一名 12 岁少年的探索：通过一次 Arduino 重塑教育

奎因·埃特尼尔 (Quin Etnyre) 走到加利福尼亚州帕萨迪纳市 Deezmaker 3D 打印机和黑客空间 (Deezmaker 3D Printers and Hackerspace) 一间挤满了人的教室前面。他调整了一下工作台上的笔记本电脑，然后抬起头对全班同学讲话。“感谢大家周六来这里，”他说，他的声音在伺服电机的稳定嗡嗡声中几乎听不见。学生们，包括 18 名中年男子和十几岁的男孩，看着奎因整理他的麻省理工学院 T 恤，用食指在 iPod 上滑动。他身后的屏幕上闪烁着“Arduino 入门课程”。

他向包括一名玩具制造商、一名工程师和一名高中电子老师在内的小组解释说，他将向他们展示如何对 Arduino 进行编程——这是一块售价 30 美元的微控制器板，可以将感官输入转换为输出，使物体具有交互性。“首先，我想展示一些我制作的很酷的东西，你们也可以制作，”他边说边把手伸进背包里。两个男人停止窃窃私语，转向他。奎因拿出 FuzzBot，这是一个眼睛凸出、四轮的机器人，比鞋盒略小。然后他举起一顶棒球帽，帽布上缝有 LED。

大多数人没有意识到，他们的导师，DIY 电子运动的一颗冉冉升起的新星，也是一名 12 岁的孩子。“这是油箱盖。其实，它是个放屁传感器，”他面无表情，语气神秘莫测。他描述了他如何编程让灯在传感器检测到甲烷时闪烁。房间里的几个男孩突然大笑起来。这些男人看起来很困惑，不知道该如何看待他们的导师。他们从他的名声中知道他是 DIY 电子运动的一颗冉冉升起的新星；大多数人直到今天来到这里才意识到他也是一名 12 岁的孩子。

奎因让学生们启动笔记本电脑并安装免费的 Arduino 软件。然后，他们每人打开一个盒子，里面装有传感器、面包板、电路板和其他零件。在接下来的四个小时里，奎因带领学生们完成了六个动手项目，最后完成了一个电子仪表，它可以测量电位计上的电压，并在 LED 条形图上显示数值。当他的仪表闪烁时，坐在前排的一个瘦削男孩高兴地叫了起来。

课程快要结束时，Deezmaker 的老板 Diego Porqueras 宣布 Quin 出售一些产品，包括定制的 ArduSensors，可以测量弯曲、力、光线、撞击、温度、磁性，当然还有甲烷。Quin 走向后面的一张桌子，他的父母 Ethan Etnyre 和 Karen Mikuni 一直静静地坐在那里。当男人和男孩们排队时，Quin 从老师变成了企业家。“如果您今天购买三件或三件以上的产品，您可以享受 20% 的折扣，”他说。

Arduino 价格低廉、开源且用户友好，由硬件（电路板）和软件（编程语言）组成。两者可以以几乎无限的方式组合，使最异想天开的项目（会发出推文的咖啡壶、自动猫门）成为可能。2005 年，一个由软件工程师和设计师组成的团队发布了 Arduino，作为研究生互动设计的教学工具，但它很快在 DIY 社区中流行起来。到 2011 年，全球已售出超过 25 万台 Arduino，制造商和分销商组成的家庭手工业也如雨后春笋般涌现。

也是在那一年，奎因·埃特尼尔厌倦了 LEGO Mindstorms 机器人套件的​​局限性，开始在湾区创客博览会上焊接电路板。他很快开始在网上订购零部件，并自学编程。“刚开始的时候，我以为编程就是 0 和 1，而且会非常难，”奎因说。“我学到，只用一行代码和几乎纯正的英语，我就能让 LED 闪烁，这太酷了。”

