殼樂(lè)派 CrowPi2 STEAM編程學(xué)習(xí)機(jī)體驗(yàn) 邊玩邊學(xué) Python、Scratch    

人工智能無(wú)疑是當(dāng)下科技界的熱議話題之一，雖然行業(yè)還處于發(fā)展的初級(jí)階段，但實(shí)際已經(jīng)悄然融入我們的生活，掃臉付款的售貨機(jī)、對(duì)答如流的智能音箱、精準(zhǔn)快捷的地圖導(dǎo)航，方方面面都有人工智能的幫助。

2012年，日本政府指定編程為中小學(xué)必修課。2014年，英國(guó)教育大綱規(guī)定計(jì)算機(jī)編程為兒童必修課。2016年美國(guó)和芬蘭也將編程納入小學(xué)教學(xué)。他們的編程教育推崇STEM教育，拆開(kāi)為科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics），這四門(mén)學(xué)科本是獨(dú)立的，但STEM教育將它們的知識(shí)進(jìn)行融合，串聯(lián)，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐和運(yùn)用。

反觀國(guó)內(nèi)，2017年國(guó)務(wù)院印發(fā)并實(shí)施了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，旨在加快我國(guó)人工智能行業(yè)發(fā)展，打造世界科技強(qiáng)國(guó)，并強(qiáng)調(diào)人工智能為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新焦點(diǎn)，逐步實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，鼓勵(lì)社會(huì)各界人士參與科普及創(chuàng)作。

當(dāng)下，公立學(xué)校均已經(jīng)開(kāi)展編程課程，多省市將編程納入考核，少兒編程成為熱門(mén)的課外培訓(xùn)。那么針對(duì)18歲以下兒童開(kāi)展的編程教育大致可以分為兩類，一類是Scratch或仿Scratch的圖形化編程，其趣味性較強(qiáng)，主要以培養(yǎng)興趣、鍛煉思維為主，另外一類則是Python、C++等高級(jí)編程語(yǔ)言教學(xué)，可以為日后專業(yè)學(xué)習(xí)，甚至是職業(yè)技能做鋪墊。

那么就要聊到殼樂(lè)派2這款產(chǎn)品了，它是專為10歲以上兒童設(shè)計(jì)的零基礎(chǔ)STEM編程學(xué)習(xí)機(jī)，殼樂(lè)派（CrowPi）在國(guó)外非常火，但實(shí)際上是由中國(guó)廠商打造的，直到國(guó)家開(kāi)始重視少兒編程項(xiàng)目，它才逐漸為我們所知。

殼樂(lè)派2（CrowPi 2）以樹(shù)莓派（Raspberry Pi）作為硬件核心，搭配一系列硬件傳感器及CrowPi獨(dú)家開(kāi)發(fā)的軟件教學(xué)，可以實(shí)現(xiàn)各種軟硬件編程的學(xué)習(xí)，當(dāng)然了也可以派生出無(wú)數(shù)玩法，我們后面詳聊。

殼樂(lè)派2的外形和筆記本電腦相似，從外設(shè)方面來(lái)看就是一臺(tái)完整的電腦，11.6英寸1080P IPS屏、200萬(wàn)像素帶麥克風(fēng)攝像頭、立體聲喇叭、鍵盤(pán)+觸控板、3.5mm耳機(jī)接口、以及多個(gè)USB接口，總之一應(yīng)俱全。

無(wú)線鍵盤(pán)下方即功能豐富的開(kāi)發(fā)板。

開(kāi)發(fā)板中包含了編程入門(mén)將會(huì)用到的一切傳感器，密密麻麻共計(jì)30種，如常見(jiàn)的遙感、振動(dòng)馬達(dá)、蜂鳴器、光強(qiáng)傳感器、超聲波傳感器，乍一看有些摸不著頭腦，但后續(xù)根據(jù)教學(xué)逐個(gè)認(rèn)知并理清羅技之后，還是很容易上手的，這些傳感器也對(duì)應(yīng)著我們?nèi)粘Ｉ钪兴玫降闹悄茉O(shè)備，比如門(mén)禁鎖、NFC刷卡等等，那么學(xué)習(xí)者對(duì)于原理的解讀也會(huì)更加深刻。

后蓋中放置著一枚樹(shù)莓派4B，這個(gè)就無(wú)需過(guò)多介紹了，本質(zhì)上就是一臺(tái)微型電腦，很多成人也都拿它來(lái)干有趣的事情，比如搭建NAS，改成軟路由，或搖身變?yōu)殡娨暫凶?，支持的操作系統(tǒng)數(shù)不勝數(shù)，比如常見(jiàn)的Windows、Ubuntu、OpenWrt、CentOS。殼樂(lè)派2給他預(yù)裝的是Raspbian，并基于Raspbian開(kāi)發(fā)了教學(xué)軟件。

不同版本的套裝內(nèi)，硬件的數(shù)量有差異，這個(gè)就根據(jù)自身的需要進(jìn)行購(gòu)買(mǎi)了，基礎(chǔ)版就已經(jīng)提供了數(shù)十種豐富的配件，將這些配件接駁到開(kāi)發(fā)板中的合適位置，再配合軟件教學(xué)的指引，就可以一步步開(kāi)始學(xué)了，如果后續(xù)開(kāi)竅了，自己也能搞搞創(chuàng)新。

殼樂(lè)派2的教學(xué)軟件界面，功能豐富。

點(diǎn)擊Learning就能進(jìn)入Python和Scratch的零基礎(chǔ)入門(mén)教學(xué)，Python和Scratch都是少兒接觸編程首選的語(yǔ)言。

