近年來，“創(chuàng)客”這一名詞在國人身邊流行起來，伴隨而來的是眾多眼花繚亂的科技創(chuàng)新產(chǎn)品。媒體關(guān)于科技創(chuàng)新產(chǎn)品開發(fā)的報(bào)道也越來越多，如智能家居、機(jī)器人、3D打印、模型制作等�！叭�民創(chuàng)造”的魅力吸引著越來越多的人。一些先行者憑借原有的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蛟O(shè)計(jì)創(chuàng)造出許多新奇產(chǎn)品；對(duì)于沒有涉及這一領(lǐng)域的人，這些都是神秘、深?yuàn)W的高端領(lǐng)域，要想入門，似乎必須要翻過電學(xué)、程序開發(fā)、數(shù)學(xué)等好幾座大山，令人望而卻步，遙不可及。
　　對(duì)于學(xué)生來說，由于學(xué)業(yè)壓力以及學(xué)習(xí)內(nèi)容的限制，無法將相關(guān)的理論知識(shí)應(yīng)用到真實(shí)世界中，學(xué)生年級(jí)越高，積累的問題越多。比如：如何測量聲音的速度？如何直觀地測量橋梁的承重能力？如何將計(jì)算機(jī)算法應(yīng)用在實(shí)際生活中？如何利用電磁感應(yīng)原理制作一個(gè)不用電池的遙控器？這些值得探究的問題，隨著快節(jié)奏的單元學(xué)習(xí)，漸漸地塵封在他們的記憶中。如果理論化的學(xué)習(xí)不能向?qū)嵺`領(lǐng)域遷移，這將在他們的學(xué)習(xí)生涯中留下永久的遺憾。
　　創(chuàng)客的興起，給學(xué)校教育提出了極大的挑戰(zhàn)，為此各級(jí)教育部門成立了許多聯(lián)盟和工作小組，設(shè)立了許多項(xiàng)目，但在實(shí)際操作層面，仍然是心有余力不足。創(chuàng)客課程，學(xué)什么？誰來教？都是值得深入思考和探究的問題。
　　由上海市教育學(xué)會(huì)領(lǐng)銜的《數(shù)字化教室》項(xiàng)目，讓我充分了解了學(xué)校的信息化需求，親歷了信息技術(shù)給予課堂帶來的巨大變化，教學(xué)模式發(fā)生了巨大的變革。在項(xiàng)目的引領(lǐng)之下，2013年初，張江實(shí)驗(yàn)中學(xué)劉黨生校長帶我參觀了位于浦東張江高科技園區(qū)的創(chuàng)客社區(qū)，3D打印、無人機(jī)、機(jī)器人、開源硬件……這些實(shí)物第一次進(jìn)入我的眼簾。我指著一盒盒的元器件問工程師，學(xué)習(xí)這些智能電路是否很困難？得到的回復(fù)是小學(xué)生也可以學(xué)習(xí)，這令我信心大增。
　　為什么從學(xué)習(xí)Arduino開始
　　制作一個(gè)完整的智能電路產(chǎn)品，需要經(jīng)過創(chuàng)意設(shè)想、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、成品制作等環(huán)節(jié)，撰寫本書的主要目的，是希望能將這些環(huán)節(jié)一一展現(xiàn)，幫助學(xué)生了解產(chǎn)品制作的流程，而其中最為核心的內(nèi)容就是需要掌握開源平臺(tái)的開發(fā)應(yīng)用。
　　互聯(lián)網(wǎng)2.0時(shí)代的到來以及開源系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，讓學(xué)習(xí)者有更多途徑和材料去驗(yàn)證原先的疑問，尋求最佳的應(yīng)用結(jié)合點(diǎn)。Arduino（中文名為阿德韋諾）是目前廣受歡迎的開源應(yīng)用，也是許多實(shí)踐科技創(chuàng)新產(chǎn)品的核心。使用Arduino，不需要理會(huì)復(fù)雜的硬件知識(shí)，只需理解端口、傳感器及驅(qū)動(dòng)器的作用，通過圖形化或代碼編程加以組織，就能制作出多樣化的DIY產(chǎn)品。它的出現(xiàn)極大降低了入門門檻，能夠讓一個(gè)學(xué)習(xí)者快速且持久地對(duì)科技創(chuàng)新產(chǎn)品產(chǎn)生興趣，并引導(dǎo)他們走進(jìn)科技創(chuàng)新領(lǐng)域。
