傳感器技術(shù)在Scratch教學(xué)中的應(yīng)用

信息化包括由傳感技術(shù)、智能技術(shù)和控制技術(shù)組成的機(jī)器人、人工智能設(shè)備等，這些技術(shù)引進(jìn)學(xué)校，走進(jìn)教室，帶來(lái)的不只是教學(xué)內(nèi)容和形式上的改變，更帶來(lái)學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)、學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)成果的全新改變。本文就簡(jiǎn)單談?wù)剛鞲衅骷夹g(shù)在小學(xué)Scratch教學(xué)中的應(yīng)用與作用。

一、人機(jī)互動(dòng)，帶來(lái)全新學(xué)習(xí)體驗(yàn)

Scratch通過(guò)電腦USB接口外接傳感器，可以輕松實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)。

比如我們可以用Scratch編程風(fēng)雨效果，外接光線傳感器，可以很快做出人機(jī)互動(dòng)的效果：舞舞手，電腦里翻云覆雨，揮揮手，一切又風(fēng)平浪靜。

比如外接聲音傳感器，可以做一個(gè)小偷正在偷竊，教室里同學(xué)們齊聲大吼，就可以嚇唬住他，讓他灰溜溜逃走。

我們還可以使用溫度傳感器，濕度傳感器，超聲波傳感器，把電腦里的Scratch程序和我們自己產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，讓人控制Scratch里的虛擬世界，也可以通過(guò)Scratch程序控制現(xiàn)實(shí)世界中的我們。

人機(jī)互動(dòng)帶給學(xué)生的是全新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。這種學(xué)習(xí)體驗(yàn)相對(duì)以前單一的感官體驗(yàn)（主要是用眼睛看）是全新的，學(xué)習(xí)效果也是截然不同的。我們都有這種體會(huì)：我們?cè)陔娔X上看過(guò)許多風(fēng)景，可是很快會(huì)忘記；而多年前旅游所見(jiàn)的風(fēng)景卻歷歷在目。為什么呢？因?yàn)槁糜慰达L(fēng)景，不僅眼睛看到了，而且我們?nèi)硇亩几惺艿搅耍憾渎?tīng)到天籟的聲音，芳香沁入心脾，山澗吹來(lái)的微風(fēng)，帶來(lái)手臂的絲絲涼意……甚至無(wú)端流連在山間的一段聯(lián)想，這些都能幫助我們記憶住那片風(fēng)景。是的，這就是全身心感受和只用眼睛感受的迥異。Scratch外接各種傳感器教學(xué)，就是給學(xué)生帶來(lái)全身心的體驗(yàn)，而這些體驗(yàn)最終轉(zhuǎn)化為極大的學(xué)習(xí)興趣并激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

二、虛實(shí)相連，真正改變學(xué)習(xí)方式

現(xiàn)在所有教師都知道，教學(xué)應(yīng)該以學(xué)生為中心，讓他們自主學(xué)習(xí)。但是真正做起來(lái)卻是非常之難。對(duì)大多數(shù)學(xué)生來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)不是一件簡(jiǎn)單輕松的事。特別是高段Scratch教學(xué)，大串大串的程序指令往往讓他們倦于理解。沒(méi)有實(shí)物驅(qū)動(dòng)體驗(yàn)，他們很難理解掃地機(jī)器人掃地時(shí)為什么“右邊沿的X座標(biāo)比機(jī)器人的X座標(biāo)要大于30”，而不是等于30或者40。編輯每一個(gè)指令都需要?jiǎng)幽X筋思考，一個(gè)地方卡住，可能就耽擱一整節(jié)課。為了趕教學(xué)進(jìn)度，教師只好從臺(tái)下走到臺(tái)上演示，最后教學(xué)還是回到教師為中心，拖著學(xué)生走。許多需要親自嘗試才能得到的經(jīng)驗(yàn)學(xué)生沒(méi)有，久而久之，他們學(xué)習(xí)沒(méi)有成就感謝，沒(méi)有信心和興趣，更多的是挫折感和對(duì)課程的厭倦。

Scratch課堂上引進(jìn)傳感器后，情況完全完全改變。有了實(shí)物，他們好像進(jìn)入了游樂(lè)園，有了極大的興趣和全身心的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，他們才可能成為學(xué)習(xí)真正的主人。

比如，Scratch中我引進(jìn)無(wú)人機(jī)編程一課，用Scratch外接傳感器連接無(wú)人機(jī)。開(kāi)課時(shí)我只演示了無(wú)人機(jī)的起飛降落和空中翻轉(zhuǎn)，學(xué)生立刻轟動(dòng)了，他們看得目不轉(zhuǎn)睛。老師布置任務(wù)，觀察無(wú)人機(jī) 飛行，完成規(guī)定路線的起降與空中翻轉(zhuǎn)，學(xué)生立刻行動(dòng)起來(lái)。

他們通過(guò)觀察平板上控制無(wú)人機(jī)的軟件界面，三分鐘后即可進(jìn)行相應(yīng)操作。之前老師要求小組同學(xué)互幫互助，他們都不情愿，只是在公開(kāi)課時(shí)表演一下，現(xiàn)在強(qiáng)烈的好奇心驅(qū)使他們立即討論合作起來(lái)。

