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“创客”是当前一个网络热词。在中小学校如何将“创客”融入到教学中,培养出真正有创新思维和社会有益的一批新创客,是教育研究者当前必须思考的问题。本文围绕“创客教育”和“创新思维”,提出创客教育的核心理念是锻炼学生“动手”和“动脑”能力,创客教育的过程是“做中学”的过程的观点。结合App
Inventor创客教育实践案例,详细阐述了创客教育的实践过程。
【关键词】创客;创新思维;创客教育;微课;App Inventor
一、“创客” 和“创客教育”
1. 什么是“创客”
“创客”一词源于英文单词“Maker”,是指勇于创新,不以盈利为目的,努力把各种创意转变为现实的人[1]。它最初源于美国麻省理工学院的一个实践课题,课题以创新为理念,包括创新意念、创新设计、个人制造等广泛内容。在全国第十二届人大会议上,李克强总理首次指出,要大力推进
“大众创业、万众创新”。“创客”第一次写入政府工作报告[2]。
在我国,当前“创客”包含有着更广泛的意义:“创客”者将创新性思维所构想出来的结果,通过各种各样方法转变为现实。他们有的是电子领域爱好者的创客、有的是木工模具领域的爱好者、有的是纺织艺术领域的爱好者等。“创客”有一个共同的特点,就是各个领域具有“创新思维”的实践者。
2.创客教育的核心理念——“创新思维”
“创新思维”是一切创客活动的思维基础和行动出发点。创新思维是人类复杂的、高级的心理活动过程之一,是人们对现存事物的一种综合性思考和提升[3]。它源于生活,高于生活,人们通过对日常生活、事物的接触,产生一定的思考反馈,它的存在,推进着生产科技的进步,提高人们日常生活水平。
在中小学校和职业中学中开展创客教育,应该将重点放在“创新思维”培养方面。中小学生正处于身体和心理迅速发育时期,他们有各种梦想和奇思妙想,需要培育和鼓励。创客教育需要一个可实施的平台,引导青少年进行创新思维的锻炼,让他们充分发挥主观能动性,让青少年的进行实践探索,去实践自己的梦想。
二、创客教育“做中学”理论分析
“创客”有一个共同的特点,就是各个领域“创新思维”的实践者,笔者认为:创客教育核心理念是锻炼学生“动手”和“动脑”,其过程是
“做中学”。该理论源于杜威的“教育即生活”理论依据。杜威的教育理论是现代教育理论的代表,区别于传统教育“课堂中心”“教材中心”“教师中心”的“旧三中心论”,他提出“儿童中心(学生中心)”、“活动中心”和“经验中心”的“新三中心论”[4]。
教育是人类积累的经验传递的过程,人类丰富的经验和内容,传授给下一代,指导其生活和适应社会发展。广义地讲,人们在社会生活中相互接触、相互影响、逐步扩大和改进经验,养成道德品质和各种生活生产知识技能,就是教育[5]。人们各种经验和生活紧密结合为一体,而经验积累能促使个人成长,教育家杜威总结“教育即生活”、“教育即生长”,教育即为“经验改造”。
常规的计算机教育课程,特别是中学阶段的计算机课程,多数是在计算机上进行各种算法、逻辑讲述和程序调试等,少有跟实际生活结合起来;程序的编写过程比较容易出错,通常学生写错了一两个字符后,程序就出错,不能顺利往下走。枯燥的程序课程、容易出错的编程等都挫败了学生的兴趣。
目前,有不少培养创造性思维的工具陆续出现,如常见的Scratch积件式图形编程;App
Inventor安卓应用设计,Arduino电子面包板,AI人工智能,增强虚拟显示AR等。这些工具都是面向学生进行开发,易于学习,具有可视化的目标导向和免费开源的特点。而App
Inventor是由Google和麻省理工学院共同开发,为培养学生的创造能力为目的的安卓系统App应用工具,学生使用App
Inventor平台,可以在短时间内编写安卓应用,将构思变为现实。是“动手”+“动脑”的创客教育结合体。
