樹莓派在科技創(chuàng)新教育中的應(yīng)用

摘要：國(guó)內(nèi)外樹莓派的蓬勃發(fā)展，為科技創(chuàng)新教育帶來了一個(gè)可參考的全新方向。為了更好地利用樹莓派對(duì)學(xué)生進(jìn)行科技創(chuàng)新教育，本文從何為樹莓派和樹莓派自身特點(diǎn)入手，對(duì)利用樹莓派給學(xué)生進(jìn)行科技創(chuàng)新教育進(jìn)行了具體運(yùn)用分析，希望能夠利用樹莓派對(duì)學(xué)生的科技創(chuàng)新教育起到更大的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：樹莓派；科技創(chuàng)新教育；應(yīng)用

樹莓派具有對(duì)外溝通的功能，它可通過以太網(wǎng)接口或者無(wú)線路由接入互聯(lián)網(wǎng)，并可通過其他接口接入各種設(shè)備，目前在數(shù)字化制造項(xiàng)目中得到了廣泛的應(yīng)用。樹莓派有很多功能，包括音樂器、探測(cè)器氣象站、紅外照相機(jī)、瀏覽互聯(lián)網(wǎng)、播放高清晰度視頻、做電子表格等，甚至文字處理、游戲制作都可以通過樹莓派來實(shí)現(xiàn)。這是一種自由的環(huán)境，讓失敗成為可能，學(xué)生能夠持續(xù)地失敗，持續(xù)地努力，但不帶來更多成本。如果某個(gè)文件系統(tǒng)遭到破壞，用戶總可以重新啟用新SD卡。

一、樹莓派概述

樹莓派是由在英國(guó)注冊(cè)的“RaspberryPi慈善基金會(huì)”發(fā)展而來，埃本·阿普頓（EbenApton）是該項(xiàng)目的領(lǐng)軍人物。英國(guó)劍橋大學(xué)埃本·阿普頓于2012年3月份開始銷售全球最小臺(tái)式機(jī)（也稱卡片式電腦），其外觀僅有信用卡那么大，但它擁有電腦全部基本功能，即RaspberryPi電腦板（中文翻譯為樹莓派）。該基金會(huì)的目標(biāo)是促進(jìn)學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)和相關(guān)科目的教育，并使計(jì)算機(jī)充滿樂趣。基金會(huì)希望這種電腦在發(fā)展中國(guó)家和發(fā)達(dá)國(guó)家都將繼續(xù)發(fā)展更多的其他用途，適用于更廣泛的領(lǐng)域。

這是一塊基于ARM、采用SD/MicroSD卡作為內(nèi)存硬盤的微型電腦主板，該卡主板四周設(shè)有四分之一USB接口及十萬(wàn)分之一以太網(wǎng)接口，A型無(wú)網(wǎng)口，可以與鍵盤、鼠標(biāo)及網(wǎng)線相連，并配有視頻模擬信號(hào)電視輸出接口及HDMI高清視頻輸出接口等，上述組件均集成于一塊體積僅稍大于信用卡的主板中，具有全部PC基本功能，只要與電視機(jī)及鍵盤相連即可完成例如電子表格、文字處理、游戲及高清視頻播放等多種功能。RaspberryPiB款僅提供電腦板而沒有內(nèi)存、電源、鍵盤、機(jī)箱和連線。還有一些開發(fā)者試圖將Windows10的ARM版以及Windows11的ARM版安裝到樹莓派中，使樹莓派和其他任何運(yùn)行Linux系統(tǒng)的臺(tái)式計(jì)算機(jī)或便攜式計(jì)算機(jī)一樣，使用RaspberryPi也能大有作為。

二、樹莓派用于科技創(chuàng)新教育

將樹莓派運(yùn)用于學(xué)生的科技創(chuàng)新教育，要從實(shí)踐上激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，也就是要激發(fā)學(xué)生崇尚創(chuàng)新、求新求變、主動(dòng)探索的態(tài)度，能有效地激發(fā)創(chuàng)新欲望，運(yùn)用中要重視創(chuàng)新思維的訓(xùn)練，鼓勵(lì)突破思維定式的束縛，運(yùn)用批判的眼光，提出不同以往的想法或具有新意的方案。通過“樹莓派”多重項(xiàng)目，可以促進(jìn)學(xué)生科技創(chuàng)新技能的提高，強(qiáng)化他們對(duì)多學(xué)科知識(shí)的綜合應(yīng)用，提升發(fā)現(xiàn)和解決問題能力，同時(shí)還可以強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)合作能力，最終建立科技創(chuàng)新思維應(yīng)用的基礎(chǔ)。

