探究开源文化发掘本土资源 激发创新志趣——“开源硬件的特征”教学建议

赵伟刚 山东省淄博市基础教育研究院

孙波 山东省教育科学研究院

开源硬件项目设计是选择性必修课程，旨在满足学生个性化发展需要，激发和培养学生的创新兴趣和动手实践能力。很多学生对开源、开源硬件的概念还很陌生，更不理解应如何利用开源硬件进行项目设计和制作，以及如何利用开源硬件进行信息技术创新实践。因此，“开源硬件的特征”作为课程模块的第一部分，承担着开启新知、夯实基础、激发兴趣的重要作用。

● 课程标准要求

课程标准对该部分内容要求为：基于实例分析，认识开源硬件的特征与发展，理解利用开源硬件进行信息技术创新的意义。结合高中学生的认知水平和发展特点，该要求实际包含了较为丰富的学习内容。要认识开源硬件的特征与发展，就要让学生结合丰富的事例，充分了解开源硬件缘起的社会背景、开源硬件的优势和发展历程。要理解利用开源硬件进行技术创新的意义，就要结合学生身边有趣的实例，展开研究和探讨，有效激发学生进一步学习的兴趣和探究的欲望。在教学中，通过对经典案例的分析，让学生在信息意识层面，能够了解开源硬件对设计、制作新型信息系统的作用和优势；在计算思维层面，理解开源硬件的特征、优势和适用范围；在数字化学习与创新层面，深刻领会开源硬件是实现信息技术创新实践的一种途径；在信息社会责任的培养层面，正确理解“开源”的内涵和“分享”的精神，正确看待和尊重知识产权。

● 教材内容分析

对于“开源硬件的特征”部分内容，现行各版本教材大都按照“开源运动—开源软件—开源硬件—开源硬件分类—开源硬件特征”的顺序安排，教科版教材在该部分设计篇幅最少。下页表列出了各版本教材中该内容的知识框架。

各版本教材对开源硬件项目开发平台的介绍详略各异。教科版对五种常用的开发平台做了简介；浙教版将三种开发平台的特点介绍放到了“开源硬件项目开发”部分；粤教版重点介绍了Arduino开发平台，对树莓派和micro:bit则作为拓展阅读简单提及；华师版则对Arduino和树莓派两个平台做了特点分析和对比。

粤教版结合开源硬件在制造业、农业、医疗和教育领域的经典案例阐述了开源硬件对信息技术创新的积极意义；浙教版则通过四个经典案例的介绍，让学生认识到开源硬件项目的发展能有效降低很多研究领域的技术门槛和制造成本，提高其发展质量和迭代速度。

在单元学习目标的确定上，各版本教材都聚焦了开源硬件的概念、起源、发展与特征，浙教版、人教-中图版、华师版、沪科版都介绍了开源许可协议在开源硬件发展中起到的作用。

各版本教材“开源硬件的特征”知识框架

● 教学实施建议

1.厘清“开源”与“保护”的边界

作为开源文化的一部分，学习开源硬件首先需要了解孕育开源硬件诞生的开源文化和推进开源硬件发展的开源运动。

开源文化的核心理念是自由、开放和共享。然而，随着互联网应用的快速发展和版权意识的觉醒，学生对知识产权保护的意识越来越强，能够深刻认识到知识产权是人类智力劳动成果的专有权利，也是社会财富的重要来源，高度认可保护知识产权，就是保护创新。当自由、开放和共享的开源理念与知识产权保护的专有性质产生认知冲突，引发学生对开源与知识产权保护的边界进行思考的时候，就是引导学生深入学习、一探究竟的最好时机。

教师应组织学生利用图书馆、互联网、开源社区查阅资料，交流讨论，引导学生理解开源许可协议背后所蕴含的共享和制约机制，加深对开源文化的认识和理解，提升信息社会责任。让学生认识到开源许可协议的重要意义。开源不等于免费，也不等于没有约束，它将知识共享中所涉及的权利和义务、开放与约束等道德和伦理问题，纳入对开发者和使用者双重保护的法制范畴，为开源共享提供了可持续发展的保障机制。开源硬件的诞生离不开开源文化发展的社会大背景，它是人们对创新创造不懈追求的产物。

2.依托本土经典案例，激发学生探究兴趣，培养学生创新志趣

“开源硬件的特征”这部分内容理论概念多，抽象识记多。如果仅泛泛地讲授教材案例，学生难以将新知识与生活经验相结合，也难以切身感受开源硬件对信息技术创新的意义，因此，需要教师充分发掘本土化的开源硬件创新创意资源。例如，有教师团队基于当地陶瓷文化，制作了我国第一台3D陶泥打印机，可以个性化地制作陶艺作品；学生为了解决家里储藏室返潮制作的自动除湿系统等。学生身边的这些经典案例，作为优质教学资源，往往更容易给学生的思想带来冲击，从而培养学生学习兴趣，激发学生创新的内驱力。

3.搭建创客活动教室，营造创新育人氛围

从开源硬件项目设计与学习活动的特点来看，往往需要便于学生操作的宽敞空间和方便合作交流的桌椅布局，因此，建议学校建设专用的创客活动教室。除了配备能够访问互联网的计算机硬件环境，还需要配置足够的开源硬件套装、调试组装工具、测试仪器、测量工具和耗材，开辟作品展示区域，陈列学生优秀作品，营造富有科技感的创新氛围，有助于开源硬件设计模块开展教学。

总之，教师要结合学情，组织有效的项目学习活动，让学生认识开源硬件的特征与发展，理解利用开源硬件进行信息技术创新的意义，激发学生进一步学习开源硬件项目设计与制作的兴趣，将知识建构、兴趣培养与思维发展融入运用数字化工具解决问题的过程中，进一步发展学生的信息技术核心素养。