既要仰望星空，又要腳踏實地—樹莓派創客競賽引領中職計算機專業綜合實訓課程建設

文 莫志峰

一、中職計算機專業實訓課程教學現狀

現在中職計算機專業開設的實訓課程大多保留了傳統的課程，例如《網站設計與維護》、《圖形圖像處理》、《多媒體制作》，這些課程已經不能適應現今社會發展的需求。中職學校招收的學生很多是中考成績不佳、文化課基礎較差、學習態度不夠端正、學習自覺性差、缺乏自主學習能力和創新能力。對于要求綜合能力強的實訓課程，學生的能力僅停留在使用應用性軟件的水平上。21世紀是信息時代，經濟高速發展，在互聯網和物聯網的雙重作用下，我們必須與時代接軌，與新科技接軌，通過樹莓派新型技能實訓課程，培養學生自主創新的能力。

二、樹莓派綜合實訓課程的確定與必要性

（一）中等職業學校樹莓派創客技能競賽

樹莓派簡介：Raspberry Pi（中文名為“樹莓派”）,簡寫為RPi，（或者RasPi / RPI）是為學生計算機編程教育而設計，只有信用卡大小的卡片式電腦，其系統基于Linux。它是一款基于ARM的微型電腦主板，以SD/MicroSD卡為內存硬盤，卡片主板周圍有USB接口和網絡接口，可連接鍵盤、鼠標和網線，同時擁有視頻、音頻輸出接口，以上部件全部整合在一張僅比信用卡稍大的主板（面包板）上，具備所有PC的基本功能。樹莓派還包括一些其他的硬件接口，可以用于自己的項目創意中，也可進行面向教育的編程學習。

一年一度的中等職業學校學生職業技能大賽吸引了全市中職學校積極參與，借助職業技能比拼，展示了學校的教學水平，同時也為學生創造了更好的就業機會。因此，職業技能大賽成為了中職學校教學改革的“風向標”。廣州市中職信息技術教研會在引入新技術，尤其是適合中職信息技術專業教學的新技術方面一直銳意進取，為了實現在中職信息技術教學中推廣“樹莓派”這一實用的新技術，于2017年舉辦了“樹莓派”的相關培訓和教師技能競賽，我校信息技術教師積極參加此項培訓和教師技能競賽，導師團領著三名學生選手，經過短短數月的集訓，于2017年11月參加了廣州市中等職業學校學生 “樹莓派創客”職業技能競賽，獲得一個一等獎、一個三等獎的優異成績。雖然是首次組隊參加此項競賽，但是我們的導師和選手們都感覺受益良多，從而給我們打開了一扇通往人工智能的大門。

（二）《樹莓派綜合實訓課程》的開設必要性

一方面，技能競賽引領著教學發展和改革的新方向，為了實現在中職信息技術教學中推廣樹莓派這一實用的新技術，我們應該充分抓住樹莓派創客技能競賽這個契機，大力開展《樹莓派綜合實訓課程》建設，在中職計算機專業增設《樹莓派綜合實訓課程》，培養學生掌握樹莓派創客技能，培養優秀學生參加廣州市中等職業學校學生 “樹莓派創客”職業技能競賽，提高學生專業技能和創新能力。該課程應用性、實踐性、仿真性和綜合性都很強，最大限度地調動學生參與實踐操作。

另一方面，計算機行業的發展已經帶領我們走進大數據、人工智能、移動物聯網的新時代。據調查所知，在經濟高速發展，互聯網和物聯網的雙重作用下，大多數IT企業都擁有和使用樹莓派的相關技術，高端的如人臉識別、智能家居、無人超市，低端的如SMB的數據庫、自助機、手機APP的小程序等，掌握樹莓派操作技能是從事萬物互聯信息技術工作的必備技能之一，社會和企業對這方面的人才需求非常大，原來的課程設置在這一方面的確是一片空白，遠遠不能滿足社會需要，由此可見，《樹莓派綜合實訓課程》的開設倍感重要。

三、課程開發與建設

課程是落實教育思想和培養目標的途徑，是連接學校與社會的橋梁，是提高教學質量的基礎。我們可將原來獨立的程序設計及手機編程開發技術進行整合，融入樹莓派綜合實訓課程中，開發建設《樹莓派綜合實訓課程》，課程設計和開發的理念、思路是通過行業分析，強調“能力本位”的課程設計方法，以真實項目為載體，按項目形式完成課程的教學內容。

