树莓派在科技创新教育中的应用

摘要：国内外树莓派的蓬勃发展，为科技创新教育带来了一个可参考的全新方向。为了更好地利用树莓派对学生进行科技创新教育，本文从何为树莓派和树莓派自身特点入手，对利用树莓派给学生进行科技创新教育进行了具体运用分析，希望能够利用树莓派对学生的科技创新教育起到更大的促进作用。

关键词：树莓派；科技创新教育；应用

树莓派具有对外沟通的功能，它可通过以太网接口或者无线路由接入互联网，并可通过其他接口接入各种设备，目前在数字化制造项目中得到了广泛的应用。树莓派有很多功能，包括音乐器、探测器气象站、红外照相机、浏览互联网、播放高清晰度视频、做电子表格等，甚至文字处理、游戏制作都可以通过树莓派来实现。这是一种自由的环境，让失败成为可能，学生能够持续地失败，持续地努力，但不带来更多成本。如果某个文件系统遭到破坏，用户总可以重新启用新SD卡。

一、树莓派概述

树莓派是由在英国注册的“RaspberryPi慈善基金会”发展而来，埃本·阿普顿（EbenApton）是该项目的领军人物。英国剑桥大学埃本·阿普顿于2012年3月份开始销售全球最小台式机（也称卡片式电脑），其外观仅有信用卡那么大，但它拥有电脑全部基本功能，即RaspberryPi电脑板（中文翻译为树莓派）。该基金会的目标是促进学校计算机科学和相关科目的教育，并使计算机充满乐趣。基金会希望这种电脑在发展中国家和发达国家都将继续发展更多的其他用途，适用于更广泛的领域。

这是一块基于ARM、采用SD/MicroSD卡作为内存硬盘的微型电脑主板，该卡主板四周设有四分之一USB接口及十万分之一以太网接口，A型无网口，可以与键盘、鼠标及网线相连，并配有视频模拟信号电视输出接口及HDMI高清视频输出接口等，上述组件均集成于一块体积仅稍大于信用卡的主板中，具有全部PC基本功能，只要与电视机及键盘相连即可完成例如电子表格、文字处理、游戏及高清视频播放等多种功能。RaspberryPiB款仅提供电脑板而没有内存、电源、键盘、机箱和连线。还有一些开发者试图将Windows10的ARM版以及Windows11的ARM版安装到树莓派中，使树莓派和其他任何运行Linux系统的台式计算机或便携式计算机一样，使用RaspberryPi也能大有作为。

二、树莓派用于科技创新教育

将树莓派运用于学生的科技创新教育，要从实践上激发学生的创新意识，也就是要激发学生崇尚创新、求新求变、主动探索的态度，能有效地激发创新欲望，运用中要重视创新思维的训练，鼓励突破思维定式的束缚，运用批判的眼光，提出不同以往的想法或具有新意的方案。通过“树莓派”多重项目，可以促进学生科技创新技能的提高，强化他们对多学科知识的综合应用，提升发现和解决问题能力，同时还可以强化团队合作能力，最终建立科技创新思维应用的基础。

（一）树莓派运用于学生学习的初级阶段

初级阶段学生们的首要任务就是学习基础知识和树莓派的基本组成。没有程序设计基础的学生可以用树莓派来研究程序设计基础，学习Scratch或Python语言。Scratch所使用的图形化编辑界面学生是很容易理解的，他们无须深刻理解程序设计规则，使用Scratch就可以进行一些轻松的操作。Python的语言浅显易懂，更易被学生接受。学生经过一段时间的学习与动手操作后，就可以使用Python或者Scratch语言对树莓派进行实际操作。具有程序设计基础的学生一方面能用现有的知识重新研究和创作树莓派，同时也能接触到较多程序设计语言让他们在使用树莓派时更加游刃有余。对负责非程序设计的学生来说，教师可根据自己的特长，根据树莓派的不同工程需要来讲解和培养巩固知识点。基础学习阶段，教师以讲解为主，采用树莓派的方式，以小型实验或者作品来达到对内容的阐述，从而使学生在练习过程中充分认识到各个组成部分的特点与功用。

