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。媒體關于科技創(chuàng)新產(chǎn)品開發(fā)的報道也越來越多，如智能家居、機器人、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習經(jīng)驗能夠設計創(chuàng)造出許多新奇產(chǎn)品；對于沒有涉及這一領域的人，這些都是神秘、深奧的高端領域，要想入門，似乎必須要翻過電學、程序開發(fā)、數(shù)學等好幾座大山，令人望而卻步，遙不可及。
　　對于學生來說，由于學業(yè)壓力以及學習內(nèi)容的限制，無法將相關的理論知識應用到真實世界中，學生年級越高，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？如何將計算機算法應用在實際生活中？如何利用電磁感應原理制作一個不用電池的遙控器？這些值得探究的問題，隨著快節(jié)奏的單元學習，漸漸地塵封在他們的記憶中。如果理論化的學習不能向?qū)嵺`領域遷移，這將在他們的學習生涯中留下永久的遺憾。
　　創(chuàng)客的興起，給學校教育提出了極大的挑戰(zhàn)，為此各級教育部門成立了許多聯(lián)盟和工作小組，設立了許多項目，但在實際操作層面，仍然是心有余力不足。創(chuàng)客課程，學什么？誰來教？都是值得深入思考和探究的問題。
　　由上海市教育學會領銜的《數(shù)字化教室》項目，讓我充分了解了學校的信息化需求，親歷了信息技術給予課堂帶來的巨大變化，教學模式發(fā)生了巨大的變革。在項目的引領之下，2013年初，張江實驗中學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、機器人、開源硬件……這些實物第一次進入我的眼簾。我指著一盒盒的元器件問工程師，學習這些智能電路是否很困難？得到的回復是小學生也可以學習，這令我信心大增。
　　為什么從學習Arduino開始
　　制作一個完整的智能電路產(chǎn)品，需要經(jīng)過創(chuàng)意設想、產(chǎn)品設計、實驗驗證、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的開發(fā)應用。
　　互聯(lián)網(wǎng)2.0時代的到來以及開源系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，讓學習者有更多途徑和材料去驗證原先的疑問，尋求最佳的應用結合點。Arduino（中文名為阿德韋諾）是目前廣受歡迎的開源應用，也是許多實踐科技創(chuàng)新產(chǎn)品的核心。使用Arduino，不需要理會復雜的硬件知識，只需理解端口、傳感器及驅(qū)動器的作用，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，能夠讓一個學習者快速且持久地對科技創(chuàng)新產(chǎn)品產(chǎn)生興趣，并引導他們走進科技創(chuàng)新領域。
　　Arduino是嚴格按照工業(yè)化產(chǎn)品要求進行設計開發(fā)的，擁有全球化開源資源，這就意味著從Arduino相關網(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，一臺電腦，一把電烙鐵，一個萬用表便能創(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。基于以上特點，Arduino的學習者可以是小學生至大學生，乃至是醫(yī)生、藝術家、商人等來自各行各業(yè)的非智能化從業(yè)人員。
　　使用Arduino設計智能電路，需要包含許多跨學科的知識，如物理、信息科技和數(shù)學等。高中生已經(jīng)對電路有了基本的了解，并且在高中信息科技課程中將會學習算法等相關知識，許多復雜應用甚至還需要建立數(shù)學模型。因此Arduino可以很好地與高中所學知識對接，讓學生學以致用。
　　自從有了創(chuàng)客社區(qū)的體驗，我決定開始系統(tǒng)學習。2013年，浙江大學計算機學院翁愷老師在網(wǎng)易云課堂開設了Arduino課程，圖文并茂，淺顯易懂，因此成為了我知識來源的主要途徑。待我潛心將十節(jié)課全部學完后，已經(jīng)對Arduino有了一個整體的感受和認識，可以自己將學到的知識重構并產(chǎn)生個性化的需求與解決方案，比如孩子應該自己睡了，半夜醒來感到害怕怎么辦？那就做一個聲控燈吧，叫一聲“爸爸”燈就會亮起來；一家人玩“大富翁”時常會把骰子丟到很遠，那就做一個電子骰子吧，按個按鈕就能顯示隨機數(shù)。一旦獲得了成就感，會對此產(chǎn)生更濃厚的興趣，進而去驗證更多的假設，體驗失敗與成功的滋味。
　　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)知識外，更應把所學的技能和知識傳播給更大的群體，同時，教學還將強化我對Arduino概念的理解，了解學生的學習起點，驗證Arduino進入課堂的可行性。因此，我先后在建平中學、張江實驗中學、華師大一附中、上海師資培訓中心實驗基地附屬中學，以及一些小學開設拓展型課程。
