创客空间项目实操解决方案.docx
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创客空间项目实操解决方案
创客空间实操解决方案
二零一七年十月
一、创客空间方案说明
1
1
1.1
创客教育，一般而言目前我们理解的是在校培养学生的创客能力，创客教育，教育是方式和手段，让学生具备创的知识，意识和能力是目的，如果一个地方纯属创客，那就只需要提供一个空间，一个造物的空间，让学生自由去造物，没有教和育的环节，纯属教育的话，，那就是老师教，学生学，学什么呢？
学的是造的基本技能，创和教育的融合我们成为创客教育，那么创客教育真正的含义是什么？
一个创客的养成有四个阶段，这四个阶段就是教、学、想、造，针对这四个阶段，创客教室的设计就必然是硬件设施和软性课程的结合，北京大学多元文化教育研究中心对创客教室的规划如下：
1.1创客教室区域规划
我们要打造最适合中国青少年科学乐园。
和以往创客教室不同的是模块化更清晰，锻炼孩子团队协作性更强，安全性更高，整个教室涵盖课程面积更广泛，分别设置了几个区域分别为展示区，RP区，授课区，模块调试区，作品存放区，材料存放区，创意共享区。
1、展示区
展示区主要是展示孩子们做好的一些创意突出或者参赛获奖具有典型意义的产品，用于对外展示，这个区域对于青少年和家长来说是一种成就感，谁做的产品更好，创意更新颖，谁就可以最终把产品放到展示区内当做优秀作品展示，成就感是孩子学习与创作的源泉，所以我们要在教会他们知识的时候，也要激励他们自主学习。
同时其他孩子也会有一种良性攀比意识，在大家都想要把作品放进展示区的时候，就会形成一种学习氛围。
2、RP区
RP区主要存放3D打印，激光切割等设备。
由于这些设备具有一定的危险性，所面对的人群年龄较小，并且具有一定不可控因素。
所以该区域不对外开放。
我们会设立单独的钢化玻璃隔间，把设备放在离钢化玻璃最近的位置，由专业老师操作给孩子们观看学习。
这个区域的主要是把学生们有创意的想法或者实现创意需要的零件生产出来，让他们感觉只有想不到，没有做不到。
3、授课区
创客教育包含了教和学的环节，这个区域主要用去老师给学生传授基础的理论知识，为学生们的创新做基础性铺垫，一般的创客教室所用的课桌是简单的电脑桌，而我们用的是专门为创客教室所设计的实验桌。
一张桌子可以容纳三个到四个学生使用，这样能更好地锻炼孩子的团队协作能力。
并且团队意识更强，分工更明确，桌面上铺的是防静电胶垫，和两台电脑。
桌面上方还有一个材料的存放支架。
我们不是按照简单的课桌，电脑桌来设计的。
而是按照每个课桌都可以成为独立的小型实验室来设计的。
4、模块调试区
我们会根据当下孩子们所做的产品在同一区域更换不同的模块，例如足球机器人，我们的场地会是一个足球场。
巡线机器人，我们的场地会有黑色线条等等。
同时在模块区旁边会设立单独的桌椅供孩子们调试自己的设备，这个区域主要帮助孩子们在实现自己创想时对自己的产品进行测试，通过测试得到的反馈去更新和迭代产品，最后实现产品和设想的完整统一。
5、创意共享区
这个区域其实只是一面留言墙，或者是一台触控显示器。
我们想让孩子们能够把想法创意写到上面，每个孩子的想法都是天马行空的，并且我们不想做他们唯一的老师，我们更希望锻炼的是他们的学习能力，以及沟通和信息获取能力。
6、作品存放，材料存放区
这两个区域主要是用来把孩子们所在的班级产品进行分类，由值班老师对所存放的材料进行分类管理，在材料不充足的时候及时补货，只有经老师允许，学生方可进入该区域。
1.2产品与教学
创客教育我们认为是有四个部分组成，分别是教、学、想、做，教和学代表的是知识和内容的学习，目的是为想和造打基础，要造一个作品，学生必须学会的技能有三类：
