談樹莓派在學生創(chuàng)新教育中的應用

汪琴　李明

摘要：樹莓派在國內(nèi)外的發(fā)展為學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供了可借鑒的新方向。為了了解樹莓派在學生創(chuàng)新教育中的應用，本文從什么是樹莓派以及樹莓派的特性出發(fā)，給出了樹莓派在學生創(chuàng)新教育中的具體應用分析，并著重闡述了一種應用方法，最后介紹了樹莓派應用的優(yōu)勢，以期讓樹莓派可以為學生的創(chuàng)新教育提供更多的幫助。

關(guān)鍵詞：樹莓派；創(chuàng)新；創(chuàng)業(yè)；Python

中圖分類號：G40-057 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2017）05-0073-03

樹莓派介紹

樹莓派是由英國劍橋大學開發(fā)的一款搭載ARM架構(gòu)處理器的微型電腦主機，在國外成立有樹莓派教育基金會，旨在推進成人和兒童的教育，特別是在計算機、計算機科學和相關(guān)學科的領(lǐng)域。它可以搭載Linux、Windows操作系統(tǒng)，配備有Python、C、Java、Scratch等語言開發(fā)環(huán)境，不僅具有USB接口、快速以太網(wǎng)接口、SD卡擴展接口及HDMI高清視頻輸出接口這類常規(guī)接口，還具有DSI接口、CSI接口、一個26Pin的插座，該插座集合了GPIO、I2C、SPI接口，通過該插座可以連接光線、溫度、濕度、灰塵等各類傳感器。[1][2]

樹莓派有與外界交流的能力，通過以太網(wǎng)接口或無線路由就可以與Internet連接，通過其他接口可以與多種設備連接，現(xiàn)已被廣泛應用于數(shù)字化制造項目。樹莓派的功能多樣，其中包括音樂器、探測器氣象站、紅外照相機、瀏覽互聯(lián)網(wǎng)、播放高清晰度視頻、制作電子表格，即使是文字處理和游戲制作也是能夠通過樹莓派制作的。它是一個允許失敗的自由環(huán)境，學生可以不斷失敗，不斷嘗試卻不會產(chǎn)生較高費用。如果一個文件系統(tǒng)被損壞，用戶總是可以再次開始用一個新的SD卡。

樹莓派在創(chuàng)新教育中的應用

在創(chuàng)新教育中應用樹莓派，應在實踐中激勵創(chuàng)新意識，即激勵推崇創(chuàng)新、求新求變、積極探索的精神，能夠有效激發(fā)創(chuàng)新欲望；在應用中注重培養(yǎng)創(chuàng)新思維，鼓勵打破思維定勢，采用批判的視角，提出與眾不同的設想或有新意的解決方案。通過樹莓派多重項目能夠提升學生的創(chuàng)新技能，加強其綜合運用多學科知識的能力，提高發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，也增強了團隊合作的能力，最終為運用創(chuàng)新思維奠定了基礎。

筆者基于體驗學習圈為樹莓派在學生創(chuàng)新教育中的應用提供了一種可參考的方法，如下圖所示。

1.學生利用樹莓派進行初級階段學習

在此階段，學生的主要任務是了解基礎知識，了解樹莓派的基礎構(gòu)成。至于相關(guān)程序設計的學習，如果是那些不具備程序設計基礎的學生，可以利用樹莓派進行程序設計基礎學習，學習Scratch或者Python語言。Scratch采用的圖形化編輯界面對于學生來說非常好理解，學生也不需要對程序設計規(guī)則深入了解，利用Scratch即可實現(xiàn)一些簡單的操作。Python語言通俗易懂，學生較容易接受。通過一段時間的學習和動手操作，學生即可利用Python或Scratch語言在樹莓派上進行實踐操作。那些有程序設計基礎的學生，一方面可以利用已有知識對樹莓派進行再學習創(chuàng)造，另一方面可以接觸更多的程序設計語言，使自己能夠更得心應手地利用樹莓派。而對于那些負責非程序設計方面的學生，教師可以針對其專業(yè)，針對樹莓派不同項目需求進行知識點的講解、鞏固及訓練。

