大多数人认为他们与计算机系统的交互是通过键盘、鼠标或触摸屏进行的。然而，人类进化出与环境和彼此之间更复杂的方式进行交互。在纽约州立大学（SUNY）奥尔巴尼分校的物理计算课程中，正在研究和测试弥合数字世界的计算系统与自然世界之间的差距。
作为这门课程的教授，我们目前正在利用各种开源软件和硬件项目，通过实践经验和开源工具的实施来学习基本的核心概念。在软件方面，我们使用开源 IDE (Arduino Sketch) 并使用 OpenSCAD 开发 3D 打印机设计。在本课程的开源硬件部分，我们使用 Arduinos 和 PrintrBot Simple。
物理计算结合了硬件和软件的使用，以感知和控制与用户和环境的交互。它可以检测并响应动作，例如，检测道路交互中车辆的位置并调整交通灯的控制。物理计算的领域非常广泛，包括机器人技术、微控制器、3D 打印和可穿戴计算等领域。
以我的经验，学生们喜欢将创造性思维与实践相结合的机会。当学生们能够在物理世界中实现某些事情时，会有一种惊奇和成就感。在第一天的课堂上，他们的首批活动之一是简单地编写代码和电路，使 LED 闪烁。我永远不会厌倦看到他们成功时的最初喜悦。主要目标是保持那种惊奇和兴奋感。随着课程的进行，我们举办“机器人奥林匹克竞赛”，学生们在不同的类别中竞争他们定制的机器人。之后，我们深入研究 3D 打印，他们在其中创建定制设计。
每次我们进入一个新的领域，我都会看到那种火花，那种兴奋感进入学生的脸上。我希望对材料的热情和真正的兴趣能够蓬勃发展。我希望他们在宿舍里进行实验。如果我成功了，对学生来说这不应该感觉像传统的学校作业。在这个过程中，特别是对于他们的最终项目，我强调创新和创造性思维。他们通过他们提出的设计创造了什么价值？我希望学生们进行创造性思考，而不是遵循设定的程序或顺序作业。
我经常使用 Arduino 开发板进行教学，因为它们是极好的学习工具。它们不仅非常适合介绍嵌入式编程和电子学等主题，而且还是快速原型设计和创新的绝佳平台。学生们完成了一些真正创新的最终项目。我的几个学生使用 Nintendo WiiMote 与电脑玩石头、剪刀、布。如果你玩得足够多，电脑会学习你的早期动作并预测你接下来要选择什么。学生们已经通过智能手机控制了机器人汽车，另一组学生将传感器信息自动推送到 Twitter。学期初的课程侧重于推进核心基本概念，并分配时间让小组进行实践。学期后半部分则侧重于综合性的创造性项目。
本学期，我们将 3D 打印作为课程核心主题引入。这为学生提供了构建物理对象的机会，以及结合传感器、机械部件和处理器使对象栩栩如生。从教育的角度来看，Printerbot Simple 确实是理想的选择。我们订购了作为未组装套件的打印机，并让学生进行组装。这个过程不仅为学生提供了学习 3D 打印机工作原理的机会，还让他们对长期使用和维护打印机产生了主人翁意识。3D 打印机具有与 2D 打印机类似的问题——它们会卡纸，它们有机械和维护问题。然而，Printerbot Simple 的设计方式旨在吸引学生。而且，他们还学习了解决和排除问题所需的技能。
课堂中的开源
大多数学生都有一些开源经验。奥尔巴尼大学的信息学系一直在扩展开源工具的使用。特别是，许多学生已经使用过 GitHub，这在早期课程中得到了利用。该系还开设了一门专门关注开源的专题课程。对学生来说最新鲜的是开源硬件的概念。大多数人倾向于认为开源纯粹是在软件开发领域。这对学生来说是一个新的和令人兴奋的概念。
成熟的开源硬件和软件使我们的物理计算课程能够避免许可和采购问题，从而以新的方式发展和演变。它还通过不局限于单一平台或工具提供了灵活性。从长远来看，随着技术的变化，开源方面允许自由更改，而不会被锁定在供应商许可协议中。
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