功能实现类（机械、运动、电子，电路、程序、人工智能），模型制作（材料和结构设计）以及加工工具（工具和附件），这三项技能是学生通往创客之路上必须先掌握的基本技能。
因此我们的教学内容也是由这三类引申设计的，具体体系如下：
1.2
1.3
1.3模型制作类软件学习
1.TinkerCAD
在线网页版3D建模平台是一个专注于几分钟内就可以完成3D设计作品的在线工具，而基于浏览器的3D建模工具消除了用户使用3D建模的技术门槛。
无论是否是专业设计人员，用户都可以很方便地制作原型设计，并获得专业级的渲染效果。
Tinkercad专注于帮助用户使用3D打印机制作“有趣、有意义”的东西，而3D打印正是当前的一个热门话题，目前已经被Autodesk收购，把Tinkercad加入到该公司的123D系列应用和服务中。
与Tinkercad类似，这一系列服务和应用旨在消除技术门槛，帮助非专业技术人员使用CAD工具。
Autodesk还计划在123D系列产品中整合Tinkercad的功能，简化该服务的使用。
Autodesk宣布了所有的收费功能都将免费开放，可以无限制地存储设计模型，不仅可以通过简单地拖拽几何形状进行组合，甚至可以使用“超级脚本”进行更高水平的3D建模。
Autodesk团队还计划继续研发该3D建模应用平台，加入更强大的导入、导出功能。
2.Designspark
这是一套简易化机械与电子建模软件。
RSComponents与SpaceClaim合作推出DesignSparkMechanical软件，该软件整合SpaceClaim直接建模技术的功能和易于使用的特性，并提供大量的RS标准零件库，受到全球数百万计工程师的信任。
一款新型3D实体建模和装配工具，完全免费供所有人使用。
DesignSparkPCB由Electrocomponents集团公司的贸易品牌RSComponents设计开发，该系统构建于集成设计环境之上，免费为用户提供从捕获原理图到印刷电路板（PCB）的设计和布局所需的全部工具，是一款具有专业水准的正版设计工具。
2012年10月RSComponents发行了DesignSparkPCB第四版和全新的DesignSpark网站,功能更强大,操作更简便，倾心服务于电子行业需求。
1.4功能实现类课程学习
该课程旨在让学生用学和做的方式去掌握一些基础的机械，运动，电子，电路，编程和人工智能方面的知识，通过动手搭建具有生活实用价值的创意作品，同时培养出学生CDIO产品创作思想与团队合作精神，课程包括节能环保、家居安防、娱乐游戏、运动健康四大主题，每个主题包括多个课程内容：
1.基础机械、运动、电子类课程
橡筋动力飞机：
1：
认识弹性势能2：
能量之间的相互转化
手掷滑翔机：
伯努利原理
机械手：
认识简单机械
交通信号灯：
1：
认识拨动开关2：
并联电路
七彩台灯：
简单电路
潜望镜：
光的反射
望远镜：
认识凸透镜和凹透镜及它们的特点
温度计：
1：
认识温度及温度的测量工具温度计2：
了解热胀冷缩
创意风扇：
1：
掌握电能的定义2：
电能与风能的转化
密码锁：
认识联动结构
太阳能车：
1：
认识新型清洁能源——太阳能2：
认识太阳能电池板
明轮I级：
阿基米德原理
创意时钟：
1：
认识钟表2：
掌握钟表的组成和分类
齿轮传动：
了解齿轮及齿轮传动的特点
自动化图书馆：
榫卯结构
起重机：
1：
了解滑轮的定义2：
掌握定滑轮与动滑轮的特点
液压升降台：
1：
液体的压强2：
四边形的不稳定性
自制电动机：
电与磁
行走机器人：
1：
认识曲柄连杆2：
认识凸轮
手摇发电机：
齿轮的应用
明轮II级：
牛顿第三定律
风力轮船：
1：
认识风能2：
风能与动能的相互转化
独轮车：
重心
凉亭：
三角形的稳定性
缤纷木屋：
木头的比刚度
改造城市：
设计节能和环保的城市
DIY吸尘器：
1：
认识大气压力2：