在基礎學習階段，教師主要針對全體學生進行講解，利用樹莓派，通過小實驗或小作品實現(xiàn)內(nèi)容的陳述，以便讓學生在實踐中充分了解各部件的性能和功用。

2.學生利用樹莓派進行模仿

樹莓派擁有大量的作品案例，學生可以根據(jù)興趣愛好進行學習。學生組成團隊，討論完成項目的方法，確認團隊的分工細節(jié)、活動時間等。因為是團隊合作，每位成員的要求都不一樣，故而教師要循序漸進地對學生開展多層次的教學活動。首先，每個人都必須充分了解樹莓派的相關(guān)特性，了解這些知識可以更好地掌握樹莓派，熟知樹莓派的各種特性，這對之后的學習創(chuàng)新創(chuàng)造有著十分重要的作用。其次，項目內(nèi)容包含各個學科的具體實際問題，因此教師在進行樹莓派創(chuàng)新教育的時候不妨采用跨院校跨專業(yè)的學生組成合作小組或者團隊的方式開展。隨后教師可以針對團隊中成員的工作范圍或工作內(nèi)容提供學習指導、幫助，而組員則需要按照各自的學習進度表進行學習操作。最后，就可以根據(jù)不同的樹莓派項目活動進行團隊合作了。為使學生在有限的時間內(nèi)達到教學目標，教師必須為學生提供學習規(guī)劃大綱，讓學生根據(jù)這一大綱制作出合理的學習計劃表，并定期開展學習交流會，以創(chuàng)造提供思想碰撞，形成頭腦風暴的機會。

在此基礎上，教師應引導學生掌握樹莓派項目設計的思路和方法，鼓勵學生從效率、創(chuàng)新功能等方面優(yōu)化代碼，培養(yǎng)學生的動手能力和解決問題的能力，從而為之后進行設計和開發(fā)具有原創(chuàng)性的項目產(chǎn)品打下堅實基礎。[3]

3.學生利用樹莓派進行創(chuàng)造升級

模仿是為了更多地了解樹莓派的性質(zhì)、作用，以及它的功能，并最終能在模仿的基礎上進行創(chuàng)造。創(chuàng)造不是一蹴而就的，而是厚積薄發(fā)。首先在原有思路上從交互性、智能性等方面完善項目，然后鼓勵學生創(chuàng)建具有社會意義、實用意義、文化內(nèi)涵和豐富個性的作品，最終開發(fā)設計出有價值的項目。采用這種遞進式的實驗方式能夠激勵學生的創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，提高學生的實際操作能力，同時也可以為學生的創(chuàng)新教育提供思路和奠定基礎。

運用樹莓派進行創(chuàng)新教育的優(yōu)勢

樹莓派在培養(yǎng)學生創(chuàng)新教育能力方面所蘊藏的巨大潛能還遠遠沒有發(fā)揮，故在未來我們應積極探索樹莓派在學生創(chuàng)新教育方面的有效方法和模式，提升學生的創(chuàng)造性思維能力及問題解決能力。[4]因此，教師應以本地學校教育為基礎，將不同專業(yè)、不同年級的學生通過樹莓派團結(jié)起來，將樹莓派有效地與眾創(chuàng)空間緊密聯(lián)系起來，尋求學科、技術(shù)的有效整合。筆者認為，國內(nèi)開展樹莓派在創(chuàng)新教育方面的應用具有以下優(yōu)勢。