他們飛行計(jì)劃還沒(méi)規(guī)劃好，就急著試飛了。（這個(gè)教師不用阻止，因?yàn)槭〉膰L試是探究的重要部分。）果然所有小組都沒(méi)有達(dá)成到目的地降落的任務(wù)。于是他們馬上再改程序設(shè)計(jì)，并開(kāi)始使用軟尺測(cè)量距離，用三角器量角器測(cè)方向。終于有一個(gè)小組成功了，其他組趕快去取經(jīng)。

整個(gè)課堂教學(xué)，學(xué)生在極大興趣推動(dòng)下，完全進(jìn)入自主學(xué)習(xí)的狀態(tài)。為了完成任務(wù)，教師試飛時(shí)，他們仔細(xì)面觀察，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；然后小組合作，分析思考，設(shè)計(jì)程序；試飛出錯(cuò)觸發(fā)他們?cè)偎伎迹僭O(shè)計(jì)，測(cè)量，規(guī)劃，計(jì)算，最后成功。這樣學(xué)習(xí)方式，有探究、有過(guò)程、有體驗(yàn)、有失敗，有試錯(cuò)后的再探究，再思考，完美完成了自主探究式學(xué)習(xí)的全過(guò)程。

三、回歸現(xiàn)實(shí)，改變生活開(kāi)創(chuàng)未來(lái)

Scratch外接傳感器后，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)從虛擬回到現(xiàn)實(shí)，我們很學(xué)自然地引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)作服務(wù)生活的小制作、小發(fā)明，比如葉俊庭同學(xué)就設(shè)計(jì)了一個(gè)智能交通燈。

作品題目雖然是智能交通燈，其實(shí)最初只是些模擬人車(chē)通行及紅綠燈變化的程序。

我問(wèn)他，你能不能使用傳感器做一個(gè)模擬產(chǎn)品出來(lái)呢？他很高興地接受了任務(wù)。

我們聯(lián)系本地一個(gè)機(jī)器人公司，購(gòu)買(mǎi)了了LED顯示屏及相應(yīng)傳感器控制平臺(tái)，準(zhǔn)備制作一個(gè)實(shí)物的智能交通燈控制系統(tǒng)。

為了真實(shí)再現(xiàn)，我們?nèi)ビ灞被嘏d工業(yè)園區(qū)第一轉(zhuǎn)盤(pán)的紅綠燈現(xiàn)場(chǎng)觀察。我們發(fā)現(xiàn)紅綠燈設(shè)置很有問(wèn)題。有時(shí)沒(méi)有一個(gè)行人等候過(guò)馬路，可人行綠燈還是會(huì)定時(shí)亮起，有的車(chē)道車(chē)輛排起長(zhǎng)龍，有的車(chē)道卻通行無(wú)阻。

我們很快用Scratch設(shè)計(jì)出一個(gè)智能化的程序：人行道和車(chē)行道的紅綠燈時(shí)間使用變量，可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置；在沒(méi)有行人等候過(guò)馬路的情況下，車(chē)行的紅燈計(jì)時(shí)器不啟用，車(chē)輛通行無(wú)阻。

為了使變量設(shè)置數(shù)值更準(zhǔn)確，我們又再去現(xiàn)場(chǎng)觀察。發(fā)現(xiàn)早上上班高峰時(shí)，進(jìn)園區(qū)的左轉(zhuǎn)車(chē)道擁堵嚴(yán)重，而直行道因主通往入住率較少的的空港新城而車(chē)輛較少，下午則相反。我們又增加了三個(gè)車(chē)道根據(jù)車(chē)流情況分別計(jì)算時(shí)間的算法。使早上上班高峰期，左車(chē)道通行時(shí)間根據(jù)車(chē)流情況在15—30妙的合理區(qū)間，而直行車(chē)道則由固定的30妙改為30—15的合理區(qū)間。每個(gè)車(chē)道按車(chē)流多少使用相應(yīng)算法分配時(shí)間。

因此我們聯(lián)系公司又購(gòu)買(mǎi)紅外線傳感器，監(jiān)測(cè)人行和車(chē)輛數(shù)量。做產(chǎn)品過(guò)程中，看著電腦里Scratch的程序算法和連接了紅外線傳感器、LED顯示屏的控制小車(chē)，我們都很興奮。我們甚至想到作品測(cè)試成功后申請(qǐng)專(zhuān)利，聯(lián)系公司孵化產(chǎn)品，批量生產(chǎn)。

如果沒(méi)有使用傳感技術(shù)，我們所有的想法只能停留在虛擬的空間里，也不會(huì)有后來(lái)人行道，左、直、右三個(gè)車(chē)道按車(chē)流量分時(shí)的算法。使用傳感技術(shù)，不僅接連通虛擬和現(xiàn)實(shí)，還可以服務(wù)生活，改變生活，架設(shè)起虛擬、現(xiàn)實(shí)和未來(lái)之間的通道。

最后，我想說(shuō)的是，同學(xué)們的小發(fā)明做起來(lái)仍困難重重，主要是購(gòu)買(mǎi)相關(guān)器材太難了。期待我們的教育教學(xué)技術(shù)設(shè)備能與時(shí)俱進(jìn)，跟上信息技術(shù)邁向人工智能化的步伐；希望同學(xué)們繼續(xù)在生活中學(xué)習(xí)、思考，用Scratch來(lái)編輯生活，改變生活；相信他們創(chuàng)造的夢(mèng)想一旦起程，就不會(huì)輕易停止！

作者簡(jiǎn)介：

江信義（1969.12.16—），男，49歲，漢族，籍貫重慶市北碚區(qū)，重慶市渝北區(qū)第三實(shí)驗(yàn)小學(xué)校信息技術(shù)教師。