　　在多年的教學實踐中，一些教學場景令我印象深刻。曾有一次，在一所高中，我問一位學生，你認為這門課學習的內(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驗，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。此時才意識到可能是我的教學方法導致了她有這樣的回答。由于高中學業(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，但卻忽視了自主探究與自我建立知識體系的重要性。為此，在后面的教學中，我減少了一些實驗項目，而是在每個單元學習中將相關的參考資料發(fā)放給學生，讓他們自己總結原理，感受失敗。
　　經(jīng)過不斷地教學與總結，我也形成了自己的教學風格，比如，不輕易地告訴學生問題的解決方案；因為一個任務可能會有幾種途徑來解決，需要學生們自己來探究。
　　初學Arduino一般從如何按照人們設定的程序控制一些燈光的亮滅開始。首先我會將程序模塊的功能一一介紹，完成點亮一盞LED發(fā)光二極管的任務之后，后續(xù)的發(fā)散性任務需由學生自己去探索。比如，讓兩盞燈閃爍，或讓三盞燈以交通信號燈的方式閃爍。任務過程中，他們需要自己寫流程圖、確定延遲的時間等。通常做不出預期的效果時，學生就會求助于老師，也有部分學生無奈地在屏幕前發(fā)呆。這時，我會引導他們從軟件設置、硬件連接、程序編寫等多方面排查錯誤，直至任務達成。一旦自己解決了問題，學生會表現(xiàn)出無比的喜悅和成就感，總會大聲告訴老師并與同學分享。此外，我還會要求已完成任務的學生去幫助其他組的同學。
　　Arduino教學最直觀的感受是上課時不用刻意地去維持課堂紀律。學生兩兩配對，明確實驗任務后，他們就會非常專注。正如我的導師張民生老師在叢書總序所寫的那樣，學生的自信心、興奮度都是一般的學習過程難以達到的，此時老師要做的是去觀察他們的行為而不是去打擾他們。
　　動手能力強的學生會在完成既定任務后探索新的需求，拓展學習深度與寬度。由于Arduino學習對手眼協(xié)調(diào)、端口對應及程序邏輯的要求非常高，與學生的傳統(tǒng)學習區(qū)別較大，其中的概念要求需要細心領會，反復操練。因此，課堂中教師需要注意的是，相同的任務（尤其是入門階段的燈光控制任務），需要搭建兩遍以上，即連接好元器件，程序編寫下載，實驗成功后，將所有元器件拆除，重新開始做一遍，驅(qū)動程序安裝，開發(fā)程序安裝也如此。只有這樣，才能在訓練中激發(fā)大腦生長出新的突觸、聯(lián)結和其他神經(jīng)結構，增進大腦處理信息、儲存記憶和認知能力，進而提升學生的動手實踐能力。
　　給讀者的建議
　　學校的創(chuàng)客教育目前剛起步，學習者（不論是教師還是學生）在課堂中從教師或教材中獲得直接學習經(jīng)驗的機會不多，或許，我的一些學習經(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，小到自動感應門，都包涵著無窮的科學奧秘。觀察這個世界，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部分。
　　2．發(fā)揮主觀能動性，以網(wǎng)絡為學習平臺
　　今天的互聯(lián)網(wǎng)如此發(fā)達，網(wǎng)絡中已有大量學習資源，許多論壇都為初學者開設的入門板塊，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，可以暫緩研究，但不要放棄
　　我在本書中整理的一些任務，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，從最初的設想到成為系統(tǒng)化的解決方案，經(jīng)歷了很長的時間，從幾個月到一年不等。每一階段都要克服很多困難，示波器、萬用表成為了我驗證假設、排除錯誤的主要工具。當一個問題不能解決時，短時間內(nèi)再投入大量精力往往是于事無補的，此刻必須慢下來，做些其他方面的事，以期出現(xiàn)新的靈感。
　　從學習Arduino的經(jīng)驗中，我認為遭遇到失敗，本質(zhì)是自身知識概念的缺乏。而解決一個實際問題，往往可以彌補整個Arduino知識體系的一個部分，這就像拼圖一樣，看似無關的拼版最后可以整合成為一個整體畫面。比如在我研究“大氣微粒傳感器”原理的這段時間，最后測得的數(shù)據(jù)總是有誤差，期間得到了導師的多次指導，并與同行多次進行交流。直到強化學習了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Arduino模擬輸入以及相關傳感器的原理有了更清楚的認識。
　　興趣是學習的最大動力，學習Arduino需要不斷讓自身保持興趣，給予自己充足時間，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計出更多新奇的創(chuàng)意作品，并與大家分享！