既要仰望星空，又要腳踏實(shí)地—樹莓派創(chuàng)客競賽引領(lǐng)中職計算機(jī)專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)課程建設(shè)

文 莫志峰

一、中職計算機(jī)專業(yè)實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)現(xiàn)狀

現(xiàn)在中職計算機(jī)專業(yè)開設(shè)的實(shí)訓(xùn)課程大多保留了傳統(tǒng)的課程，例如《網(wǎng)站設(shè)計與維護(hù)》、《圖形圖像處理》、《多媒體制作》，這些課程已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)今社會發(fā)展的需求。中職學(xué)校招收的學(xué)生很多是中考成績不佳、文化課基礎(chǔ)較差、學(xué)習(xí)態(tài)度不夠端正、學(xué)習(xí)自覺性差、缺乏自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。對于要求綜合能力強(qiáng)的實(shí)訓(xùn)課程，學(xué)生的能力僅停留在使用應(yīng)用性軟件的水平上。21世紀(jì)是信息時代，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，在互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的雙重作用下，我們必須與時代接軌，與新科技接軌，通過樹莓派新型技能實(shí)訓(xùn)課程，培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新的能力。

二、樹莓派綜合實(shí)訓(xùn)課程的確定與必要性

（一）中等職業(yè)學(xué)校樹莓派創(chuàng)客技能競賽

樹莓派簡介：Raspberry Pi（中文名為“樹莓派”）,簡寫為RPi，（或者RasPi / RPI）是為學(xué)生計算機(jī)編程教育而設(shè)計，只有信用卡大小的卡片式電腦，其系統(tǒng)基于Linux。它是一款基于ARM的微型電腦主板，以SD/MicroSD卡為內(nèi)存硬盤，卡片主板周圍有USB接口和網(wǎng)絡(luò)接口，可連接鍵盤、鼠標(biāo)和網(wǎng)線，同時擁有視頻、音頻輸出接口，以上部件全部整合在一張僅比信用卡稍大的主板（面包板）上，具備所有PC的基本功能。樹莓派還包括一些其他的硬件接口，可以用于自己的項(xiàng)目創(chuàng)意中，也可進(jìn)行面向教育的編程學(xué)習(xí)。

一年一度的中等職業(yè)學(xué)校學(xué)生職業(yè)技能大賽吸引了全市中職學(xué)校積極參與，借助職業(yè)技能比拼，展示了學(xué)校的教學(xué)水平，同時也為學(xué)生創(chuàng)造了更好的就業(yè)機(jī)會。因此，職業(yè)技能大賽成為了中職學(xué)校教學(xué)改革的“風(fēng)向標(biāo)”。廣州市中職信息技術(shù)教研會在引入新技術(shù)，尤其是適合中職信息技術(shù)專業(yè)教學(xué)的新技術(shù)方面一直銳意進(jìn)取，為了實(shí)現(xiàn)在中職信息技術(shù)教學(xué)中推廣“樹莓派”這一實(shí)用的新技術(shù)，于2017年舉辦了“樹莓派”的相關(guān)培訓(xùn)和教師技能競賽，我校信息技術(shù)教師積極參加此項(xiàng)培訓(xùn)和教師技能競賽，導(dǎo)師團(tuán)領(lǐng)著三名學(xué)生選手，經(jīng)過短短數(shù)月的集訓(xùn)，于2017年11月參加了廣州市中等職業(yè)學(xué)校學(xué)生 “樹莓派創(chuàng)客”職業(yè)技能競賽，獲得一個一等獎、一個三等獎的優(yōu)異成績。雖然是首次組隊參加此項(xiàng)競賽，但是我們的導(dǎo)師和選手們都感覺受益良多，從而給我們打開了一扇通往人工智能的大門。

