基于樹莓派創新教育的實踐與探索

邊少彬 牛畇豐 肖建華 呂想想

摘要：樹莓派作為一臺功能齊全的低成本微型計算機，為創新教育提供了更多的方案，本文從什么是樹莓派、樹莓派在創新教育中的應用實例、樹莓派在創新教育中的優勢，說明了樹莓派作為一款開源硬件將會助推創新教育發展。

關鍵詞：樹莓派;創新創業;教育;Linux;Python

1樹莓派簡介

（1）樹莓派（RaspberryPi）是英國劍橋大學博士埃本·阿普頓（EbenUpton）作為主要發起人，由樹莓派基金會（RaspberryPiFoundation）為提供基金支持的開源項目。樹莓派的名字也是源于計算機的科技企業喜歡用的水果名字給產品來命名的。樹莓派本質是一臺計算機，就像一臺臺式機、筆記本電腦或智能手機一樣，但是建立是在一個單一的印刷電路板上的。這臺超小型、價格合理的計算機成本低于大多數電子游戲機，可以用來學習編碼，制造機器人，創造各種各樣的怪異和奇妙的項目。樹莓派能夠做所有你期望的事情，例如：可以瀏覽互聯網和玩游戲、看電影和聽音樂等等。但是樹莓派遠不止是一臺現代計算機，你用樹莓派進入計算機的“心臟”，就可以建立屬于自己的操作系統，可以將電線和電路直接連接到主板上的插腳上，它是旨在教年輕的創客如何用諸如Scratch和Python等語言編程，這些主要的編程語言都包含在官方操作系統中。所有年齡段的人都可以使用樹莓派創造令人興奮的項目，比如制作游戲、制造機器人或更多奇怪而精彩的東西。現在世界上比以往任何時候都更需要程序員，樹莓派點燃了新一代人對計算機科學技術的熱情。

（2）樹莓派在功能上的擴展。樹莓派可以安裝Linux系統、windows系統，樹莓派官方操作系統預安裝了Python語言開發環境，Python語言簡潔而清晰，是解釋型語言，有著豐富的類庫，使用Python語言可以快速的在樹莓派上進行軟件開發，樹莓派采用了40pin的GPIO，可以連接豐富的電子配件設備。讓樹莓派和Arduino和樹莓派連接到一起，Arduino負責與周圍硬件通信，采集來自硬件（傳感器）的信息，而樹莓派作為上位機通過屏幕顯示信息，或者直接通過互聯網將信息傳遞出去，我們可以通過Arduino采集溫度、濕度等環境數據，并通過樹莓派發布到互聯網上。

2樹莓派在創新教育實踐中的應用

通過樹莓派項目能夠使學生綜合多學科知識，提高創新應用、實踐操作、解決問題、團隊合作的能力，為培養創新思維奠定良好的基礎，我們應用了樹莓派點亮一盞燈作為實例，樹莓派為我們提供了Python語言，Python語言通俗易懂，學生也容易接受，所以運用Python進行編程實現軟件部分的開發工作，第一先要安裝RPi.GPIO庫，這個庫是專門為樹莓派GPIO編程所設計的，利用這個庫，可以輕松的操作GPIO管腳。通過開發的程序控制點亮與熄滅LED的Python代碼如下：[1]

ImportRPi.GPIOasGPIO#導入GPIO庫

Importtime#導入時鐘庫

GPIO.setmode（GPIO.BCM）#使用BCM的IO命名

GPIO.setup（18，GPIO.OUT）#設BCMIO的18端口為輸出口

GPIO.output（18，GPIO.HIGH）#設為高電平，燈亮

Time.sleep（1）#亮1秒

GPIO.output（18，GPIO.LOW）#設為低電壓，燈滅

從上面代碼可以看到Pyhton語言代碼非常簡潔、清晰、直觀，更加接近人的自然語言，Python允許樹莓派擁有者將項目擴展到令人難以置信的規模，在針對GPIO管腳的編程中，我們可以通過讓學生進行樹莓派項目開發，使其體驗到基于樹莓派項目的豐富多彩，并且學習和鍛煉了創新思維。

3樹莓派在創新教育中的優勢

把樹莓派與創新創業教育相結合，將為培養具有創新能力、社會所需的工程技術人才的提供一條重要的途徑。第一，樹莓派有著低廉的價格和強大的性能，也可以將樹莓派應用到我們國家欠發達地區的計算機教育中去，緩解資金投入難題，促進教育的均衡發展。第二，一些樹莓派教育實驗項目，包含了很多課程的內容，有計算機、科學、工程等多種學科內容，也有助于推動STEM教育發展，激發了學生在技術和工程方面的熱情，也為培養學生的創新意識、創新精神、創新能力以及創業能力提供強有力的幫助。第三，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。第四，在樹莓派項目中的學習，改變了以往填鴨式的教學模式，把探究性、問題解決式、項目學習等有效的結合在了一起，將抽象的問題形象化的得到解決，同時學生掌握了計算機編程技術和能力，提高學生的在學習中的興趣和創新能力。

4結語

通過對樹莓派在創新創業教育當中的應用和優勢，可以看出樹莓派在培養學生創新能力方面有很多的事情可以挖掘，現在世界各地都在探討樹莓派小電腦在教育應用和其他行業的擴展，目前我們國家在樹莓派教學方面的研究還很少，采用什么樣的教學方法和教學模式都要進行嘗試和論證，我們還有更多的工作要做，積極探索樹莓派在青年學生創新教育方面的有效方法和優勢，去激發學生的編程興趣，提高學生的創造性思維能力及解決問題的能力上來。樹莓派的應用不但可以推廣在高等院校中進行，還可以在中小學中實施并做出成果來。相信在國家政策大力支持的背景下，我們大家通過不斷努力，樹莓派在創新教育方面的應用應該能夠得到更好的發展。

參考文獻：

[1]MATTRICHARDSON，SHAWN_WALLACE.愛上RaspberryPi[M].科學出版社，2013.

[2]李文勝.基于樹莓派的嵌入式Linux開發教學探索[J].電子技術與軟件工程，2014，9（1）：5660.

[3]張敬軒，郭棟，王偉，譯.阿普頓，哈菲克.樹莓派用戶指南[M].北京：人民郵電出版社，2016（3版）.