（一）開展專業調研，進行職業工作分析

為了解社會對人才需求動向、企業對人才能力的要求，我們對計算機專業相關工作崗位任務、工作狀況、職業能力要求等進行全面系統的調研。把企業需求、畢業生需求以及課程專家的理論構想充分考慮進去，保證分析的全面性，從總體上把各方面意見和想法以及調查反饋意見綜合起來，提煉和總結確定課程目標和課程內容。在課程專家指導下，依據技能競賽要求和行業需求，確定課程內容，包括超聲波測距模塊、實時監控攝像、 人體紅外感應等訓練模塊，以項目為導向，如倒車雷達、視頻監控、車場車位的控制等進行基于實驗過程的項目設計，將知識與技能有機地融合到實訓項目中，強化學生實踐動手能力的培養，讓學生能夠“做中學，學中做”。

（二）召開競賽指導老師和指導專家訪談會，確立典型實驗項目

邀請競賽指導老師和市教研室指導專家召開訪談會，依據各年樹莓派創客競賽經典賽題，獲取有代表性項目，確定典型實訓項目名稱。找準專業的核心技術，以典型實驗項目為主線，確定中等職業學校計算機專業樹莓派綜合實訓課程目標和課程體系，并據此選擇相應教材，制定教學大綱，安排課程的課時進程，并組織有效的實驗實訓教學活動。

（三）課程建設

1.制定課程目標

本課程培養學生具有良好編程思維；具備扎實專業知識和編程基本功，一個樹莓派就包含著電子的、計算機的、通信的、軟件的、數據庫的、物聯網的各種各樣的基礎知識、專業知識、行業知識；掌握好樹莓派技術，不僅可培養學生程序設計及研發的能力，也可提高學生的開發技能、操作技能，最終能獨立從事軟件開發和硬件的二次開發工作，從而培養出能解決工作實際問題、勇于創新的技術型人才。

2．實施課程教學前的準備

（1）建立多功能實訓室，從知識、技能、體驗三個方面來決定實驗室的定位和深度。采用有線網絡或WIFI信號覆蓋的實驗室，配備電腦（PC機約20～30臺）和多功能電器安裝機柜。購置樹莓派相關配件：主板、外接設備、傳感器等，數量與PC機數量相當。

（2）制定實驗室規程，包括使用安全、管理規范等內容，規程要清晰明了，嚴謹規范，具有操作指導性。

（3）安裝實驗所需軟件 Raspbian、NOOBS、VNC Server、VNC Viewer、Putty、IP scan、USB Image Tool、File Zilla & PSCP。

3．編寫教材與學材，開發課程資源

確定課程目標，編寫《樹莓派綜合實訓》校本教材、課程標準、教學大綱以及配套的學材。以樹莓派技術為切入點，收集相關實驗內容、實驗流程、實驗的源代碼等，編寫實驗實訓手冊，制作微課視頻，制作教學課件，制定評價方案。教學資源要突出信息技術實戰演練，突出樹莓派創客實訓的實踐性、職業性、仿真性、應用性和綜合性，為畢業后上崗工作奠定良好的基礎。

校本教材應包含內容：

（1）電子電路基礎。

（2）樹莓派硬件功能介紹、樹莓派配置手冊。

（3）各實訓項目以及源代碼。

實訓項目如下： 樹莓派系統環境設置、觸摸屏安裝、安裝及調試攝像頭實現遠程實時視頻圖像監控、安裝GRB三色LED模塊手機實現調整LED模塊的顏色、安裝三色燈模塊及超聲波測距模塊實現物體距離檢測、安裝溫度模塊實現室溫監控、安裝有源蜂鳴器、人體紅外感應器及紅燈LED燈實現感應報警、用AppInventor軟件編寫手機控制樹莓派的APP程序。

4．組建課程建設團隊

教師的專業水平直接影響著學生的技能水平，打造一支專業的師資隊伍，有效地保證實踐教學的質量，為課程建設提供了師資保障。

首先要安排擔任計算機硬件和編程基礎課程的老師參加相關培訓，認真學習鉆研《開源硬件創客——15個酷應用玩轉樹莓派》、《Raspberry Pi開發實戰》等教學參考書籍，撰寫學習筆記和心得。

其次積極參加市教研活動，攝取專業信息。定期開展校內科組集體備課活動，互相聽課評課，討論教學內容，交流教學方法，撰寫教學設計，制作教學微課，共享教學資源。

再次邀請行業專家到學校給教師和學生開講座或專業培訓，多與兄弟學校開展學習交流，向兄弟學校取經，多方面提升專業能力。

最后在校內進行教師技能競賽，由專家制定競賽內容和競賽標準，從而有效提升教師的教學和實踐技能，也為廣州市教師技能競賽選拔提供后備力量。

5．實施教學

（1）教學模式初探

本課以工作任務為導向，結合中等職業學校職業教學的特征，采用“教、學、做”理實一體化實踐教學模式，將翻轉課堂、任務驅動、角色扮演、小組合作等多種教學法貫穿于課前、課中、課后，給學生提供大量學習資源信息和交流平臺。

