創(chuàng)客教育材料漫談

陳染

創(chuàng)客教育是一種基于創(chuàng)造的教育模式，而創(chuàng)造離不開(kāi)對(duì)工具的掌握和對(duì)材料的靈活使用。談到創(chuàng)客教育，我們常常會(huì)聯(lián)想到開(kāi)源硬件、3D打印、激光切割、數(shù)控機(jī)床等明星工具，但我們更要知道，工具使用的基礎(chǔ)是對(duì)材料性質(zhì)的深入理解。當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)創(chuàng)客作品時(shí)，會(huì)首先考慮需要用哪些材料構(gòu)建制作的主體，然后才能選擇工具進(jìn)行加工。

2017年，本專欄介紹了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的創(chuàng)客教育工具；2018年，我們將進(jìn)一步介紹創(chuàng)客教育中常見(jiàn)的材料。這里的材料是指應(yīng)用于成品中，通常不會(huì)被拆卸下來(lái)重復(fù)使用的東西。根據(jù)用途的區(qū)別，創(chuàng)客教育中的材料可以分為2種類型：結(jié)構(gòu)材料和功能材料。結(jié)構(gòu)材料是指以力學(xué)性能為基礎(chǔ)的材料，在創(chuàng)客作品中用于制作受力的結(jié)構(gòu)；功能材料是有電、光、磁、化學(xué)等特定作用的材料，在創(chuàng)客作品用于實(shí)現(xiàn)特定的功能。盡管這種分類方式并非涇渭分明，但它能夠讓我們認(rèn)識(shí)到它們?cè)趧?chuàng)客作品中的作用。

在接下來(lái)的專欄文章中，我們將分別以結(jié)構(gòu)材料和功能材料2個(gè)方面逐一介紹創(chuàng)客教育中的常見(jiàn)材料。在結(jié)構(gòu)材料的內(nèi)容中，我們主要以物理、化學(xué)屬性對(duì)材料進(jìn)行劃分，如紙質(zhì)、木質(zhì)、金屬、塑料、布料等；在功能材料中，我們主要以材料的用途進(jìn)行劃分，如導(dǎo)電材料、發(fā)光材料等。論述不盡完善之處，我們?cè)僖云渌姆诸惙椒ㄟM(jìn)行補(bǔ)充。

我們從紙質(zhì)材料說(shuō)起。紙，是學(xué)生隨手可得的材料，更是一種構(gòu)成創(chuàng)客制作的重要結(jié)構(gòu)材料。作為文字的重要載體，紙張?jiān)?000多年的歷史長(zhǎng)河中對(duì)人類文明有著重要的意義。為了滿足不同需求，人們發(fā)明了各種各樣的紙，它們的材料性質(zhì)也各有不同，有些紙能防水、有些紙硬度大、有些紙輕盈柔軟，這就給創(chuàng)客制作提供了非常多的材料選擇。在創(chuàng)客制作中，我們關(guān)注最多的屬性是紙的強(qiáng)度，根據(jù)強(qiáng)度不同我們將紙分為紙張和紙板2類。紙張

通常，我們將200g/㎡以下的紙稱之為紙張，其中，150～200g/㎡的紙張我們稱之為卡紙。我們?cè)谌粘Ｉ罱?jīng)常能夠接觸到各種各樣的紙張，例如各種克重的打印紙、銅版紙、新聞紙、宣紙等。紙張的特性輕薄，容易折疊，容易裁剪成多種形狀，但同時(shí)我們也要注意，大多數(shù)紙張不防水、強(qiáng)度較小，容易撕開(kāi)，不適用于潮濕場(chǎng)合及需要經(jīng)常做機(jī)械運(yùn)動(dòng)的部件。

