Scratch与硬件结合讲解三种编程结构

于恺

编程的学习过程是枯燥无味的学习过程，对中小学生进行编程的启蒙教育尤其要注意方式和方法，我们现在学习的编程语言大部分都是一行行的英文代码，干巴巴的，学生没有兴趣，也没有学习的积极性。Scratch构成程序的命令和参数是通过积木形状的模块来实现的，从界面上就能够吸引学生注意力。编程操作更为简单，用鼠标拖动模块到程序编辑栏即可，这让操作更加简单，学生容易上手。

Scratch与硬件的结合制作出实物，除了有精美的界面，还有一些传感器交互使得学生在娱乐中学习。本文结合Scratch与pcDuino讲解编程的三种重要结构。

Scratch给生活带来便利：小猫给大家报温度

温度是我们每个人都关心的问题，气温高了要减少衣物，气温低了要添加衣物。我们通过Scratch与温度传感器相结合，给学生穿衣提示。在获取温度的时候要进行对获取数据的处理，数据的处理促使学生对变量的计算进行理解。学生看到可爱的汤姆猫会很兴奋，而且这只小猫会报温度，学生兴趣一下就提高了（制作的效果如图1）。硬件准备为pcDuino V3、温度传感器，将温度传感器连接到A0口（连接如图2）。

顺序结构是最简单的程序结构，也是最常用的程序结构，只要按照解决问题的顺序写出相应的语句就行，它的执行顺序是自上而下，依次执行。Scratch在编写程序的时候，一块块积木自上而下拼接下来，首先获取AI接口的电压，然后对电压值进行计算，通过最后一步的计算获得当前的温度。将当前温度的值显示在程序界面（代码如图3）。

Scratch编程大大简化了硬件编程的复杂度，通过简单的积木式的拼接，很方便地获取到温度传感器的电压值，经过简单的顺序结构换算成为温度的值。在这一个过程中让学生掌握了简单硬件的输入和顺序结构语句，对于学生以后掌握相关的硬件知识和程序知识起到了启蒙作用。

Scratch简单的娱乐：巫师的魔法

一名巫师让你选择一盏要点亮的魔灯（效果如图4），你会选择哪一个呢？学生会选蓝色或者红色，输入1红色灯泡被点亮，输入2蓝色灯泡被点亮。计算机语言是由数字0和1组成的，在硬件电路的数字信号也是由数字0和1组成的，简单地运用Scratch编程，通过设置信号0或者1设置小灯的点亮。一名巫师让学生选择数字1或2，输入数字1，红灯亮，输入数字2，蓝灯亮。点亮小灯Scratch输出信号1，小灯熄灭时Scratch硬件输出数字0。硬件准备为：pcDuino V3，LED灯2个（蓝色灯连接D6口，红色灯连接D7口，如图5）。

选择结构用于判断给定的条件，根据判断的结果判断某些条件，根据判断的结果来控制程序的流程。Scratch通过获取回答，做出判断，给出两条路，是红灯亮还是蓝灯亮。学生在看到Scratch程序拼接时，很容易理解选择语句，并看到了实际效果，这样比单纯地运行程序带来了更加具体的效果。学生在娱乐中理解了选择语句，在操作中掌握了信号的输出以及电平高低的设置（代码如图6）。

将Scratch应用到生活：幸运大转盘

这是一个大家常见的抽奖工具（如图7），当按下空格，转盘开始旋转，用手去触碰触摸传感器，转盘停止。硬件准备为pcDuino V3，触摸传感器（触摸传感器连接D6口，如图8）。

在不少实际问题中有许多具有规律性的重复操作，因此在程序中就需要重复执行某些语句。一组被重复执行的语句称之为循环体，能否继续重复，决定循环的终止条件。循环结构是在一定条件下反复执行某段程序的流程结构，被反复执行的程序被称为循环体。循环语句是由循环体及循环的终止条件两部分组成的。在这个实际运用中，循环体就是转盘的旋转，终止条件就是触摸传感器输入高电平信号。在这个实际运用的程序中让学生掌握输入信号的使用，被触摸的信号为高电平。学生玩起来很开心，做完以后，一起比看谁先转到特等奖。有的学生通过修改其角度让转盘旋转变慢，进而更加容易中奖。在修改的过程中，学生已经开始理解循环体的使用，在Scratch中有两种模式循环，一种是重复执行到，一种是如果怎样就执行。这两种方式正是我们编程过程中常用的两种循环语句方式，学生不但理解了循环语句，还掌握了两种循环的方式（代码如图9）。

学习编程本身就是对信息的加工处理，让信息服务于生活。学生本身就好奇心重，对于新鲜的事物充满兴趣，而且善于模仿。如果学生将Scratch编程运用到生活，可以创作出不少的新鲜事物。前一段时间我们的学生尝试使用Scratch制作智能水杯，当水杯倒掉以后，立马发出警报。学生在娱乐中探索，在探索中创新。通过Scratch讲解三种重要的程序结构，学生有了一定的抽象思维，可以尝试具体的实物创作。