創客產品：勞動教育也智能

吳俊杰　滕劍暉

錘子是一個特別常見的木工加工工具，對于需要“出力流汗”的勞動教育來說，敲敲打打的聲音可能是教室里最悅耳的音樂了。學校在木工教室里給每個學生配備了工具箱，如圖1所示。工具箱收納起來是一個帶有把手的木盒子，展開以后，借助木板上的掛鉤可以變成一個單人工具墻，將各種工具分門別類地擺放好，方便下一次的加工使用。

校園創客社團的學生們調查了學校木工老師的課堂，發現老師把更多的精力放在了維持課堂紀律、保障勞動安全上面，對學生作品的評價一般是通過總結性評價來展開，就是看最后的木工作品的實際效果，但忽略了過程性的相關因素。例如，我們用白鐵皮制作一個小簸箕，需要反復敲打，有些學生可能費了很多功夫，但是最終成品的效果不好，有些學生可能并不喜歡勞動，有畏難情緒，基本沒有怎么使用錘子，導致作品效果不好。像這樣的過程性的信息，勞動老師可能并不能夠完全掌握，因此創客小組決定開發一個物聯網錘子，能夠記錄每個學生錘子的敲打次數，并且反映在教室的大屏幕上，這樣既方便老師了解全班的情況，也便于開展勞動主題競賽，讓“出力流汗”的過程更有趣味，讓更多的學生“愛上勞動”。

● 產品原型

很多硬件都自帶了三軸加速度傳感器，本實驗給開源硬件添加了一個塑料保護殼，比較適合在環境相對復雜的木工教室使用。物聯網的基本形態有局域網和廣域網兩種形式，局域網使用童心派自帶的WIFI無線廣播來發送和接收信息，教室可以看成是一個局域網的環境，教師可以在大屏幕上看到每個學生捶打的情況，但是這些信息并不上傳到互聯網上，校長不能夠在辦公室里知道木工教室的工作情況。但是局域網使用起來組網比較簡單，穩定性也較好，因此在該項目中使用局域網廣播來實現這個功能。圖2是用一個眼罩將童心派放在其中，然后纏在木錘上的效果，作為原型開發，這還是一個臨時方案，正式方案可以使用螺絲固定。

整個作品的結構如下頁圖3所示，每個可以單獨工作的終端將偵測到的錘子揮動情況的數據通過無線廣播傳輸到教師的童心派上，并且通過教師端的程序顯示出來。

2.程序實現

為了測試程序的原型，使用三塊開源硬件板進行了實驗，圖4為學生端程序的示意圖，使用變量n01來記錄童心派被搖晃的過程中加速度的變化，并且通過廣播message01來傳遞變量n01的數值。在本實驗中創客小組發現在搖晃學生端硬件的過程中，晃動之后，搖晃強度會有一個逐漸歸零的過程，并且晃動幅度越大，這個過程越慢。利用這個效應，一次幅度的晃動可能會使得變量n01增加3，而一次小的晃動則n01只增加1，這樣就通過變量n01的變化表示了揮動錘子過程中“出力流汗”的情況，能夠同時表現大幅度的慢敲和小幅度的快敲兩種使用錘子的過程中的勞動場景。

教師端程序主要在于接收到編號為message0k所代表的第k個學生的數據后，將其以變量n_0k的形式顯示在屏幕上，并且為了區分教師機和學生機，此處為教師機設計了單獨的開機畫面，并顯示在離線模式的屏幕上（如上頁圖5、圖6）。

3.效果改進

如果學生終端的每一個物聯網錘子的數據都顯示在屏幕上，使用變量的結構就顯得有些不方便，占滿屏幕也不便于教師對學生的數據進行管理，有必要用更加智能的方式進行數據的可視化設計。在改進的程序中，可以使用列表，讓程序的顯示效果更加簡潔（如上頁圖7）。

從交互的角度來看，可以使用下面的數據可視化策略，把每一組學生的捶打情況通過可視化手段表現出來，這樣會更加有趣。如果將200次捶打作為達標的標準，如圖8所示，第1組只有1位學生達標，第2組則所有學生都達標，并且不同的顏色還代表著達標后的個人努力的情況。

程序使用了比較常用的“如果…否則…”結構，并且用一次函數來表示達標后顏色的變化，方便用戶修改參數，并對數據可視化效果進行改進（如圖9）。

● 結語

像其他的教育形式一樣，勞動教育的核心也在于立德樹人，具體來講是培養學生愛勞動的意志品質。該項目將木工教室常見的錘子，改成了一個物聯網設備，將教師的巡視，改成了數據可視化的“勞動競賽”，既符合勞動教育的要以手工勞動切入為主的“出力流汗”的要求，又能夠將物聯網技術、互動媒體技術有機地嵌入其中，使得“勞動是人的第一需求”“勞動創造價值”的價值觀以一種喜聞樂見的形式呈現在師生面前，具有比較好的示范意義。另外，教師可以很方便地對程序做二次修改，以適合“手工鋸”“手工鉆”等其他勞動場景中的使用，甚至可以和腕表、手套這種可穿戴設備結合，在智能錘子中還可以增加慣性充電裝置給設備充電，這些都是該項目可以進一步改進的方向。

智能教室在勞動教育中的應用才剛剛開始，有必要提前避免出現一種情況，就是智能系統成為一種從不休息的“在線監工”。手工工具和物聯網技術的結合，使師生可以像設計一個大型互動游戲一樣設計類似打年糕、捶打紙雕塑一類的活動主題，將生活藝術化，進而在更大程度上貼合勞動教育未來的發展趨勢。