初步了解玻意儿定律
风动载重车：
作用力与反作用力
直线竞速车：
认识螺旋桨
三速皮带传动车：
1：
认识摩擦力2：
了解皮带传动
逆向思维的时钟：
通过本次实验，了解计时器的发展历史、感知地球和生命的起源、感知科技的发展、学会逆向思维思考问题，熟悉石英晶体传感器的基本工作原理，纳秒时间的精确控制技术与应用，动手制作倒走时钟。
声控“蜡烛”：
通过本次实验，欣赏蜡烛的艺术，了解声音传感器的工作原理，以及照明的最新科技LED灯，动手制作创意声控“蜡烛”。
红外控制留言机：
通过这个实验，了解红外感应传感器的原理及应用，了解录音芯片的原理和应用，以及语音储存的技术和应用，并利用各种传感器制作多控开关的留言机。
多控语音播报温度计：
通过这个实验，了解温度传感器的种类和发明、语音转换器、信号处理器的原理和功能。
物联网电子标签RFID钥匙：
通过这个实验，了解电子标签RFID的原理和应用，包括交通卡、门禁卡、身份证卡、产品防伪标签等。
计步器：
通过这个实验，了解加速度传感器或运动传感器以及语音播报的工作原理及应用。
手摇换台的收音机：
通过这个实验，了解角度传感器，FM收音机的工作原理及应用。
超声波智能测距系统：
通过这个实验，了解超声波传感器、语音模块的工作原理及应用。
节能电风扇：
通过本次实验，菲涅尔透镜的发明及基本工作原理，了解并使用人体感应传感器自动控制风扇的运行。
人流量计数器：
通过本次实验，了解红外传感器在计数器上的应用，以及数码管和蜂鸣器的原理。
2.高级机械、电子、电路、编程和人工智能类课程
小黑机器人套装：
小黑系列机器人课程包机器人属于通用型自由组合型机器人套件，结合了关节型机器人的灵活性和轮试机器人的高机动性，学生可以通过基础套件，在机器人的机械系统上自由组合成人形机器人、四足机器人、小狗机器人、星球车等、同时搭配可编程的控制核心既可以在机械上自由定制，又可以在运动控制效果上自行设计。
智能动车套件：
了解声音传感器，红外传感器、电动机等智能系统，该款小车集声控功能、红外蔽障功能、录音功能、遥控播放录音、无线遥控功能、车灯控制功能于一体的多功能动感小车。
可用PAD控制其行驶方向，还可以以PAD为平台设计小车行驶路线，只要在屏幕上设计好希望小车行驶的方向和路线，小车就会沿着您设计的路线行进，同时遇到障碍还会自动躲避。
美好家居：
学生可以将Android平板通过Wifi（局域网）连接到智能家居系统中，监测室内空气中烟雾浓度、温度、湿度。
如果有小偷进入则会触发报警，同时平板也会有警报提醒。
如果家中有浓烟则会报警同平板也会有报警提醒。
同时也可以通过平板对智能家居系统的功能进行设置。
物联网实验室专用教学控制平台：
物联网实验室自主研发设计，不仅有普通平板电脑的各项功能，还可作为物联网专用无线遥控设备。
利用平台控制智能家居,通过实验室的平台应用程序连接智慧家居设备的WIFI模块，通过WIFI通信实时显示传感器数据（如温度，湿度，开关状态等等）以及控制设备（如控制灯泡的开关）
智慧感知农业：
用手机远距离或异地智能监控农作物的生长，如灌溉施肥等，根据土壤湿度温度、太阳光照度，提高农作物产量，节省水资源，降低劳动力成本。
只要轻轻拿起手机发一条包含代码的指令到指定号码上，就可以获知当前环境的温度、湿度、光照度，以便决定是否需要发送指令打开灌溉和施肥系统，这是物联网在现代农业中的实际应用，通过物物相连，节省了劳动资源和时间资源，还获得了高效成果。
（客户准备移动SIM卡）
疯狂毕加索大赛版：
部件：
控制模块、红外探测模块、带mcu的端口扩展模块、432转接模块、语音录放模块、喇叭、杜邦线、LED灯、灯帽、热敏电阻、电池盒、马达、轮子、4线导线、3线导线、固定螺丝、螺母、螺丝刀、语音录放模块、喇叭、3线导线
功能：
自由搭建各种模块，组装成一个完整作品。
