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当我们思考创客教育的时候，我们可以从两个角度对创客教育进行理解。一是通过教育的方式培养创客的“创客的教育”；二是用创客的方法改造教育的“创客式教育”，二者互相融合，互相支撑，形成创客教育的主题，创客教育的最终目的在于培养具有创新意识、创造能力和创新思维的创新型人才。
创客空间的营造是进行创客教育的一种很好的办法，在创客空间中，我们能够通过硬件的配置和软件的实施，实现创客的教育这一目的；但如果为了创客而创客，则不会充分发挥创客教育的意义。
创新并不是创客这个群体的特殊属性，而是未来社会的普遍需求。所以，创客教育不能局限于创客空间的限制，更要走出创客空间，走向校园的方方面面，重构我们的校园生活。创客式教育促使我们思考：如何用创客思维改造我们的日常课程，如何用创客思维改变我们的教学设备。
下面我们将通过3个案例，从硬件和软件2个维度，以及硬件与软件的结合，看看怎样利用创客教育的成果改变我们的校园。前2个例子都可以通过学生在创客空间或课堂上进行制作，并应用于课堂学习，为教学服务，制作成本都不高，适合教师迈出创客教育的第一步；而最后一个例子更适合创客教育的深入实践和发展。
逻辑电路抢答器：用开源硬件整合创客课程与传统课程
在中学学习中，逻辑电路是物理教学及信息技术课程上会涉及的知识，也是电子计算机的组成基础，掌握逻辑电路的基本原理也可以为计算机科学的学习和理解打下坚实基础。在传统课堂的讲解中，学生需要记住各种逻辑门的符号及真值表，如果缺乏深度的接触，搭建起真正的逻辑电路，学生会对这个问题缺乏进一步的认识。
目前，越来越多的课堂将抢答作为活跃课堂气氛和提高学生知识掌握能力的手段加入了日常的课程设计中。而目前许多课堂设计的抢答环节都是根据教师的肉眼进行判断哪位学生举手比较快，那么，我们是否可以给学生设计一个抢答器，让每个学生只要一按在桌子上的按钮，通过基本的电路原理，就可以判断出哪位学生先进行了抢答。
在这个案例中，学生将会用Boson Kit元件搭建起一个抢答器，并做成一个可供其他课堂使用的服务工具。在课堂上每当学生按下抢答器按钮的时候，都能快速唤起他们思考和制作的过程。
Boson Kit是由著名的创客公司DFRobot开发的一款创客开源硬件。Boson Kit元件的设计部件分为输入模块、输出模块、功能模块及其他模块。与其他开源硬件不同的是，Boson Kit在创客制作中不需要使用软件进行编程制作，更适合进行创客体验式创作。Boson Kit中拥有与门、或门、非门3种基本的逻辑模块，学生可以通过这些模块组成更加复杂的逻辑电路。例如，通过基本的逻辑门电路组装成计算机的基本元件半加器。
在这个活动中，我们给出参考的BosonKit模块如下表。
教师也可以根据实际设计增加或减少模块。
在动手制作之前，我们需要对抢答器的需求进行讨论分析。在课堂上，学生通过资料搜索、分组讨论等方式了解抢答器的类型，通过调查、访谈等方式明确产品需求，这也是创客制作中不可缺少的环节。并对以往课堂抢答这一环节的过程进行分解，绘制成一个流程图。
由简到难，我们从双人抢答器开始做起。在抢答器的制作中，在动手制作之前，教师有必要让学生熟悉Boson Kit元件，让学生在摸索中了解元件的特征。在这里的教学环节中，我们可以采用小組讨论的方法让学生进行头脑风暴去解决问题，同时也可以对工具做一些限制，甚至制造一些小障碍，促进学生思考如何构建逻辑电路。
在学生形成一定的初步想法后，学生将设计理念与说明写在记录纸上，并记录讨论形成的电路图。并向教师提出物资需求，教师可以给予适当的建议与反馈，学生根据建议进行适当修改，并继续优化设计方案。
有了设计方案之后，学生需要进行原型的制作，并进行测试，进一步反思测试过程中出现的问题。并通过小组间互评的方式，了解别的小组是如何进行这项设计的。
