当Scratch遇上Arduino

当Scratch遇上Arduino

姜波张淑霞

山东省威海市翠竹小学264200；张淑霞山东省威海市塔山中学264200

Scratch是当下最流行的少儿编程平台，积木拖拽式的图形化界面很适合小学生学习。Arduino是一种开源的单片机系统，也是当前最热门的智能设计的入门平台。对小学生来说直接编写Arduino程序有一定难度，不适合普及型课程开展。但Arduino拥有完善的串口通讯设计，S4A（ScratchforArduino）类程序的出现让Scratch和Arduino完美地结合在一起。Scratch的编程界面简洁方便易于掌握，Arduino的硬件价格便宜，扩展性好，这为小学阶段开展智能设计教学活动提供了可能性。我们在小学阶段3-4年级全员开展了Scratch和Arduino相结合的智能设计探究主题活动，取得了一定的成果，学生的科技素养得到了很大的提升。

一、项目式主题学习活动的开展

我们开展的具体教学活动如下：

活动1：认识ArduinoUNO测控板。认识测控板的主要组成部分及名称。能使用数据线将测控板连接到电脑上，并在ArduinoScratch软件中进行固件、程序的下载。

活动2：认识传感器。观察常用的传感器（超声波测距、红外避障、声音触发、人体红外感应），推测可能的工作原理及用途并根据wiki拓展资料进行验证。理解生活中常见的传感器应用。

活动3：使用声音传感器绘制音量变化曲线。使用软件进行传感器数值的读取，把读取到的数值应用到软件中，结合Scratch绘图功能绘制变化曲线。结合其他传感器如温度、土壤湿度进行自主设计。

活动4：使用测控板设计互动游戏。使用板载按钮及滑杆、光敏、LED灯等设计互动游戏。如超级马里奥弹跳游戏、弹球打砖块等。

活动5：智能交互程序设计（在线程序）。用温湿度传感器、雨滴传感器及人体红外感应传感器等进行智能家居交互程序的设计，如自动风扇、智能窗帘、智能晾衣架等。

活动6：投篮计数器。数码管和红外触发传感器的使用。使用变量来进行投篮计数的存储，通过重复执行将计数实时更新显示在数码管上，红外触发器每检测到一次投进动作将计数增加1。

活动7：智能杯座。根据生活经验提出需要解决的问题如喝水提醒、快速降温等功能进行功能设计并实现。三色LED灯的使用，能根据温度传感器检测到的温度显示不同的颜色指示。无源蜂鸣器的使用及提示音设计。

活动8：智能循迹小车。了解智能车设计的主要流程，使用结构件搭建车架安装传感器。画出常用的几种循迹方式流程图，根据流程图使用颜色灰度传感器进行循迹小车程序设计。

活动9：自主设计活动。通过参观科技馆、创客活动中心等科技场馆，积累智能设计案例，如科技馆里的识别动物叫声、互动科普设备等。通过小组头脑风暴的方式确定团队设计主题，按照设计选题、设计方案、结构搭建、编程测试、修改完善、交流展示、集体评价的流程进行设计制作，完成团队作品。

系列教学活动之后，我们对学生进行评价。对学生的评价坚持“注重过程，兼顾结果”的原则。在活动实施过程中，坚持让学生自主学习和探究，关注学生活动进展情况，关心每个学生的投入状态，采用相应的评价量表进行评价。过程性评价采用发展评价单的方式，从倾听表达、合作质疑、创新实践、团队合作、课堂成果等方面进行自评、互评、师评。终结性评价对学生最终的团队合作智能设计项目进行评价。有了评价，学生参与课程的长度和研究深度拓展了，学生的兴趣也就得到了培养。

二、活动的意义

1.培养了学生的计算思维。计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。通过本活动的开展，让学生能理解流程图的含义，会设计常用的流程图。学习Scratch图形化编程软件，将自己的创意想法转化为计算机能运行的程序语言，能自主使用ArduinoScratch软件进行智能程序设计，初步培养计算思维。

2.培养了科学创新精神和实践能力。完整的科学探究过程要经历发现问题、提出假设、设计实验、实验、总结、得出结论六个步骤。在智能设计项目探究的过程中，从提出问题、设计方案、编程测试、设计结构、修改方案到最后的展示总结，基本经历了这样一个完整的科学探究过程。在此过程中培养了学生的动手能力及自主学习的能力，运用已有知识分析问题、解决问题的能力。学会利用教师给定的资料及网络资料进行自主学习、动手实践，用不同的方式获取知识，培养他们的科学创新精神和实践能力。

3.团队合作能力的培养。活动以小组团队合作的方式进行项目式学习，根据学习主题不同2-4人一个小组。在合作探究和问题解决过程中鼓励学生探究和创造。鼓励孩子们将自己的创意和想法变成作品，拓展思维，培养创造能力，享受活动的过程，提高参与科技活动的兴趣。学会交流、合作与分享，形成团队意识，培养团队精神和集体荣誉感。

通过Scratch和Arduino相结合的智能设计活动开展，让编程与创新创造更好地结合起来，对于强调造物的创客教育来说，是一种让想法变成现实的很好的实现途径。