贺雯  上海市曹杨第二中学附属学校信息科技教师，普陀区教育科研课题“基于计算思维培养的初中信息科技‘Scratch编程’课程实施与研究”课题组成员，曾获普陀区初中信息科技教学评优一等奖，参与撰写了《玩转Scratch创意编程》一书。

学习背景
 

近年来，Scratch编程已逐步成为培养学生信息素养和计算思维的重要途径之一。本案例选用乐高积木进行“车杆模型”的创意搭建，使用Scratch2.0及WeDo套件完成程序的编写。借助距离传感器，感知与车杆距离的远近，实现对马达开关的控制。调试指令，继而达成“车杆模型”与“Scratch角色对象”模拟起落的同步。旨在通过Scratch作品的设计、制作、分享、交流等过程，引导学生从计算思维的角度去思考、判断、解决和处理问题。

教学目标

知识与技能  1.识别距离传感器，描述距离传感器数值大小与距离远近的关系。2.说明马达相关指令及其作用。3.实现距离传感器控制Scratch程序中的角色对象和WeDo模型。
 

过程与方法  经历按键控制角色对象到利用硬件（距离传感器）控制的转变。
 

情感态度与价值观  体验从创意想法到完成作品的喜悦。
 

教学重点与难点
 

教学重点  利用距离传感器，实现对WeDo创意车杆模型的控制。
 

教学难点  调试指令，实现“车杆模型”与“Scratch角色对象”模拟起落的同步。

教学过程
 

一、模型交流，创设情境
 

创设“WeDo设计大赛”情境，以“创意设计车杆”为主题，微视频展示小组乐高搭建车杆模型，分享各自创意，交流创作心得。
 

二、设疑解疑，架构思维
 

以“按键控制式车杆”为例，通过观察模拟动图，引导学生描述实现过程。出示示例指令，在师生对话、生生交流中，让学生尝试判断指令正误，指出问题，修改指令并运行检测。指令的逐步修正，有助于学生形成目标达成的思维方式，将表达的语言自然过渡到Scratch语句。
 

对“程序运行意外停止”设疑，观察程序运行中出现的状况，引导学生补充初始化语句，强调程序初始化的重要性。
 

三、小组探究，获取新知
 

以“距离传感器控制车杆”为线索，通过观察模拟动图，引导学生分析实现过程。引出距离传感器及主控制器，识别并操作两者相连。小组合作，探究距离传感器参数的意义，小结读取实时数值的方法，归纳参数大小与距离远近的关系。然后编写程序，实现距离传感器对Scratch角色对象的控制。

四、应用新知，编程调试
 

将“Scratch角色对象模拟车杆起落”视为学习支架，知识迁移，继而利用距离传感器及马达控制WeDo模型。借助马达说明文件，探索与马达相关的指令语句用法。根据各自设计的WeDo模型，调试指令参数，并尽可能保证角色对象模拟与WeDo模型模拟的同步。
 

五、展示评价，拓展创想
 

小组作品交流，对比各自设想与最终作品之间的异同。交流完成任务过程中遇到的困难或问题，以及各自解决的方法或途径。

以“还能为车杆升级哪些功能”为题，引发学生深度思考，提升综合应用的能力，延伸课堂。

案例详解
 

一、WeDo套件的功能介绍
 

WeDo是一套可以与电脑连接，并进行编程和控制的乐高套装。包括150多个积木组件、1个马达、1个距离传感器、1个倾斜传感器和1个主控制器。本案例主要使用各类积木、马达、距离传感器和主控制器。
 

将主控制器通过USB接口连接到电脑上。点击“更多积木”，选择“添加扩展”，再点击“LEGO WeDo 1.0”选项，并确定。脚本区新增多条程序指令，可对马达的开启关闭、功率、方向及其他属性进行设置。如图1所示。