最后一个环节是作品展示，引导学生通过多样化的手段展示自己的作品。在整个抢答器的制作过程中，学生能够从中学习逻辑电路的基本知识，锻炼设计思维，培养创客精神，引起学生对知识的进一步兴趣，打开创客大门。
对于有更深兴趣的学生，教师可以通过组织创客社团等方式进行抢答器的进一步改进学习，如设计多人抢答器，使用蓝牙通讯模块进行无线化改进，增加多种模式的抢答器等。优秀的设计作品可以进行生产销售，成为教师装备的一部分。
点名器：用计算思维解决课堂上的问题
Scratch是创客活动中最常见的入门编程技术之一，也是中小学最广泛学习的编程语言。在学生们学习Scratch的时候，我希望学生不只是学会这门技术，还能够把技术应用在实际生活中。
在课上或者课外，我们经常就一件身边的事提出问题，带着学生们一起分析和给出解决方案。能否用编程帮教师点名，这是我最常抛出来让学生思考的问题之一。每次我提出这个问题的时候，经常有学生马上就说：“建一个包含所有学生名字的链表（链表是Scratch里实现数组的方式，是一系列数据的集合），再随机抽取就行了。”这就是典型的以技术为导向的思维。针对一个问题，技术通常并不直接等同于解决方案。那么，用Scratch编程的点名解决方案应该如何下手呢？
我们可以先带着学生进行需求分析，把教师当作我们的服务对象，把点名这件事更深入地拆解分析。进行需求分析最方便的就是画思维导图了。首先我们先列出点名的目的都有哪些。这个环节我们可以让学生分组讨论，并鼓励他们尽可能多想，把思维放开。学生讨论结束后，我们先把讨论结果列出来（见图1），然后带着大家一起逐条分析，提炼出一个服务对象最需要的需求。比如对我来说，出勤点名是不需要的，而经常需要的是点名回答问题，或者点名参加课堂活动。“点名抽奖”是一个很有趣的需求，但并不会经常用到。所以，以我作为服务对象，点名要解决的问题可以描述为“从全班同学中选取一个人”。 看这个描述，一些同学会觉得和刚才说的“建立名字链表并随机抽取”好像是一样的。那我们需要继续进行分析。首先我们对比一下，由一位教师点名，和用计算机程序点名，能否是一样的过程。或者说，Scratch程序实现点名的过程，是否就是复制教师点名的过程，这又可以开始一轮讨论。分析后我们发现，如果是一位教师点名，看起来这个行为过程很快，教师张嘴说出一位同学的名字就完成了。那么，Scratch程序如何实现这个过程呢？这是我认为最关键的一个环节。
推导实现流程时，我一般会先反问一个问题：“如果教师不知道学生的名字，是否还能完成点名？”这个问题不太容易想到。在课堂上，如果教师不知道学生的名字，也是可以点名的。教师可以用手指，点一位学生即可；而Scratch程序就不可能做到。实在没有名册，程序的解决办法只能是学生座位都预先编号，程序随机选取编号实现点名。回到我课堂的情况，我是知道所有学生名字的，所以不需要用编号。
接下来，我会写下教师点名的步骤（见图2），然后让学生给出Scratch对应的实现方法。第1步，教师要“记忆学生名册”，Scratch的实现方法是“建立学生名字链表”。第2步，教师要在脑子里“选取一位同学”，Scratch是“获得一个随机数，以此随机数为索引，提取一位学生名字”。第3步，教师想好了选哪一位学生，再要做的是“说出名字”。这一步Scratch的实现就复杂了。我们要Scratch不只是显示出学生的名字，同时还要“念”出名字的话，需要先在Scratch里录好所有学生名字的语音。每一条语音的名称要跟学生名字一一对应，我们就可以用学生名字作变量，播放与变量值同名的语音即可。第3步的具体实现可以不讲解得太具体，留给学生在实操时思考。
通过上边的分析梳理，点名程序的核心思路已经很清晰了。我们还欠缺什么呢？因为教师在点名时要使用Scratch程序，所以程序里还缺少一个交互逻辑，也就是教师如何操作启动程序（见图3、图4）。最简单的方式，我们可以使用Scratch的“小绿旗事件”启动，但我通常都要求学生不要依赖系统事件，这样不能算是一个“独立”的程序。可以用键盘事件，也可以画一个点击按钮，这里就让学生自由发挥了。
