)春舉辦的“第六屆中小學(xué)STEAM教育大會(huì)”上，發(fā)布了一款中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的普惠式開源硬件“掌控”，它像Micro：bit一樣方便教學(xué)，不足百元的價(jià)格又能夠讓學(xué)生像文具一樣把開源硬件真正應(yīng)用于生活中，所以我相信，開源硬件會(huì)改變我們的信息技術(shù)教學(xué)，會(huì)改變每個(gè)人的生活，其背后的價(jià)值觀甚至?xí)屵@個(gè)世界更加美好?；谶@一點(diǎn)，我覺得信息技術(shù)新課標(biāo)提出“開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)”這個(gè)模塊，讓更多的教師教開源硬件，對(duì)我和對(duì)整個(gè)信息技術(shù)教師群體而言，都增加了一種責(zé)任感和使命感。未來，期待中國(guó)能夠走在世界開源硬件的發(fā)展前列，時(shí)不我待，只爭(zhēng)朝夕。

結(jié)語：“滾滾長(zhǎng)江東逝水，浪花淘盡英雄”，人民群眾是歷史的創(chuàng)造者，開源文化基于人們對(duì)“知識(shí)是應(yīng)該分享”的樸素情感，試圖去創(chuàng)造一個(gè)“方案極大豐富”的世界。本期我們從具體而微的視角出發(fā)介紹了一位“開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)名師”對(duì)課標(biāo)、課程以及教與學(xué)的理解。接下來我們期待以更為多樣的角度，探討國(guó)產(chǎn)開源硬件的發(fā)展，并最終擴(kuò)展到實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與信息技術(shù)課程的現(xiàn)代化?！疤煜麓笫拢厥加谝住?，在視角逐級(jí)放大的過程中，我們看到的是各種參與主體的創(chuàng)造性、主動(dòng)性以及奉獻(xiàn)精神，我想這就是奮斗中的中國(guó)，最值得感動(dòng)和敬佩的一種時(shí)代精神。