自從「虛谷號」的消息發布以來，常常有熟悉的創客老師找我問有關「虛谷號」的細節。他們很好奇，我們為什麼會設計一款新的開源硬體。是受到「中興事件」的刺激而想要有一款中國芯的開源硬體，還是在各種融資的好消息刺激下，也要做款產品賺點錢？當然，他們更多是關心這一開源硬體具有怎樣的特點，是否更加適用於中小學，幫助他們能夠更好地開展創客教育。

故事：虛谷號的緣起

如果認真追溯下去，設計虛谷號的理由也許很複雜，也許真的關乎愛國，關乎情懷。參與「虛谷計劃」的每一個成員，背後都有一個關乎教育關乎技術教育的故事。但要歸納一個最核心的理由卻是簡簡單單的一句話：我們找不到想要的開源硬體。

想設計一款新的開源硬體，最初的動機產生於2016年。那一年，我接受浙江教育出版社的邀請，成為普通高中信息技術教材編寫組的一員，參與必修2《信息技術與社會》模塊的編寫，還擔任選擇性必修《開源硬體項目設計》模塊的主編。在2016年，除了Arduino和樹莓派，我真的不知道寫開源硬體教材還有別的選擇。但很明確的是，二者都不是理想的選擇。

眾所周知，即將出版的所有的高中信息技術新教材都放棄了VB，轉而選擇Python。在這種背景下，教材選擇哪些開源硬體變得更加困難。為什麼？我來分析一下：

如果選擇Arduino。Arduino的編程語言是C/C++，那麼這套教材就很奇怪：其他的模塊都用Python語言，到了《開源硬體項目設計》模塊，就轉到C/C++語言。且不提學生們沒有C的基礎能不能正常學習，一套教材總要考慮整體統一，在全部是Python的教學內容中硬生生插入C，是不是有一種強烈的違和感？Arduino沒有基於Python的IDE，鑒於高中生的學習能力，又不能使用Mixly或者ArduBlock之類的圖形化編程環境。我們可以大致推算一下，當新教材全面實施的時候，目前在小學初中接觸過開源硬體的學生剛好升到了高中。那就很尷尬了，學生們應該會嘀咕：小學mixly、初中mixly，到了高中還是Mixly，這編教材的在耍我嗎？

如果選擇樹莓派。作為一款Linux電腦，樹莓派當然支持Python。但是，樹莓派算不算一款開源硬體，圈子裡還一直爭論不休（要知道，樹莓派連晶元都是定製、特供的。）最重要的是，用樹莓派沒法上課！您說，如果用樹莓派來上課，機房裡要準備幾個屏幕？幾套鍵盤？直接部署一個樹莓派機房嗎？老師怎麼管理？有Linux下的機房管理軟體嗎？這些問題我們不得不考慮。我們曾經嘗試上過一個學年的樹莓派教學，的確很不方便。因此，無論是國內還是國外，在大班教學中用樹莓派幾乎不可見。還有，樹莓派的技術門檻也太高，大家可以調查一下，一個地級市能直接在Linux環境下上信息技術課的老師有幾個？

思考：我們需要怎樣的開源硬體

2016年底，我拿到了第一塊micro:bit。一測試我就喜歡上了：軟體友好，操作簡單，只要感興趣，誰都能為這塊板子寫一段簡單代碼體驗硬體控制。雖然，micro:bit官方推薦使用圖形化編程，但很快就有了MicroPython的移植版本，在編程和語法規範上與Python3一致，這樣一來，總算找到了一款簡單易用的支持Python的開源硬體。2017這一年，我都在努力推廣micro:bit。說服DF、盛思等企業開發micro:bit的周邊產品，做培訓，寫教材，拍微課，並因此成為micro:bit基金會的中國推廣大使。但我也清楚地認識到，micro:bit並不是一塊理想的適合高中生學習編程的開源硬體，理由如下。