在交互逻辑实现上，学生可以发挥他们的美术能力。比如图5是“科技学堂”网站“课堂中的Scratch”慕课里的一个点名案例，这个案例就绘制了很漂亮的界面，一看就非常吸引人。这个案例使用了学号而不是学生名字，主要是因为把学生名字的汉字都画出来的工作量太大了，就省略为只画o_-9十个数字。此案例还有一个非常好的创意，就是在给出最终选择前，学号有一个翻滚然后渐渐停住的效果，极大地增加了趣味性（见图5）。
完成了基本功能后，我们还可以深入探究改进的可能。比如，如果程序连续2次选了同一个人，或者太多次选到同一个人，这都不符合我们在课堂上的需要。如何避免？再比如，程序随机选到的总是女同学，我们能否让程序在男女生之间的选择更平均？我们是否能建立一个规则，每一个被点过的同学，在本堂课就不再被点（见图6）？
校园生活中还有非常多的案例能成为课堂上引导学生思考和创造的话题。除此之外，当教师打开一个Scratch程序，由计算机叫出一位同学的名字，课堂是不是也变得更活泼、更有创意了呢？
自动跟随机器人：软硬件结合发展创客教育
创客的发展离不开软件工程与开源硬件的结合，纯粹的软件或硬件的制作并不能构成创客教育的全部，如何将软件与硬件有机结合，也是一个我们值得思考的地方。
被称为“创客教育之父”的著名计算机科学家、教育学家的西摩尔·派普特（ScymourPapert）在其建构主义学习理论中强调“学习即通过分享建构知识”，创客教育便是专注于问题解决与数字化或物理制造，以建构学习者的知识体系。事实上，他在1966年创造第1款面向儿童的编程教育语言Logo的时候，就设计了既可以通过屏幕输出，也可以通过一个实体的“小海龟”机器人进行输出，学校可以在这2种输出方式之间进行选择。派普特认为，教育必须给孩子们一个“可供思考的实体”，通过感官体验培养特定的思维模式，基于这个理论基础，各种服务于创客教育的软硬件应运而生，乐高机器人套件、Scratch编程语言成为创客教育中影响力较大的硬件和软件，这也为教师进行创客教育提供了设备的支持。
这里为教师介绍的一个软硬件结合案例是“自动跟随机器人”。它利用Scratch语言进行编程，实现对机器人的自动化操作。在这个案例中，机器人能够实现跟随互动对象前进一段路程，并对互动对象进行问候；当互动对象离开一定距离的时候，机器人返回原位。机器人采用的是乐高的EV3作为控制核心，以配套的红外传感器作为输入设备，使用Scratch语言進行编程，是一个适合于中学生开展机器人活动及计算思维课程的一个案例。案例的内容可在http：//kaspesla.github.io/ev3scratch/中找到。
硬件方面选择的是乐高EV3，这是乐高在2013年发布的第3代机器人，是一款面向创客教育市场设计，融合兴趣、知识、体验为一体的教育机器人。目前，它以开发简便、易于操作和拓展性强的特点，为众多的学校创客教育所喜爱。使用乐高作为硬件的基础优势在于学生可以利用乐高模块化的积木拼插，快速完成机械结构的搭建。
软件层面的构建，我们选择Scratch x作为工具进行编程。Scratch目前已经成为主流的编程教育工具，其优势不必赘述。而Scratch x是以Scratch语言为基础，为开发测试设备而设计的可视化编程语言的拓展实验平台。Scratch x原理是在电脑上通过程序和浏览器之间的接口，通过USB或者蓝牙达到与其他设备通讯的目的。通过这个平台，可以实现编程语言与硬件设备的连接，达到给学生提供一个“可供思考的实体”的效果。
感应器也是目前创客教育中不可或缺的一项技术，各大创客硬件的开发商都在产品中加入了很多感应模块。在“自动跟随机器人”的设计中，学生需要了解感应器的基本原理，明白红外感应是如何测量人与机器的距离，并进行条件判断的；但又不需要太过于深入地了解感应器的结构，学生可以快速通过感应器实现自己的机器人设计。