App Inventor
是电子设备、Arduino手机应用程序在线开发平台。是一款锻炼学生极佳的创新思维工具。它采用了先进的堆叠法进行应用开发,开发者只需按照他的设计思路,用积木式的编程界面搭建程序。App
Inventor避免了编程过程中因个别编码或指令错误而耽误开发者的进程。它内置了蓝牙、GPS、光电、加速度等传感器模块,开发者只需要直接添加参数调用这些模块,就能实现他们所设想的功能。其周边开发领域包括手机应用、Arduino电子面包板、智能机器人、开源电子元件等。
Inventor创作好的应用程序能直接在各种Arduino电子面包板、安卓手机上面运行,调用手机上面众多的传感器。如:加速度传感器、GPS传感器、摄像头、麦克风、指南针、光电传感等,传感器跟现实生活结合起来,能真正实现学以致用的目的,是与“教育即生活”的有机结合。
图1 “创客”教育“做中学”基础理论分析
三、App Invnetor创客教育应用场景分析
APP Inventor
通过传感器与外部设备进行通信,可以设计出各种不同的创客作品,如:(1)智能校园与智能家居应用(智慧课室监测与控制);(2)生活和工作类助手(智能跑步、开车手机助手);(3)
学习工具类(乒乓球比赛记录圣手、App Inventor 遥控LEGO EV3
小车)等。设计的应用领域包括日常生活,工作和学习。下面,就以《“智能机器人”创客制作》微课为分析案例,详细介绍App Inventor
在创客实践中的应用。
1、“智能机器人”问题提出
自从Google的阿尔法机器人跟韩国围棋大战以后,智能机器人的热点又推上了一个新的台阶。人工智能从来没有这么热闹。笔者利用App
Inventor、蓝牙无线通信模块和机器人模块等也设计出了自己的智能机器人。
现在市面上供选择的智能机器人模块和类型有很多,比如一直都致力于机器人领域的美国乐高机器人,我国的中鸣机器人,还有国内很多使用Arduino电子面包板组装的各类机器人小车等。他们的外形各异,但都可以通过程序进行指令传输。无论什么类型的机器人,只要赋予它一个懂得思考的“大脑”,机器人都可以获得人工智能。数据通信的类型通常有蓝牙模块、WIFI模块、USB模块等。在本例中,选取蓝牙模块实现数据传输。
2、问题具体分析
无论是集成或者组装的机器人,其源代码一般都是公开的,并且有一定的参考资料可以阅读了解。EV3通信协议包括系统指令(Sys
Cmd)和直接指令(Dir
Comd)两种类型。直接指令是指通过通信协议,直接控制EV3外部零件(光电、电机、拾音器、传感器等)。这里利用App
Inventor实现对EV3的远程控制,并将制作过程拍摄成微课视频,形成系列微课,供教师和学生在网上进行学习。
3、解决思路
根据EV3机器人的通信协议和编码规范,将直接指令和系统指令编写为多个App Inventor内子程序
(Procedures)。例如对电机控制的输出功率(power-out)控制子程序、输出启动(Start-contol)和传感器数据读取(Read-input)等。学生根据需要调用不同的子程序。
安卓端与EV3机器人之间通信则由App
Inventor的蓝牙模块(BluetoothClient)或者Wifi模块实现,通过调用相应的控制子程序,安卓端可以通过蓝牙直接发送指令
(DC)到EV3机器人。同时,安卓端接收到蓝牙的反馈信息也由传感器获取,再传输到CPU大脑进行处理。
& 4、实现过程
手机作为机器人能大脑,对EV3机器人能的控制一般包括由“建立连接”、“指令发送”、“数据读取”三个过程组成。具体就是手机与EV3智能块间建立蓝牙连接,然后向机器人发出采集数据指令,读取EV3机器人能传回的传感器数据,手机进行数据处理,最后对机器人发出相应的指令。如果加上GPS指南针传感器、自然语言识别,人像识别等,通过无线就可以实现对机器人的远程控制。不需要控制机器人本身,机器人就能按照预先预定的轨迹行进或者交互。这让EV3机器人真正变成了有智能的机器人。