1.樹莓派作品案例豐富多樣

國外關(guān)于樹莓派的研究范圍較廣，有集中于樹莓派教育的，有集中于工程設計和技術(shù)研發(fā)方面的……在樹莓派官方網(wǎng)站、樹莓派官方雜志以及各個樹莓派研究論壇上也都有豐富的樹莓派應用案例。國內(nèi)樹莓派的研究主要集中于工程設計和技術(shù)研發(fā)方面，如基于樹莓派設計并實現(xiàn)的電梯彩屏顯示系統(tǒng)，基于樹莓派對網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)、冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)和實時監(jiān)控系統(tǒng)等進行的系統(tǒng)開發(fā)及應用研究。[5][6][7]多種多樣的樹莓派案例為學生的學習及創(chuàng)造提供了有利的基礎條件。

2.有利于學生形成團隊合作意識及能力

樹莓派項目是多知識融合貫穿的基于跨院系跨專業(yè)交叉的項目，在整個項目完成的過程中都需要不同學科、不同專業(yè)的學生相互合作。項目內(nèi)容包含各個學科的具體實際問題。學生在完成各個項目的過程中需要不斷地組合、容納其他學科的思維方式和技術(shù)手段。因此，教師在進行樹莓派創(chuàng)新教育時可采用跨院校跨專業(yè)的學生組成合作小組或者團隊的方式開展。這樣，學生在組合重組中就鍛煉了團隊意識、團隊協(xié)作能力及團隊精神等。

3.提供良好實踐操作環(huán)境

樹莓派具有多樣的接口，可以連接各類傳感器、攝像頭、機械臂等多種設置。另外，樹莓派還支持多種語言的開發(fā)。學生在有一定程序語言的基礎上進行學習，學習障礙會減少很多。在沒有語言基礎的情況下，也可以利用樹莓派一邊進行程序?qū)W習，一邊進行樹莓派活動項目制作。學生可以利用這些有利條件進行模仿、創(chuàng)造。

4.有助于提高學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識和能力

2015年5月，國務院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于深化高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》指出，“不斷提高學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力成為高校培養(yǎng)學生的重要指標”。樹莓派項目實施過程中的跨學科知識連接、階段式的項目發(fā)展、不斷的項目實踐操作過程都為學生的創(chuàng)新提供了有力條件。

總結(jié)

基于樹莓派的學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的應用可以為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力以及創(chuàng)業(yè)能力提供強有力的幫助。它在給學生提供學習多學科知識機會的同時，也為學生提供了良好的動手操作環(huán)境，有助于學生的團隊形成并最終提升學生團隊合作的多方面能力。將樹莓派和外部設備，如Arduino、Weather station等結(jié)合起來進行項目實踐能夠能提高學生的學習興趣和創(chuàng)新能力。但是目前國內(nèi)樹莓派在教學方面的研究較少，如何采用合理的教學方法、教學模式都需要進行不斷的嘗試與研究，因此需要開展的工作還有很多。[8]樹莓派的應用，不僅可以在高等院校中進行，還可以在中小學中實施并做出成果。相信在大家的不斷探索努力下，樹莓派在教學創(chuàng)新方面的應用能夠得到更好的發(fā)展。

參考文獻：

[1]（美）Matt Richardson， Shawn Wallace.愛上Raspberry Pi[M].李凡希，譯.北京：科學出版社，2013.

[2][5]葉飛，李莉，江濤，等.樹莓派（Raspberry Pi）在冷鏈監(jiān)控系統(tǒng)中應用的探討[J].中國管理信息化，2014（18）：43-44.

[3]田琳琳，劉斌，于紅，等.面向應用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的程序設計語言實驗教學[J].計算機教育，2016（03）：12-15.

[4][8]姚鵬閣，顏磊，楊陽，等.樹莓派教育應用：兒童編程能力培養(yǎng)的新途徑[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2015（10）：113-118.

[6]馮志輝.使用樹莓派實現(xiàn)網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015（05）：85.

[7]王節(jié)旺，王瑞寶.基于樹莓派的雷電預警系統(tǒng)設計方案[J].電子設計工程，2016（01）：169-171+174.

作者簡介：李明，教授，碩士生導師，研究方向為在線教育、電子商務；汪琴，學生，在讀碩士，研究方向為中小學信息技術(shù)教育、移動教育。