既要仰望星空，又要脚踏实地—树莓派创客竞赛引领中职计算机专业综合实训课程建设

2018-08-23莫志峰

天工 2018年3期

文莫志峰

一、中职计算机专业实训课程教学现状

现在中职计算机专业开设的实训课程大多保留了传统的课程，例如《网站设计与维护》、《图形图像处理》、《多媒体制作》，这些课程已经不能适应现今社会发展的需求。中职学校招收的学生很多是中考成绩不佳、文化课基础较差、学习态度不够端正、学习自觉性差、缺乏自主学习能力和创新能力。对于要求综合能力强的实训课程，学生的能力仅停留在使用应用性软件的水平上。21世纪是信息时代，经济高速发展，在互联网和物联网的双重作用下，我们必须与时代接轨，与新科技接轨，通过树莓派新型技能实训课程，培养学生自主创新的能力。

二、树莓派综合实训课程的确定与必要性

（一）中等职业学校树莓派创客技能竞赛

树莓派简介：Raspberry Pi（中文名为“树莓派”）,简写为RPi，（或者RasPi / RPI）是为学生计算机编程教育而设计，只有信用卡大小的卡片式电脑，其系统基于Linux。它是一款基于ARM的微型电脑主板，以SD/MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有USB接口和网络接口，可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频、音频输出接口，以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板（面包板）上，具备所有PC的基本功能。树莓派还包括一些其他的硬件接口，可以用于自己的项目创意中，也可进行面向教育的编程学习。

一年一度的中等职业学校学生职业技能大赛吸引了全市中职学校积极参与，借助职业技能比拼，展示了学校的教学水平，同时也为学生创造了更好的就业机会。因此，职业技能大赛成为了中职学校教学改革的“风向标”。广州市中职信息技术教研会在引入新技术，尤其是适合中职信息技术专业教学的新技术方面一直锐意进取，为了实现在中职信息技术教学中推广“树莓派”这一实用的新技术，于2017年举办了“树莓派”的相关培训和教师技能竞赛，我校信息技术教师积极参加此项培训和教师技能竞赛，导师团领着三名学生选手，经过短短数月的集训，于2017年11月参加了广州市中等职业学校学生 “树莓派创客”职业技能竞赛，获得一个一等奖、一个三等奖的优异成绩。虽然是首次组队参加此项竞赛，但是我们的导师和选手们都感觉受益良多，从而给我们打开了一扇通往人工智能的大门。

（二）《树莓派综合实训课程》的开设必要性

一方面，技能竞赛引领着教学发展和改革的新方向，为了实现在中职信息技术教学中推广树莓派这一实用的新技术，我们应该充分抓住树莓派创客技能竞赛这个契机，大力开展《树莓派综合实训课程》建设，在中职计算机专业增设《树莓派综合实训课程》，培养学生掌握树莓派创客技能，培养优秀学生参加广州市中等职业学校学生 “树莓派创客”职业技能竞赛，提高学生专业技能和创新能力。该课程应用性、实践性、仿真性和综合性都很强，最大限度地调动学生参与实践操作。

另一方面，计算机行业的发展已经带领我们走进大数据、人工智能、移动物联网的新时代。据调查所知，在经济高速发展，互联网和物联网的双重作用下，大多数IT企业都拥有和使用树莓派的相关技术，高端的如人脸识别、智能家居、无人超市，低端的如SMB的数据库、自助机、手机APP的小程序等，掌握树莓派操作技能是从事万物互联信息技术工作的必备技能之一，社会和企业对这方面的人才需求非常大，原来的课程设置在这一方面的确是一片空白，远远不能满足社会需要，由此可见，《树莓派综合实训课程》的开设倍感重要。

三、课程开发与建设

课程是落实教育思想和培养目标的途径，是连接学校与社会的桥梁，是提高教学质量的基础。我们可将原来独立的程序设计及手机编程开发技术进行整合，融入树莓派综合实训课程中，开发建设《树莓派综合实训课程》，课程设计和开发的理念、思路是通过行业分析，强调“能力本位”的课程设计方法，以真实项目为载体，按项目形式完成课程的教学内容。