其一，板子性能太差。說是支持MicroPython，其實是閹割的MicroPython。只要寫幾句和字元處理相關的功能，板子就會死機。其二，板子不支持無線網路（Wi-Fi）。沒有網路功能的開源硬體，和不能上網的電腦一樣，功能大打折扣廢了一半。為了讓micro:bit能聯網，我找了好多借口說服DF做了一塊IOT模塊。對，就是那款大家用來做物聯網的OBLOQ模塊。雖然能上網了，但因為字元處理能力太弱，寫不了稍微複雜一點的代碼。其三，板子的擴展板不好做。我不知道micro:bit的開發團隊是怎麼考慮的，micro:bit自身看起來清清爽爽，顏值不錯，但是一旦接上任何板子，馬上就變LOW了。要麼太大，要麼破壞原來的設計，擴展功能極其有限，非常雞肋……

不斷尋找，不斷失望。我們想要怎樣的開源硬體？說起來要求也不高，就是入門要簡單，擴展要方便，就如Python語言一樣，適合非專業的人使用，也能寫出非常複雜的如機器學習方面的代碼。Arduino再好，它畢竟不是為教育而設計。micro:bit再好，只能在入門時玩玩。樹莓派再好，也只能適合那些玩Linux的高手。所以，當來自教育管理部門的教研員或者高校的研究者問我：小學用micro:bit，初中用Arduino，高中用樹莓派，可以嗎？

不可以！micro:bit、Arduino和樹莓派，這三者無法形成一個循序漸進的學習體系。micro:bit和Arduino，幾乎是完全不同的體系，Arduino和樹莓派，也不是一個知識體系。當你試圖考慮中小學的開源硬體學習路徑的時候，現有的產品就存在很大的問題。這種尷尬，在我參與編寫教育部綜合實踐活動指導綱要的時候，變得更加強烈。

決心重新自己設計一塊教學用開源硬體想法，則是在2017年11月的臺北makerFaire上。感謝鴻海科技的工程師張志銘，他的一句話提醒我了：你們做老師的不提出需求，我們工程師怎麼知道要做什麼教育產品？是啊，從2010年買第一塊Arduino開始，我已經玩了八年的開源硬體。感謝各個創客企業朋友的信任，每出一塊新的開源硬體或者模塊，都會快遞一份讓我「嘗鮮」，對常見和不常見的開源硬體都有所瞭解。我們身邊的朋友，如梁森山、葉琛、李大維等，很早就開始接觸開源硬體，是資深的玩家。Dfrobot和Seeed Studio在開源硬體銷售方面全球排名前五，他們生產的開源硬體和周邊模塊銷往世界各地。厚積薄發，是時候提出自己的想法了。

經歷：我們的行動

創意當實現！在臺北，我連夜打了幾個「越洋」電話給梁森山、餘翀、葉琛等，得到他們的明確支持。當天晚上，我做了一個PPT，給這一塊板子取名「虛谷」，其寓意是：虛懷若谷，兼容並蓄，繼往開來。這款新的開源硬體要繼承Arduino、樹莓派、micro:bit等開源硬體的優點，而不是另起爐竈重新造一個「輪子」，用一句話去描述開發目標：技術門檻如micro:bit一樣低，支持Python和網路，支持虛擬磁碟燒錄，性能和成本優於樹莓派，能夠兼容大部分Arduino項目。

一個月後，在北京一個以「人工智慧教育」為主題的研討會上，我介紹了「虛谷」這一開源硬體的想法，引起了深圳希科普公司CEO劉軍的興趣。過了年，他很快就組了一個團隊開始研發。隨後，李大維、吳俊傑、管雪渢、周茂華、樊磊、程晨等信息技術教育專家或者教育創客先後加入。很快的，「虛谷」升級為「虛谷計劃」，名稱確定為「虛谷號」。

