开源硬件,走向创客的必经之路

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1、开源硬件，走向创客的必经之路创客教育的兴起不仅是教育理念的革新， 更是科技发展的结果。 而开源硬件在创客教育中扮演着重要的角色。 作为开源运动的一部分，开源硬件提倡自由、开放、互助和分享的特点，受到广大创客的喜爱。开源硬件有着便利的设计、丰富的元件、开源的文化 3 个特点，在创客教育中独具优势。目前，许多种类的开源硬件已经进入学校课堂，成为创客教育的必备工具。什么是开源硬件开源硬件（Open- source Hardware ）,是指与自由及开放源代码相同方式设计的计算机和电子硬件，是开源文化的一部分。 开源文化源于 20 世纪 70 年代的黑客亚文化。 到了 90 年代，随着 Linux 受

2、到大众认可、 Netscape 浏览器开放源代码等一系列科技事件， 开源运动逐渐进入人们的视野。?_源运动最早只有开源软件，并基于互联网进行传播。目前，我们日常生活中使用的手机操作系统安卓（Android ）、电脑浏览器Chrome都是属于开源软件。可以说，在我们的日常生活中，开源软件几乎无处不在。开源软件推崇任何人都可以自由使用、 复制、 研究和改动的思想， 深刻影响着开源文化的发展。 开源硬件也在这种思想下应运而生。1997年，开放源代码促进会（OSI）推出开源硬件认证计划； 1998 年， David Freeman 提出开源硬件规范项目； 1999年，非营利组织开放设计基金会(ODF成

3、立，一场开源硬件的 运动悄然发生。开源运动的一个核心是用户可以自行制造产品， 无须支付任何费用。它的长足发展成为创客运动兴起的一个重要的技术因素，被誉为“创客之父”的克里斯?安德森(Chris Anderson )在其著作创客：新工业革命中，将“在开源社区中分享设计成果、开展合作的文化规范”与“使用数字桌面工具设计新产品”和“通过设计传给商业制造服务商或自行制造”称为创客运动的 3 个变革性共同点。这一场轰轰烈烈的开源运动，也成为了创客教育的根源之一。 在创客教育中， 开源硬件已经成为学生成长为真正创客的必要工具了。目前，创客教育常见的开源硬件大致可以分为 2 类：积木式的开源硬件和开源硬件开

4、发平台。积木式开源硬件是以开放式的电子积木模块为基础的一种开源硬件。以 Little Bits 为代表，积木式开源硬件使用不同颜色区分电源模块、输入模块、传输模块、输出模块，不同的模块通过磁铁的方式进行连接，不需要准备额外的导线。此外，积木式开源硬件将程序设计固化到每一个模块中， 这种方法能够帮助初涉创客教育的学生，他们能够更轻松地学习开源硬件的使用，并快速实现自己的创意。开源硬件开发平台即以一块嵌入式芯片开发板为核心的开发平台， 创客作品设计、 开发和测试都是围绕着这块开发板展开。目前，开源硬件开发平台有大约 50 种，在创客教育中较为常用的是 Arduino 和树莓派等数种开源硬件。 学生

5、学习使用开源硬件开发平台，是认识并走向创客的一条必经之路。开源硬件的优势开源硬件在创客教育中都有哪些优势呢？我们以科技学堂的 Arduino 作品“ PM2.5 探测仪”为例，看看开源硬件在创客教育中的优势（见题图）。PM2.5探测仪的实现效果是通过传感器检测空气中的PM2.5浓度， 并用指针在纸模上指示实时的浓度数值， 一旦浓度超过了某个特定值，就会自动弹出口罩，提醒使用者该戴上口罩了。在这个设计中，Arduino和PM2.5传感器联动，实现数据输入；再通过电机与乐高联动，实现数据输出。在这个设计中， 我们首先看到开源软件的优势是设计的便利性。 如果以封闭的硬件进行设计， 我们需要设计并制作

6、出复杂的电路板，这个过程费时费力。相反，在开源硬件中，为了让人们能够自由开放地进行使用、复制、研究和改动，它设计了诸多开放的接口，满足不同用户的开发需求。以 Arduino 在 2009 年开发的版本 Arduino Duemilanove 为例，它配备1个9V DC输入、1个US瞅口、14个数字输入/输出端口、6个模拟输入/输出端 口、1个5V DC输出和1个3.3V DC输出端口，此外还有一个复 位接口。 丰富的端口为设计提供了便利， 学生可以利用这些端口 设计各种各样的作品， 即使出现端口不足的情况， 也可以像 PM2.5探测仪一样，使用面包板或10 扩展板进行更加复杂的设计。此外， 开

7、源硬件的设计便利性还体现在它很容易与其他创客工具融合。在PM2.5探测仪中，我们可以看到它的结构是由乐高科学件及纸模所结合而成的， 而控制运动的舵机也是由乐高完成的，可以说，这个案例实现了多种工具的融合。其次，开源硬件拥有种类丰富的交互元件，例如在PM2.5探测仪中，我们首先需要将空气中的PM2.5浓度转化为电信号进行输入， 我们可以选择合适的传感器作为信号输入。 传感器只是交互元件的一个种类， 交互元件还可以为控制器、 功能模块、 电机、继电器、 电源等多种类型， 每种类型又可以细分为多种不同的类别。 丰富的交互元件方便学生在设计创客作品的时候能更加得心应手。开源硬件不仅能为创客教育带来优秀作品， 同时带来的还有一种开放分享的创客文化。 通过开源硬件的创客设计， 学生可以直接参与到由开源硬件所带来的开源文化中。 在互联网上， 你很容易找到由开源硬件爱好者组成的开源社区， 学生可以在社区中分享作品，交流创作体验。便利的设计、 丰富的元件和开源的文化， 构成了开源硬件在创客教育中的 3 个优势， 当学生熟练掌握开源硬件的创作和使用的时候，就离成为一名真正的创客不远了。