在他十一岁生日那天，他的父母——两人都是家庭医生，对儿子的新爱好感到困惑——带着他从加州中部飞往科罗拉多州博尔德，在那里，他参加了在线零售商 SparkFun Electronics 总部的 Arduino 课程。他是至少比其他人年轻十岁的最年轻学生，但不久之后，其他人开始向他寻求帮助。

在接下来的几个月里，奎因在课余时间花了好几个小时编写代码、焊接和集思广益，想出新项目，其中包括油箱盖，它在网上 DIY 社区 Instructables 上一炮走红。“我很惊讶他这个年纪的人能做出这样的产品，”Instructables 的技术编辑兰迪·萨拉凡 (Randy Sarafan) 说。“你必须先了解电子产品，然后才能将它们转化为织物环境。”

2012 年春天，奎因创办了一家名为 Qtechknow 的公司，以便让更多人了解他的 ArduSensors，并撰写了详细的使用教程。他还与 SparkFun 达成了协议；该零售商现在销售 Qtechknow ArduSensor 学习套件，其中包含多个电路板和八种类型的传感器。

最近，奎因说服父母让他把家里的车库改造成一个黑客空间，他和朋友们可以在那里一起做项目。现在车库里没有汽车，只有一张长长的工作台，上面摆满了护目镜、烙铁和一台 30 美元的烤箱，奎因用它来制造电路板。旁边是一摞塑料抽屉，里面放着电线、LED 灯和其他零件。奎因还利用这个空间每月举办研讨会，讨论如何破解 Wii Nunchuk 游戏控制器，使其与 Google Earth 飞行模拟器交互等主题。今年春天，他重返创客博览会——这次是作为特邀演讲嘉宾。

所有见过奎因的人都认为，无论是从技术上还是从个性上来说，他都是出类拔萃的。洛杉矶创客空间执行董事塔拉·泰格·布朗 (Tara Tiger Brown) 说：“奎因非常有上进心和干劲。”奎因在 Twitter 上的个人简介也总结了这一点：“我是一个 12 岁的创客，热爱 Arduino 和电子产品。我经营着自己的电子产品公司，销售 @ArduSensors，7 年后将去麻省理工学院学习。”

“奎因是整整一代孩子的领头羊，其中许多人甚至还没有被发掘出来。”但奎因代表了青少年发明家的浪潮，这些发明家得益于廉价硬件、免费软件以及全国各地的黑客空间的激增——其中一些，如多伦多的 Maker Kids 和加利福尼亚的 LA Makerspace，是专为年轻黑客设计的。“他是整整一代孩子的领头羊，其中许多人甚至还没有被发掘出来，”SparkFun 的教育推广协调员杰夫·布兰森 (Jeff Branson) 说。“我们看到越来越多像奎因这样的孩子聚在一起互相教学。”

另一位走在这一潮流前沿的年轻创客是超级棒的西尔维亚（Sylvia Todd，12 岁），她的 YouTube 节目的观看次数超过 150 万次。在最近的几期节目中，她教观众如何使用 LilyPad（一种专为纺织品设计的 Arduino 微控制器板）制作带有 LED 和心跳传感器吊坠的柔软电路。在四月份的白宫科学博览会上，她向奥巴马总统展示了她的 WaterColorBot，一个可以绘画的机器人。

SparkFun 和另一家 DIY 电子产品零售商 Adafruit Industries 都扩大了教育团队，为下一代 Quin 和 Sylvia 提供学习或玩耍的机会。Adafruit 创始人 Limor Fried 表示：“全世界的年轻人都希望学习更多、分享更多，成为下一代科学家和工程师。”为了鼓励他们，Adafruit 现在推出了“技能徽章”——这是对传统男童子军和女童子军功绩徽章的致敬——奖励焊接、编程和成功运用欧姆定律等领域的熟练程度。