EV3 Scratch的设计还有很多，值得我们进行开发设计。以创客教育为动力，学生能够在日常生活的观察中找到设计的地方，并且进行深入的思考，动手制作并分享，获得能力和知识，这样才能适应未来人才的需要，促进教育的发展。
创客空间的营造是进行创客教育的一种很好的办法，在创客空间中，我们能够通过硬件的配置和软件的实施，实现创客的教育这一目的；但如果为了创客而创客，则不会充分发挥创客教育的意义。
创新并不是创客这个群体的特殊属性，而是未来社会的普遍需求。所以，创客教育不能局限于创客空间的限制，更要走出创客空间，走向校园的方方面面，重构我们的校园生活。创客式教育促使我们思考：如何用创客思维改造我们的日常课程，如何用创客思维改变我们的教学设备。
下面我们将通过3个案例，从硬件和软件2个维度，以及硬件与软件的结合，看看怎样利用创客教育的成果改变我们的校园。前2个例子都可以通过学生在创客空间或课堂上进行制作，并应用于课堂学习，为教学服务，制作成本都不高，适合教师迈出创客教育的第一步；而最后一个例子更适合创客教育的深入实践和发展。
逻辑电路抢答器：用开源硬件整合创客课程与传统课程
在中学学习中，逻辑电路是物理教学及信息技术课程上会涉及的知识，也是电子计算机的组成基础，掌握逻辑电路的基本原理也可以为计算机科学的学习和理解打下坚实基础。在传统课堂的讲解中，学生需要记住各种逻辑门的符号及真值表，如果缺乏深度的接触，搭建起真正的逻辑电路，学生会对这个问题缺乏进一步的认识。
目前，越来越多的课堂将抢答作为活跃课堂气氛和提高学生知识掌握能力的手段加入了日常的课程设计中。而目前许多课堂设计的抢答环节都是根据教师的肉眼进行判断哪位学生举手比较快，那么，我们是否可以给学生设计一个抢答器，让每个学生只要一按在桌子上的按钮，通过基本的电路原理，就可以判断出哪位学生先进行了抢答。
在这个案例中，学生将会用Boson Kit元件搭建起一个抢答器，并做成一个可供其他课堂使用的服务工具。在课堂上每当学生按下抢答器按钮的时候，都能快速唤起他们思考和制作的过程。
Boson Kit是由著名的创客公司DFRobot开发的一款创客开源硬件。Boson Kit元件的设计部件分为输入模块、输出模块、功能模块及其他模块。与其他开源硬件不同的是，Boson Kit在创客制作中不需要使用软件进行编程制作，更适合进行创客体验式创作。Boson Kit中拥有与门、或门、非门3种基本的逻辑模块，学生可以通过这些模块组成更加复杂的逻辑电路。例如，通过基本的逻辑门电路组装成计算机的基本元件半加器。
在这个活动中，我们给出参考的BosonKit模块如下表。
教师也可以根据实际设计增加或减少模块。
在动手制作之前，我们需要对抢答器的需求进行讨论分析。在课堂上，学生通过资料搜索、分组讨论等方式了解抢答器的类型，通过调查、访谈等方式明确产品需求，这也是创客制作中不可缺少的环节。并对以往课堂抢答这一环节的过程进行分解，绘制成一个流程图。
由简到难，我们从双人抢答器开始做起。在抢答器的制作中，在动手制作之前，教师有必要让学生熟悉Boson Kit元件，让学生在摸索中了解元件的特征。在这里的教学环节中，我们可以采用小組讨论的方法让学生进行头脑风暴去解决问题，同时也可以对工具做一些限制，甚至制造一些小障碍，促进学生思考如何构建逻辑电路。
在学生形成一定的初步想法后，学生将设计理念与说明写在记录纸上，并记录讨论形成的电路图。并向教师提出物资需求，教师可以给予适当的建议与反馈，学生根据建议进行适当修改，并继续优化设计方案。
有了设计方案之后，学生需要进行原型的制作，并进行测试，进一步反思测试过程中出现的问题。并通过小组间互评的方式，了解别的小组是如何进行这项设计的。
最后一个环节是作品展示，引导学生通过多样化的手段展示自己的作品。在整个抢答器的制作过程中，学生能够从中学习逻辑电路的基本知识，锻炼设计思维，培养创客精神，引起学生对知识的进一步兴趣，打开创客大门。