（二）《樹莓派綜合實(shí)訓(xùn)課程》的開設(shè)必要性

一方面，技能競賽引領(lǐng)著教學(xué)發(fā)展和改革的新方向，為了實(shí)現(xiàn)在中職信息技術(shù)教學(xué)中推廣樹莓派這一實(shí)用的新技術(shù)，我們應(yīng)該充分抓住樹莓派創(chuàng)客技能競賽這個契機(jī)，大力開展《樹莓派綜合實(shí)訓(xùn)課程》建設(shè)，在中職計算機(jī)專業(yè)增設(shè)《樹莓派綜合實(shí)訓(xùn)課程》，培養(yǎng)學(xué)生掌握樹莓派創(chuàng)客技能，培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生參加廣州市中等職業(yè)學(xué)校學(xué)生 “樹莓派創(chuàng)客”職業(yè)技能競賽，提高學(xué)生專業(yè)技能和創(chuàng)新能力。該課程應(yīng)用性、實(shí)踐性、仿真性和綜合性都很強(qiáng)，最大限度地調(diào)動學(xué)生參與實(shí)踐操作。

另一方面，計算機(jī)行業(yè)的發(fā)展已經(jīng)帶領(lǐng)我們走進(jìn)大數(shù)據(jù)、人工智能、移動物聯(lián)網(wǎng)的新時代。據(jù)調(diào)查所知，在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的雙重作用下，大多數(shù)IT企業(yè)都擁有和使用樹莓派的相關(guān)技術(shù)，高端的如人臉識別、智能家居、無人超市，低端的如SMB的數(shù)據(jù)庫、自助機(jī)、手機(jī)APP的小程序等，掌握樹莓派操作技能是從事萬物互聯(lián)信息技術(shù)工作的必備技能之一，社會和企業(yè)對這方面的人才需求非常大，原來的課程設(shè)置在這一方面的確是一片空白，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會需要，由此可見，《樹莓派綜合實(shí)訓(xùn)課程》的開設(shè)倍感重要。

三、課程開發(fā)與建設(shè)

課程是落實(shí)教育思想和培養(yǎng)目標(biāo)的途徑，是連接學(xué)校與社會的橋梁，是提高教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)。我們可將原來獨(dú)立的程序設(shè)計及手機(jī)編程開發(fā)技術(shù)進(jìn)行整合，融入樹莓派綜合實(shí)訓(xùn)課程中，開發(fā)建設(shè)《樹莓派綜合實(shí)訓(xùn)課程》，課程設(shè)計和開發(fā)的理念、思路是通過行業(yè)分析，強(qiáng)調(diào)“能力本位”的課程設(shè)計方法，以真實(shí)項(xiàng)目為載體，按項(xiàng)目形式完成課程的教學(xué)內(nèi)容。

（一）開展專業(yè)調(diào)研，進(jìn)行職業(yè)工作分析

為了解社會對人才需求動向、企業(yè)對人才能力的要求，我們對計算機(jī)專業(yè)相關(guān)工作崗位任務(wù)、工作狀況、職業(yè)能力要求等進(jìn)行全面系統(tǒng)的調(diào)研。把企業(yè)需求、畢業(yè)生需求以及課程專家的理論構(gòu)想充分考慮進(jìn)去，保證分析的全面性，從總體上把各方面意見和想法以及調(diào)查反饋意見綜合起來，提煉和總結(jié)確定課程目標(biāo)和課程內(nèi)容。在課程專家指導(dǎo)下，依據(jù)技能競賽要求和行業(yè)需求，確定課程內(nèi)容，包括超聲波測距模塊、實(shí)時監(jiān)控攝像、 人體紅外感應(yīng)等訓(xùn)練模塊，以項(xiàng)目為導(dǎo)向，如倒車?yán)走_(dá)、視頻監(jiān)控、車場車位的控制等進(jìn)行基于實(shí)驗(yàn)過程的項(xiàng)目設(shè)計，將知識與技能有機(jī)地融合到實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐動手能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生能夠“做中學(xué)，學(xué)中做”。

（二）召開競賽指導(dǎo)老師和指導(dǎo)專家訪談會，確立典型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