二、车杆模型的百变搭建
 

车杆模型可谓五花八门。按起落划分，大致可分为：左右式、上下式、卷帘式、移动式等。在生活中，左右式最为常见，创意来源于生活，仿照该类型设计的学生作品也占据大多数。

本案例搭建模型如图2所示。

要实现距离传感器对车杆“抬起”和“回落”的控制，就不能忘记为马达和距离传感器预留位置。利用主控制器进行互相连接，借助USB接口再与计算机关联。若能考虑车杆起落的时速，避免单位时间内速度过快，推荐首选“蜗轮蜗杆结构”。该结构类似于齿轮与齿条，能够做到环环相扣，使得传动相对比较平稳。（如图3）

三、距离传感与马达控制
 

1.距离传感器
 

距离传感器，用于感应其与某物体间的距离，以完成预设的某种功能。将距离传感器连接至主控制器上，通过物体在距离传感器前移动，并点击“距离”模块，可读出距离传感器的数值。其数值区间在0~100，距离越远，数字越大。
 

2.马达

马达功率的取值范围为0~100；转动方向可选顺时针或逆时针。
 

四、程序设计与调试
 

1.需求分析
 

根据需求，Scratch角色对象与WeDo模型均由距离传感器控制。通过判断距离传感器侦测到的数值是否满足一定条件，决定是否执行后续程序。区别在于，角色对象是通过“车杆”的旋转进行模拟，而WeDo模型则借助马达的帮助，通过设置马达功率、转动方向和启动时长等进行模拟。

2.程序设计

（1）角色对象的模拟实现
 

侦测距离，编制判断程序。可用手或物体放在距离传感器前并加以调整，点击“距离”模块来获取相应数值，寻找合适的距离值区间。通过反复执行程序，来验证在此距离范围内马达能否被触发启动。此处需使用“如果……那么……”模块，在条件中，设置“数据和逻辑运算”，实现通过判断距离传感器的值，触发执行。
 

模拟起落，细化执行过程。为更好模拟车杆逐步抬升/下落，可加入“重复执行 次”“左转 度”/“右转 度”。
初始程序，确保角色归位。在程序的第一步，建议加上“面向 方向”指令，保证在每次程序执行或调试时，“车杆”角色对象位于水平位置。
 

当然，为保证程序始终执行，还需在外部嵌套“重复执行”模块。如图4所示。
 

（2）积木模型的模拟实现
 

要达成距离传感器对WeDo模型的控制要求，思考方式与之前角色对象模拟大致类似。需要注意的是，程序指令中的具体参数，可根据搭建的模型因物而异，调试后再行确定。（如图5）如果调试中，“车杆”未按预设“抬起”，说明马达的转动方向设置有误。如果“车杆”起落未达到预期位置，说明马达的转动时间过长或过短。为了让“车杆”能够回到初始位置，回落时马达转动方向应与抬起时相反，且持续的时间应相同。

3.完善创新
 

“若要研发新一代智能车杆，你觉得升级版还能包含哪些功能？”如同抛砖引玉一般，问题抛出后，学生合理畅想，各抒己见。如“再增加1个距离传感器，监测车杆与车辆顶棚的距离，以防擦碰”。又如“按键控制与距离传感控制相结合，形成双控制状态”。再如“为计数编写程序，反馈当前车库停车量，甚至还能提示车库停车位剩余量”。学生的创新意识值得肯定，一些设想也有理有据，不难实现。
 

教学点评
 

计算思维的本质是抽象和自动化。本课通过“创意车杆设计”任务，经历了五个解决问题的步骤：一是问题分析，要设计怎样的车杆才能达到要求；二是通过积木搭建，将问题从抽象到具体；三是探索遥控按键、距离传感两种控制车杆起落的方式，体验解决问题的不同方法与策略；四是利用距离传感器，先对Scratch角色对象进行模拟，之后应用于车杆模型，经历问题解决中模拟到真实的过程；五是为尽可能实现模拟角色与车杆模型同步，在调试程序中不断改进程序或模型，经历问题回溯优化的过程。
本节课，学生面对造型各异的车杆模型，使用了相同的思想解决了问题，经历了计算思维培养中界定问题、抽象特征、建立结构模型的过程。（点评人：王世达，上海市普陀区教育学院现代教育技术研究室副主任，信息技术教研员）