对于有更深兴趣的学生，教师可以通过组织创客社团等方式进行抢答器的进一步改进学习，如设计多人抢答器，使用蓝牙通讯模块进行无线化改进，增加多种模式的抢答器等。优秀的设计作品可以进行生产销售，成为教师装备的一部分。
点名器：用计算思维解决课堂上的问题
Scratch是创客活动中最常见的入门编程技术之一，也是中小学最广泛学习的编程语言。在学生们学习Scratch的时候，我希望学生不只是学会这门技术，还能够把技术应用在实际生活中。
在课上或者课外，我们经常就一件身边的事提出问题，带着学生们一起分析和给出解决方案。能否用编程帮教师点名，这是我最常抛出来让学生思考的问题之一。每次我提出这个问题的时候，经常有学生马上就说：“建一个包含所有学生名字的链表（链表是Scratch里实现数组的方式，是一系列数据的集合），再随机抽取就行了。”这就是典型的以技术为导向的思维。针对一个问题，技术通常并不直接等同于解决方案。那么，用Scratch编程的点名解决方案应该如何下手呢？
我们可以先带着学生进行需求分析，把教师当作我们的服务对象，把点名这件事更深入地拆解分析。进行需求分析最方便的就是画思维导图了。首先我们先列出点名的目的都有哪些。这个环节我们可以让学生分组讨论，并鼓励他们尽可能多想，把思维放开。学生讨论结束后，我们先把讨论结果列出来（见图1），然后带着大家一起逐条分析，提炼出一个服务对象最需要的需求。比如对我来说，出勤点名是不需要的，而经常需要的是点名回答问题，或者点名参加课堂活动。“点名抽奖”是一个很有趣的需求，但并不会经常用到。所以，以我作为服务对象，点名要解决的问题可以描述为“从全班同学中选取一个人”。 看这个描述，一些同学会觉得和刚才说的“建立名字链表并随机抽取”好像是一样的。那我们需要继续进行分析。首先我们对比一下，由一位教师点名，和用计算机程序点名，能否是一样的过程。或者说，Scratch程序实现点名的过程，是否就是复制教师点名的过程，这又可以开始一轮讨论。分析后我们发现，如果是一位教师点名，看起来这个行为过程很快，教师张嘴说出一位同学的名字就完成了。那么，Scratch程序如何实现这个过程呢？这是我认为最关键的一个环节。
推导实现流程时，我一般会先反问一个问题：“如果教师不知道学生的名字，是否还能完成点名？”这个问题不太容易想到。在课堂上，如果教师不知道学生的名字，也是可以点名的。教师可以用手指，点一位学生即可；而Scratch程序就不可能做到。实在没有名册，程序的解决办法只能是学生座位都预先编号，程序随机选取编号实现点名。回到我课堂的情况，我是知道所有学生名字的，所以不需要用编号。
接下来，我会写下教师点名的步骤（见图2），然后让学生给出Scratch对应的实现方法。第1步，教师要“记忆学生名册”，Scratch的实现方法是“建立学生名字链表”。第2步，教师要在脑子里“选取一位同学”，Scratch是“获得一个随机数，以此随机数为索引，提取一位学生名字”。第3步，教师想好了选哪一位学生，再要做的是“说出名字”。这一步Scratch的实现就复杂了。我们要Scratch不只是显示出学生的名字，同时还要“念”出名字的话，需要先在Scratch里录好所有学生名字的语音。每一条语音的名称要跟学生名字一一对应，我们就可以用学生名字作变量，播放与变量值同名的语音即可。第3步的具体实现可以不讲解得太具体，留给学生在实操时思考。
通过上边的分析梳理，点名程序的核心思路已经很清晰了。我们还欠缺什么呢？因为教师在点名时要使用Scratch程序，所以程序里还缺少一个交互逻辑，也就是教师如何操作启动程序（见图3、图4）。最简单的方式，我们可以使用Scratch的“小绿旗事件”启动，但我通常都要求学生不要依赖系统事件，这样不能算是一个“独立”的程序。可以用键盘事件，也可以画一个点击按钮，这里就让学生自由发挥了。
