前言

他(Alan Kay)意识到显然只有那些沉浸在电脑技术和文化之中的人,就像他自己, 才会有满脑子的想法 – 《时间机器:施乐帕克与计算机时代的黎明》

CodeLab 成员之前在每周五下午的讨论会里,多次被 公共计算空间 的概念吸引。

这是一种混合了 club(计算机俱乐部) 和 Dynamicland/Neverland 的想法。

想法的大致轮廓是在一个线下公共空间里,放置一些计算设备,参与者在这个环境里,用编程表达自己的想法,构建自己感兴趣的项目。大家的探索过程和成果都置于公共视野,想法和经验持续流动,彼此启发,就像 Scratch 线上社区。

我们曾以多种方式探索过这个想法:

这些探索都不够深入,并未形成 club。


内部的公共树莓派

近期 @ACE 和 @尚老师 重新提起这个话题。

我想不如从内部开始。既然我们鼓励学习者在公共计算空间中学习,我们自己也应该在那里协作。

最简单的公共计算空间仅使用一台树莓派即可构建(配置上屏幕、鼠标、键盘)。

我们希望在这样的环境里,学习可以更加自发地发生,知识处在有意义的情境(context)里。

活的学习环境

我们希望团队成员的经验能流动起来,彼此启发,每个人的知识和经验能成为其他人起步的基石,而不是各自平行探索。

知识和想法存在于公共计算空间里,而不是文档上。这是一个活的真实环境,不是死的文档(谁都不爱读)。

大家将自己感兴趣的项目放在计算环境里,为了他人能理解并使用,需要一开始就写清楚使用文档,这一般是交付项目都需要做的,由于现在处在公共视野里,别人可能随时感兴趣,所以需要提前写清楚,如此一来,团队内部能更充分被检验这些东西是否清晰。如果这些项目成熟,则鼓励大家分享到Github上,那儿也是一个“公共空间”。

以学习树莓派(Linux环境)来说, 光是掌握 Linux 日常使用,似乎就已经是令人生畏的,我该学习多少命令行指令合适呢? 我需要记住这些命令行参数吗?

有无穷无尽的知识需要学习,令人恐惧得无法前进。即使投入了大量时间,真正用到的时候又都记不得了。

更好的方式是看看团队里有经验的人如何使用它(通常是非常真实的用例),在这样的上下文(context)里学习。遇到困难,能得到同伴的及时帮助。

而“教学是最好的学习”,提供指导的同伴,也能更深入理解自己所掌握得东西,或者因此察觉到自己并为真正掌握。

以学习 Linux 为例

在一个公共树莓派里,对 Linux 感兴趣的人(我自己就是),可能会动手把这台设备折腾得适合自己的习惯,他可能会:

  • 安装配置zsh,使得命令行好用
  • 开启 SSH/VNC,支持远程控制
  • 安装 frp/ngrok, 用于内网穿透
  • 安装 tmux, 用于结对编程和后台任务
  • 安装 fabric,放置一些常用自动化脚本

以上的这些配置对于实施真实的项目通常都是极有用的, 如果PBL课程仅仅关注编程技巧,而不顾及这些情境,课程的末尾可能会发现难以实施真实的项目。

设想我构建了一个自动灌溉系统(智慧农业),农田离我家可能是很远的,如果系统出了故障,当我需要进入系统进行调试时,我需要能够远程连入树莓派,此时 ngrok 和 SSH/VNC 是非常有用的。ngrok 能够穿透网络,允许我能在世界上的任何位置与目标计算机通话(即使它没有公网IP,设想它使用手机卡联网)。SSH/VNC则允许我登陆到机器内部。仿佛我就在现场。 这个场景(你不在现场,但需要访问它),在大多数真实项目中都有用,无论你制作的是自动化工厂还是智能家居项目。

这些经验通过阅读 SSH/VNC/ngrok 文档,是极为无聊且难以掌握的,因为你不知道哪些参数有用,所以只好尽可能多学多记,但是很快你就都记不得了,最好的学习方式是看看熟悉它的同伴是怎么做的,去学习那些能够及时投入使用的技能,这是在复杂系统里存活下来的有用技巧。否则很容易从入门到放弃。

当有人向我请教前头系统环境里的这些东西时,我是洋洋得意的,就像小时候有人向我请教玩具箱里的东西。不信,你试试向有经验的 Linux 爱好者请教他的系统配置就知道了! 他们会跟你讲上一个下午,热情洋溢滔滔不绝,直到你妈妈喊你吃晚饭。

如果担心自己的代码和配置被弄乱,可以通过 git 来管理。这又提供了学习git的真实动机!你不需要学习所有git技巧,学习你在当前项目里用得着的。

在这样的环境里,学习有非常真实的情境和动机。这正式大多数围绕知识的学习所缺失的东西。

团队成员在这样的公共计算空间里,分享自己折腾的东西,知识以鲜活的方式呈现出来,当他们被请求提供帮助的时候,也是充满热情的,因为这些是他们的作品!