可以通过红外模块驱动马达转动，测试外部温度和录放语音。
1.5潜能开发
模式识别：
模式识别技术是人工智能的基础技术，21世纪是智能化、信息化、计算化、网络化的世纪，在这个以数字计算为特征的世纪里，作为人工智能技术基础学科的模式识别技术，必将获得巨大的发展空间。
路径规划：
教会孩子在具有障碍物的环境中，按照一定的评价标准，寻找一条从起始状态到目标状态的无碰撞路径。
本算法中路径规划采用了基于知识的遗传算法，它包含了自然选择和进化的思想，具有很强鲁棒性。
机器视觉：
机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。
我们通过机器视觉系统将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，得到被摄目标的形态信息，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。
语音控制：
语音识别技术，也被称为自动语音识别，其目标是将人类的语音中的词汇内容转换为计算机可读的输入，例如按键、二进制编码或者字符序列。
与说话人识别及说话人确认不同，后者尝试识别或确认发出语音的说话人而非其中所包含的词汇内容。
手势控制：
采用的基本原理也是双目原理，但对摄像机采集数据进行了处理，只留下感兴趣的信息。
前景处理，通过预先得到的背景进行对比，取出和背景差别不超过一定阈值的像素作为前景。
预处理，预处理的核心是对手掌进行分割，得到手掌部分和手指部分。
1.6预期成果
通过举办各级各类科技创新竞赛，竞赛设置个人奖、团体奖、组织奖、专项奖等奖项，激发学生积极性、创造力，增强团队协作能力，达到学生素质的公平考核。
可组织学校对接参加如下竞赛活动：
中国科协青少年活动中心
◇青少年机器人综合技能比赛
◇青少年机器人足球比赛
◇青少年机器人创意比赛
◇青少年vex机器人工程挑战赛
◇青少年FLL机器人挑战赛
中国电子学会
◇青少年电子信息等级考试
◇青少年电子信息创新大赛
未来工程师大赛：
2015年，以“物联网创意设计”加入到未来工程师大赛项目当中，未来工程师大赛是面向广大师生开展的、运用物联网技术、培养创新思维、提升实践动手能力，培养孩子综合素质的一项全国性的活动。
在科技部、教育部的指导下，由全国科技活动周组委会、中国教育科学研究院、中国科技技术交流中心主办。
对学生：
创新动手能力、团队协作能力、演讲能力有了大幅度的提升，学习状态明显改善；
对老师：
对获奖学生的辅导老师，可获评优秀辅导员；可以加入北大研发团队
对参赛学校：
既可以提高学校科技项目评分，又可以借承办大赛当日众多媒体的新闻报道和宣传，来扩大学校影响力。
定期举办专利发明月活动，普及专利知识及其意义，通过动手实践让学生了解和体验什么是创新发明，教会学生专利发明的具体思维过程和步骤，激励学生做个勇于创新的小发明家。
学校学生可提供创意设计草图和文字说明，专业律师团队可协助学校学生申请国家专利。
通过此活动，把快乐求知、勇于探索创新的精神贯彻到生活中，学生集思广益，发挥团队合作精神、取长补短，挑战自我、超越极限，做一个成就未来的小发明家。
2个教室组成一个完善的创客空间，授课区和调试区占面积相对会较大，而且授课区主要以教学为主，调试区主要是满足学生在做出成品后对产品功能的完善性和稳定性做调试用，两者是分开的，一个150平米的教室有可能满足不了两者同时在一个教室，创意区和展示区一般和授课区在一个教室，因为三者之间联系很强，老师的解说和展示区的产品会激发学生的创意，创意的可实现性能有效升级展示区的产品，RP区和材料区一般和调试区放在一起，学生需要什么材料提前准备好，这样既有规律同时也能有效制约学生在材料上面的浪费，具体详细方案需要针对教室的结构考察完后才能出来。
其他免费增值服务：
