創(chuàng)客教育材料漫談

陳染

創(chuàng)客教育是一種基于創(chuàng)造的教育模式，而創(chuàng)造離不開對工具的掌握和對材料的靈活使用。談到創(chuàng)客教育，我們常常會聯(lián)想到開源硬件、3D打印、激光切割、數(shù)控機床等明星工具，但我們更要知道，工具使用的基礎(chǔ)是對材料性質(zhì)的深入理解。當(dāng)我們設(shè)計一個創(chuàng)客作品時，會首先考慮需要用哪些材料構(gòu)建制作的主體，然后才能選擇工具進行加工。

2017年，本專欄介紹了從簡單到復(fù)雜的創(chuàng)客教育工具；2018年，我們將進一步介紹創(chuàng)客教育中常見的材料。這里的材料是指應(yīng)用于成品中，通常不會被拆卸下來重復(fù)使用的東西。根據(jù)用途的區(qū)別，創(chuàng)客教育中的材料可以分為2種類型：結(jié)構(gòu)材料和功能材料。結(jié)構(gòu)材料是指以力學(xué)性能為基礎(chǔ)的材料，在創(chuàng)客作品中用于制作受力的結(jié)構(gòu)；功能材料是有電、光、磁、化學(xué)等特定作用的材料，在創(chuàng)客作品用于實現(xiàn)特定的功能。盡管這種分類方式并非涇渭分明，但它能夠讓我們認(rèn)識到它們在創(chuàng)客作品中的作用。

在接下來的專欄文章中，我們將分別以結(jié)構(gòu)材料和功能材料2個方面逐一介紹創(chuàng)客教育中的常見材料。在結(jié)構(gòu)材料的內(nèi)容中，我們主要以物理、化學(xué)屬性對材料進行劃分，如紙質(zhì)、木質(zhì)、金屬、塑料、布料等；在功能材料中，我們主要以材料的用途進行劃分，如導(dǎo)電材料、發(fā)光材料等。論述不盡完善之處，我們再以其他的分類方法進行補充。

我們從紙質(zhì)材料說起。紙，是學(xué)生隨手可得的材料，更是一種構(gòu)成創(chuàng)客制作的重要結(jié)構(gòu)材料。作為文字的重要載體，紙張在2000多年的歷史長河中對人類文明有著重要的意義。為了滿足不同需求，人們發(fā)明了各種各樣的紙，它們的材料性質(zhì)也各有不同，有些紙能防水、有些紙硬度大、有些紙輕盈柔軟，這就給創(chuàng)客制作提供了非常多的材料選擇。在創(chuàng)客制作中，我們關(guān)注最多的屬性是紙的強度，根據(jù)強度不同我們將紙分為紙張和紙板2類。紙張

通常，我們將200g/㎡以下的紙稱之為紙張，其中，150～200g/㎡的紙張我們稱之為卡紙。我們在日常生活經(jīng)常能夠接觸到各種各樣的紙張，例如各種克重的打印紙、銅版紙、新聞紙、宣紙等。紙張的特性輕薄，容易折疊，容易裁剪成多種形狀，但同時我們也要注意，大多數(shù)紙張不防水、強度較小，容易撕開，不適用于潮濕場合及需要經(jīng)常做機械運動的部件。

創(chuàng)客教育中紙張的使用范圍非常廣，最能夠體現(xiàn)紙張物理屬性的創(chuàng)客活動就是折紙了。折紙是一項傳承了數(shù)百年的傳統(tǒng)手工藝項目，而現(xiàn)代折紙更是將折紙藝術(shù)推向了一個新的高峰。現(xiàn)代折紙采用復(fù)雜的蛇腹折法，無需經(jīng)過裁剪，一張方形的紙就可以折疊成形象生動的立體形狀?，F(xiàn)代折紙不僅是一種精致的藝術(shù)，更是一項具有挑戰(zhàn)性的工程活動，需要作者有豐富的空間想象力。在一些科學(xué)和工程問題上，現(xiàn)代折紙還有深入的應(yīng)用，最知名的例子是“三浦折疊法”，這種折疊法能夠讓物體的體積減少25倍、只需要通過推拉的動作就可以將紙張展開或收回，目前三浦折疊法廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。這些技術(shù)為折紙的創(chuàng)客教育提供了基礎(chǔ)。

以往，折紙課程往往只出現(xiàn)在低年級的手工課中，但在創(chuàng)客教育的視野下，更多折紙的潛能也逐漸深挖出來。折紙主題的創(chuàng)客課程最直接的一個好處是對硬件支持的需求非常低，只需要提供若干紙張，就可以滿足大多數(shù)課程的材料要求。

北京師范大學(xué)教育技術(shù)學(xué)院的傅騫和劉鵬飛設(shè)計的創(chuàng)客課程“小空間里的大個頭”就是一個優(yōu)秀的折紙主題例子。該課程通過“飛行器負(fù)重飛向太空的成本”引入工程問題，讓學(xué)生明白需要通過用折紙設(shè)計一種太陽能板的折疊方式。接下來通過學(xué)生模仿折疊1張5x5的方格紙，教師向?qū)W生講解怎樣學(xué)會看折痕圖，以及折痕圖中的數(shù)學(xué)關(guān)系。然后通過拓展任務(wù)，讓學(xué)生探索在7x7方格紙中怎樣完成旋轉(zhuǎn)并達到更好的收攏效果，激發(fā)學(xué)生思考和討論折紙在生活中其他方面的應(yīng)用。最后，學(xué)生以小組的形式協(xié)同設(shè)計新的折紙主題，完成折紙作品，進行交流討論和分享。

