玩转虚拟与现实

刘金鹏

2015年初，一则“中国游客赴日本抢购马桶盖”的新闻引起了社会的极大关注。这其中，日本马桶盖的人性化设计和高科技配置应该是吸引国人疯狂抢购的最主要原因，对此有人戏称：一只马桶盖打败了“中国制造”。“中国制造”应如何向“中国智造”转变？这不但对中国的制造业提出了新的挑战，同时也对学校教育要培养什么样的人才提出了新的期待。几乎在同一时间，李克强总理访问了深圳“柴火创客空间”，并把“创客”二字第一次写进了政府工作报告，创客及创客教育第一次风风火火走进了大众的视线。

什么是创客教育

什么是创客，什么又是创客教育呢？“创客”一词来源于英语“Maker”，是指出于兴趣和爱好，通过动手实践或借助新技术把各种创意转变为现实的人。“创客”们坚守创新，持续实践，乐于分享并且追求美好生活，所以又有人称他们为“玩创新的人”。当创客精神与教育相遇，“创客教育”便诞生了。“创客”活动激发了学生的兴趣和欲望，让教育从以前的“老师让学生学”变成了“学生自己想要学”。美国创客教育非常流行，我国台湾和香港地区创客教育活动也非常普及。其实每个孩子都是天生的创客，每个发明家都有一个喜欢拆东西的童年，只是在教育和成长过程中，动手做并不被特别鼓励，甚至被认为是在浪费时间，这扼杀了孩子的创造力。

为什么是Scratch测控板

近年来，以Scratch为代表的创客教育在国内如雨后春笋般遍地开花，江苏、浙江、广东等地区Scratch教学内容目前已经进入了小学信息技术教材。笔者认为，Scratch进入信息技术教材，不仅是信息技术教学中又多了一个有趣好玩的软件，更主要是它给信息技术教学带来了一种创新的可能，给学生提供了一个动手、动脑制作创意作品的全新舞台。不过在笔者所看到的Scratch课堂教学中，大部分教师都以讲解软件的应用操作为主，有些还把Scratch教学上成了编程和算法课。笔者更愿意看到的是，把Scratch当成一个认识和探索现实世界的工具，让计算机能够通过Scratch感受外部世界的变化，并能表达自己的观点和看法，实现虚拟和现实互通。

那么，如何让Scratch侦测到外部世界的信息并做出反应呢？虽然目前市面上Arduino等开源硬件平台功能已经足够强大，但对小学生来说，掌握起来仍比较吃力。其实，对于初学者来说，利用Scratch测控板初步认识硬件是一个相对简单实用的解决方案。为了让Scratch更好地感知真实世界的各种变化，人们开发出了集成多种类型传感器的通讯电路板——Scratch测控板来采集外部信息。Scratch测控板既可以通过板子上的传感器输入数据给Scratch，也可以把Scratch处理过的数据输出给板子，用来控制电机或LED指示灯等外部设备。常见的Scratch测控板上一般都集成有滑杆、按钮、光线、声音等传感器，除此以外还提供A、B、C、D四个传感器输入接口，可以连接更多的传感器，比如检测温度、湿度、压力、距离等信息并传回模拟或数字量供Scratch程序调用。

目前，市场上各类Scratch板子比较多，如何选择一款适用的Scratch测控板开展小学创客教育呢？一般来说，主要从性能和价格两方面综合来考虑。如前文提到的CK测控板，它分有线和无线两款。板子内置电机输出和LED指示灯输出模块，五向键控制功能让Scratch软件具有更大的灵活性和操控性，无线测控板可在10米左右的距离无线控制Scratch实现交互，非常适合教师演示用，加上有相应配套教材，是一款较理想的创客教育类产品。在兴趣小组或社团活动中开展Scratch测控板教学活动，如果经费充足，每位学生人手一块板子当然是最好的选择。当然也可以学生四人或六人为一小组合用一块Scratch测控板开展教学。

那么，利用Scratch测控板在小学创客教育可以实现哪些效果呢？下面我们通过一个教学案例来说明。

Scratch测控板教学案例

以下是利用Scratch测控板上的按钮、滑杆、光线、声音等传感器制作的一个Scratch范例作品《小苹果2.0》。设计意图是让一个卡通版小男孩在变幻的舞台上边跳边唱“小苹果”。其中，用按钮传感器来控制音乐的播放；用滑杆传感器来控制音量的大小；用声音传感器来控制舞台背景的特效；用光线传感器来控制舞台背景的明暗；用测控板上的方向键来控制角色在舞台上左右移动；用测控板输出功能来控制板载LED闪烁及驱动振动马达工作等。

安装并启动Scratch Plus，出现Scratch2.0界面。将Scratch测控板与电脑连接好，通过电脑“设备管理器”查看相应端口号。选择“连接”菜单下“COM3”及“Scratch Box 1.4”，界面最上方红色指示灯变绿，说明Scratch测控板已经检测到，并可正常使用。这时，传感器参数显示在界面右下侧表格中，推动滑杆或按下按钮或用手遮挡一部分光线或发出一些声音，Scratch测控板上的相应参数就会在0～100之间变化。