邀請競賽指導(dǎo)老師和市教研室指導(dǎo)專家召開訪談會，依據(jù)各年樹莓派創(chuàng)客競賽經(jīng)典賽題，獲取有代表性項(xiàng)目，確定典型實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目名稱。找準(zhǔn)專業(yè)的核心技術(shù)，以典型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為主線，確定中等職業(yè)學(xué)校計算機(jī)專業(yè)樹莓派綜合實(shí)訓(xùn)課程目標(biāo)和課程體系，并據(jù)此選擇相應(yīng)教材，制定教學(xué)大綱，安排課程的課時進(jìn)程，并組織有效的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)活動。

（三）課程建設(shè)

1.制定課程目標(biāo)

本課程培養(yǎng)學(xué)生具有良好編程思維；具備扎實(shí)專業(yè)知識和編程基本功，一個樹莓派就包含著電子的、計算機(jī)的、通信的、軟件的、數(shù)據(jù)庫的、物聯(lián)網(wǎng)的各種各樣的基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識、行業(yè)知識；掌握好樹莓派技術(shù)，不僅可培養(yǎng)學(xué)生程序設(shè)計及研發(fā)的能力，也可提高學(xué)生的開發(fā)技能、操作技能，最終能獨(dú)立從事軟件開發(fā)和硬件的二次開發(fā)工作，從而培養(yǎng)出能解決工作實(shí)際問題、勇于創(chuàng)新的技術(shù)型人才。

2．實(shí)施課程教學(xué)前的準(zhǔn)備

（1）建立多功能實(shí)訓(xùn)室，從知識、技能、體驗(yàn)三個方面來決定實(shí)驗(yàn)室的定位和深度。采用有線網(wǎng)絡(luò)或WIFI信號覆蓋的實(shí)驗(yàn)室，配備電腦（PC機(jī)約20～30臺）和多功能電器安裝機(jī)柜。購置樹莓派相關(guān)配件：主板、外接設(shè)備、傳感器等，數(shù)量與PC機(jī)數(shù)量相當(dāng)。

（2）制定實(shí)驗(yàn)室規(guī)程，包括使用安全、管理規(guī)范等內(nèi)容，規(guī)程要清晰明了，嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范，具有操作指導(dǎo)性。

（3）安裝實(shí)驗(yàn)所需軟件 Raspbian、NOOBS、VNC Server、VNC Viewer、Putty、IP scan、USB Image Tool、File Zilla & PSCP。

3．編寫教材與學(xué)材，開發(fā)課程資源

確定課程目標(biāo)，編寫《樹莓派綜合實(shí)訓(xùn)》校本教材、課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)大綱以及配套的學(xué)材。以樹莓派技術(shù)為切入點(diǎn)，收集相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)流程、實(shí)驗(yàn)的源代碼等，編寫實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)手冊，制作微課視頻，制作教學(xué)課件，制定評價方案。教學(xué)資源要突出信息技術(shù)實(shí)戰(zhàn)演練，突出樹莓派創(chuàng)客實(shí)訓(xùn)的實(shí)踐性、職業(yè)性、仿真性、應(yīng)用性和綜合性，為畢業(yè)后上崗工作奠定良好的基礎(chǔ)。

校本教材應(yīng)包含內(nèi)容：

（1）電子電路基礎(chǔ)。

（2）樹莓派硬件功能介紹、樹莓派配置手冊。

（3）各實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目以及源代碼。

實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目如下： 樹莓派系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置、觸摸屏安裝、安裝及調(diào)試攝像頭實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時視頻圖像監(jiān)控、安裝GRB三色LED模塊手機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)整LED模塊的顏色、安裝三色燈模塊及超聲波測距模塊實(shí)現(xiàn)物體距離檢測、安裝溫度模塊實(shí)現(xiàn)室溫監(jiān)控、安裝有源蜂鳴器、人體紅外感應(yīng)器及紅燈LED燈實(shí)現(xiàn)感應(yīng)報警、用AppInventor軟件編寫手機(jī)控制樹莓派的APP程序。

4．組建課程建設(shè)團(tuán)隊

教師的專業(yè)水平直接影響著學(xué)生的技能水平，打造一支專業(yè)的師資隊伍，有效地保證實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量，為課程建設(shè)提供了師資保障。

