基于樹莓派創(chuàng)新教育的實(shí)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(jì)算機(jī)，為創(chuàng)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(chuàng)新教育中的應(yīng)用實(shí)例、樹莓派在創(chuàng)新教育中的優(yōu)勢，說明了樹莓派作為一款開源硬件將會助推創(chuàng)新教育發(fā)展。

關(guān)鍵詞：樹莓派;創(chuàng)新創(chuàng)業(yè);教育;Linux;Python

1樹莓派簡介

（1）樹莓派（RaspberryPi）是英國劍橋大學(xué)博士埃本·阿普頓（EbenUpton）作為主要發(fā)起人，由樹莓派基金會（RaspberryPiFoundation）為提供基金支持的開源項(xiàng)目。樹莓派的名字也是源于計(jì)算機(jī)的科技企業(yè)喜歡用的水果名字給產(chǎn)品來命名的。樹莓派本質(zhì)是一臺計(jì)算機(jī)，就像一臺臺式機(jī)、筆記本電腦或智能手機(jī)一樣，但是建立是在一個(gè)單一的印刷電路板上的。這臺超小型、價(jià)格合理的計(jì)算機(jī)成本低于大多數(shù)電子游戲機(jī)，可以用來學(xué)習(xí)編碼，制造機(jī)器人，創(chuàng)造各種各樣的怪異和奇妙的項(xiàng)目。樹莓派能夠做所有你期望的事情，例如：可以瀏覽互聯(lián)網(wǎng)和玩游戲、看電影和聽音樂等等。但是樹莓派遠(yuǎn)不止是一臺現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，你用樹莓派進(jìn)入計(jì)算機(jī)的“心臟”，就可以建立屬于自己的操作系統(tǒng)，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(chuàng)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(tǒng)中。所有年齡段的人都可以使用樹莓派創(chuàng)造令人興奮的項(xiàng)目，比如制作游戲、制造機(jī)器人或更多奇怪而精彩的東西。現(xiàn)在世界上比以往任何時(shí)候都更需要程序員，樹莓派點(diǎn)燃了新一代人對計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的熱情。

（2）樹莓派在功能上的擴(kuò)展。樹莓派可以安裝Linux系統(tǒng)、windows系統(tǒng)，樹莓派官方操作系統(tǒng)預(yù)安裝了Python語言開發(fā)環(huán)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(jìn)行軟件開發(fā)，樹莓派采用了40pin的GPIO，可以連接豐富的電子配件設(shè)備。讓樹莓派和Arduino和樹莓派連接到一起，Arduino負(fù)責(zé)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(jī)通過屏幕顯示信息，或者直接通過互聯(lián)網(wǎng)將信息傳遞出去，我們可以通過Arduino采集溫度、濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過樹莓派發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上。

2樹莓派在創(chuàng)新教育實(shí)踐中的應(yīng)用

通過樹莓派項(xiàng)目能夠使學(xué)生綜合多學(xué)科知識，提高創(chuàng)新應(yīng)用、實(shí)踐操作、解決問題、團(tuán)隊(duì)合作的能力，為培養(yǎng)創(chuàng)新思維奠定良好的基礎(chǔ)，我們應(yīng)用了樹莓派點(diǎn)亮一盞燈作為實(shí)例，樹莓派為我們提供了Python語言，Python語言通俗易懂，學(xué)生也容易接受，所以運(yùn)用Python進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)軟件部分的開發(fā)工作，第一先要安裝RPi.GPIO庫，這個(gè)庫是專門為樹莓派GPIO編程所設(shè)計(jì)的，利用這個(gè)庫，可以輕松的操作GPIO管腳。通過開發(fā)的程序控制點(diǎn)亮與熄滅LED的Python代碼如下：[1]

ImportRPi.GPIOasGPIO#導(dǎo)入GPIO庫

Importtime#導(dǎo)入時(shí)鐘庫

GPIO.setmode（GPIO.BCM）#使用BCM的IO命名

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

GPIO.output（18，GPIO.HIGH）#設(shè)為高電平，燈亮

Time.sleep（1）#亮1秒

GPIO.output（18，GPIO.LOW）#設(shè)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(xiàng)目擴(kuò)展到令人難以置信的規(guī)模，在針對GPIO管腳的編程中，我們可以通過讓學(xué)生進(jìn)行樹莓派項(xiàng)目開發(fā)，使其體驗(yàn)到基于樹莓派項(xiàng)目的豐富多彩，并且學(xué)習(xí)和鍛煉了創(chuàng)新思維。

3樹莓派在創(chuàng)新教育中的優(yōu)勢

把樹莓派與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育相結(jié)合，將為培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力、社會所需的工程技術(shù)人才的提供一條重要的途徑。第一，樹莓派有著低廉的價(jià)格和強(qiáng)大的性能，也可以將樹莓派應(yīng)用到我們國家欠發(fā)達(dá)地區(qū)的計(jì)算機(jī)教育中去，緩解資金投入難題，促進(jìn)教育的均衡發(fā)展。第二，一些樹莓派教育實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，包含了很多課程的內(nèi)容，有計(jì)算機(jī)、科學(xué)、工程等多種學(xué)科內(nèi)容，也有助于推動(dòng)STEM教育發(fā)展，激發(fā)了學(xué)生在技術(shù)和工程方面的熱情，也為培養(yǎng)學(xué)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(qiáng)有力的幫助。第三，它在給學(xué)生提供學(xué)習(xí)多學(xué)科知識機(jī)會的同時(shí)，也為學(xué)生提供了良好的動(dòng)手操作環(huán)境，有助于學(xué)生的團(tuán)隊(duì)形成并最終提升學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作的多方面能力。第四，在樹莓派項(xiàng)目中的學(xué)習(xí)，改變了以往填鴨式的教學(xué)模式，把探究性、問題解決式、項(xiàng)目學(xué)習(xí)等有效的結(jié)合在了一起，將抽象的問題形象化的得到解決，同時(shí)學(xué)生掌握了計(jì)算機(jī)編程技術(shù)和能力，提高學(xué)生的在學(xué)習(xí)中的興趣和創(chuàng)新能力。

4結(jié)語

通過對樹莓派在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育當(dāng)中的應(yīng)用和優(yōu)勢，可以看出樹莓派在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面有很多的事情可以挖掘，現(xiàn)在世界各地都在探討樹莓派小電腦在教育應(yīng)用和其他行業(yè)的擴(kuò)展，目前我們國家在樹莓派教學(xué)方面的研究還很少，采用什么樣的教學(xué)方法和教學(xué)模式都要進(jìn)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(xué)生創(chuàng)新教育方面的有效方法和優(yōu)勢，去激發(fā)學(xué)生的編程興趣，提高學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力及解決問題的能力上來。樹莓派的應(yīng)用不但可以推廣在高等院校中進(jìn)行，還可以在中小學(xué)中實(shí)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(chuàng)新教育方面的應(yīng)用應(yīng)該能夠得到更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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