（一）开展专业调研，进行职业工作分析

为了解社会对人才需求动向、企业对人才能力的要求，我们对计算机专业相关工作岗位任务、工作状况、职业能力要求等进行全面系统的调研。把企业需求、毕业生需求以及课程专家的理论构想充分考虑进去，保证分析的全面性，从总体上把各方面意见和想法以及调查反馈意见综合起来，提炼和总结确定课程目标和课程内容。在课程专家指导下，依据技能竞赛要求和行业需求，确定课程内容，包括超声波测距模块、实时监控摄像、人体红外感应等训练模块，以项目为导向，如倒车雷达、视频监控、车场车位的控制等进行基于实验过程的项目设计，将知识与技能有机地融合到实训项目中，强化学生实践动手能力的培养，让学生能够“做中学，学中做”。

（二）召开竞赛指导老师和指导专家访谈会，确立典型实验项目

邀请竞赛指导老师和市教研室指导专家召开访谈会，依据各年树莓派创客竞赛经典赛题，获取有代表性项目，确定典型实训项目名称。找准专业的核心技术，以典型实验项目为主线，确定中等职业学校计算机专业树莓派综合实训课程目标和课程体系，并据此选择相应教材，制定教学大纲，安排课程的课时进程，并组织有效的实验实训教学活动。

（三）课程建设

1.制定课程目标

本课程培养学生具有良好编程思维；具备扎实专业知识和编程基本功，一个树莓派就包含着电子的、计算机的、通信的、软件的、数据库的、物联网的各种各样的基础知识、专业知识、行业知识；掌握好树莓派技术，不仅可培养学生程序设计及研发的能力，也可提高学生的开发技能、操作技能，最终能独立从事软件开发和硬件的二次开发工作，从而培养出能解决工作实际问题、勇于创新的技术型人才。

2．实施课程教学前的准备

（1）建立多功能实训室，从知识、技能、体验三个方面来决定实验室的定位和深度。采用有线网络或WIFI信号覆盖的实验室，配备电脑（PC机约20～30台）和多功能电器安装机柜。购置树莓派相关配件：主板、外接设备、传感器等，数量与PC机数量相当。

（2）制定实验室规程，包括使用安全、管理规范等内容，规程要清晰明了，严谨规范，具有操作指导性。

（3）安装实验所需软件 Raspbian、NOOBS、VNC Server、VNC Viewer、Putty、IP scan、USB Image Tool、File Zilla & PSCP。

3．编写教材与学材，开发课程资源

确定课程目标，编写《树莓派综合实训》校本教材、课程标准、教学大纲以及配套的学材。以树莓派技术为切入点，收集相关实验内容、实验流程、实验的源代码等，编写实验实训手册，制作微课视频，制作教学课件，制定评价方案。教学资源要突出信息技术实战演练，突出树莓派创客实训的实践性、职业性、仿真性、应用性和综合性，为毕业后上岗工作奠定良好的基础。

校本教材应包含内容：

（1）电子电路基础。

（2）树莓派硬件功能介绍、树莓派配置手册。

（3）各实训项目以及源代码。

实训项目如下：树莓派系统环境设置、触摸屏安装、安装及调试摄像头实现远程实时视频图像监控、安装GRB三色LED模块手机实现调整LED模块的颜色、安装三色灯模块及超声波测距模块实现物体距离检测、安装温度模块实现室温监控、安装有源蜂鸣器、人体红外感应器及红灯LED灯实现感应报警、用AppInventor软件编写手机控制树莓派的APP程序。

4．组建课程建设团队

教师的专业水平直接影响着学生的技能水平，打造一支专业的师资队伍，有效地保证实践教学的质量，为课程建设提供了师资保障。

首先要安排担任计算机硬件和编程基础课程的老师参加相关培训，认真学习钻研《开源硬件创客——15个酷应用玩转树莓派》、《Raspberry Pi开发实战》等教学参考书籍，撰写学习笔记和心得。

其次积极参加市教研活动，摄取专业信息。定期开展校内科组集体备课活动，互相听课评课，讨论教学内容，交流教学方法，撰写教学设计，制作教学微课，共享教学资源。

再次邀请行业专家到学校给教师和学生开讲座或专业培训，多与兄弟学校开展学习交流，向兄弟学校取经，多方面提升专业能力。

最后在校内进行教师技能竞赛，由专家制定竞赛内容和竞赛标准，从而有效提升教师的教学和实践技能，也为广州市教师技能竞赛选拔提供后备力量。

5．实施教学

（1）教学模式初探

本课以工作任务为导向，结合中等职业学校职业教学的特征，采用“教、学、做”理实一体化实践教学模式，将翻转课堂、任务驱动、角色扮演、小组合作等多种教学法贯穿于课前、课中、课后，给学生提供大量学习资源信息和交流平台。

