創客教育材料漫談

陳染

在人類文明誕生之初，我們就離不開山林帶來的恩惠。木質材料是人類創造力發展的見證者，它見證了最早宗教崇拜，見證了手工業者的艱辛，見證了工業革命的飛速發展，見證了最早創客的誕生。隨著材料技術的發展，木質材料在現代生活中所占的比例越來越低，但科技為這種古老的材料帶來了新的發展，它仍然是我們生活中不可或缺的一種重要材料。

不是所有的木頭都可以稱為木質材料。原木從山林采伐，經過切割、加工，才能成為創客教育中使用的木質材料。根據加工的不同，我們可以將木質材料分為木材和人造板。很多植物都可以成為木材的原料，如松木、杉木、樺木、櫸木、榆木等。不同木材有著不同的材料屬性，如松木、杉木的材質較軟，稱為軟木；櫸木、榆木的材質較硬，稱為硬木。即使在同一塊木材中，紋路不同也意味著不同的受力強度。人造板也有很多種類型，如膠合板、刨花板、纖維板、復合板等，每一種類型同樣細分為不同的規格，學生需要對材料物理屬性有深入認識，才能夠在創客制作中得心應手。

木質材料運用于教學中是一項自古而今的傳統。在古代中國，木匠是一種世代傳承的職業，孩子需要學會父輩的工藝，才能在社會中艱辛謀生。今天的創客教育的目標不是培養木匠，而是學生的動手創新能力，同樣的木質材料煥發出不一樣的內涵。

古代的木匠智慧為創客教育提供了豐富的題材，值得我們深入發掘，以榫卯結構為主題的創客課程就是一個很好的例子。榫卯結構是傳統木工的一個創舉，它由突出的構件榫和凹入的構件卯連接固定而成，被廣泛應用于中國古代建筑、家具上，特別是明式家具對榫卯結構的極致應用，更是成為中國傳統文化的輝煌。將榫卯結構作為創客教育的主題，既能融合工程、技術、科學和數學，更能讓學生在動手制作的過程中體會對中國傳統文化的認同感。

怎樣在創客課程中讓學生更好地認識榫卯結構呢？江蘇省姜堰中學的翟蓉蓉老師用魯班鎖制作培養學生加工木質材料的能力，鍛煉學生的觀察能力和想象力。

魯班鎖又稱孔明鎖，是中國古代的一種益智玩具，更是一種集合了多種榫卯結構的木質玩具。它的類型眾多，而最典型的一種是由6根木條組成，稱為六根魯班鎖。它易拆難裝，學生需要仔細觀察，認真思考，分析它的內部結構，才能夠拼裝出來。在課程中，學生從1根毛坯木條開始，將木條切削成所需長度，清理棱邊的毛刺。然后，用筆在每一根木條上精確地畫出切割的線條，這關系到制作的成敗。接著，學生需要用木工工具對木料進行鋸割、鑿槽、挫削、打磨和修平，做到每根坯件都達到尺寸精確、表面光滑。最后，將6根木條拼裝起來，做成一個合格的魯班鎖。

另一種在創客教育中廣為應用的木質材料是木質板材。與紙板、塑料板相比，木質板材的結構更加堅固，可以承受較大的作用力。但木質材料的加工為學生提出了更高的技術要求，簡單的木材加工用傳統的鋸子即可完成，而對于復雜一些的制作，學生需要將圖紙上的設計轉印到木板上，并用曲線鋸切割，用銑床挖槽打孔，這些操作都有一定的專業性和危險性，需要進行專門的培訓。幸好，激光切割機降低了木板加工的技術門檻，學生只需在電腦上進行圖紙繪制，剩下的工作就可以交給激光切割機完成了，這讓更多的學生有機會學會木質材料的制作。

“雷宇激光”制作的創客作品大黃蜂（題圖，來源：雷宇激光）就是一個很好體現木板和激光切割機的作品。它使用的材料是3mm厚的膠合板，這是一種多層的夾板，它用高強度的膠將不同的木材黏合起來，有著很強的抗破裂、抗收縮、抗扭曲和高強度屬性，能夠很好地被用于激光切割之中。創客們在電腦上設計了大黃蜂模型，并將其分解為若干拼插部件，并在膠合板上進行切割，創客們只需要把這些部件拼插起來，一只大黃蜂就做好了。