　　Arduino是嚴(yán)格按照工業(yè)化產(chǎn)品要求進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)的，擁有全球化開源資源，這就意味著從Arduino相關(guān)網(wǎng)站、博客及論壇里能夠得到大量的共享資訊與解決方案，用戶可以通過資源整合，加快創(chuàng)作作品的效率及質(zhì)量。一張書桌前，一臺(tái)電腦，一把電烙鐵，一個(gè)萬用表便能創(chuàng)造出如此眾多的智能化產(chǎn)品，這在10年前是無法想象的�；�于以上特點(diǎn)，Arduino的學(xué)習(xí)者可以是小學(xué)生至大學(xué)生，乃至是醫(yī)生、藝術(shù)家、商人等來自各行各業(yè)的非智能化從業(yè)人員。
　　使用Arduino設(shè)計(jì)智能電路，需要包含許多跨學(xué)科的知識(shí)，如物理、信息科技和數(shù)學(xué)等。高中生已經(jīng)對(duì)電路有了基本的了解，并且在高中信息科技課程中將會(huì)學(xué)習(xí)算法等相關(guān)知識(shí)，許多復(fù)雜應(yīng)用甚至還需要建立數(shù)學(xué)模型。因此Arduino可以很好地與高中所學(xué)知識(shí)對(duì)接，讓學(xué)生學(xué)以致用。
　　自從有了創(chuàng)客社區(qū)的體驗(yàn)，我決定開始系統(tǒng)學(xué)習(xí)。2013年，浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翁愷老師在網(wǎng)易云課堂開設(shè)了Arduino課程，圖文并茂，淺顯易懂，因此成為了我知識(shí)來源的主要途徑。待我潛心將十節(jié)課全部學(xué)完后，已經(jīng)對(duì)Arduino有了一個(gè)整體的感受和認(rèn)識(shí)，可以自己將學(xué)到的知識(shí)重構(gòu)并產(chǎn)生個(gè)性化的需求與解決方案，比如孩子應(yīng)該自己睡了，半夜醒來感到害怕怎么辦？那就做一個(gè)聲控?zé)舭�，叫一聲“爸爸”燈就�?huì)亮起來；一家人玩“大富翁”時(shí)常會(huì)把骰子丟到很遠(yuǎn)，那就做一個(gè)電子骰子吧，按個(gè)按鈕就能顯示隨機(jī)數(shù)。一旦獲得了成就感，會(huì)對(duì)此產(chǎn)生更濃厚的興趣，進(jìn)而去驗(yàn)證更多的假設(shè)，體驗(yàn)失敗與成功的滋味。
　　如何踐行創(chuàng)客課程
　　作為一名教師，除了提升自己的專業(yè)知識(shí)外，更應(yīng)把所學(xué)的技能和知識(shí)傳播給更大的群體，同時(shí)，教學(xué)還將強(qiáng)化我對(duì)Arduino概念的理解，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)起點(diǎn)，驗(yàn)證Arduino進(jìn)入課堂的可行性。因此，我先后在建平中學(xué)、張江實(shí)驗(yàn)中學(xué)、華師大一附中、上海師資培訓(xùn)中心實(shí)驗(yàn)基地附屬中學(xué)，以及一些小學(xué)開設(shè)拓展型課程。