比赛名称
主办方
备注
全国青少年科技创新大赛
中国科协
免费帮助联络报名参赛
“明天小小科学家”奖励活动
中国科协
免费帮助联络报名参赛
“未来杯”全国中学生创意设计竞赛
中国科协
免费帮助联络报名参赛
全国中学生微创新大赛
中国科协
免费帮助联络报名参赛
中国教育机器人大赛
中国科协
免费帮助联络报名参赛
青少年机器人综合技能比赛
中国科协
免费帮助联络报名参赛
青少年机器人足球比赛
中国科协
免费帮助联络报名参赛
青少年机器人创意比赛
中国科协
免费帮助联络报名参赛
青少年VEX机器人工程挑战赛
中国科协
免费帮助联络报名参赛
青少年FLL机器人挑战赛
中国科协
免费帮助联络报名参赛
青少年电子信息创新大赛
电子技术协会
免费帮助联络报名参赛
项目
内容
备注
“北京大学多元文化教育中心科创实践基地”
授牌
有效期5年
北京大学多元文化教育中心申请课题
联合申报
有效期5年
北京大学多元文化教育中心新闻展示
北大官网媒体宣传
有效期5年
清华大学自动化系智能实验室
1次/季度（每次限额20学员）
有效期1年
北京航空航天大学机器所实验室
1次/季度（每次限额20学员）
有效期1年
清华大学/北京大学/中科院/北京航空航天大学/北京理工大学专家派驻讲座
1次/季度
有效期1年
专家指导学员专利申请并保证通过
5名学员/年
有效期1年
二、创客空间教室建设详细清单
2
3
3.1基本工具
序号
货物名称
技术要求及参数
数量
单价
合计
1
3D打印机（配套课程）
1.显示面板：
3.5”液晶屏，全中文操作界面；
2.语言：
多种语言，含中文；
3.连接方式：
USB2.0/WIFI/LAN/U盘；
4.智能识别和监控耗材使用情况
5.最大成型尺寸：
27*21*16cm（7.8WX7.8HX7.8DINCH）
6.打印模式：
最佳0.1mm（100微米）、标准0.2mm（200微米）、快速0.3mm（300微米）、极速0.4mm（400微米）
7.打印喷嘴：
单打印头、喷头直径0.4mm
8.打印速度：
150-200mm/秒
9.打印材质：
ABS/PLA，可双材料选择使用。
10.文件格式：
STL,XYZ格式（.3w）
11.自动校准平台。
12.外型尺寸:
30*33*42cm。
13.★含开课指导、教师培训
14.★提供现场演示
3
5500
16500
2
高级焊台（配套课程）
主机:
1台●手柄部件:
1条（自带圆尖头）●铝合金烙铁架:
1个●电源线:
1条●清洁海绵:
1个●说明书:
1本
15
350
5250
3
基础焊接工具包（配套课程）
焊接工具9件套烙铁头焊锡丝测电笔镊子等
15
165
2475
4
实验室工具包（配套课程）
实验测试仪器设备，电工工具组合套装，绝缘胶1个，尖嘴钳，老虎钳，拨线钳，吹棒，内六角扳手，十字螺丝刀，活动扳手，一字螺丝刀，羊角锤，透明卷尺，备用刀片，螺丝批四款，美工刀，数显电笔，焊锡丝，小手电，万用表，电烙铁，万用表接线
10
1100
11000
5
护目镜
防紫外线高透光护目镜
30
55
1650
6
耐高温防静电桌垫
导电材料和优质橡胶合制而成，双层复合结构，表层为静电耗散层，静电耗散时间小于0.01秒，磨耗率小于每平方厘米0.02g，表层电阻为10的7-9次方欧姆；底层为导电层，底层电阻为10的3-5次方欧姆。
台垫厚度为2mm，宽度有0.6m/0.8m/0.9m/1.0m/1.2m五种可选，长度都固定为10m，常用颜色为环保绿色。
30
198
5940
合计
42815
3.2课程套件
序号
货物名称
技术要求及参数
数量
单价
合计
1
Arduino开源初级套装（配套课程）
Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。
