创客产品：科技冬奥、文化传承
丁辉
编者按：2020年度信息技术实验的选题方向是“家庭智造”“信息科技典型实验”“创客产品”“数字科学”，家庭智造重在基于项目的学习，信息技术典型实验重在基于问题的学习，创客产品重在基于产品的学习，数字科学重在基于数据的学习，项目（Project）、问题（Problem）、产品（Product）和数据（Data），刚好可以描述为“3PDL”。我们重视学生的学习过程，更要注重学生本身的差异性，项目、问题、产品、数据自然也是对应着不同的学生先天特质，从这个意义上说，信息技术实验具备因材施教的广阔空间，期待更多的老师关注本栏目，并且从这四个维度投稿，投稿邮箱为：towujunjie@163.com。
学校创客教育的常见形式是制作各种各样的创客作品，作品作为课堂评价、校园展示、各类科技竞赛的成果使用。高中生已经初步具备了认识社会的能力，帮助他们从产品设计的角度去设计一个能够售卖的创客产品，提升其综合能力和主动关心社会的意识，具有独特的教学价值和社会价值。适合校园创客空间加工和智造的产品常常具有定制化、娱乐性、附加值高的特点，教师在指导学生设计和制作创客产品的过程中，一般要经历产品创意、原型设计、成品控制、传播销售四个环节，有时受到教学环境的限制，这些过程不一定能够全部完成，但是培养学生从作品到产品的思维和意识层面主动去思考，则是创客产品教学的独特意义所在。
● 产品创意
2022年冬季奥运会很快就要到来了，大家都想好好感受冰雪运动的魅力，其实早在清代就有宫廷画师绘制了一幅《冰嬉图》展现清代的人们滑冰娱乐的场景，从互动媒体的角度，我们能不能用编程和开源硬件，展示清代人滑冰竞技的盛况呢？图1就是冰嬉图的一个局部，展示的是官兵们装扮一新按照类似太极图的形状滑冰进入，然后经过一个挂有绣球的拱门，使用各种特技动作射中绣球的过程，展现了冰雪运动在中国的悠久历史，也展现了中国人的乐观与创意。
如果制作一个互动媒体的产品，可以作为游乐场、科技馆、冬奥体验馆或者特许经营商店的展示项目，帮助他们积累人气，应该有一定的市场价值。可以将每一个滑冰的人设计成一个LED发光二极管，使用流水灯的效果展现人的流动，在拱门下面的灯上安装震动传感器，可以向震动传感器射箭，射中以后计数器增加数值，且全场灯快速闪烁呈现出一种集体欢呼的效果。
● 原型设计
创意是整个作品开始的部分，也常常被认为是创客产品设计成功的关键，但创意也常常会成为一个“坑”，学生往往想得非常好，但是执行起来就会遇到困难，或者设想的功能实现不了，但这正是教师有效指导的教育契机。最常见的技巧是分解难度，首先用计算机仿真軟件完成程序的仿真，再进行结构的设计，最后进行安装调试。
1.程序设计
本项目采用Linkboy仿真-编程一体平台来进行程序的设计和初步的结构设计。由于要安装30多个LED灯，采取接口丰富的Arduino Mega2560为主控，图2将LED按照冰嬉图的形状进行排列，过拱门之前采用红色LED，拱门下使用蓝色LED，经过拱门后使用黄色LED。
接下来是接线的操作，要确定每个LED连接Arduino的哪个接口，这个过程可以用“密集恐惧症”来形容，但也是考察学生耐心和做事情的条理性的一个契机。因为真实的产品绝对不是几根导线就能够解决的。接好线后，这些导线可以隐藏，但要确定未来在实物制作环节当中的对应位置，进而对照仿真软件的顺序接线（如下页图3），这样在大型项目当中才不会发生混乱。
在程序设计中采用顺序结构来完成流水灯效果，用震动传感器触发计数器。一开始将计数变量N设为0，当N为0的时候，流水灯只执行红色部分，将观看者的注意力引向蓝色的灯所在的拱门和悬挂的震动传感器，当观看者射箭射中了传感器时，触发震动传感器事件，计数器加1，全场流水灯迅速闪烁表示欢呼，蓝色灯亮表示奖励，程序如下页图4所示。该程序的结构还是比较简单的，但在编写过程中需要仔细调试，并且根据仿真效果修正一些小的错误。
2.结构设计
因为涉及大图的打印，所以该项目使用几何画板建模，将教学使用的LED模块测量后放置在模型的相应位置。由于制作冰嬉图局部效果的作品尺寸较大，几何画板可将其分成四张A4尺寸的横向文件打印，拼接成一张大图作为原型，为了提高作品的质量可以在产品阶段使用整体喷绘的形式。
● 成本控制
同样，一个电路使用不同的器件搭建，效果和成本往往会有较大差别，之前我们在创客作品制作中一般不考虑成本问题，但产品制作就需要考虑成本。元器件层面上的LED只有几分钱，但需要焊接，人工成本高;淘宝购买的模块，1元钱一个，美观性稍差;品牌的模块质量稳定但价格在7～20元不等，如果将学生看作是一个工程师，只需要验证技术是否能够实现，就不需要考虑成本因素，但如果将学生看作是一个要负责生产、销售和售后服务的产品经理，考虑的因素就会更多。学生考虑的问题越多，能力提升就越快，Linkboy软件还提供统计使用模块总价格的功能，可以帮助学生做出决策（如下页图5）。需要在创客产品的设计中对产品用户画像、用户使用方式、用户能够接受的价格、后续培训可能造成的成本等诸多因素进行综合考量。
● 传播销售
为创客产品拍摄照片和视频、定价和选择销售渠道，这些都是可以在创客空间当中思考的问题，本文重点强调原型设计阶段的技术，所以在销售阶段涉及的篇幅较少，但实际上销售才是创客产品完成其完整周期的最终环节。在指导上有必要让学生在原型设计阶段，甚至想法阶段就走出校园，在接到“订单”的情况下再进行生产，这样风险会小一些。但我们仍然期望小众的定制化产品，能够成为走向大众的消费级产品，这个过程则是创客产品的终极意义所在。在这个过程当中，学生不断感受社会需求的变化，经历被拒绝和失败的体验，进而成为一个专业的职业创客。
至此，我们完成了一个创客产品的设计过程，虽然作为一个教学项目，还是以技术教学为主，但是仍然有必要更加深入地去思考其中的综合育人意义。当前教学，特别是高中教学，常常遇到的问题是“学生没想法”，教师则要引导学生去观察生活，关注时事，多去看他人的创客作品，但这仍然不能代替学生自己的作品所产生的综合的巅峰体验的意义。从这个意义上来说，我们还需要更多的创客产品教学案例来鼓舞更多的人做更加贴近社会生活、体现“增值评价”的创客教育案例，还原创客教育独有的育人价值。
