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文|晨晨不爱吃豆腐c

(资料图片)

编辑|晨晨不爱吃豆腐c

前言：

自从1958年科学家发明了第一个集成电路以来，微芯片经历了巨大的发展，现在一颗芯片上可以包含数十亿个晶体管。

这些进步推动了信息技术行业的发展，使得高性能计算机和高速通信成为可能。数据可以以闪电般的速度通过光纤网络进行传输，并存储在大型数据中心或云端。

尽管这些巨大的技术进步对于那些处于资源充足环境的大学生来说是可获得的，但在资源匮乏环境下的大学往往缺乏基本的信息和通信技术基础设施，包括计算机、软件和互联网接入。

这种通信技术资源的缺乏严重限制了在这些资源匮乏环境中向学生传授高质量工程教育的能力。许多缺乏通信技术资源的大学位于发展中国家，尤其是撒哈拉以南非洲、拉丁美洲和加勒比海地区以及亚洲的一些地区。

这进一步加剧了资源匮乏环境下社区与资源丰富环境下社区之间的数字鸿沟。这导致资源匮乏社区的学生在创新和现代经济发展方面机会有限。

此外在资源匮乏环境中，可靠的电力供应也是提供高质量教育的另一个障碍。而传统原型设备的成本和能源需求阻碍了它们在资源匮乏环境中融入工程课程的可能性。

最后资源匮乏环境中的教授缺乏使用现代技术的培训和教育。这导致在资源匮乏环境中进行工程教学的教学方法在很大程度上是理论性的和过时的。学生们很少有机会进行动手的原型制作经验，以便他们能够创新地解决当地的社会问题。

在低成本、开源硬件和软件领域的最新技术进步为低收入和中等收入国家的大学教授提供了新的可能性，使他们能够为学生提供动手、经验式学习机会，开发工程解决现实世界问题的能力。

微控制器和微型计算机硬件平台提供了多个传感器、显示器和传感器的输入和输出接口，具有大容量存储和强大的处理能力。

当与一系列开源软件工具结合使用时，低成本的开发能力得以实现。此外太阳能电池板和太阳能电力系统的成本在过去十年中大幅下降，已经可以与许多地区的电网发电相竞争。

这使得之前缺乏能源的地区可以提供可靠的电力。过去十年中出现的第四种技术是低成本3D打印机的出现。

这一发展也为低成本原型制作提供了一套工具。最后廉价的手机已经随处可见。至少几乎全球每个人都可以使用智能手机，而智能手机几乎占据了全球人口的50%。全球普遍普及的手机可用性为全球各地提供了相对低成本的连接性。

这五项技术进步为在资源匮乏环境中进行普遍的基于项目的工程学习开辟了许多新机会。为了充分利用工业5.0愿景所提供的机会，需要培养更广泛、更多样化的工程师群体，以增强应对联合国可持续发展目标或美国国家工程院的重大挑战所描述的更广泛挑战所需的创造力。

通信技术、能源和3D打印技术

微控制器的开发理念是为非工程师提供一个易于使用的平台，用于原型设计电子电路。基本的Arduino Uno单板微控制器可插入计算机的USB端口，并具有自己的集成开发环境，相对容易进行编程。

Arduino微控制器的功能。除了基本设备外，还可以添加扩展Arduino微控制器功能的扩展板，例如Wifi扩展板，可实现与无线通信网络的连接。

另一个非常受欢迎的开源硬件设备是树莓派微型计算机。这款低成本设备是一台完全集成的计算机。树莓派内置了Google Chrome浏览器，并支持使用Python进行编程。

基本设备还附带许多应用软件包，包括Wolfram的Mathematica、MIT的Scratch和维基百科。还可以下载许多其他软件包到这个微型计算机平台上。

提升低资源环境下的教育质量

农村社区的教育质量通常非常有限，原因包括缺乏受过培训的教师、学校缺乏资金以及教室中缺乏技术设备。

2009年专家为那些没有互联网接入的社区整理了一套创作共用资源进行离线分发。该组织将内容与开源网络浏览器Google Chrome相结合，并创建了远程地区社区教育和学习热点。

他们在Raspberry Pi Model 3上建立了这个平台，并将其命名为Rachel Pi。存储在设备内存或微型SD卡上的教育内容可通过无线路由器由计算机、平板电脑或智能手机访问。该设备上的内容在当地的情境中由当地开发人员进一步开发。

其中作者和他的学生于2019年5月和2019年11月在Landivar大学向计算机科学专业的学生和教授们进行了两次有关Raspberry Pi的研讨会，每次研讨会为期两天。