首先我們用幾個(gè)案列來(lái)看一下在殼樂(lè)派2中是如何學(xué)習(xí)Python的，殼樂(lè)派2的Python教程和開(kāi)發(fā)板是強(qiáng)相關(guān)的，它準(zhǔn)備了32節(jié)課程，由入門(mén)至高階一步步手把手教學(xué)，從最初的認(rèn)識(shí)Python到可以通過(guò)Python語(yǔ)言來(lái)控制開(kāi)發(fā)板中的各種傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。

第一節(jié)啟蒙課，告訴學(xué)者如何使用Python來(lái)調(diào)用開(kāi)發(fā)板上的各種傳感器，每一個(gè)傳感器都對(duì)應(yīng)的是樹(shù)莓派上連接的一個(gè)引腳。

在初步了解之后，就可以進(jìn)入第一個(gè)實(shí)際操作，即用Python來(lái)控制蜂鳴器發(fā)出響聲。

如上圖所示，蜂鳴器就是開(kāi)發(fā)板中標(biāo)“BUZZER”的小黑盒子。

通過(guò)右側(cè)教程的一步步指引，我們編寫(xiě)出如下幾行代碼，并且理解了每一行代碼的意義和作用

import RPi.GPIO as GPIO

import time

buzzer_pin = 18

GPIO.setmode(GPIO.BCM)

GPIO.setup(buzzer_pin, GPIO.OUT)

GPIO.output(buzzer_pin, GPIO.HIGH)

time.sleep(0.5)

GPIO.output(buzzer_pin, GPIO.LOW)

GPIO.cleanup()

這一整列代碼的作用就是讓樹(shù)莓派調(diào)用開(kāi)發(fā)板上的蜂鳴器，讓蜂鳴器發(fā)出0.5秒的響聲，在左側(cè)的編輯器內(nèi)粘貼或敲入正確代碼，即完成本次編程的操作，按下綠色運(yùn)行鍵，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出0.5秒的短暫響聲。

同理，通過(guò)對(duì)應(yīng)的引腳我們還能控制開(kāi)發(fā)板上的其它傳感器，如伺服電機(jī)。

同樣根據(jù)右側(cè)的教學(xué)，我們理解并在左側(cè)代碼框中寫(xiě)下一行行相關(guān)代碼。

這枚伺服電機(jī)就是附件中的一個(gè)配件，找到它并連接在開(kāi)發(fā)板上的對(duì)應(yīng)位置即可。

難度逐漸升級(jí)，在學(xué)會(huì)了之前相對(duì)簡(jiǎn)單的操作之后，學(xué)者就可以開(kāi)始更加復(fù)雜的課程了。

比如控制LED陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)霓虹燈效果，學(xué)者在理解了代碼中的奧秘之后，就可以脫離教學(xué)本身的案例，來(lái)實(shí)現(xiàn)自己想要的效果，比如調(diào)整代碼中的RGB色彩以及刷新時(shí)間來(lái)改變顯示花樣。

關(guān)于殼樂(lè)派2上的Scratch，可能有人會(huì)說(shuō)了，我在電腦和手機(jī)上都能用Scratch，為什么還要用CrowPi來(lái)運(yùn)行它，這當(dāng)然沒(méi)錯(cuò)，Scratch的確可以在網(wǎng)頁(yè)、手機(jī)、iPad這些場(chǎng)景中使用，但殼樂(lè)派2的差異之處就在于可以通過(guò)Scratch來(lái)調(diào)用開(kāi)發(fā)板上的各種傳感器，就像上面的Python一樣，這是單純的使用電腦、手機(jī)所不具備的，下面舉例說(shuō)明。

Scratch的教學(xué)中有一課叫流水燈，就是使用Scratch來(lái)控制開(kāi)發(fā)板中的面包板，以及配合一系列零部件來(lái)實(shí)現(xiàn)最終的效果，功能引腳我們?cè)谇懊娴恼n程中已經(jīng)學(xué)過(guò)了，再次動(dòng)手操作時(shí)就會(huì)熟悉很多。

在配件中找出這一節(jié)課程所需要的電阻、4枚LED燈珠，以及8根杜邦線。

按照教程，將電阻、燈珠插至面包板的正確位置，并用杜邦線將它們連接至樹(shù)莓派的對(duì)應(yīng)引腳，這節(jié)課在Python中同樣可以實(shí)現(xiàn)。

在Scratch中編寫(xiě)好需要實(shí)現(xiàn)的結(jié)果，運(yùn)行即可，如上圖所示，4枚LED燈珠輪流閃動(dòng)。

體驗(yàn)總結(jié)：

殼樂(lè)派2可以聊的其實(shí)非常多，即便是對(duì)于成人來(lái)說(shuō)也是有一定的吸引力，而少兒學(xué)習(xí)編程，實(shí)際上不是為了要將它們培養(yǎng)為程序員，而是在早期的反饋中了解到他們的興趣，從而轉(zhuǎn)化為動(dòng)力。

市面上以少兒編程為賣(mài)點(diǎn)的產(chǎn)品相當(dāng)多，如機(jī)器人、積木、掌機(jī)，甚至是一些單純的電腦軟件，這些產(chǎn)品當(dāng)然都有各自的優(yōu)點(diǎn)，那么殼樂(lè)派2的優(yōu)點(diǎn)就在于其擴(kuò)展性更強(qiáng)，屏幕夠大，外設(shè)和傳感器足夠豐富，能夠?qū)崿F(xiàn)更高階的玩法。

哪怕是編程課程全部學(xué)完后，殼樂(lè)派2也不會(huì)立刻就閑下來(lái)，雖然無(wú)法和正經(jīng)的PC相提并論，但核心的樹(shù)莓派4B能駕馭不少操作系統(tǒng)，比如預(yù)裝的Raspbian就能滿足辦公、影音、網(wǎng)頁(yè)瀏覽，對(duì)于學(xué)習(xí)需要綽綽有余。