基于树莓派创新教育的实践与探索

边少彬 牛畇丰 肖建华 吕想想

摘要：树莓派作为一台功能齐全的低成本微型计算机，为创新教育提供了更多的方案，本文从什么是树莓派、树莓派在创新教育中的应用实例、树莓派在创新教育中的优势，说明了树莓派作为一款开源硬件将会助推创新教育发展。

关键词：树莓派;创新创业;教育;Linux;Python

1树莓派简介

（1）树莓派（RaspberryPi）是英国剑桥大学博士埃本·阿普顿（EbenUpton）作为主要发起人，由树莓派基金会（RaspberryPiFoundation）为提供基金支持的开源项目。树莓派的名字也是源于计算机的科技企业喜欢用的水果名字给产品来命名的。树莓派本质是一台计算机，就像一台台式机、笔记本电脑或智能手机一样，但是建立是在一个单一的印刷电路板上的。这台超小型、价格合理的计算机成本低于大多数电子游戏机，可以用来学习编码，制造机器人，创造各种各样的怪异和奇妙的项目。树莓派能够做所有你期望的事情，例如：可以浏览互联网和玩游戏、看电影和听音乐等等。但是树莓派远不止是一台现代计算机，你用树莓派进入计算机的“心脏”，就可以建立属于自己的操作系统，可以将电线和电路直接连接到主板上的插脚上，它是旨在教年轻的创客如何用诸如Scratch和Python等语言编程，这些主要的编程语言都包含在官方操作系统中。所有年龄段的人都可以使用树莓派创造令人兴奋的项目，比如制作游戏、制造机器人或更多奇怪而精彩的东西。现在世界上比以往任何时候都更需要程序员，树莓派点燃了新一代人对计算机科学技术的热情。

（2）树莓派在功能上的扩展。树莓派可以安装Linux系统、windows系统，树莓派官方操作系统预安装了Python语言开发环境，Python语言简洁而清晰，是解释型语言，有着丰富的类库，使用Python语言可以快速的在树莓派上进行软件开发，树莓派采用了40pin的GPIO，可以连接丰富的电子配件设备。让树莓派和Arduino和树莓派连接到一起，Arduino负责与周围硬件通信，采集来自硬件（传感器）的信息，而树莓派作为上位机通过屏幕显示信息，或者直接通过互联网将信息传递出去，我们可以通过Arduino采集温度、湿度等环境数据，并通过树莓派发布到互联网上。

2树莓派在创新教育实践中的应用

通过树莓派项目能够使学生综合多学科知识，提高創新应用、实践操作、解决问题、团队合作的能力，为培养创新思维奠定良好的基础，我们应用了树莓派点亮一盏灯作为实例，树莓派为我们提供了Python语言，Python语言通俗易懂，学生也容易接受，所以运用Python进行编程实现软件部分的开发工作，第一先要安装RPi.GPIO库，这个库是专门为树莓派GPIO编程所设计的，利用这个库，可以轻松的操作GPIO管脚。通过开发的程序控制点亮与熄灭LED的Python代码如下：[1]

ImportRPi.GPIOasGPIO#导入GPIO库

Importtime#导入时钟库

GPIO.setmode（GPIO.BCM）#使用BCM的IO命名

GPIO.setup（18，GPIO.OUT）#设BCMIO的18端口为输出口

GPIO.output（18，GPIO.HIGH）#设为高电平，灯亮

Time.sleep（1）#亮1秒

GPIO.output（18，GPIO.LOW）#设为低电压，灯灭

从上面代码可以看到Pyhton语言代码非常简洁、清晰、直观，更加接近人的自然语言，Python允许树莓派拥有者将项目扩展到令人难以置信的规模，在针对GPIO管脚的编程中，我们可以通过让学生进行树莓派项目开发，使其体验到基于树莓派项目的丰富多彩，并且学习和锻炼了创新思维。

3树莓派在创新教育中的优势

把树莓派与创新创业教育相结合，将为培养具有创新能力、社会所需的工程技术人才的提供一条重要的途径。第一，树莓派有着低廉的价格和强大的性能，也可以将树莓派应用到我们国家欠发达地区的计算机教育中去，缓解资金投入难题，促进教育的均衡发展。第二，一些树莓派教育实验项目，包含了很多课程的内容，有计算机、科学、工程等多种学科内容，也有助于推动STEM教育发展，激发了学生在技术和工程方面的热情，也为培养学生的创新意识、创新精神、创新能力以及创业能力提供强有力的帮助。第三，它在给学生提供学习多学科知识机会的同时，也为学生提供了良好的动手操作环境，有助于学生的团队形成并最终提升学生团队合作的多方面能力。第四，在树莓派项目中的学习，改变了以往填鸭式的教学模式，把探究性、问题解决式、项目学习等有效的结合在了一起，将抽象的问题形象化的得到解决，同时学生掌握了计算机编程技术和能力，提高学生的在学习中的兴趣和创新能力。

4结语

通过对树莓派在创新创业教育当中的应用和优势，可以看出树莓派在培养学生创新能力方面有很多的事情可以挖掘，现在世界各地都在探讨树莓派小电脑在教育应用和其他行业的扩展，目前我们国家在树莓派教学方面的研究还很少，采用什么样的教学方法和教学模式都要进行尝试和论证，我们还有更多的工作要做，积极探索树莓派在青年学生创新教育方面的有效方法和优势，去激发学生的编程兴趣，提高学生的创造性思维能力及解决问题的能力上来。树莓派的应用不但可以推广在高等院校中进行，还可以在中小学中实施并做出成果来。相信在国家政策大力支持的背景下，我们大家通过不断努力，树莓派在创新教育方面的应用应该能够得到更好的发展。

参考文献：

[1]MATTRICHARDSON，SHAWN_WALLACE.爱上RaspberryPi[M].科学出版社，2013.

[2]李文胜.基于树莓派的嵌入式Linux开发教学探索[J].电子技术与软件工程，2014，9（1）：5660.

[3]张敬轩，郭栋，王伟，译.阿普顿，哈菲克.树莓派用户指南[M].北京：人民邮电出版社，2016（3版）.