学习者在这样的环境里,很容易上手掌握如何使用 Linux,不知容易而且有趣,成员的经验很容易彼此共享,看看那些一起玩游戏的孩子就知道了。

学习 Python

树莓派(Raspberry Pi) 的 派(Pi) 最初含义是 Python。 我们接下来聊聊这样的公共计算环境如何有助于 Python 的学习。

拥有共同的上下文(context),意味着大家有同样的视野(看到一样的东西),无论这东西是知识还是错误。 这样我们就不需要分心在环境的差异上,入门时这种分心可能导致很大的注意力浪费。

以我刚构建的这台公共树莓派为例, 我在里头做了以下工作。

  • 安装 jupyterlab,用于结对编程,解释项目代码
  • 安装 supervisor,用于开机自启和进程管理
  • 安装 flask,用于搭建网站以及对外提供开放API
  • 安装 requests,用于从网络上获取信息
  • 安装 gpiozero,以优雅的方式控制树莓派引脚,对海量硬件编程!
  • 安装 paho-mqtt, 用于物联网项目
  • 安装 codelab-adapter-client,用于与 CodeLab Adapter 通信
  • 安装 schedule,用于定时任务
  • 安装 ntfy/apprise,用于发送通知
  • 安装 sentry, 用于错误发现

这些都是我自己特别喜欢的 Python 第三方库,每一个都极为强大和通用。

随便举一个例子,使用 flask 和 gpiozero ,你可以快速构建一个可以在网络上访问的智能农业装置(诸如使用gpiozero驱动一个水泵),如果你想让全球网络都能访问它,那么使用前边提到的的 ngrok 即可。如果你想使得这个装置更加稳定可靠,加上 sentry,你就能及时收到错误信息,诸如有黑客攻击你的设备!

我使用他们做了大量真实项目,我将我之前折腾的案例,放在树莓派里,大家通过浏览和修改这些项目,很容易获得构建一个Python项目的真实技能。

共享树莓派上的其他东西

我还在这个共享树莓派上放了许多其他东西,诸如为它配置了一个 microbit v2,新手可以从这儿入门,既可以在 Scratch 对它进行编程(microbit more), 也可以在 mu-editor 上使用它。

同时我还很愿意介绍桌面上内置 pygame zero 的游戏(源码都可阅读!):

此外,我在树莓派里使用 flask 运行了一个网站,介绍我们在树莓派里做的一些项目,鼓励大家通过修改这个网站,介绍自己的新项目。

当然团队成员,也可以在网站里构建自己的个人主页,如果你想这样做,你就需要理解 flask 的路由(router)功能,需要构建自己的 html 页面,如果你掌握 CSS,页面会整得更加好看,要是你连 JavaScript 都学会了,你甚至可以在出页面上构建出弹来弹去的小框框来惹恼你的访客。 这些都提供了与自身相关、有意义的学习情境。

如果有新手想加入自己的个人主页,一开始不知道在哪儿配置 flask router,我会让他与我结对编程,手把手引导他,我们远程连入jupyterlab,就可以结对编程, 一起来讨论每一行代码的用处。

使用 ngrok,这个网站可以被全球访问!

我们也鼓励团队里的黑客精神的小伙伴去攻击它!

试试 Hydra 来暴力破解密码?来一波DDoS洪水攻击?

此时,有些人可能开始构筑防御设施了:

我们构建一个蜜罐(honeypot)来捕捉黑客如何?屏蔽掉这些危险的IP,你去加固一下防火墙吧; 构建软件的那谁,这份安全清单发你, 此外,常见的入侵策略也了解一下,知己知彼百战不殆。

单是一个项目介绍网站,我们可以延伸出几乎无穷无尽的项目,而且其中的每一个都是真实有意义的。

看待 公共树莓派 的视角

一种视角是回顾计算机的早期历史,黑客们在共享计算机上工作,从彼此代码中学习(开放源代码的源头),并改进它, 《黑客: 计算机革命的英雄》对此有许多讨论。

另一种强有力的视角是把它看做土壤,想法的种子在里头孵化、生长。

多元的生物圈更加健壮。

附录

jupyterlab 协作环境

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# 在虚拟环境中安装最新 jupyterlab
jupyter lab --collaborative --ip="*" --ServerApp.token=raspberry

安装最新的 mu-editor

Running Development Mu#raspberry-pi

参考