对角色“男孩”编写脚本，让“男孩”在舞台上跳起来。从本地文件夹上传音乐文件“小苹果way”，用按钮传感器来控制音乐的播放。

用滑杆的变化来控制播放声音的大小。

通过侦测Scratch测控板上的五向键来控制角色在舞台上水平移动。

用侦测到的外界声音大小来控制“舞台”角色的背景特效。

用侦测到的外界光线变化值来控制舞台亮度。

通过马达模块驱动Scratch测控板上的LED指示灯闪烁，也可用软陶泥自己捏一个卡通造型并把振动马达放在卡通身体里，让卡通人和电脑上的小孩一起动起来！

在这个范例里，我们综合运用了Scratch测控板上的按钮、滑杆、声音、光线、线性阻力等传感器，并通过测控板输出功能来驱动电机和LED指示灯工作，在Scratch2.0中实现了虚拟与现实互连。在教学实践中，有了Scratch测控板这个“秘密武器”后，学生的创造力被激活了，从生活实际需求出发，编写出了很多具有创意的Scratch作品。

学生Scratch测控板创意作品

1.作品《自动点亮路灯》

使用了Scratch测控板上光线和声音传感器。当Scratch测控板侦测到周围环境光线变暗，并且有声音发出时，就自动点亮路灯，延时一段时间后熄灭。这个创意来自于生活中这位同学对智能路灯的观察。

2.作品《自动音乐喷泉》

使用了Scratch测控板上的按钮和声音传感器。当按下按钮时触发喷泉并播放音乐，随着声音音量的不断变化，喷泉的形状和高度也会发生同步的变化。这个创意来自于这位同学在市民广场看到的音乐喷泉。

3.作品《大风车》

使用Scratch测控板上的声音传感器和马达输出功能。利用废鞋盒盖手工完成大风车背景绘制及叶片制作，并将叶片粘在和测控板连接好的马达上。当对着测控板吹风时，利用声音侦测功能，驱动马达工作，实现虚拟和现实中大风车同步旋转。

4.作品《自动窗帘》

使用了Scratch测控板上的光线传感器，当室内光线变暗时，窗帘徐徐拉开采光，当室内光线变亮时，则自动闭合窗帘。这个创意来自于智能家居设计，和生活场景相一致。

学生的这些作品创意大部分来源于实际生活经验。用科技解决生活中碰到的实际问题，帮助人们更好地生活，这不就是我们学习科学技术的目的吗？可见，Scratch测控板确实可以让Scratch教学如虎添翼，增加教学的趣味性和互动性。

其他硬件设备在教学中的应用

在教学中使用Scratch测控板就如同为计算机增添更多的输入输出设备，让计算机在更好地感受外界变化的同时也可以做出积极的反应。其实，利用计算机自带的话筒和摄像头等设备也可以做出一些有趣的人机互动或体感游戏等创意作品。

1.听话的小狗（声音控制）

创意：利用Scratch软件自带的话筒检测指令，可以通过检测外界声音，实现让站着的小狗听到“趴下”命令时改变造型为“趴下”时的效果，好像真的听懂了我们说的话，实现小狗听话做动作的神奇效果。

2.切水果（体感游戏）

创意：通过Scratch2.0新增的视频侦测功能和克隆功能，可以模仿在屏幕上切水果的体感游戏。当站在摄像头前的人挥动手臂时，水果角色会自动切换造型，变成被切成开时的造型。

3.触摸肥皂泡（体感游戏）

创意：通过Scratch2.0新增的视频侦测功能和克隆功能，模仿在屏幕上方的肥皂泡落下时用手去触碰就会破裂的体感游戏。当站在摄像头前的人用指尖触碰泡泡时，泡泡就会改变造型，实现泡泡破裂的效果。

Scratch测控板教学中应注意的几个问题

首先，Scratch测控板目前在Scratch1.4软件中使用效果非常好，但目前在Scratch2.0使用时还存在一些小BUG。虽然Scratch2.0一直在改版，但对Scratch测控板的支持还不完美，必须要在Scratch修改版下使用才可以获得更好的教学效果。

其次，在使用Scratch测控板时要注意，同一时间只能有一个程序可以使用Scratch测控板，所以不能同时打开两个以上的程序。

再次，Scratch测控板的使用要和现实需求相结合，不能为了用而用。在教学中不能单纯讲解Scratch测控板的使用方法，而应该结合具体的案例来让学生体验虚拟和现实互连的神奇魅力。

最后，Scratch测控板的使用要注意趣味性和教育性结合，不能为了玩而玩。我们的教学不能单纯靠过分追求趣味性去吸引学生的注意力，应该让学生在动手和实践中收获知识，感受科技创造美好生活的真谛。

目前的Scratch测控板大多都只能支持一路马达输出，这制约了它的进一步扩展。如果让Scratch作为软件来控制二路电机，加上一些传感器就可以制作出智能Scratch小车，实现一些例如走轨迹、躲避障碍、灭火、搜救等教学案例，就会让Scratch测控板升级成为更好玩的教育产品。

总之，在小学创客教育中适时引入Scratch测控板，会使小学信息技术课程更有趣、好玩，而且能让学生初步体验人工智能等硬件控制原理，这对学生后续进一步的提高和拓展打下坚实的基础。