　　在多年的教學(xué)實(shí)踐中，一些教學(xué)場景令我印象深刻。曾有一次，在一所高中，我問一位學(xué)生，你認(rèn)為這門課學(xué)習(xí)的內(nèi)容難嗎？她回答道：“有什么難的？不就是把元器件按照特定的端口連接起來然后寫程序讓其運(yùn)行嗎？“為了向?qū)W生講述課程中的原理，我在課前做了許多實(shí)驗(yàn)，查找了很多資料，經(jīng)歷了許多失敗，然而得到了這樣輕描淡寫的回答，令我大感意外。此時(shí)才意識(shí)到可能是我的教學(xué)方法導(dǎo)致了她有這樣的回答。由于高中學(xué)業(yè)壓力很大，我希望在每周的兩節(jié)課中盡可能講授更多的知識(shí)，但卻忽視了自主探究與自我建立知識(shí)體系的重要性。為此，在后面的教學(xué)中，我減少了一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，而是在每個(gè)單元學(xué)習(xí)中將相關(guān)的參考資料發(fā)放給學(xué)生，讓他們自己總結(jié)原理，感受失敗。
　　經(jīng)過不斷地教學(xué)與總結(jié)，我也形成了自己的教學(xué)風(fēng)格，比如，不輕易地告訴學(xué)生問題的解決方案；因?yàn)橐粋�(gè)任務(wù)可能會(huì)有幾種途徑來解決，需要學(xué)生們自己來探究。
　　初學(xué)Arduino一般從如何按照人們設(shè)定的程序控制一些燈光的亮滅開始。首先我會(huì)將程序模塊的功能一一介紹，完成點(diǎn)亮一盞LED發(fā)光二極管的任務(wù)之后，后續(xù)的發(fā)散性任務(wù)需由學(xué)生自己去探索。比如，讓兩盞燈閃爍，或讓三盞燈以交通信號(hào)燈的方式閃爍。任務(wù)過程中，他們需要自己寫流程圖、確定延遲的時(shí)間等。通常做不出預(yù)期的效果時(shí)，學(xué)生就會(huì)求助于老師，也有部分學(xué)生無奈地在屏幕前發(fā)呆。這時(shí)，我會(huì)引導(dǎo)他們從軟件設(shè)置、硬件連接、程序編寫等多方面排查錯(cuò)誤，直至任務(wù)達(dá)成。一旦自己解決了問題，學(xué)生會(huì)表現(xiàn)出無比的喜悅和成就感，總會(huì)大聲告訴老師并與同學(xué)分享。此外，我還會(huì)要求已完成任務(wù)的學(xué)生去幫助其他組的同學(xué)。
　　Arduino教學(xué)最直觀的感受是上課時(shí)不用刻意地去維持課堂紀(jì)律。學(xué)生兩兩配對(duì)，明確實(shí)驗(yàn)任務(wù)后，他們就會(huì)非常專注。正如我的導(dǎo)師張民生老師在叢書總序所寫的那樣，學(xué)生的自信心、興奮度都是一般的學(xué)習(xí)過程難以達(dá)到的，此時(shí)老師要做的是去觀察他們的行為而不是去打擾他們。
　　動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生會(huì)在完成既定任務(wù)后探索新的需求，拓展學(xué)習(xí)深度與寬度。由于Arduino學(xué)習(xí)對(duì)手眼協(xié)調(diào)、端口對(duì)應(yīng)及程序邏輯的要求非常高，與學(xué)生的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)區(qū)別較大，其中的概念要求需要細(xì)心領(lǐng)會(huì)，反復(fù)操練。因此，課堂中教師需要注意的是，相同的任務(wù)（尤其是入門階段的燈光控制任務(wù)），需要搭建兩遍以上，即連接好元器件，程序編寫下載，實(shí)驗(yàn)成功后，將所有元器件拆除，重新開始做一遍，驅(qū)動(dòng)程序安裝，開發(fā)程序安裝也如此。只有這樣，才能在訓(xùn)練中激發(fā)大腦生長出新的突觸、聯(lián)結(jié)和其他神經(jīng)結(jié)構(gòu)，增進(jìn)大腦處理信息、儲(chǔ)存記憶和認(rèn)知能力，進(jìn)而提升學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。
