创客教育装备现状调研及发展

研究发现

创客教育装备

教育装备是完成教育任务有效组织起来的系统，是保障教学活动所需的资料、学具、仪器、设备以及相关软件的总称[10]。教育装备可以说是教具、学具、工具和资源的统称。创客教育装备是教育装备的一个分支，因此，沿用教育装备的概念，笔者将创客教育装备定义为，在开展创客教育中所需的材料（如各种金属材料、木制品等原材料）、零件（如螺栓、螺帽等小零件）、工具（如扳手、钳子等）、设备（如数控机床、3D打印机等）、软件（如Scratch、APPInventor等）、平台以及相关资源等。

创客教育装备的主要类型

根据本研究目标，对文献进一步分析，将范围缩小至115篇，并且这些文章主要来自核心期刊，其中76.5%的论文都直接提到创客教育装备，然后针对这115篇论文进行了内容分析。分析变量为创客教育装备，表1将每篇文章中提及的创客教育装备进行列举，然后对其进行分析、归类，限于篇幅只列举部分。

由表1可见，目前市面上的创客教育装备多而杂，良莠不齐，不利于创客教育装备的良性发展和创客教师的选择，故有必要对其进行分类。笔者发现，之前有研究者对于创客教育装备进行了简单的分类，王聪[11]在他的博文中就提到目前国内创客教育设备大致可以分为四类：一是通用技术类；二是开源电子套件类；三是3D打印类；四是机器人设备类。显然，王聪主要从技术工具的视角对创客教育装备进行了分类。Martin[12]从装备的运作原理将创客教育数字化工具主要分为两类，一是物理工具，如3D打印机、数控机床、激光切割机以及开源硬件等；二是逻辑工具，如微型控制器、微型计算机和其他电子产品类。而更多的研究者是从创客教育内容的视角进行了分类，如雒亮等[13]提出创客空间中应该包含“材料加工与手工制造”、“设计与3D打印”、“开源硬件设计与开发”三个结构域的内容。傅骞[14]认为，当前国内外开展的创客教育装备主要有以下几类：以图形化编程软件Scratch及扩展硬件为核心的创意程序设计、以开源硬件如Mbed、Arduino、RasperberryPi为核心的创意电子设计、以图形化编程软件AppInventor为核心的创意移动应用开发、以结构件和3D打印机为基础的创意造型设计、以机器人为切入点的创新机器人开发。综上所述，笔者按照创客教育装备的功能将其分成了五大类——电子互动类、建造建模类、编程语言类、机器人类和其他，具体内涵界定如下：

（1）电子互动类：主要是指开源硬件平台、微型计算机、微型处理器等用于快速设计、可交互的电子设备。常见的有Arduino、树莓派、BeagleBoard、TinyDuino、pcDuino等。

（2）建造建模类：主要是指建模软件、打印设备等用于硬件原型的设计与建造成型的装备。常见的有MakerBot、Egg-Bot等开源桌面3D打印机、3D扫描仪、3D建模软件等。

（3）编程语言类：主要是以语言编程为主的工具，常见的如Scratch、ArduBlock等图形化编程工具，以及难度稍大的C语言和JAVA语言。

（4）机器人类：主要是指制作机器人所需要的相关设备，包括各种电子元件、器材和相关材料，常见的如乐高机器人套件。这里要注意的是，机器人类创客教育装备可能会包含前几类创客教育装备，所以这里特指除了上述类别以外用于制作机器人的装备。

（5）其他：是指除以上几类之外的装备，主要包括手工锯、锤子、锉刀、电烙铁等基础加工工具；和小型车床、铣床、钻床、电钻、角磨机等进阶加工工具；以及各种常规材料、智能材料、电路连接等所涉及的创客教育装备。

在以上分类的基础上，对这五种类型在筛选出的115篇论文中的所占数量进行了统计，见表2。其中，数量排在第一位的是建造建模类，这一类装备大多聚焦于3D打印机和3D建模软件。电子互动类创客教育装备也较多，主要关注开源硬件平台。

对文献进一步分析发现，目前创客教育装备的应用热点主要集中在三方面，一是以Arduino为代表的开源套件；二是3D打印；三是机器人。

创客教育装备的典型案例分析

此部分主要针对各类创客教育装备的代表性“工具”和典型案例进行分析。此处的“工具”不是指单纯意义上的工具，还包括软件、平台、系统等。具体分析如下。

1.电子互动类

在电子互动类中，开源硬件平台的应用较为广泛，尤其是Arduino以易实施、灵活性强、利于激发学生的兴趣等优势占据主流地位，其核心是让学生利用现有的电子元件设计出创新的应用[15]。浙江省温州中学谢作如团队以Arduino为主要平台构建创客课程体系作为校本选修课程，成为国内中小学创客空间的一个典型代表[16]，目前该系列课程已经成熟，《Arduino创意机器人》小学版和中学版教材已出版并提供电子版资源下载，为中小学开源硬件的创客教育实践提供了参考。

2.建造建模类

建造建模类创客教育装备一出现，就引起了很多研究者的研究热情，这一类别的当前热点主要是依托风靡全球的3D打印技术，因此研究文献较多。国外代表性的项目如赛迪研究院专家组HodLipson的Fab@Home项目以及PauloBlikstein的FabLab@School[17]，该类项目主要通过任务驱动和学习情境创设，结合3D打印技术解决实际问题，如学生在清晰的图解信息基础上，设计和3D打印风车叶片、齿轮等零部件，组装风力发电机并测试。近两年，我国很多中小学也开设了3D打印课程，如在北京市东城区就有31所“三维创意设计与3D打印”课程实验学校[18]。甚至3D打印课程与传统课程进行了融合，如在语文课堂中运用3D“复活”活字印刷，在物理课堂中制作小孔成像演示仪等[19]。但是，3D打印类创客教育装备由于涉及建模，所以难度上也会有所增加，适合中高年级的学生，而其较之电子互动类，价格稍微昂贵，如果是大型打印机对场地要求也较高。