在這個創客案例中我們看到了激光切割機和木質材料的完美結合。為了表現大黃蜂膜一般透明精致的翅膀，作者做了很多精細的鏤空，這種工藝是傳統木工工作難以達到的，而對于激光切割機來說則完全不是問題。同時，膠合板的抗破裂、抗收縮的性質，也讓我們在把玩的時候不用擔心翅膀會輕易斷裂。此外，設計時創客還需要考慮后期拼按時的接口的空隙寬度，空隙太寬零件容易松動掉落，太窄會導致難以拼接，甚至會對作品造成損傷。這些都需要創客對木質材料有比較深刻的認識，才能在制作中得心應手，游刃有余。

木材和板材的加工都有一定的制作難度，有沒有一種木質材料能夠很好地用于創客入門呢？這個理想的材料就是冰棍棒。冰棍棒主要由樺木制成，質地偏軟，表面細膩平滑，用美工刀就可以輕易地將冰棍棒切削成想要的形狀。就像搭建積木一樣，它有很大的加工自由度，用膠槍將冰棍棒粘在一起，就可以形成新的結構。它價格低廉、安全無毒，是學生進行制作的理想木質材料。但樺木制成的冰棍棒縱向容易受力斷茬，在過于干燥的環境下也容易縱向開裂，這是創客教師需要讓學生注意的地方。

市售的冰棍棒規格眾多，除了有不同的長度、寬度之外，還有彩色冰棍棒、帶鋸齒的冰棍棒、帶孔的冰棍棒等，方便學生在制作作品時靈活選用。

美國康涅狄格科學中心編寫的STEM課程“橋世界”是一個使用冰棍棒進行教學的很好的例子。在完整的一學期的課程中，學生成為一名橋梁工程師，通過背景經驗活動獲得建橋所需的物理學知識，如張力和壓力、桁架的形狀、合適的鋼纜等。最終，學生用冰棍棒制作一個橋梁的模型，檢驗各項約束條件的滿足程度，撰寫工程建議書，并進行成果匯報。

“橋世界”課程很好地利用了冰棍棒的性質，學生利用在背景經驗活動中學習到的橋梁工程知識，合理分配冰棍棒的受力，脆弱的冰棍棒也能搭建起能夠承載很大重量的橋。

不但學校的創客課堂熱衷使用冰棍棒，冰棒棍也受到許多家庭創客的歡迎。簡單的切削、黏合，再加上一點創意，冰棍棒總能產生意想不到的藝術效果。例如，在鏡子周圍按一定規律粘貼冰棍棒，就可以制作一面富有藝術感的鏡框；將冰棍棒重疊排列，并按一定的角度粘貼好，就能做出一個簡潔的裝飾框，這些都是生活中很實用的制作。

在市場我們還可以買到很多類似于冰棍棒的材料，幫助學生進行創客學習，例如木條、木棍等，它們都是較為方便加工的創客材料，這里我們就不詳細介紹了。

除了專門購買材料，創客們也很愿意用廢舊物品制作創意產品。在許多工廠的倉庫中，我們常常能找到廢舊的棧板等材料。其粗糙表面似乎記錄了飽受風霜的歷史，創客們發現了廢舊木板質樸的美感，并將它們做成精美的藝術品，賦予其新生命。

Pricklysauce的創客利用廢舊木板制作可掛在墻上的圣誕樹禮物。作者用圓鋸將18mm厚的廢舊木板切割成約100mm寬的木條，用模板在木條上噴涂出顏色不同的圖案，讓木板看上去更有朋克范兒。接下來，將木條拼接成圣誕樹的大致輪廓，覆蓋上蒙版，用曲線鋸將木板切割成所需形狀，并用木工膠水粘貼晾干。剩余的木條切割并拼接在圣誕樹的周圍，制成木制圣誕樹的外框。最后，用電鉆在圣誕樹表面鉆孔，安裝上LED燈，一個特別的圣誕禮物就做好了。

木質材料為我們的想象力插上了翅膀，它的種類豐富，加工工具多，適用年齡范圍廣，還有更多的潛能值得我們深入發掘，創造出不一樣的作品。