　　給讀者的建議
　　學(xué)校的創(chuàng)客教育目前剛起步，學(xué)習(xí)者（不論是教師還是學(xué)生）在課堂中從教師或教材中獲得直接學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的機(jī)會(huì)不多，或許，我的一些學(xué)習(xí)經(jīng)歷可以供大家參考。
　　1．要以探究的眼光觀察周圍的世界
　　我們所處的世界都是有人類創(chuàng)造的，大到噴氣客機(jī)，小到自動(dòng)感應(yīng)門，都包涵著無窮的科學(xué)奧秘。觀察這個(gè)世界，不僅要感受世界的色彩斑瀾，更要透過其表象挖掘隱藏在背后的原理。嘗試多問些為什么，產(chǎn)生一些可以進(jìn)一步研究的問題，并嘗試尋找途徑去解決這些問題，讓探究成為自己生活的一個(gè)部分。
　　2．發(fā)揮主觀能動(dòng)性，以網(wǎng)絡(luò)為學(xué)習(xí)平臺(tái)
　　今天的互聯(lián)網(wǎng)如此發(fā)達(dá)，網(wǎng)絡(luò)中已有大量學(xué)習(xí)資源，許多論壇都為初學(xué)者開設(shè)的入門板塊，一些常見的問題，或許在網(wǎng)上已經(jīng)有了解決方案。如果尋找不到合適的答案，也可以在各大專業(yè)論壇發(fā)帖提問，尋求熱心人的幫助，許多網(wǎng)友都會(huì)熱心提供解答。此外，查閱本書附錄中所列出的各類創(chuàng)客網(wǎng)站，可以拓展讀者的視野，豐富自身的創(chuàng)意思路。
　　3．遭遇失敗時(shí)，可以暫緩研究，但不要放棄
　　我在本書中整理的一些任務(wù)，如“大氣微粒傳感器測量灰塵濃度”、“加速度傳感器測量加速度”、“四位八段數(shù)碼管顯示”等，從最初的設(shè)想到成為系統(tǒng)化的解決方案，經(jīng)歷了很長的時(shí)間，從幾個(gè)月到一年不等。每一階段都要克服很多困難，示波器、萬用表成為了我驗(yàn)證假設(shè)、排除錯(cuò)誤的主要工具。當(dāng)一個(gè)問題不能解決時(shí)，短時(shí)間內(nèi)再投入大量精力往往是于事無補(bǔ)的，此刻必須慢下來，做些其他方面的事，以期出現(xiàn)新的靈感。
　　從學(xué)習(xí)Arduino的經(jīng)驗(yàn)中，我認(rèn)為遭遇到失敗，本質(zhì)是自身知識(shí)概念的缺乏。而解決一個(gè)實(shí)際問題，往往可以彌補(bǔ)整個(gè)Arduino知識(shí)體系的一個(gè)部分，這就像拼圖一樣，看似無關(guān)的拼版最后可以整合成為一個(gè)整體畫面。比如在我研究“大氣微粒傳感器”原理的這段時(shí)間，最后測得的數(shù)據(jù)總是有誤差，期間得到了導(dǎo)師的多次指導(dǎo)，并與同行多次進(jìn)行交流。直到強(qiáng)化學(xué)習(xí)了Arduino模擬輸入，并研究元器件手冊之后，我才發(fā)現(xiàn)傳感器無塵狀態(tài)下所提供的電壓值是非常重要的，這一問題的解決，使我對(duì)Arduino模擬輸入以及相關(guān)傳感器的原理有了更清楚的認(rèn)識(shí)。
　　興趣是學(xué)習(xí)的最大動(dòng)力，學(xué)習(xí)Arduino需要不斷讓自身保持興趣，給予自己充足時(shí)間，經(jīng)歷成功和失敗，不知不覺中就發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)入門了。
　　最后衷心祝愿讀者朋友能夠設(shè)計(jì)出更多新奇的創(chuàng)意作品，并與大家分享！