第一次研讨会介绍了Raspberry Pi的基本知识，第二次研讨会则是更高级的关于配置Raspberry Pi以建立网络并共享服务器资源的工作坊。

Landivar大学的团队与CRS的一名软件工程师合作，成功获得了IEEE人道主义活动委员会的资金支持，以在瓜地马拉Totonicapan的Santa Maria Chiquimula社区的一所偏远学校建立了一间计算机实验室。

这个系统于2020年初由计算机科学专业的学生们进行配置和部署，但由于COVID-19的情况，自那时起学校一直关闭，学生和教师们无法使用这个实验室。

在危机资源环境中的圣玛丽亚奇基姆拉学校，瓜地马拉的学生们正在使用Rachel Pi服务器上的内容。

这个例子展示了一群有动力的大学生如何在资源匮乏的环境中解决当地面临的社会挑战，改善偏远贫困农村社区的儿童教育质量。

尼加拉瓜布卢菲尔兹印度和加勒比大学的Arduino研讨会，在资源匮乏的环境中也可以教授使用Arduino微控制器的工程知识。

由于Arduino微控制器可以与各种传感器和转换器相连接，因此可以进行各种设备的实验。例如可以将Arduino微控制器与温度传感器和LCD显示器相连接，并编程显示环境的室温。

另一个简单的应用是使用光传感器作为输入，将环境光照水平显示在LCD显示器上。更复杂的应用，例如跟随线路的机器人，可以通过将单元与移动机器人平台相连接，并使用光传感器来跟随地板上的白线而实现。

另一个略微复杂的应用是让学生展示创造力的可穿戴彩色LED阵列，根据声音音量编程点亮LED。

Arduino微控制器还有一个类似Scratch的图形化编程界面，可以用于初中生和小学生等初学基本编程技能的孩子们进行简单的实验。

布卢菲尔兹位于尼加拉瓜的加勒比海岸，尼加拉瓜的大部分人口居住在该国西南部太平洋地区，靠近首都马那瓜市。

这个国家的这部分地区经济发展水平最高，而加勒比海岸则相对欠发达。布卢菲尔兹的人口由许多主要是渔民的不同土著人群组成。这个地区存在许多社会问题，联合国儿童基金会一直在该国这个地区工作，试图为解决这些社会问题提供创新的解决方案，特别是关注儿童和青少年。

布卢菲尔兹印度和加勒比大学的使命是教育来自加勒比海岸地区的少数民族学生。

尽管该大学设有计算机科学项目和计算机实验室，但设备相对不足。与该地区太平洋一侧的大学相比，这所大学的教育质量和资源受到严重限制。

作者与学生们在2017年5月与联合国儿童基金会合作，在加勒比大学为学生和教授们举办了为期两天的研讨会。研讨会的第一天集中讨论了Arduino微控制器，而第二天则专注于使用Android Studio开发Android手机应用程序。

Arduino微控制器开发套件被捐赠给了大学，学生们在研讨会结束后能够开发应用程序。虽然没有进行正式的评估，但学生们提供的非正式反馈是，他们对构建电子电路的实践经验感到非常兴奋。

加勒比大学的学生们对设计和构建电子设备如此兴奋，以至于他们在2017年晚些时候成立了一个机器人俱乐部。

这个机器人俱乐部的学生们在2018年的全国机器人比赛中作为弱势队伍参赛并获胜。作为全国比赛的获胜者，他们被邀请参加国际比赛。

它的许多学生属于有风险的青年。目睹这些服务不足的学生能够接受并应用电子技术赢得国家比赛，清楚地表明在资源匮乏的环境中，使用低成本硬件和有效的指导可以大大提高教育质量。

农村社区的医疗保健质量通常非常有限。拥有有限医学知识和培训的社区卫生工作者通常是他们社区成员的基层卫生保健管理人员。农村医疗诊所的设施也可能有限。

在畅销书《世界是平的》中，作者观察到拥有电脑和互联网接入的年轻人可以从世界任何地方为经济发展做出贡献。

在该书首次出版的15年后，这个说法变得更加真实。工业4.0带给我们大规模互联的设备，积累了大量数据，需要人工智能和机器学习来解读。

工业5.0将人类重新引入工作中与机器合作，这是工业革命的下一阶段动力。低成本的信息通信技术、能源技术和制造技术的普及为包括那些来自资源匮乏环境的年轻人提供了机会，他们可以接受工程产品开发教育，从而为地方经济发展做出贡献。

参考文献：

关键词：