這個創(chuàng)客課程將紙張的物理屬性體現(xiàn)得淋漓盡致，在這個課程中，學(xué)生能夠了解剛性折疊的特性和應(yīng)用，掌握折痕圖的繪制方法，探究發(fā)現(xiàn)其他形狀的旋轉(zhuǎn)式折紙的折法，發(fā)展折紙的工程設(shè)計思維。

紙板

另一種常用于創(chuàng)客教育中的紙質(zhì)材料便是紙板了。通常來說，我們把200g/㎡以上規(guī)格的紙稱之為紙板，它常用于商品包裝。紙板最大的特點就是硬度大，強度高，易于加工，創(chuàng)客們常常能夠通過紙板制作出很多創(chuàng)意產(chǎn)品。紙板的類型有很多，其中最常用的就是瓦楞紙板了。

瓦楞紙板，又稱瓦通紙，是紙質(zhì)包裝箱的常用材料。它最主要的特點在于有著波浪狀的瓦楞，這些瓦楞能夠讓紙保持較好的形狀。瓦楞紙硬度比紙張好，比木質(zhì)材料更加輕盈，用美工刀就可以完成切割，價格又很便宜，這也是眾多創(chuàng)客喜歡它的原因。但瓦楞紙不耐潮濕、容易發(fā)霉、不容易處理細(xì)節(jié)的特點，在創(chuàng)客作品制作之前也要考慮到。

只有對材料有深入認(rèn)識，才能更好地運用材料。根據(jù)楞型的區(qū)別，瓦楞紙可以分為A型楞、B型楞、C型楞、E型楞和F型楞，不同的型號有不同的剛性，在創(chuàng)客制作的時候，選擇合適的楞型是很重要的。根據(jù)瓦楞紙的層數(shù)，又可以分為單面單瓦楞紙板、單瓦楞紙板、雙面雙瓦楞紙板、雙瓦楞紙板，以及多瓦楞紙。普通的紙板箱一般是單瓦楞紙板，一些較為高級的紙板箱會選擇雙面雙瓦楞紙板，大多數(shù)制作選擇單瓦楞紙板即可完成，部分對受力要求較高的制作可以選擇雙面雙瓦楞紙板進行制作。

創(chuàng)客制作中加工瓦楞紙板的方法有很多，最常用的加工方法是切割和粘貼。用普通的美工刀即可將瓦楞紙切割成想要的形狀，圓規(guī)刀、筆刀等工具能夠切割特殊的形狀，還可以用激光切割機進行精細(xì)切割；瓦楞紙板還可以用雙面膠、熱熔膠、白膠、502膠等材料粘貼。這些加工手段的成本和使用門檻都非常低，很適合作為創(chuàng)客教育的入門材料。

科技學(xué)堂設(shè)計的“戈德堡機械”就是一個能夠很好展現(xiàn)瓦楞紙材料的一款創(chuàng)客制作（見題圖）。戈德堡機械是指一種過度設(shè)計復(fù)雜的機械組合，用迂回曲折的方式完成一個簡單的操作。雖然看上去荒謬滑稽，但戈德堡機械卻能很好地鍛煉學(xué)生對各種材料的應(yīng)用。

這是一個非常簡單的戈德堡機械的設(shè)計，拉動繩子，玻璃彈珠下滑，經(jīng)過2個滑道，彈珠掉落到橡皮薄膜上，再彈進塑料瓶中，最終彈珠掉入瓶蓋，通過杠桿原理抬起旗子。這個案例中用到多種材料，但它的基本結(jié)構(gòu)是用單瓦楞紙板制成的。學(xué)生需要探索用怎么樣的結(jié)構(gòu)才能設(shè)計一個穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)；而在滑道的設(shè)計上，需要學(xué)生對瓦楞紙內(nèi)部結(jié)構(gòu)有更深入的認(rèn)識，才能設(shè)計出更耐用的作品。

除了切割和粘貼，瓦楞紙板還有更多的操作方法，如拼插、延伸、剝離、層疊等，這些方法將瓦楞紙的物理性質(zhì)發(fā)揮到了極致。

創(chuàng)客教師還可以將眼光放遠到生活中的其他紙板，想想你能用它們制作什么。比如卷紙筒，大多數(shù)人用完卷紙之后就隨手將紙筒丟棄，但只要稍加留意，就會發(fā)現(xiàn)卷紙筒能夠成為一種不可多得的創(chuàng)客教育材料，它不僅有紙板的各種性質(zhì)，還避開了紙板加工成圓筒難度大的缺點。

紙張和紙板是創(chuàng)客教育常常用到的材料，除此之外，還有多種類型的特種紙，它們有著不一樣的物理性質(zhì)，囿于篇幅，我們不可能一一介紹。認(rèn)真探索每一種紙的材料屬性，再加上動手能力，就能做出不一樣的作品。