創(chuàng)客教育中紙張的使用范圍非常廣，最能夠體現(xiàn)紙張物理屬性的創(chuàng)客活動(dòng)就是折紙了。折紙是一項(xiàng)傳承了數(shù)百年的傳統(tǒng)手工藝項(xiàng)目，而現(xiàn)代折紙更是將折紙藝術(shù)推向了一個(gè)新的高峰?，F(xiàn)代折紙采用復(fù)雜的蛇腹折法，無(wú)需經(jīng)過(guò)裁剪，一張方形的紙就可以折疊成形象生動(dòng)的立體形狀。現(xiàn)代折紙不僅是一種精致的藝術(shù)，更是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工程活動(dòng)，需要作者有豐富的空間想象力。在一些科學(xué)和工程問(wèn)題上，現(xiàn)代折紙還有深入的應(yīng)用，最知名的例子是“三浦折疊法”，這種折疊法能夠讓物體的體積減少25倍、只需要通過(guò)推拉的動(dòng)作就可以將紙張展開(kāi)或收回，目前三浦折疊法廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。這些技術(shù)為折紙的創(chuàng)客教育提供了基礎(chǔ)。

以往，折紙課程往往只出現(xiàn)在低年級(jí)的手工課中，但在創(chuàng)客教育的視野下，更多折紙的潛能也逐漸深挖出來(lái)。折紙主題的創(chuàng)客課程最直接的一個(gè)好處是對(duì)硬件支持的需求非常低，只需要提供若干紙張，就可以滿足大多數(shù)課程的材料要求。

北京師范大學(xué)教育技術(shù)學(xué)院的傅騫和劉鵬飛設(shè)計(jì)的創(chuàng)客課程“小空間里的大個(gè)頭”就是一個(gè)優(yōu)秀的折紙主題例子。該課程通過(guò)“飛行器負(fù)重飛向太空的成本”引入工程問(wèn)題，讓學(xué)生明白需要通過(guò)用折紙?jiān)O(shè)計(jì)一種太陽(yáng)能板的折疊方式。接下來(lái)通過(guò)學(xué)生模仿折疊1張5x5的方格紙，教師向?qū)W生講解怎樣學(xué)會(huì)看折痕圖，以及折痕圖中的數(shù)學(xué)關(guān)系。然后通過(guò)拓展任務(wù)，讓學(xué)生探索在7x7方格紙中怎樣完成旋轉(zhuǎn)并達(dá)到更好的收攏效果，激發(fā)學(xué)生思考和討論折紙?jiān)谏钪衅渌矫娴膽?yīng)用。最后，學(xué)生以小組的形式協(xié)同設(shè)計(jì)新的折紙主題，完成折紙作品，進(jìn)行交流討論和分享。

這個(gè)創(chuàng)客課程將紙張的物理屬性體現(xiàn)得淋漓盡致，在這個(gè)課程中，學(xué)生能夠了解剛性折疊的特性和應(yīng)用，掌握折痕圖的繪制方法，探究發(fā)現(xiàn)其他形狀的旋轉(zhuǎn)式折紙的折法，發(fā)展折紙的工程設(shè)計(jì)思維。

紙板

另一種常用于創(chuàng)客教育中的紙質(zhì)材料便是紙板了。通常來(lái)說(shuō)，我們把200g/㎡以上規(guī)格的紙稱之為紙板，它常用于商品包裝。紙板最大的特點(diǎn)就是硬度大，強(qiáng)度高，易于加工，創(chuàng)客們常常能夠通過(guò)紙板制作出很多創(chuàng)意產(chǎn)品。紙板的類型有很多，其中最常用的就是瓦楞紙板了。

瓦楞紙板，又稱瓦通紙，是紙質(zhì)包裝箱的常用材料。它最主要的特點(diǎn)在于有著波浪狀的瓦楞，這些瓦楞能夠讓紙保持較好的形狀。瓦楞紙硬度比紙張好，比木質(zhì)材料更加輕盈，用美工刀就可以完成切割，價(jià)格又很便宜，這也是眾多創(chuàng)客喜歡它的原因。但瓦楞紙不耐潮濕、容易發(fā)霉、不容易處理細(xì)節(jié)的特點(diǎn)，在創(chuàng)客作品制作之前也要考慮到。