受 Adafruit 徽章的启发，一个名为 Hacker Scouts 的非盈利组织于 2012 年在加利福尼亚州奥克兰成立。它倡导建立一个行会网络（而不是部队），旨在教授和指导 8 至 15 岁的儿童。新的“黑客小兵”掌握基本技能，如缝纫、木工和 Linux 操作系统的简单使用，然后以团队的形式开展更复杂的项目。这些行会已扩展到美国的 11 个城市。另一个全国性组织 Maker Corps 已开始培训 18 至 22 岁的年轻人，让他们成为在线和实体创客空间中儿童和青少年的导师。

FIRST 是由发明家迪安·卡门 (Dean Kamen) 创办的组织，该组织也迅速壮大。该组织利用机器人项目激发从幼儿园到高中的学生对工程学的兴趣。据参与设计年度挑战赛的机器人工程师凯文·奥康纳 (Kevin O'Connor) 称，今年有来自世界各地的 2,546 支队伍参加了该组织的旗舰活动 FIRST 机器人大赛，参赛队伍数量比 10 年前增加了 300%。

2011 年发表在《科学教育》杂志上的一项研究表明，对科学、技术、工程和数学 (STEM) 感兴趣的高中毕业生完成这些学科大学学位的可能性是其他学生的三倍。印第安纳大学科学教育助理教授、主要作者亚当·马尔蒂斯 (Adam Maltese) 表示，让学生达到这一临界点的关键似乎是让他们尽早接触激发他们兴趣的 STEM 体验，然后为他们提供维持兴趣的方法——这是奎因已经规划好的公式。

在 Deezmaker 上完 Arduino 课的第二天，Quin 钻进了家里的汽车后座。当他的父亲开车驶上 101 号高速公路，前往位于加利福尼亚州圣路易斯奥比斯波附近的家时，Quin 从背包里掏出一个魔方。他用 16 秒就解开了魔方。然后他打开父母的 iPad，开始打字。他解释说，他一直在重新思考 K-12 教育，而且他已经想出了一个更好的系统。他称之为新 Qtechknow 学校。

“学校生活很枯燥，但可以变得更有趣、互动性更强，”他说，“可以更多地动手实践，提供更多的指导。”根据他的计划，三所学校（K-3、4-8 和 9-12 年级）将并排坐落在一个校园内，这样高年级学生每天至少可以指导低年级学生一次。奎因已经帮助其他学生学习数学好几年了。“教其他孩子很有趣，小孩子会尊敬大孩子，”他若有所思地说，“这帮助我小时候学习，因为这很有趣。”此外，他指出，高年级学生将获得教学经验，这将有助于他们决定是否在大学攻读教育学位。不出所料，新 Qtechknow 学校的教师将重点关注科学和工程学。

与此同时，奎因正在确保他目前的学校系统能够提供更多的实践教育。今年 3 月，他和父亲拜访了所在学区的商业服务助理主管雷尼·戴利 (Raynee Daley)，并建议教师在课堂上使用电子套件。戴利对 Arduino 一无所知，但奎因向她展示了他的 FuzzBot 和其他项目，给她留下了深刻的印象。“我知道这个孩子非常聪明，”她说。“我相信实践学习至关重要。”

戴利向校长提出上诉，校长同意让奎因向更广泛的群体进行演讲；十几位校长和老师参加了他的午餐电子课。戴利说：“我环顾四周，看到除了机器人专家之外的每个人都张大了嘴巴，惊讶不已。”今年秋天，学区将邀请 SparkFun 教育团队来培训一些教师。到 2014 年 8 月，当奎因以新生身份入学时，阿罗约格兰德高中希望开设 DIY 电子课程。戴利说：“奎因让我们所有人都对教育的未来有了不同的看法。”

开车回家的几个小时后，奎因还在 iPad 上打字，调整改革美国教育系统的计划。但突然间，他的梦想变得更加直接和直观。他打开浏览器，搜索最近的 In-N-Out 汉堡店。然后他发出了和世界各地孩子一样的请求：“妈妈，我能要两份炸薯条吗？”

本文原载于《大众科学》杂志2013年9月号。