（一）樹莓派運(yùn)用于學(xué)生學(xué)習(xí)的初級(jí)階段

初級(jí)階段學(xué)生們的首要任務(wù)就是學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)和樹莓派的基本組成。沒有程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的學(xué)生可以用樹莓派來研究程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)Scratch或Python語(yǔ)言。Scratch所使用的圖形化編輯界面學(xué)生是很容易理解的，他們無(wú)須深刻理解程序設(shè)計(jì)規(guī)則，使用Scratch就可以進(jìn)行一些輕松的操作。Python的語(yǔ)言淺顯易懂，更易被學(xué)生接受。學(xué)生經(jīng)過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)與動(dòng)手操作后，就可以使用Python或者Scratch語(yǔ)言對(duì)樹莓派進(jìn)行實(shí)際操作。具有程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的學(xué)生一方面能用現(xiàn)有的知識(shí)重新研究和創(chuàng)作樹莓派，同時(shí)也能接觸到較多程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言讓他們?cè)谑褂脴漭蓵r(shí)更加游刃有余。對(duì)負(fù)責(zé)非程序設(shè)計(jì)的學(xué)生來說，教師可根據(jù)自己的特長(zhǎng)，根據(jù)樹莓派的不同工程需要來講解和培養(yǎng)鞏固知識(shí)點(diǎn)。基礎(chǔ)學(xué)習(xí)階段，教師以講解為主，采用樹莓派的方式，以小型實(shí)驗(yàn)或者作品來達(dá)到對(duì)內(nèi)容的闡述，從而使學(xué)生在練習(xí)過程中充分認(rèn)識(shí)到各個(gè)組成部分的特點(diǎn)與功用。

（二）學(xué)生用樹莓派來模仿

樹莓派作品案例豐富，學(xué)生們可根據(jù)自己的興趣愛好學(xué)習(xí)。可以結(jié)成小組，共同探討如何完成工程，并明確小組分工細(xì)節(jié)和活動(dòng)時(shí)間。由于是團(tuán)隊(duì)合作關(guān)系，每一個(gè)成員都會(huì)因分工不同而有不同的需求，所以教師在教學(xué)中應(yīng)逐步向?qū)W生進(jìn)行多層次教學(xué)活動(dòng)。首先，大家一定要對(duì)樹莓派相關(guān)屬性有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，就能更好地把握樹莓派并熟悉其各項(xiàng)屬性，對(duì)于后續(xù)的研究和創(chuàng)新創(chuàng)造具有非常重要的意義。其次，項(xiàng)目?jī)?nèi)容囊括了各學(xué)科知識(shí)，教師在實(shí)施樹莓派創(chuàng)新教育時(shí)可根據(jù)小組內(nèi)成員工作范圍或者工作內(nèi)容給予學(xué)習(xí)指導(dǎo)和協(xié)助，組員需根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度表操作學(xué)習(xí)。最后則可針對(duì)不同樹莓派計(jì)劃活動(dòng)展開團(tuán)隊(duì)合作。教師一定要給學(xué)生一個(gè)學(xué)習(xí)規(guī)劃綱要，要求他們按照這個(gè)綱要做出一份合理的學(xué)習(xí)計(jì)劃表并且經(jīng)常進(jìn)行學(xué)習(xí)交流會(huì)，從而營(yíng)造一個(gè)提供思想碰撞和頭腦風(fēng)暴的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生們體會(huì)到團(tuán)隊(duì)合作的力量。

（三）學(xué)生用樹莓派來提升創(chuàng)作

創(chuàng)新創(chuàng)造非一朝一夕之功，是一種厚積薄發(fā)之舉。先從交互性和智能性兩個(gè)方面對(duì)原思路中的工程進(jìn)行改進(jìn)，再鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)作出富有社會(huì)意義、實(shí)用價(jià)值和豐富個(gè)性的產(chǎn)品，最后進(jìn)行有價(jià)值工程的開發(fā)與設(shè)計(jì)。運(yùn)用這一遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)方式，能激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新精神、發(fā)展創(chuàng)新思維、增強(qiáng)實(shí)際操作能力，還能為創(chuàng)新教育提供思路、奠定基礎(chǔ)。

三、利用樹莓派開展科技創(chuàng)新教育的優(yōu)勢(shì)

