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(xué)校在木工教室里給每個學(xué)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(chuàng)客社團(tuán)的學(xué)生們調(diào)查了學(xué)校木工老師的課堂，發(fā)現(xiàn)老師把更多的精力放在了維持課堂紀(jì)律、保障勞動安全上面，對學(xué)生作品的評價一般是通過總結(jié)性評價來展開，就是看最后的木工作品的實(shí)際效果，但忽略了過程性的相關(guān)因素。例如，我們用白鐵皮制作一個小簸箕，需要反復(fù)敲打，有些學(xué)生可能費(fèi)了很多功夫，但是最終成品的效果不好，有些學(xué)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(dǎo)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(chuàng)客小組決定開發(fā)一個物聯(lián)網(wǎng)錘子，能夠記錄每個學(xué)生錘子的敲打次數(shù)，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(xué)生“愛上勞動”。

● 產(chǎn)品原型

很多硬件都自帶了三軸加速度傳感器，本實(shí)驗(yàn)給開源硬件添加了一個塑料保護(hù)殼，比較適合在環(huán)境相對復(fù)雜的木工教室使用。物聯(lián)網(wǎng)的基本形態(tài)有局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)兩種形式，局域網(wǎng)使用童心派自帶的WIFI無線廣播來發(fā)送和接收信息，教室可以看成是一個局域網(wǎng)的環(huán)境，教師可以在大屏幕上看到每個學(xué)生捶打的情況，但是這些信息并不上傳到互聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)使用起來組網(wǎng)比較簡單，穩(wěn)定性也較好，因此在該項目中使用局域網(wǎng)廣播來實(shí)現(xiàn)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(fā)，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(jié)構(gòu)如下頁圖3所示，每個可以單獨(dú)工作的終端將偵測到的錘子揮動情況的數(shù)據(jù)通過無線廣播傳輸?shù)浇處煹耐呐缮?，并且通過教師端的程序顯示出來。

2.程序?qū)崿F(xiàn)

為了測試程序的原型，使用三塊開源硬件板進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，圖4為學(xué)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(shù)值。在本實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)客小組發(fā)現(xiàn)在搖晃學(xué)生端硬件的過程中，晃動之后，搖晃強(qiáng)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(yīng)，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(xiàn)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(xué)生的數(shù)據(jù)后，將其以變量n_0k的形式顯示在屏幕上，并且為了區(qū)分教師機(jī)和學(xué)生機(jī)，此處為教師機(jī)設(shè)計了單獨(dú)的開機(jī)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(jìn)

如果學(xué)生終端的每一個物聯(lián)網(wǎng)錘子的數(shù)據(jù)都顯示在屏幕上，使用變量的結(jié)構(gòu)就顯得有些不方便，占滿屏幕也不便于教師對學(xué)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，有必要用更加智能的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的可視化設(shè)計。在改進(jìn)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(shù)據(jù)可視化策略，把每一組學(xué)生的捶打情況通過可視化手段表現(xiàn)出來，這樣會更加有趣。如果將200次捶打作為達(dá)標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)，如圖8所示，第1組只有1位學(xué)生達(dá)標(biāo)，第2組則所有學(xué)生都達(dá)標(biāo)，并且不同的顏色還代表著達(dá)標(biāo)后的個人努力的情況。

程序使用了比較常用的“如果…否則…”結(jié)構(gòu)，并且用一次函數(shù)來表示達(dá)標(biāo)后顏色的變化，方便用戶修改參數(shù)，并對數(shù)據(jù)可視化效果進(jìn)行改進(jìn)（如圖9）。

● 結(jié)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(yǎng)學(xué)生愛勞動的意志品質(zhì)。該項目將木工教室常見的錘子，改成了一個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，將教師的巡視，改成了數(shù)據(jù)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?qū)⑽锫?lián)網(wǎng)技術(shù)、互動媒體技術(shù)有機(jī)地嵌入其中，使得“勞動是人的第一需求”“勞動創(chuàng)造價值”的價值觀以一種喜聞樂見的形式呈現(xiàn)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(shè)備結(jié)合，在智能錘子中還可以增加慣性充電裝置給設(shè)備充電，這些都是該項目可以進(jìn)一步改進(jìn)的方向。

智能教室在勞動教育中的應(yīng)用才剛剛開始，有必要提前避免出現(xiàn)一種情況，就是智能系統(tǒng)成為一種從不休息的“在線監(jiān)工”。手工工具和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，使師生可以像設(shè)計一個大型互動游戲一樣設(shè)計類似打年糕、捶打紙雕塑一類的活動主題，將生活藝術(shù)化，進(jìn)而在更大程度上貼合勞動教育未來的發(fā)展趨勢。