2018年5月4日——第一塊虛谷號（測試版）正式亮相！

答疑：關於虛谷號的幾個關鍵問題

1.虛谷號是什麼？

虛谷號是一個面向人工智慧教學和Python編程學習的中國原創開源硬體平臺，板內集成高性能處理器和通用單片機，內置多功能擴展介面和多種通信介面，可以看成是樹莓派3與Arduino UNO的合體。通過示教版和開發版實現教與學高效組合，為人工智慧和Python編程教學提供完整課程資源包。能夠流暢運行Python、Arduino、Processing、Scratch、Blockly等開源軟體。虛谷號自帶藍牙和Wi-Fi功能，虛谷號核心板的引腳資源兼容Arduino，現有的Arduino的各類擴展版都可以直接使用。

2.虛谷號怎麼用？

虛谷號的使用分為電腦模式和U盤模式。電腦模式指虛谷號連接顯示器和鍵盤滑鼠，可以當作一臺微型電腦，用來編寫Arduino、Python、Processing等應用，也可以執行很多人工智慧的高級應用，做機器學習。

電腦模式

U盤模式，指虛谷號通過USB線連接電腦後，會虛擬出一個U盤（磁碟）出來，編寫好的Python、Arduino等代碼，直接拷貝進U盤，虛谷號將自動執行。

U盤模式

通過虛擬磁碟，用戶還可以管理虛谷號的各種庫，還可以控制Wi-Fi連接等。如果在代碼運行中想查看具體運行情況，可以隨時用HDMI介面，或者無線投屏，將屏幕顯示出來。

U盤模式和電腦模式的結合

3. 虛谷號的定位（適用於哪個階段的學生學習？）

虛谷號的定位是中學，即初中和高中，是創客教育的中、高級學習器材。無論學生的入門課程選擇的器材是Arduino還是micro:bit，虛谷號都可以在其基礎上繼續學習。藉助於各種擴展板，幾乎所有基於Arduino和樹莓派開發的項目，都可以移植到虛谷號上。

當然，直接拿虛谷號作為學生的入門學習工具，也未嘗不可以。在micro:bit開發之前，也有很多老師直接藉助於樹莓派來學習Python的。但是我們更傾向於將虛谷號看作入門之後的進階學習器材。

4. 誰來運營虛谷號？

虛谷號是一款開源硬體，硬體設計部分採用CERN協議，軟體採用GPL協議，文檔則採用CC協議授權，正在申請OSHWA（開源硬體協會，Open Source HardWare Association）的認證。

虛谷號參考了樹莓派和micro:bit的運營方式，品牌歸屬於「虛谷號」項目理事會。由理事會授權給相關企業進行開發，或者進行產品認證。目前，理事會已經授權深圳希科普來生產、研發第一版的虛谷號，授權DFrobot正在設計並生產虛谷號的第一塊擴展板。「虛谷號」項目理事會正在籌劃成立一個基金會。

結語：開源硬體的中國氣派

開源無國界。隨著網路的發展和數字加工技術的平民化，技術創新的門檻不斷下降，人人都應該有參與的機會，也有具備參與的條件。當今的中國，擁有世界上最完善的電子加工產業鏈，同時也擁有最大數量的開源硬體用戶，潛在用戶更是數十倍於此。尤為難得的是，開源硬體已經成為我國高中信息技術中的選擇性必修模塊，成為學生的學習內容之一，我們完全有必要去設計一款為教育量身定做的開源硬體，來完善這一學習體系。

編程是孩子們應對未來挑戰的基本能力之一。編程教學一定要有趣、好玩、能與物理實體相關聯，這樣才能吸引學生主動參與。開源硬體的興起，為我國的信息技術教育和綜合實踐活動帶來新的抓手。我們在感謝以Arduino、micro:bit、樹莓派等為代表的開源硬體的同時，也要為它們的進一步完善貢獻力量。「虛谷號」作為中國一線老師發起的開源硬體，一定是更懂學生，更懂老師，更懂教育，更懂中國。

作者簡介：

謝作如，溫州中學創客教育工作室負責人，浙江省特級教師，中國電子學會現代教育技術分會副主任委員，教育部綜合實踐活動課程指導綱要研製項目組專家，中國開源硬體「虛谷計劃」聯合發起人。

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