首先要安排擔(dān)任計算機(jī)硬件和編程基礎(chǔ)課程的老師參加相關(guān)培訓(xùn)，認(rèn)真學(xué)習(xí)鉆研《開源硬件創(chuàng)客——15個酷應(yīng)用玩轉(zhuǎn)樹莓派》、《Raspberry Pi開發(fā)實(shí)戰(zhàn)》等教學(xué)參考書籍，撰寫學(xué)習(xí)筆記和心得。

其次積極參加市教研活動，攝取專業(yè)信息。定期開展校內(nèi)科組集體備課活動，互相聽課評課，討論教學(xué)內(nèi)容，交流教學(xué)方法，撰寫教學(xué)設(shè)計，制作教學(xué)微課，共享教學(xué)資源。

再次邀請行業(yè)專家到學(xué)校給教師和學(xué)生開講座或?qū)I(yè)培訓(xùn)，多與兄弟學(xué)校開展學(xué)習(xí)交流，向兄弟學(xué)校取經(jīng)，多方面提升專業(yè)能力。

最后在校內(nèi)進(jìn)行教師技能競賽，由專家制定競賽內(nèi)容和競賽標(biāo)準(zhǔn)，從而有效提升教師的教學(xué)和實(shí)踐技能，也為廣州市教師技能競賽選拔提供后備力量。

5．實(shí)施教學(xué)

（1）教學(xué)模式初探

本課以工作任務(wù)為導(dǎo)向，結(jié)合中等職業(yè)學(xué)校職業(yè)教學(xué)的特征，采用“教、學(xué)、做”理實(shí)一體化實(shí)踐教學(xué)模式，將翻轉(zhuǎn)課堂、任務(wù)驅(qū)動、角色扮演、小組合作等多種教學(xué)法貫穿于課前、課中、課后，給學(xué)生提供大量學(xué)習(xí)資源信息和交流平臺。

《樹莓派綜合實(shí)訓(xùn)》課程應(yīng)在中職學(xué)校計算機(jī)專業(yè)二年級下學(xué)期開設(shè)，作為實(shí)訓(xùn)課程開設(shè)。學(xué)生在前期已經(jīng)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、計算機(jī)英語，數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)等相關(guān)課程，有了一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識，有利于他們開展實(shí)訓(xùn)課程的學(xué)習(xí)。課堂上可以采用小組合作實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)方式進(jìn)行，為了讓學(xué)生更多的參與，我們改變以往教學(xué)模式，采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)理念，采用“教—做—學(xué)”模式進(jìn)行教學(xué)，一邊做，一邊學(xué)，一邊教。

運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)前，教師可開發(fā)課程公眾號及相關(guān)的微課視頻等多媒體教學(xué)資源，并通過課程公眾號、微信群等發(fā)送學(xué)習(xí)任務(wù)，微課視頻可讓學(xué)生進(jìn)行前置預(yù)習(xí)，并提出問題進(jìn)行討論交流，教師據(jù)此診斷學(xué)情，以學(xué)定教。

在課堂上，小組成員根據(jù)教師布置的任務(wù)，互相配合進(jìn)行硬件連接，然后對源代碼進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，在調(diào)試的過程中學(xué)習(xí)程序代碼編寫規(guī)范、參數(shù)調(diào)整觸發(fā)傳感器的各種反應(yīng)，從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)任務(wù)所要求的效果。教師通過巡視各個小組的實(shí)驗(yàn)活動，了解實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，記錄學(xué)生出現(xiàn)的問題，并進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)點(diǎn)撥，根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果和源代碼的反饋情況，進(jìn)行評價總結(jié)，將普遍存在的問題、關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行深入的講解。這樣，就有更多課堂時間進(jìn)行個性化的排查錯誤指導(dǎo)，錯誤分析，攻克技術(shù)難點(diǎn)。通過“教—學(xué)—做”模式提高學(xué)生自主探究能力和動手能力，經(jīng)過多個項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)，能力強(qiáng)的學(xué)生已經(jīng)熟悉如何運(yùn)用程序命令控制各種傳感器，然后進(jìn)行創(chuàng)新項(xiàng)目設(shè)計。

