传感器技术在Scratch教学中的应用

信息化包括由传感技术、智能技术和控制技术组成的机器人、人工智能设备等，这些技术引进学校，走进教室，带来的不只是教学内容和形式上的改变，更带来学生学习体验、学习方式和学习成果的全新改变。本文就简单谈谈传感器技术在小学Scratch教学中的应用与作用。

一、人机互动，带来全新学习体验

Scratch通过电脑USB接口外接传感器，可以轻松实现人机互动。

比如我们可以用Scratch编程风雨效果，外接光线传感器，可以很快做出人机互动的效果：舞舞手，电脑里翻云覆雨，挥挥手，一切又风平浪静。

比如外接声音传感器，可以做一个小偷正在偷窃，教室里同学们齐声大吼，就可以吓唬住他，让他灰溜溜逃走。

我们还可以使用温度传感器，湿度传感器，超声波传感器，把电脑里的Scratch程序和我们自己产生关联，实现人机互动，让人控制Scratch里的虚拟世界，也可以通过Scratch程序控制现实世界中的我们。

人机互动带给学生的是全新的学习体验。这种学习体验相对以前单一的感官体验（主要是用眼睛看）是全新的，学习效果也是截然不同的。我们都有这种体会：我们在电脑上看过许多风景，可是很快会忘记；而多年前旅游所见的风景却历历在目。为什么呢？因为旅游看风景，不仅眼睛看到了，而且我们全身心都感受到了：耳朵听到天籁的声音，芳香沁入心脾，山涧吹来的微风，带来手臂的丝丝凉意……甚至无端流连在山间的一段联想，这些都能帮助我们记忆住那片风景。是的，这就是全身心感受和只用眼睛感受的迥异。Scratch外接各种传感器教学，就是给学生带来全身心的体验，而这些体验最终转化为极大的学习兴趣并激发他们的学习动机。

二、虚实相连，真正改变学习方式

现在所有教师都知道，教学应该以学生为中心，让他们自主学习。但是真正做起来却是非常之难。对大多数学生来说，学习不是一件简单轻松的事。特别是高段Scratch教学，大串大串的程序指令往往让他们倦于理解。没有实物驱动体验，他们很难理解扫地机器人扫地时为什么“右边沿的X座标比机器人的X座标要大于30”，而不是等于30或者40。编辑每一个指令都需要动脑筋思考，一个地方卡住，可能就耽搁一整节课。为了赶教学进度，教师只好从台下走到台上演示，最后教学还是回到教师为中心，拖着学生走。许多需要亲自尝试才能得到的经验学生没有，久而久之，他们学习没有成就感谢，没有信心和兴趣，更多的是挫折感和对课程的厌倦。

Scratch课堂上引进传感器后，情况完全完全改变。有了实物，他们好像进入了游乐园，有了极大的兴趣和全身心的学习体验，他们才可能成为学习真正的主人。

比如，Scratch中我引进无人机编程一课，用Scratch外接传感器连接无人机。开课时我只演示了无人机的起飞降落和空中翻转，学生立刻轰动了，他们看得目不转睛。老师布置任务，观察无人机 飞行，完成规定路线的起降与空中翻转，学生立刻行动起来。

他们通过观察平板上控制无人机的软件界面，三分钟后即可进行相应操作。之前老师要求小组同学互帮互助，他们都不情愿，只是在公开课时表演一下，现在强烈的好奇心驱使他们立即讨论合作起来。

他们飞行计划还没规划好，就急着试飞了。（这个教师不用阻止，因为失败的尝试是探究的重要部分。）果然所有小组都没有达成到目的地降落的任务。于是他们马上再改程序设计，并开始使用软尺测量距离，用三角器量角器测方向。终于有一个小组成功了，其他组赶快去取经。

整个课堂教学，学生在极大兴趣推动下，完全进入自主学习的状态。为了完成任务，教师试飞时，他们仔细面观察，发现问题；然后小组合作，分析思考，设计程序；试飞出错触发他们再思考，再设计，测量，规划，计算，最后成功。这样学习方式，有探究、有过程、有体验、有失败，有试错后的再探究，再思考，完美完成了自主探究式學习的全过程。

三、回归现实，改变生活开创未来

Scratch外接传感器后，让学生的学习从虚拟回到现实，我们很学自然地引导学生创作服务生活的小制作、小发明，比如叶俊庭同学就设计了一个智能交通灯。

作品题目虽然是智能交通灯，其实最初只是些模拟人车通行及红绿灯变化的程序。

我问他，你能不能使用传感器做一个模拟产品出来呢？他很高兴地接受了任务。

我们联系本地一个机器人公司，购买了了LED显示屏及相应传感器控制平台，准备制作一个实物的智能交通灯控制系统。

为了真实再现，我们去渝北回兴工业园区第一转盘的红绿灯现场观察。我们发现红绿灯设置很有问题。有时没有一个行人等候过马路，可人行绿灯还是会定时亮起，有的车道车辆排起长龙，有的车道却通行无阻。

我们很快用Scratch设计出一个智能化的程序：人行道和车行道的红绿灯时间使用变量，可以根据实际情况设置；在没有行人等候过马路的情况下，车行的红灯计时器不启用，车辆通行无阻。

为了使变量设置数值更准确，我们又再去现场观察。发现早上上班高峰时，进园区的左转车道拥堵严重，而直行道因主通往入住率较少的的空港新城而车辆较少，下午则相反。我们又增加了三个车道根据车流情况分别计算时间的算法。使早上上班高峰期，左车道通行时间根据车流情况在15—30妙的合理区间，而直行车道则由固定的30妙改为30—15的合理区间。每个车道按车流多少使用相应算法分配时间。

因此我们联系公司又购买红外线传感器，监测人行和车辆数量。做产品过程中，看着电脑里Scratch的程序算法和连接了红外线传感器、LED显示屏的控制小车，我们都很兴奋。我们甚至想到作品测试成功后申请专利，联系公司孵化产品，批量生产。

如果没有使用传感技术，我们所有的想法只能停留在虚拟的空间里，也不会有后来人行道，左、直、右三个车道按车流量分时的算法。使用传感技术，不仅接连通虚拟和现实，还可以服务生活，改变生活，架设起虚拟、现实和未来之间的通道。

最后，我想说的是，同学们的小发明做起来仍困难重重，主要是购买相关器材太难了。期待我们的教育教学技术设备能与时俱进，跟上信息技术迈向人工智能化的步伐；希望同学们继续在生活中学习、思考，用Scratch来编辑生活，改变生活；相信他们创造的梦想一旦起程，就不会轻易停止！

作者简介：

江信义（1969.12.16—），男，49岁，汉族，籍贯重庆市北碚区，重庆市渝北区第三实验小学校信息技术教师。