Scratch與硬件結合講解三種編程結構

于愷

編程的學習過程是枯燥無味的學習過程，對中小學生進行編程的啟蒙教育尤其要注意方式和方法，我們現(xiàn)在學習的編程語言大部分都是一行行的英文代碼，干巴巴的，學生沒有興趣，也沒有學習的積極性。Scratch構成程序的命令和參數(shù)是通過積木形狀的模塊來實現(xiàn)的，從界面上就能夠吸引學生注意力。編程操作更為簡單，用鼠標拖動模塊到程序編輯欄即可，這讓操作更加簡單，學生容易上手。

Scratch與硬件的結合制作出實物，除了有精美的界面，還有一些傳感器交互使得學生在娛樂中學習。本文結合Scratch與pcDuino講解編程的三種重要結構。

Scratch給生活帶來便利：小貓給大家報溫度

溫度是我們每個人都關心的問題，氣溫高了要減少衣物，氣溫低了要添加衣物。我們通過Scratch與溫度傳感器相結合，給學生穿衣提示。在獲取溫度的時候要進行對獲取數(shù)據(jù)的處理，數(shù)據(jù)的處理促使學生對變量的計算進行理解。學生看到可愛的湯姆貓會很興奮，而且這只小貓會報溫度，學生興趣一下就提高了（制作的效果如圖1）。硬件準備為pcDuino V3、溫度傳感器，將溫度傳感器連接到A0口（連接如圖2）。

順序結構是最簡單的程序結構，也是最常用的程序結構，只要按照解決問題的順序寫出相應的語句就行，它的執(zhí)行順序是自上而下，依次執(zhí)行。Scratch在編寫程序的時候，一塊塊積木自上而下拼接下來，首先獲取AI接口的電壓，然后對電壓值進行計算，通過最后一步的計算獲得當前的溫度。將當前溫度的值顯示在程序界面（代碼如圖3）。

Scratch編程大大簡化了硬件編程的復雜度，通過簡單的積木式的拼接，很方便地獲取到溫度傳感器的電壓值，經(jīng)過簡單的順序結構換算成為溫度的值。在這一個過程中讓學生掌握了簡單硬件的輸入和順序結構語句，對于學生以后掌握相關的硬件知識和程序知識起到了啟蒙作用。

Scratch簡單的娛樂：巫師的魔法

一名巫師讓你選擇一盞要點亮的魔燈（效果如圖4），你會選擇哪一個呢？學生會選藍色或者紅色，輸入1紅色燈泡被點亮，輸入2藍色燈泡被點亮。計算機語言是由數(shù)字0和1組成的，在硬件電路的數(shù)字信號也是由數(shù)字0和1組成的，簡單地運用Scratch編程，通過設置信號0或者1設置小燈的點亮。一名巫師讓學生選擇數(shù)字1或2，輸入數(shù)字1，紅燈亮，輸入數(shù)字2，藍燈亮。點亮小燈Scratch輸出信號1，小燈熄滅時Scratch硬件輸出數(shù)字0。硬件準備為：pcDuino V3，LED燈2個（藍色燈連接D6口，紅色燈連接D7口，如圖5）。

選擇結構用于判斷給定的條件，根據(jù)判斷的結果判斷某些條件，根據(jù)判斷的結果來控制程序的流程。Scratch通過獲取回答，做出判斷，給出兩條路，是紅燈亮還是藍燈亮。學生在看到Scratch程序拼接時，很容易理解選擇語句，并看到了實際效果，這樣比單純地運行程序帶來了更加具體的效果。學生在娛樂中理解了選擇語句，在操作中掌握了信號的輸出以及電平高低的設置（代碼如圖6）。

將Scratch應用到生活：幸運大轉盤

這是一個大家常見的抽獎工具（如圖7），當按下空格，轉盤開始旋轉，用手去觸碰觸摸傳感器，轉盤停止。硬件準備為pcDuino V3，觸摸傳感器（觸摸傳感器連接D6口，如圖8）。

在不少實際問題中有許多具有規(guī)律性的重復操作，因此在程序中就需要重復執(zhí)行某些語句。一組被重復執(zhí)行的語句稱之為循環(huán)體，能否繼續(xù)重復，決定循環(huán)的終止條件。循環(huán)結構是在一定條件下反復執(zhí)行某段程序的流程結構，被反復執(zhí)行的程序被稱為循環(huán)體。循環(huán)語句是由循環(huán)體及循環(huán)的終止條件兩部分組成的。在這個實際運用中，循環(huán)體就是轉盤的旋轉，終止條件就是觸摸傳感器輸入高電平信號。在這個實際運用的程序中讓學生掌握輸入信號的使用，被觸摸的信號為高電平。學生玩起來很開心，做完以后，一起比看誰先轉到特等獎。有的學生通過修改其角度讓轉盤旋轉變慢，進而更加容易中獎。在修改的過程中，學生已經(jīng)開始理解循環(huán)體的使用，在Scratch中有兩種模式循環(huán)，一種是重復執(zhí)行到，一種是如果怎樣就執(zhí)行。這兩種方式正是我們編程過程中常用的兩種循環(huán)語句方式，學生不但理解了循環(huán)語句，還掌握了兩種循環(huán)的方式（代碼如圖9）。

學習編程本身就是對信息的加工處理，讓信息服務于生活。學生本身就好奇心重，對于新鮮的事物充滿興趣，而且善于模仿。如果學生將Scratch編程運用到生活，可以創(chuàng)作出不少的新鮮事物。前一段時間我們的學生嘗試使用Scratch制作智能水杯，當水杯倒掉以后，立馬發(fā)出警報。學生在娛樂中探索，在探索中創(chuàng)新。通過Scratch講解三種重要的程序結構，學生有了一定的抽象思維，可以嘗試具體的實物創(chuàng)作。