(1)建立通信连接
Inventor通过蓝牙客户端(BluetoothClient)与智能机器人的蓝牙端口建立连接,使用蓝牙客户端组件获取设备列表(AddressesAndNames),然后使用读取列表组件的选取功能读取在列表中已经连接成功的EV3地址和设备。如图2所示。
图2建立通信模块
(2) 发送指令
通过查询相关资料,EV3的直接控制指令(Direct
Command)已经将其封装在多个子程序(Procedures)里面。包括输出功率(Power-out)、输出启动(Start-contol)、输出停止(Stop-contol)以及输入读取(Read-input)等子程序。
Inventor对EV3机器人前进后退的控制,可以设定单个电机驱动还是多个伺服点击一起转动。当需要驱动一个电机转动时,将模块的端口(Port)参数设为对应伺服电机的端口值即可,例如需要A电机单独驱动,设置Port值为1。当需要驱动多电机时,则需要将Port设为电机端口值之和。例如C、D口电机需同时转动,则Port值为4+2=6。
如需要进行语音指令交互和图像处理技术,则需要使用手机的语音传感器和图像传感器与EV3机器人进行交互。读取摄像头采集到的前方障碍物距离的数值,结合距离感器和GPS传感器,可以预先计划机器人行走路线,然后机器人自动避开障碍物。
同时可以使用国内百度、科大讯飞等语音识别技术,通过在蓝牙或者WIFI进行服务器数据交互,就可以让EV3机器人听懂人们说的话,然后做出语音对答。一个真正的智能机器人就出现了。
同样的案例还有很多,比如自动诊疗机器人,人脸识别、老人陪伴机器人等,都是创客们发挥“创新思维”结合实体动手能力创作出来的实用作品。
四、结束语
教育即生活,生活即教育。让教育回归生活的本质,是值得教育工作者思考的问题。“创新思维”是人们在日常实践中不断反思总结,对现存事物一种提高、升华的思想活动过程。运用创新思维,考虑如何提高事物的能效性,让它更方便服务于人群。在不断的反思,提高过程中,影响日常生活的事物。它源于生活,并不是异想天开的空中楼阁,必须反馈于现实生活,有益于人们。离开了生活本质,创新只能是空中楼阁。所有“创客”作品不是凭空而出,不是为贴上“创客”标签而臆造的作品,应该根据生活所需要,做一些实用的小发明,小创作。App
inventor电子应用平台就是一个很好的创作平台。它能将创新思维与动手能力很好地结合。创客作品应贴近生活,以解决生活实际问题为依归。创客教育将会是中小学校“创新思维”的锻炼方式,也是职业学校培养实用性人才的一个崭新方向。教师为学生提供丰富的入门材料选择,智能机器人组件,Arduino电子面包板等,鼓励学生进行创意活动。只要在创客教育中坚持“动手”+“到脑”的核心理念,未来学校将会涌现更多、更优秀的人才和创客作品。
参考文献:
[1]刘燕.创客文化的特质与教育变革[J].中国青年研究,-83.
[2] 刘德才.论大学生科技创新能力培养[J].中国成人教育,2016(1):81-83
[3] 谢伟平.激发创新思维,培养学生的信息素养 [J] .教育信息技术,-45
[4] 章雪梅.基于项目的学习及其教学设计[J]. 教育信息技术, 2009,(2):52-53
李天琴.回归教育本质绽放教育之花—浅析“三生教育”在语文教育中的渗透[J].课程教育教学研究,2012,(24):30-35
[6] 王同聚.中小学机器人教学模式的探索与实践[J].教育信息技术,2012,(9):38-40
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