（2）采用科學(xué)的教學(xué)方法

采用“教—學(xué)—做”模式進(jìn)行教學(xué)，不斷探索以項(xiàng)目為導(dǎo)向的教學(xué)新方法，組建創(chuàng)客公司，提供仿真的科研項(xiàng)目，按照預(yù)先制定的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目要求，小組合作完成任務(wù)。按照學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的原則，通過對電路的設(shè)計、設(shè)備的檢測與組裝、網(wǎng)絡(luò)安裝和調(diào)試等實(shí)操，讓學(xué)生邊學(xué)邊練，以練為主，堅持手腦并用，從技術(shù)層面—綜合能力—邏輯思維三個方面去形成創(chuàng)新思維，從而提升研發(fā)能力。

項(xiàng)目教學(xué)法：將實(shí)訓(xùn)課程內(nèi)容劃分為若干個項(xiàng)目進(jìn)行教學(xué)，（距離的檢測、溫度的檢測、燈光的控制、服務(wù)器的建立等）每個項(xiàng)目都與實(shí)際崗位相結(jié)合。例如，進(jìn)出安全門使用門禁卡的同時系統(tǒng)會自動啟用視頻監(jiān)控和報警裝置。

任務(wù)驅(qū)動法：教師把學(xué)生之前學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)庫、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬機(jī)、Web應(yīng)用等所有的知識技能變成一個個實(shí)驗(yàn)任務(wù)，搭建樹莓派試驗(yàn)任務(wù)平臺，通過任務(wù)來驅(qū)動學(xué)生學(xué)習(xí)，指引學(xué)生實(shí)驗(yàn)，從而更好地完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)。

支架式教學(xué)方法：教師事先要把復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)任務(wù)加以分解，對較復(fù)雜的問題建立“支架式”概念框架，以便于學(xué)生自己能沿著“支架”逐步攀升，能理解并逐步引向深入。

啟發(fā)式教學(xué)方法：例如對“紅外線感應(yīng)報警”這一問題，先利用倒車?yán)走_(dá)的實(shí)例，啟發(fā)引導(dǎo)出新的知識和問題，循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)新知識。在通過不同顏色燈顯示溫度監(jiān)控過程的變化中，提出監(jiān)控溫度的合理性和可行性，引起學(xué)生高度重視，進(jìn)一步講解在不同環(huán)境下選取的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的處理工作流程。

自主學(xué)習(xí)是以學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，讓學(xué)生從機(jī)械的“學(xué)答”向“學(xué)問”轉(zhuǎn)變，從“學(xué)會”向“會學(xué)”轉(zhuǎn)變，從“會聽”向“會想、會做”轉(zhuǎn)變，成為真正的課堂學(xué)習(xí)的主人。

四、教學(xué)評價

教學(xué)評價是對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評價和教師教學(xué)工作過程的評價。針對不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，建立科學(xué)有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價標(biāo)準(zhǔn)，以此評價學(xué)生實(shí)驗(yàn)效果，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過參與課程教學(xué)老師的研討、交流，組織學(xué)生進(jìn)行定期的測試，多方反饋教學(xué)信息，及時改進(jìn)和提高教師的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)水平。對學(xué)習(xí)效果的評價包括學(xué)生個人的自我評價和學(xué)習(xí)小組對個人的學(xué)習(xí)評價，評價內(nèi)容包括：①實(shí)驗(yàn)結(jié)果評價；②是否完成所學(xué)知識的意義建構(gòu)評價；③自主學(xué)習(xí)能力評價；④對小組協(xié)作學(xué)習(xí)所作出的貢獻(xiàn)評價。

樹莓派實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目記錄卡

最后借用《開源硬件創(chuàng)客——15個酷應(yīng)用玩轉(zhuǎn)樹莓派》里的一句話：“既要仰望星空，又要腳踏實(shí)地”，我們既要大膽地仰望星空，敢于挑戰(zhàn)，敢于創(chuàng)新，又要腳踏實(shí)地的學(xué)好專業(yè)知識，打好根基，卯足實(shí)力。