创客产品：劳动教育也智能
吴俊杰 滕剑晖
锤子是一个特别常见的木工加工工具，对于需要“出力流汗”的劳动教育来说，敲敲打打的声音可能是教室里最悦耳的音乐了。学校在木工教室里给每个学生配备了工具箱，如图1所示。工具箱收纳起来是一个带有把手的木盒子，展开以后，借助木板上的挂钩可以变成一个单人工具墙，将各种工具分门别类地摆放好，方便下一次的加工使用。
校园创客社团的学生们调查了学校木工老师的课堂，发现老师把更多的精力放在了维持课堂纪律、保障劳动安全上面，对学生作品的评价一般是通过总结性评价来展开，就是看最后的木工作品的实际效果，但忽略了过程性的相关因素。例如，我们用白铁皮制作一个小簸箕，需要反复敲打，有些学生可能费了很多功夫，但是最终成品的效果不好，有些学生可能并不喜欢劳动，有畏难情绪，基本没有怎么使用锤子，导致作品效果不好。像这样的过程性的信息，劳动老师可能并不能够完全掌握，因此创客小组决定开发一个物联网锤子，能够记录每个学生锤子的敲打次数，并且反映在教室的大屏幕上，这样既方便老师了解全班的情况，也便于开展劳动主题竞赛，让“出力流汗”的过程更有趣味，让更多的学生“爱上劳动”。
● 产品原型
很多硬件都自带了三轴加速度传感器，本实验给开源硬件添加了一个塑料保护壳，比较适合在环境相对复杂的木工教室使用。物联网的基本形态有局域网和广域网两种形式，局域网使用童心派自带的WIFI无线广播来发送和接收信息，教室可以看成是一个局域网的环境，教师可以在大屏幕上看到每个学生捶打的情况，但是这些信息并不上传到互联网上，校长不能够在办公室里知道木工教室的工作情况。但是局域网使用起来组网比较简单，稳定性也较好，因此在该项目中使用局域网广播来实现这个功能。图2是用一个眼罩将童心派放在其中，然后缠在木锤上的效果，作为原型开发，这还是一个临时方案，正式方案可以使用螺丝固定。
整个作品的结构如下页图3所示，每个可以单独工作的终端将侦测到的锤子挥动情况的数据通过无线广播传输到教师的童心派上，并且通过教师端的程序显示出来。
2.程序实现
为了测试程序的原型，使用三块开源硬件板进行了实验，图4为学生端程序的示意图，使用变量n01来记录童心派被摇晃的过程中加速度的变化，并且通过广播message01来传递变量n01的数值。在本实验中创客小组发现在摇晃学生端硬件的过程中，晃动之后，摇晃强度会有一个逐渐归零的过程，并且晃动幅度越大，这个过程越慢。利用这个效应，一次幅度的晃动可能会使得变量n01增加3，而一次小的晃动则n01只增加1，这样就通过变量n01的变化表示了挥动锤子过程中“出力流汗”的情况，能够同时表现大幅度的慢敲和小幅度的快敲两种使用锤子的过程中的劳动场景。
教师端程序主要在于接收到编号为message0k所代表的第k个学生的数据后，将其以变量n_0k的形式显示在屏幕上，并且为了区分教师机和学生机，此处为教师机设计了单独的开机画面，并显示在离线模式的屏幕上（如上页图5、图6）。
3.效果改进
如果学生终端的每一个物联网锤子的数据都显示在屏幕上，使用变量的结构就显得有些不方便，占满屏幕也不便于教师对学生的数据进行管理，有必要用更加智能的方式进行数据的可视化设计。在改进的程序中，可以使用列表，让程序的显示效果更加简洁（如上页图7）。
从交互的角度来看，可以使用下面的数据可视化策略，把每一组学生的捶打情况通过可视化手段表现出来，这样会更加有趣。如果将200次捶打作为达标的标准，如图8所示，第1组只有1位学生达标，第2组则所有学生都达标，并且不同的颜色还代表着达标后的个人努力的情况。
程序使用了比较常用的“如果…否则…”结构，并且用一次函数来表示达标后颜色的变化，方便用户修改参数，并对数据可视化效果进行改进（如图9）。
● 结语
像其他的教育形式一样，劳动教育的核心也在于立德树人，具体来讲是培养学生爱劳动的意志品质。该项目将木工教室常見的锤子，改成了一个物联网设备，将教师的巡视，改成了数据可视化的“劳动竞赛”，既符合劳动教育的要以手工劳动切入为主的“出力流汗”的要求，又能够将物联网技术、互动媒体技术有机地嵌入其中，使得“劳动是人的第一需求”“劳动创造价值”的价值观以一种喜闻乐见的形式呈现在师生面前，具有比较好的示范意义。另外，教师可以很方便地对程序做二次修改，以适合“手工锯”“手工钻”等其他劳动场景中的使用，甚至可以和腕表、手套这种可穿戴设备结合，在智能锤子中还可以增加惯性充电装置给设备充电，这些都是该项目可以进一步改进的方向。
智能教室在劳动教育中的应用才刚刚开始，有必要提前避免出现一种情况，就是智能系统成为一种从不休息的“在线监工”。手工工具和物联网技术的结合，使师生可以像设计一个大型互动游戏一样设计类似打年糕、捶打纸雕塑一类的活动主题，将生活艺术化，进而在更大程度上贴合劳动教育未来的发展趋势。