只有對(duì)材料有深入認(rèn)識(shí)，才能更好地運(yùn)用材料。根據(jù)楞型的區(qū)別，瓦楞紙可以分為A型楞、B型楞、C型楞、E型楞和F型楞，不同的型號(hào)有不同的剛性，在創(chuàng)客制作的時(shí)候，選擇合適的楞型是很重要的。根據(jù)瓦楞紙的層數(shù)，又可以分為單面單瓦楞紙板、單瓦楞紙板、雙面雙瓦楞紙板、雙瓦楞紙板，以及多瓦楞紙。普通的紙板箱一般是單瓦楞紙板，一些較為高級(jí)的紙板箱會(huì)選擇雙面雙瓦楞紙板，大多數(shù)制作選擇單瓦楞紙板即可完成，部分對(duì)受力要求較高的制作可以選擇雙面雙瓦楞紙板進(jìn)行制作。

創(chuàng)客制作中加工瓦楞紙板的方法有很多，最常用的加工方法是切割和粘貼。用普通的美工刀即可將瓦楞紙切割成想要的形狀，圓規(guī)刀、筆刀等工具能夠切割特殊的形狀，還可以用激光切割機(jī)進(jìn)行精細(xì)切割；瓦楞紙板還可以用雙面膠、熱熔膠、白膠、502膠等材料粘貼。這些加工手段的成本和使用門檻都非常低，很適合作為創(chuàng)客教育的入門材料。

科技學(xué)堂設(shè)計(jì)的“戈德堡機(jī)械”就是一個(gè)能夠很好展現(xiàn)瓦楞紙材料的一款創(chuàng)客制作（見(jiàn)題圖）。戈德堡機(jī)械是指一種過(guò)度設(shè)計(jì)復(fù)雜的機(jī)械組合，用迂回曲折的方式完成一個(gè)簡(jiǎn)單的操作。雖然看上去荒謬滑稽，但戈德堡機(jī)械卻能很好地鍛煉學(xué)生對(duì)各種材料的應(yīng)用。

這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的戈德堡機(jī)械的設(shè)計(jì)，拉動(dòng)繩子，玻璃彈珠下滑，經(jīng)過(guò)2個(gè)滑道，彈珠掉落到橡皮薄膜上，再?gòu)椷M(jìn)塑料瓶中，最終彈珠掉入瓶蓋，通過(guò)杠桿原理抬起旗子。這個(gè)案例中用到多種材料，但它的基本結(jié)構(gòu)是用單瓦楞紙板制成的。學(xué)生需要探索用怎么樣的結(jié)構(gòu)才能設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)；而在滑道的設(shè)計(jì)上，需要學(xué)生對(duì)瓦楞紙內(nèi)部結(jié)構(gòu)有更深入的認(rèn)識(shí)，才能設(shè)計(jì)出更耐用的作品。

除了切割和粘貼，瓦楞紙板還有更多的操作方法，如拼插、延伸、剝離、層疊等，這些方法將瓦楞紙的物理性質(zhì)發(fā)揮到了極致。

創(chuàng)客教師還可以將眼光放遠(yuǎn)到生活中的其他紙板，想想你能用它們制作什么。比如卷紙筒，大多數(shù)人用完卷紙之后就隨手將紙筒丟棄，但只要稍加留意，就會(huì)發(fā)現(xiàn)卷紙筒能夠成為一種不可多得的創(chuàng)客教育材料，它不僅有紙板的各種性質(zhì)，還避開(kāi)了紙板加工成圓筒難度大的缺點(diǎn)。

紙張和紙板是創(chuàng)客教育常常用到的材料，除此之外，還有多種類型的特種紙，它們有著不一樣的物理性質(zhì)，囿于篇幅，我們不可能一一介紹。認(rèn)真探索每一種紙的材料屬性，再加上動(dòng)手能力，就能做出不一樣的作品。