胡亚秋  上海市普陀小学信息科技教师，学校头脑OMER 社团、乐高社团教练。教学中注重信息科技与各学科间的融合，不断探索灵活、高效的教学方法，帮助学生体会科技的日新月异。曾带领学生获得全国头脑奥林匹克决赛一、二等奖，参加世界头脑奥林匹克决赛获第六名，指导的学生乐高机器人社团获得第十六届中国FLL 竞赛（上海赛区）一等奖，曾获普陀区小学信息科技教学评优二等奖。

学习背景
 

本课使用乐高积木进行智能风扇的搭建，使用Scratch2.0程序和WeDo2.0套件完成程序编写，实现通过距离传感器感知人离风扇的远近，从而控制马达的转速。通过乐高搭建、传感器应用与Scratch编程开发创意项目作品，将创客教育理念融入实际问题的解决过程中，在科学探究中发展学生的实践能力、合作能力和创新意识。
 

教学目标
 

知识与技能：参照说明设计并搭建智能风扇的主体；描述距离传感器与马达之间的联系；使用Scratch的WeDo2.0扩展模块读取距离传感器数值并驱动马达。

过程与方法：观察分析距离传感器的数值与距离远近的关系；运用“观察现象—发现问题—分析原因—尝试解决”的程序调试方法，解决实际问题。
 

情感态度与价值观：体验人机交互的过程，提升学习兴趣，培养小组合作学习的习惯。　　

教学重点与难点
 

教学重点：描述距离传感器的作用；使用Scratch的WeDo2.0扩展模块读取距离传感器数值并驱动马达。

教学难点：合理调试距离传感器的参数，解决具体问题。
 

教学过程
 

一、创设情境，引入主题

炎炎夏日，老师在用电风扇时经常会遇到这样一个问题：老师家的电风扇放在客厅的沙发边上，同时面向饭桌和沙发，每当老师吃饭时，由于距离风扇太远，必须把风扇开到最高挡才能吹到风；吃完饭，坐在沙发上休息时，由于离风扇太近，要把风扇开到较低挡位，防止感冒。请同学思考，怎样帮助老师设计能根据距离风扇的远近控制风扇转速的智能风扇。

二、小组合作，解决问题
 

1.构思设计
 

教师组织学生讨论日常生活中的落地风扇，分析其组成结构。学生以小组为单位设计智能风扇的草图，并使用乐高积木和WeDo2.0套件中的电机与传感器完成相关组件的搭建。
 

2.探究新知
 

学生将Scratch2.0与WeDo2.0在计算机上连接，利用Scratch软件观察距离传感器的数值与人和风扇距离远近的关系，判断控制电机转速的大致参数范围。

3.编程与调试
 

学生逐步完善Scratch程序编写，通过运用“观察现象—发现问题—分析原因—尝试解决”的程序调试，完成符合实际情况的智能风扇。
 

三、展示与评价
 

教师组织学生以小组为单位进行作品展示，并向全班同学介绍作品特色、设计思路、遇到的问题以及解决方法，师生共同对作品进行演示评价。

四、反思与创新
 

教师引导学生对本组作品的不足进行反思，鼓励学生继续对作品进行完善和创新。　

　
案例详解
 

一、WeDo2.0功能介绍

WeDo2.0是乐高教育器材中一款可以直接通过蓝牙连接控制机器人的简单入门套装，包含主机、马达、距离传感器和角度传感器，并配有两个传感器插口，可以测量距离、控制机器人平衡等。与WeDo1.0相比，它支持蓝牙连接，除了传统的PC外，在iPad上也有专门的App支持。
 

通过蓝牙连接WeDo2.0后，启动Scratch2.0软件，可以在“更多积木”模块中调用WeDo2.0扩展模块。（如图1）

二、智能风扇结构搭建
 

在风扇结构设计上，我们可以参照落地风扇的结构进行搭建。首先，风扇的底座必须是稳固的，与地面的接触面积相对可以大一些，整体重心也应该在风扇的底座部分。我们可以使用一块底板以及WeDo2.0的主机来使底座与地面接触面积增加，并且将整体重心放在底座部分。（如图2）根据落地风扇的结构，为了让扇叶和马达的位置升高，我们可以搭建支架部分与其连接。（如图3）

智能风扇的特点在于需要通过距离传感器来检测物体与它的距离并控制其转速。因此在设计距离传感器的位置时，需要将距离传感器固定在扇叶正下方并控制好它与扇叶的高度位置。为了更好地发挥距离传感器的作用，它的前后部分至少保持在与扇叶同一平面或凸出扇叶平面。（如图4）

本课例中的智能风扇搭建可参照图5、图6。

三、距离传感器与马达转速的探究
 

将WeDo2.0连接到计算机上，在Scratch中编写简单脚本。（如图7）

学生通过反复用手遮挡距离传感器，读取距离传感器的值，可以发现其数值在0到80之间，体会这个范围的实际距离，并做好相应的标记。马达转速默认为100，指导学生尝试设置为0、101两个值，可以发现马达转速的值可取0到100之间，数值越大转速越快。（如图8、图9）

通过实验探究，学生知道了距离传感器和马达的作用，并体会到只有通过两种硬件的组合才能实现智能风扇的风力随距离的变化产生变化。
 

四、程序设计与调试
 

1.需求分析
 

根据需求，学生需要实现的效果是当人离风扇越近时风力越小，人离风扇越远时风力越大。通过对硬件的实验，学生初步设定在距离范围0~20，马达功率为30；在距离范围20~50，马达功率为60；在距离范围50~80，马达功率为100；距离80以上，为了节约用电，则关闭马达。（如图10）

2.程序设计
 

改变风扇3种转速的效果，可以用“如果……那么……否则”的分支结构进行嵌套。

要用到距离范围判断，则需使用运算。

如果人在相应的距离范围内，则将马达设定到相应的功率，否则继续判断。
 

为了保证程序的有效执行，还需要一个“重复执行”的循环结构帮助距离传感器持续运行侦测距离。（如图11）

3.完善创新
 

作品展示交流后，教师需要留给学生一定时间梳理设计思路，完善提升本组作品的功能。比如：马达功率最高只能设定为100，如果要进一步提高风扇转速应如何设置？当我们短暂离开风扇的有效范围时，可能并不希望风扇停止转动，那么能否加入计时关闭功能，当传感器在有效范围内侦测不到物体时，不要直接停止转动，等待一段时间后再停止。