板子上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。
对Arduino的编程是利用Arduino编程语言（基于Wiring）和Arduino开发环境（基于Processing）来实现的。
基于Arduino的项目，可以只包含Arduino，也可以包含Arduino和其他一些在PC上运行的软件，他们之间进行通信（比如Flash,Processing,MaxMSP）来实现。
★提供现场演示
30
528
15840
2
机器人动力机械套装（配套课程，已有学校可不配置）
包含常用的机器人塑料拼插件各种型号的轮子、齿条、链条、各种型号的齿轮、差速齿轮、梁、板、条、片、连杆、连接件等。
10
2178
21780
3
机器人核心套装（配套课程，已有学校可不配置）
技术组件包括1个控制核心（处理器：
ARM处理器，32位，CPU主频72MHz），1个陀螺仪传感器，1个触动传感器（ID自动识别），1个超声波传感器，1个颜色传感器，1个中型马达，2个大型马达，1个锂电池（容量：
2050毫安）等。
可以组装出陀螺仪男孩、颜色分类器、机械手臂、小狗等模型。
可以参加教委、科协机器人比赛。
10
3520
35200
4
机器人配套套装
Arduino可用的常用传感器模块（主要为开关量，如按钮、光电、声音、温度、磁敏、红外、火焰、循迹十几种等至少）。
结构：
主要为各种塑料结构件，可以搭建小车、各种造型等。
输出及驱动：
全彩LED模块、8*8点阵模块、四位数码管显示模块，直流电机驱动板、直流减速电机、轮胎、万向轮，电源扩展板、I/O开展版等。
10
1840
18400
5
足球机器人套装（参加教育局科协足球比赛用）
（1）四轮蝶形分布的机器人运动机构，实现了机器人的多自由度全向移动，将小型组足球机器人最大速度提升到2.5m/s，最大加速度提高到7m/s2；
（2）新版传射机构设计，使击球速度达到10m/s，挑球高度可达92cm，最远距离377cm；
（3）在畸变校正和图像分割的基础上，进行图像识别和信息融合，提高了视觉系统定位精度，机器人定位精度达1cm，角度误差小于3度，对环境适应能力强，无需专用光源；
2
10880
21760
6
吴俊杰老师课程配套组件
吴俊杰老师课程配套。
30
165
4950
合计
118010
3.3其他器材
序号
货物名称
技术要求及参数
数量
单价
合计
1
蓝牙声控灯带
1、电压110到260V交流
2、功率最大支持700W
3、尺寸10×5.5×3cm（控制器）
4、控制方式蓝牙声控红外等
5、灯带多色灯带
1
645
645
2
人形机器人
1、规格尺寸：
身高22cm，体重350g。
2、续航时间：
30-40分钟。
3、配置参数：
电机类型：
金属角位移伺服电机电机性能：
1.4KG×CM
关节数量：
10轴联动充电时间：
30分钟
★提供现场演示
3
2200
6600
3
机械臂
1、规格尺寸：
身高15cm，体重220g。
2、续航时间：
30-40分钟。
3、配置参数：
电机类型：
金属角位移伺服电机电机性能：
1.4KG×CM
关节数量：
4轴联动充电时间：
30分钟
★提供现场演示
1
1350
1350
4
装修设计
按学校实际要求和空间需要，按需定制装修、桌椅和其他创客器材。
基本清单请见“装饰设计清单”
合计
8590
3.4装饰设计清单
创客教室装饰安装清单部分
序号
装饰项目
面积（㎡）/
数量
单价（元）
总价（元）
1
地面自流平水泥，环保塑胶地板
60
220
13200
2
顶部轻钢龙骨加石膏板吊顶，腻子、白色乳胶漆各三遍，
60
240
14400
3
黑板背景墙橱（材质为生态板、欧松板清漆饰面）
15
320
4800
4
教室中心两组实验操作台（材质为钢方管
升级会员 