《樹莓派綜合實訓》課程應在中職學校計算機專業二年級下學期開設，作為實訓課程開設。學生在前期已經學習網絡基礎、計算機英語，數據庫基礎等相關課程，有了一定的專業基礎知識，有利于他們開展實訓課程的學習。課堂上可以采用小組合作實驗實訓方式進行，為了讓學生更多的參與，我們改變以往教學模式，采用翻轉課堂教學理念，采用“教—做—學”模式進行教學，一邊做，一邊學，一邊教。

運用翻轉課堂教學前，教師可開發課程公眾號及相關的微課視頻等多媒體教學資源，并通過課程公眾號、微信群等發送學習任務，微課視頻可讓學生進行前置預習，并提出問題進行討論交流，教師據此診斷學情，以學定教。

在課堂上，小組成員根據教師布置的任務，互相配合進行硬件連接，然后對源代碼進行反復調試，在調試的過程中學習程序代碼編寫規范、參數調整觸發傳感器的各種反應，從而達到實驗任務所要求的效果。教師通過巡視各個小組的實驗活動，了解實驗進展，記錄學生出現的問題，并進行現場指導點撥，根據學生實驗結果和源代碼的反饋情況，進行評價總結，將普遍存在的問題、關鍵點和難點進行深入的講解。這樣，就有更多課堂時間進行個性化的排查錯誤指導，錯誤分析，攻克技術難點。通過“教—學—做”模式提高學生自主探究能力和動手能力，經過多個項目實訓，能力強的學生已經熟悉如何運用程序命令控制各種傳感器，然后進行創新項目設計。

（2）采用科學的教學方法

采用“教—學—做”模式進行教學，不斷探索以項目為導向的教學新方法，組建創客公司，提供仿真的科研項目，按照預先制定的實訓項目要求，小組合作完成任務。按照學生為主體，教師為主導的原則，通過對電路的設計、設備的檢測與組裝、網絡安裝和調試等實操，讓學生邊學邊練，以練為主，堅持手腦并用，從技術層面—綜合能力—邏輯思維三個方面去形成創新思維，從而提升研發能力。

項目教學法：將實訓課程內容劃分為若干個項目進行教學，（距離的檢測、溫度的檢測、燈光的控制、服務器的建立等）每個項目都與實際崗位相結合。例如，進出安全門使用門禁卡的同時系統會自動啟用視頻監控和報警裝置。

任務驅動法：教師把學生之前學習的數據庫、物聯網、虛擬機、Web應用等所有的知識技能變成一個個實驗任務，搭建樹莓派試驗任務平臺，通過任務來驅動學生學習，指引學生實驗，從而更好地完成實訓任務。

支架式教學方法：教師事先要把復雜的實驗任務加以分解，對較復雜的問題建立“支架式”概念框架，以便于學生自己能沿著“支架”逐步攀升，能理解并逐步引向深入。

啟發式教學方法：例如對“紅外線感應報警”這一問題，先利用倒車雷達的實例，啟發引導出新的知識和問題，循序漸進地學習新知識。在通過不同顏色燈顯示溫度監控過程的變化中，提出監控溫度的合理性和可行性，引起學生高度重視，進一步講解在不同環境下選取的數據標準的處理工作流程。

自主學習是以學生作為學習的主體，讓學生從機械的“學答”向“學問”轉變，從“學會”向“會學”轉變，從“會聽”向“會想、會做”轉變，成為真正的課堂學習的主人。

四、教學評價

教學評價是對學生學習效果的評價和教師教學工作過程的評價。針對不同的實驗項目，建立科學有效的實驗教學評價標準，以此評價學生實驗效果，指導學生進行實驗。通過參與課程教學老師的研討、交流，組織學生進行定期的測試，多方反饋教學信息，及時改進和提高教師的實驗指導水平。對學習效果的評價包括學生個人的自我評價和學習小組對個人的學習評價，評價內容包括：①實驗結果評價；②是否完成所學知識的意義建構評價；③自主學習能力評價；④對小組協作學習所作出的貢獻評價。

樹莓派實訓項目記錄卡

最后借用《開源硬件創客——15個酷應用玩轉樹莓派》里的一句話：“既要仰望星空，又要腳踏實地”，我們既要大膽地仰望星空，敢于挑戰，敢于創新，又要腳踏實地的學好專業知識，打好根基，卯足實力。