（二）学生用树莓派来模仿

树莓派作品案例丰富，学生们可根据自己的兴趣爱好学习。可以结成小组，共同探讨如何完成工程，并明确小组分工细节和活动时间。由于是团队合作关系，每一个成员都会因分工不同而有不同的需求，所以教师在教学中应逐步向学生进行多层次教学活动。首先，大家一定要对树莓派相关属性有一个全面的认识，就能更好地把握树莓派并熟悉其各项属性，对于后续的研究和创新创造具有非常重要的意义。其次，项目内容囊括了各学科知识，教师在实施树莓派创新教育时可根据小组内成员工作范围或者工作内容给予学习指导和协助，组员需根据自己的学习进度表操作学习。最后则可针对不同树莓派计划活动展开团队合作。教师一定要给学生一个学习规划纲要，要求他们按照这个纲要做出一份合理的学习计划表并且经常进行学习交流会，从而营造一个提供思想碰撞和头脑风暴的机会，让学生们体会到团队合作的力量。

（三）学生用树莓派来提升创作

创新创造非一朝一夕之功，是一种厚积薄发之举。先从交互性和智能性两个方面对原思路中的工程进行改进，再鼓励学生创作出富有社会意义、实用价值和丰富个性的产品，最后进行有价值工程的开发与设计。运用这一递进式实验方式，能激发学生创新精神、发展创新思维、增强实际操作能力，还能为创新教育提供思路、奠定基础。

三、利用树莓派开展科技创新教育的优势

近年来，多个人工智能类科技竞赛中已出现了不少利用树莓派创作的优秀科技创新作品，但树莓派对学生科技创新能力培养的巨大潜力远未被开发出来。教师要依托当地学校教育，探索树莓派创新教育的有效途径与模式，促进学生创造性思维能力和问题解决能力的发展。通过树莓派结合不同专业和年级的同学，切实把树莓派和学校的众创空间联系起来，谋求学科与技术之间的高效融合。我国进行树莓派创新教育应用优势如下：

（一）能激发学生的学习兴趣

在基于树莓派的程序设计中，学生可以树莓派为中心，添加其他多种元器件来满足自己的想法和需求，达到丰富的实践效果。这一成果让学生一看就会，这样就可以通过更多类似于这样的实践活动来满足学生内心最真实的需求和想法，继而还能有效激发学生对计算机编程设计的强烈兴趣，为其日后计算机专业学习之路奠定坚实的基础。

（二）能增强学生的实践能力

在学校传统的计算机课程教学中，程序设计教学中的实践操作通常由教师引导学生根据计算机原有的基础编程软件输入书本上现有的程序，然后用已学过的编程代码对其输入、运算、修改，最后重编程序。这样单一的教学模式很容易使学生产生厌学情绪，学生只是单纯地书写编码，并不能把这些编码融入生活当中。树莓派的出现，不仅可以督促学生在实践中发挥想象力，还可以借助树莓派元器件，实现自己想象出来的东西，从而激发学生学习的兴趣，提高实践动手能力。

（三）能培育学生的创新精神

在教学实践中，教师可以适当结合教学内容与实际应用情况，精心设计情景，让学生置身于现实应用之中。通俗点说，就是学生只需要有所感悟，勇于实践，在树莓派的基础上增加自己的创意，并且完善作品，就可以有效发散他们的思维，激发他们的创新能力。练习时也可以依据学习能力、性别、性格等多种因素将学生分组，为每一组布置相应的学习任务，让他们一起为实现同一任务目标而努力，也有利于借助小组合作学习来发展合作精神。

结语

综合上文所述，树莓派在国内创新教学中的运用仍有很大的提升空间，充分利用树莓派开展科技创新教育，不仅可以使学生在学习中更有兴趣和信心，还可以培养更多的人才。将树莓派作为科技创新教育的载体应用于学生的科技创新实践活动中，不但可以培养和促进学生的创新意识、创新精神和创新能力的发展，还能给学生提供学习各种学科知识机会的同时，提供良好的动手操作环境，有利于学生组建团队并最终推动其团队合作等多个方面的发展。目前国内关于树莓派教学的研究相对较少，如何采用合理的教学方法、教学模式需要不断尝试与研究。树莓派不但可以用于高等院校，还可以引入中小学科技创新教育并取得很好的效果，近年来，从国内多项中小学人工智能和机器人领域的科创比赛中都能看到利用树莓派创作的作品，这就是最好的证明。相信在我们不断探索与努力下，树莓派在学生科技创新教育方面的应用能够得到更好的发展。

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作者简介：刘燕（1977—），女，汉族，河北宁晋人，本科，文学学士，主任编辑，研究方向：青少年科技创新教育。