创客关键词-1-开源硬件

作者: 1组 郑欣欣 侯晓彤 景琪


1 概念

开源硬件指与自由及开放原始码软件相同方式设计的计算机和电子硬件。

开源硬件延伸着开源软件的定义,包括软件、电路原理图、材料清单,设计图等都使用开源许可协议,自由使用分享,完全以开源的方式去授权。
开源硬件设计者通常会公布详细的硬件设计资料,如机械图、电路图、物料清单、PCB版图、HDL源码和IC版图,以及驱动开源硬件的软件开发工具包等。

2 特点

第一:人人可用(任何人可以任何目的自由的使用软件);
第二:人人可探(任何人可以探知软件的原理、编程方法、算法等等);
第三:人人可改(任何人可以按照自己的方式自由的修改软件);
第四:人人可再发布(任何人可以把自己修改过的软件自由的再次发布)。

3 创客中的开源硬件工具

(1)开源硬件开发平台
  • Arduino
Arduino.jpg
优势:便宜;简单,所有开源平台中最易上手的平台;用户基数大。
劣势:处理能力较低;无通用接口,没有网络、USB、视音频输出等接口。
  • 树莓派
树莓派.jpg
优势:功能性价比高;兼容性强,接口丰富,可实现PC的基本功能,兼容PC外接设备;用户基数大。
劣势:价格略高,平台整体花费相对较高;开发难度略高。
  • Beagle Board
Beagle Board.jpg
优势:处理能力更强,CPU处理能力更强,内存更大;扩展性强;包含了通用接口,可兼容普通PC输入输出设备;可作为准系统、微型桌面机运行。
劣势:价格略高;开发难度比Arduino高。
从现有的创客教育实践案例中可以看出,Arduino是使用最广、最适宜于入门学习的平台;Beagle Board性能强,功耗更低;树莓派使用量较大,开发案例多。
(2)积木式开源硬件
如果开源硬件开发平台是创客教育常规的“战术武器”,积木式开源硬件则是创客教育的“秘密武器”。Little Bits是这一类型开源硬件的典型代表。
Little Bits对电路知识的要求几乎为零,不需要编程、焊接等工序。创客们会把好的创意项目共享在Github或官网的开源社区上。官网bits Lab专区则更能体现开源硬件协作创新的理念,创客们将自己设计的电路模块设计方案上传到该专区,如获得1000以上用户的支持,Little Bits就会生产该模块,设计者从中可以获得荣誉甚至是奖金。

3 开源硬件创客教育实践案例

科勒和她的四年级地区学校挑战赛
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特雷西·科勒博士一个学校STEM资源、教育技术与媒体服务部的教师,在她的引导和组织下,2举行了一场由120位公立学校4年级学生参加的创客挑战赛,并大获成功。科勒将开源硬件Little Bits引入该郡,并与公立学校的老师一起尝试将Little Bits整合入数学、科学课程。
首先,她将全郡公立学校的实践课教师召集在一起,让老师们组成协作学习小组,用一天的时间熟悉了Little Bits电路构造的方法。之后,她让这些教师回到自己的学校,用同样的协作学习策略指导四年级的学生熟悉Little Bits的基本操作方法。通过数周的常规学习,学生已能完全掌握Little Bits指导手册上的电路搭建。教师开始允许学生自由组成小组,围绕一个主题自行发挥想象去创造,不同小组创作出了各具特色的作品,通过班级和年级两次投票每个学校都选出了该校的代表组。
最终,30个代表不同学校的小组齐聚一堂。科勒给出了终极考题,小组们被要求在三个小时内,在各自不同的创客空间内利用提供的Little Bits套件和扩展模块,围绕给定主题通过协作完成创作,而他们的老师只能在一旁观看。通过对小组项目完成过程中的合作情况以及作品的打分。
在科勒的实践中,四年级的小学生并没有表现出对开源硬件的畏惧,相反体现出了巨大的热情与创造力。科勒的实践也可以证明,基于恰当的工具与合适的方法,在小学阶段开展基于开源硬件的创客教育也是完全可行的。

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