《树莓派综合实训》课程应在中职学校计算机专业二年级下学期开设，作为实训课程开设。学生在前期已经学习网络基础、计算机英语，数据库基础等相关课程，有了一定的专业基础知识，有利于他们开展实训课程的学习。课堂上可以采用小组合作实验实训方式进行，为了让学生更多的参与，我们改变以往教学模式，采用翻转课堂教学理念，采用“教—做—学”模式进行教学，一边做，一边学，一边教。

运用翻转课堂教学前，教师可开发课程公众号及相关的微课视频等多媒体教学资源，并通过课程公众号、微信群等发送学习任务，微课视频可让学生进行前置预习，并提出问题进行讨论交流，教师据此诊断学情，以学定教。

在课堂上，小组成员根据教师布置的任务，互相配合进行硬件连接，然后对源代码进行反复调试，在调试的过程中学习程序代码编写规范、参数调整触发传感器的各种反应，从而达到实验任务所要求的效果。教师通过巡视各个小组的实验活动，了解实验进展，记录学生出现的问题，并进行现场指导点拨，根据学生实验结果和源代码的反馈情况，进行评价总结，将普遍存在的问题、关键点和难点进行深入的讲解。这样，就有更多课堂时间进行个性化的排查错误指导，错误分析，攻克技术难点。通过“教—学—做”模式提高学生自主探究能力和动手能力，经过多个项目实训，能力强的学生已经熟悉如何运用程序命令控制各种传感器，然后进行创新项目设计。

（2）采用科学的教学方法

采用“教—学—做”模式进行教学，不断探索以项目为导向的教学新方法，组建创客公司，提供仿真的科研项目，按照预先制定的实训项目要求，小组合作完成任务。按照学生为主体，教师为主导的原则，通过对电路的设计、设备的检测与组装、网络安装和调试等实操，让学生边学边练，以练为主，坚持手脑并用，从技术层面—综合能力—逻辑思维三个方面去形成创新思维，从而提升研发能力。

项目教学法：将实训课程内容划分为若干个项目进行教学，（距离的检测、温度的检测、灯光的控制、服务器的建立等）每个项目都与实际岗位相结合。例如，进出安全门使用门禁卡的同时系统会自动启用视频监控和报警装置。

任务驱动法：教师把学生之前学习的数据库、物联网、虚拟机、Web应用等所有的知识技能变成一个个实验任务，搭建树莓派试验任务平台，通过任务来驱动学生学习，指引学生实验，从而更好地完成实训任务。

支架式教学方法：教师事先要把复杂的实验任务加以分解，对较复杂的问题建立“支架式”概念框架，以便于学生自己能沿着“支架”逐步攀升，能理解并逐步引向深入。

启发式教学方法：例如对“红外线感应报警”这一问题，先利用倒车雷达的实例，启发引导出新的知识和问题，循序渐进地学习新知识。在通过不同颜色灯显示温度监控过程的变化中，提出监控温度的合理性和可行性，引起学生高度重视，进一步讲解在不同环境下选取的数据标准的处理工作流程。

自主学习是以学生作为学习的主体，让学生从机械的“学答”向“学问”转变，从“学会”向“会学”转变，从“会听”向“会想、会做”转变，成为真正的课堂学习的主人。

四、教学评价

教学评价是对学生学习效果的评价和教师教学工作过程的评价。针对不同的实验项目，建立科学有效的实验教学评价标准，以此评价学生实验效果，指导学生进行实验。通过参与课程教学老师的研讨、交流，组织学生进行定期的测试，多方反馈教学信息，及时改进和提高教师的实验指导水平。对学习效果的评价包括学生个人的自我评价和学习小组对个人的学习评价，评价内容包括：①实验结果评价；②是否完成所学知识的意义建构评价；③自主学习能力评价；④对小组协作学习所作出的贡献评价。