近年來，多個(gè)人工智能類科技競(jìng)賽中已出現(xiàn)了不少利用樹莓派創(chuàng)作的優(yōu)秀科技創(chuàng)新作品，但樹莓派對(duì)學(xué)生科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)的巨大潛力遠(yuǎn)未被開發(fā)出來。教師要依托當(dāng)?shù)貙W(xué)校教育，探索樹莓派創(chuàng)新教育的有效途徑與模式，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力和問題解決能力的發(fā)展。通過樹莓派結(jié)合不同專業(yè)和年級(jí)的同學(xué)，切實(shí)把樹莓派和學(xué)校的眾創(chuàng)空間聯(lián)系起來，謀求學(xué)科與技術(shù)之間的高效融合。我國(guó)進(jìn)行樹莓派創(chuàng)新教育應(yīng)用優(yōu)勢(shì)如下：

（一）能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

在基于樹莓派的程序設(shè)計(jì)中，學(xué)生可以樹莓派為中心，添加其他多種元器件來滿足自己的想法和需求，達(dá)到豐富的實(shí)踐效果。這一成果讓學(xué)生一看就會(huì)，這樣就可以通過更多類似于這樣的實(shí)踐活動(dòng)來滿足學(xué)生內(nèi)心最真實(shí)的需求和想法，繼而還能有效激發(fā)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)編程設(shè)計(jì)的強(qiáng)烈興趣，為其日后計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)習(xí)之路奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）能增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力

在學(xué)校傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)課程教學(xué)中，程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的實(shí)踐操作通常由教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)計(jì)算機(jī)原有的基礎(chǔ)編程軟件輸入書本上現(xiàn)有的程序，然后用已學(xué)過的編程代碼對(duì)其輸入、運(yùn)算、修改，最后重編程序。這樣單一的教學(xué)模式很容易使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，學(xué)生只是單純地書寫編碼，并不能把這些編碼融入生活當(dāng)中。樹莓派的出現(xiàn)，不僅可以督促學(xué)生在實(shí)踐中發(fā)揮想象力，還可以借助樹莓派元器件，實(shí)現(xiàn)自己想象出來的東西，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高實(shí)踐動(dòng)手能力。

（三）能培育學(xué)生的創(chuàng)新精神

在教學(xué)實(shí)踐中，教師可以適當(dāng)結(jié)合教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用情況，精心設(shè)計(jì)情景，讓學(xué)生置身于現(xiàn)實(shí)應(yīng)用之中。通俗點(diǎn)說，就是學(xué)生只需要有所感悟，勇于實(shí)踐，在樹莓派的基礎(chǔ)上增加自己的創(chuàng)意，并且完善作品，就可以有效發(fā)散他們的思維，激發(fā)他們的創(chuàng)新能力。練習(xí)時(shí)也可以依據(jù)學(xué)習(xí)能力、性別、性格等多種因素將學(xué)生分組，為每一組布置相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)，讓他們一起為實(shí)現(xiàn)同一任務(wù)目標(biāo)而努力，也有利于借助小組合作學(xué)習(xí)來發(fā)展合作精神。

結(jié)語(yǔ)

綜合上文所述，樹莓派在國(guó)內(nèi)創(chuàng)新教學(xué)中的運(yùn)用仍有很大的提升空間，充分利用樹莓派開展科技創(chuàng)新教育，不僅可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)中更有興趣和信心，還可以培養(yǎng)更多的人才。將樹莓派作為科技創(chuàng)新教育的載體應(yīng)用于學(xué)生的科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)中，不但可以培養(yǎng)和促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的發(fā)展，還能給學(xué)生提供學(xué)習(xí)各種學(xué)科知識(shí)機(jī)會(huì)的同時(shí)，提供良好的動(dòng)手操作環(huán)境，有利于學(xué)生組建團(tuán)隊(duì)并最終推動(dòng)其團(tuán)隊(duì)合作等多個(gè)方面的發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于樹莓派教學(xué)的研究相對(duì)較少，如何采用合理的教學(xué)方法、教學(xué)模式需要不斷嘗試與研究。樹莓派不但可以用于高等院校，還可以引入中小學(xué)科技創(chuàng)新教育并取得很好的效果，近年來，從國(guó)內(nèi)多項(xiàng)中小學(xué)人工智能和機(jī)器人領(lǐng)域的科創(chuàng)比賽中都能看到利用樹莓派創(chuàng)作的作品，這就是最好的證明。相信在我們不斷探索與努力下，樹莓派在學(xué)生科技創(chuàng)新教育方面的應(yīng)用能夠得到更好的發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：劉燕（1977—），女，漢族，河北寧晉人，本科，文學(xué)學(xué)士，主任編輯，研究方向：青少年科技創(chuàng)新教育。