在交互逻辑实现上，学生可以发挥他们的美术能力。比如图5是“科技学堂”网站“课堂中的Scratch”慕课里的一个点名案例，这个案例就绘制了很漂亮的界面，一看就非常吸引人。这个案例使用了学号而不是学生名字，主要是因为把学生名字的汉字都画出来的工作量太大了，就省略为只画o_-9十个数字。此案例还有一个非常好的创意，就是在给出最终选择前，学号有一个翻滚然后渐渐停住的效果，极大地增加了趣味性（见图5）。
完成了基本功能后，我们还可以深入探究改进的可能。比如，如果程序连续2次选了同一个人，或者太多次选到同一个人，这都不符合我们在课堂上的需要。如何避免？再比如，程序随机选到的总是女同学，我们能否让程序在男女生之间的选择更平均？我们是否能建立一个规则，每一个被点过的同学，在本堂课就不再被点（见图6）？
校园生活中还有非常多的案例能成为课堂上引导学生思考和创造的话题。除此之外，当教师打开一个Scratch程序，由计算机叫出一位同学的名字，课堂是不是也变得更活泼、更有创意了呢？
自动跟随机器人：软硬件结合发展创客教育
创客的发展离不开软件工程与开源硬件的结合，纯粹的软件或硬件的制作并不能构成创客教育的全部，如何将软件与硬件有机结合，也是一个我们值得思考的地方。
被称为“创客教育之父”的著名计算机科学家、教育学家的西摩尔·派普特（ScymourPapert）在其建构主义学习理论中强调“学习即通过分享建构知识”，创客教育便是专注于问题解决与数字化或物理制造，以建构学习者的知识体系。事实上，他在1966年创造第1款面向儿童的编程教育语言Logo的时候，就设计了既可以通过屏幕输出，也可以通过一个实体的“小海龟”机器人进行输出，学校可以在这2种输出方式之间进行选择。派普特认为，教育必须给孩子们一个“可供思考的实体”，通过感官体验培养特定的思维模式，基于这个理论基础，各种服务于创客教育的软硬件应运而生，乐高机器人套件、Scratch编程语言成为创客教育中影响力较大的硬件和软件，这也为教师进行创客教育提供了设备的支持。
这里为教师介绍的一个软硬件结合案例是“自动跟随机器人”。它利用Scratch语言进行编程，实现对机器人的自动化操作。在这个案例中，机器人能够实现跟随互动对象前进一段路程，并对互动对象进行问候；当互动对象离开一定距离的时候，机器人返回原位。机器人采用的是乐高的EV3作为控制核心，以配套的红外传感器作为输入设备，使用Scratch语言進行编程，是一个适合于中学生开展机器人活动及计算思维课程的一个案例。案例的内容可在http：//kaspesla.github.io/ev3scratch/中找到。
硬件方面选择的是乐高EV3，这是乐高在2013年发布的第3代机器人，是一款面向创客教育市场设计，融合兴趣、知识、体验为一体的教育机器人。目前，它以开发简便、易于操作和拓展性强的特点，为众多的学校创客教育所喜爱。使用乐高作为硬件的基础优势在于学生可以利用乐高模块化的积木拼插，快速完成机械结构的搭建。
软件层面的构建，我们选择Scratch x作为工具进行编程。Scratch目前已经成为主流的编程教育工具，其优势不必赘述。而Scratch x是以Scratch语言为基础，为开发测试设备而设计的可视化编程语言的拓展实验平台。Scratch x原理是在电脑上通过程序和浏览器之间的接口，通过USB或者蓝牙达到与其他设备通讯的目的。通过这个平台，可以实现编程语言与硬件设备的连接，达到给学生提供一个“可供思考的实体”的效果。
感应器也是目前创客教育中不可或缺的一项技术，各大创客硬件的开发商都在产品中加入了很多感应模块。在“自动跟随机器人”的设计中，学生需要了解感应器的基本原理，明白红外感应是如何测量人与机器的距离，并进行条件判断的；但又不需要太过于深入地了解感应器的结构，学生可以快速通过感应器实现自己的机器人设计。
EV3 Scratch的设计还有很多，值得我们进行开发设计。以创客教育为动力，学生能够在日常生活的观察中找到设计的地方，并且进行深入的思考，动手制作并分享，获得能力和知识，这样才能适应未来人才的需要，促进教育的发展。