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Scratch傳感器闆是Scratch語言拓展的一組硬件,其基本功能如下。Scratch傳感器闆的硬件資源包括1個光傳感器、1個聲音傳感器、1個滑動杆、1個按鈕、4個自定義傳感器(電阻類)接口。其中,按鈕是數字輸入量,有0和1兩種狀態,其他的接口都是模擬量輸入接口,輸入範圍是0~100。Scratch傳感器闆的4個自定義傳感器接口接受常見的電阻類傳感器輸入,包括熱敏電阻、濕敏電阻、彎麯傳感器(電阻型)和光敏電阻等。
因此Scratch Labplus測控闆對它做瞭改進,使Scratch傳感器闆變成瞭Scratch測控闆,除瞭感知外界信息外,還可以輸齣電動機、蜂鳴器、LED燈等多種控製信號,如圖3.1所示。
圖3.1Scratch Labplus測控闆
下麵的案例將會用Labplus Scratch測控闆來完成一係列Scratch基礎測控傳感器的研發,並且使用它的輸齣功能,完成一些富有創意的案例。
3.2Scratch測控闆入門——傳感器的連接
Scratch測控闆和計算機通過USB接口通信,可以感知外界的溫度、光強、電學量(如電阻、電壓和電流)等物理量。Scratch測控闆的輸入量包括數字量(開/關、連接/斷開)和模擬量(電阻、溫度、光照、濕度、聲音、位置)兩種,其使用方法與其他偵測量一樣。首先需要將Scratch測控闆和計算機進行連接。
第一次使用Scratch測控闆硬件時需要安裝硬件驅動程序。首先,要安裝盛思驅動程序,如圖3.2所示。單擊Next按鈕,直到齣現Finish按鈕。
圖3.2安裝驅動程序
接下來,將USB綫插入計算機的USB接口後,嚮下按Scratch測控闆上的按鈕,直到藍色的指示燈亮起來。這時,計算機會顯示齣“找到新硬件”,由於之前已經安裝瞭驅動程序,這時隻需單擊“自動安裝”按鈕即可。
利用硬件更新嚮導進行安裝,安裝驅動程序成功後,可以在“我的電腦”中右擊,在彈齣的快捷菜單中,選擇“管理”選項,進入“設備管理器”中,在端口(COM和LPT)中發現多瞭一個新設備,在這裏要記住設備的端口號,如圖3.3所示。此處Scratch測控闆的端口號為COM21(有些計算機之前沒有安裝過各種傳感器闆,其端口號可能是COM3或COM4)。
圖3.3查看測控闆的端口號
這樣,Scratch測控闆就已經和計算機建立瞭通信關係。需要注意的一點是,Scratch測控傳感器使用的是一個改進版本的Scratch,稱為Scratch_Labplus,該版本的Scratch是免安裝的,解壓縮之後就可以使用,如圖3.4所示。
圖3.4解壓縮Scratch_Labplus程序
……
STEM(Science Technology Engineering Mathematics Education)意指“科學、技術、工程學、數學教育”,是由美國發起的一項旨在通過提高STEM領域勞動者人數和受教育者綜閤應用STEM領域的能力,提高國傢的人力資源水平繼而提升國傢競爭力。本課程將科學、技術、工程學和數學4個領域通過一個具體的研究性學習案例融閤起來,使大傢在掌握信息技術的基礎上,設計、開發和製作實驗裝置(工程),應用其中的數學原理,得到一個科學的結論,並嘗試用多種不同的形式錶達這一科學結論。期望培養一個“數字科學傢”,即對任何一個感興趣的問題都能用科學的方法獨立地開展研究的“自由的研究者”。通過數據的“獲取、存儲、分析、錶達”來實現結論的定量化、精確化和理論化。本書以麻省理工學院開發的Scratch語言為編程環境,將常見的計算機外部設備當作傳感器來使用,展示瞭一係列適閤中學生甚至大學生的研究性學習案例,對於培養學生的能力、提高學生的編程水平和對計算機的理解都很有幫助。
2013年9月,麻省理工學院團隊發布瞭Scratch 2.0的離綫測試版,Scratch 2.0的編程環境已經比較成熟,因此本書使用Scratch 2.0作為Scratch程序語言基礎的教學平颱,並比較瞭Scratch 1.4和Scratch 2.0的區彆。通過一組動畫和遊戲案例,介紹Scratch語言的基礎和Scratch網站的學習方法,並將這些作為接下來學習感測與控製技術的基礎。
通過將生活中常見的計算機外部設備改裝成為傳感器,並結閤Scratch程序的傳感器闆,使有研究能力的學生可以自由地發揮想象,將編程滲透到遊戲、娛樂和科學探究中,其學習角色可嚮科學傢、交互設計師、工程師等多種STEM領域的職業角色轉換。在這個過程中,學生會明白自己適閤做什麼和喜歡做什麼,以及完成一項工作自己需要找哪些人閤作,這些能力將會使學生受益終生。
本書作者
之一賈思博於2010年獲得 “明天小小科學傢”比賽二等奬,並順利保送清華大學;作者硃忠旻憑藉Scratch領域的研究,受邀參加瞭2012年麻省理工學院舉辦的Scratch 2012年年會;作者範力彬是景山學校最早一批學習Scratch語言的學生,未來會成為一名教師,將Scratch教給更多的人。作為他們的教師,在教學相長的過程中,看到學生慢慢地成為我的閤作者,甚至成為我所崇拜的人,我深深地體會到作為一名教師的職業幸福,也非常期待著能夠有更多的人通過測控傳感器的研發過程,打通程序編寫、科學研究、創意應用之間的鴻溝,成為一個“數字科學傢”。他們的共同特徵是“對於任何一個感興趣的問題都能用科學的研究方法定量地開展研究”,他們的研究是齣於好奇心和興趣而非功利和強迫,他們知道如何獲取數據、得齣結論,更知道如何和彆人分享結論、傳播思想。總之,他們將是一群自由的研究者,這個夢想雖然很難但是很值得為之而努力。
自由,雖然是一個“奢侈”的目標,卻是人類永恒的追求!
本書整體規劃以及第1章的編寫由吳俊傑負責,第2章由賈思博、範力彬編寫,第3章由吳俊傑、梁森山、硃忠旻編寫。
由於作者水平所限,書中疏漏在所難免,歡迎讀者批評指正。
北京景山學校吳俊傑
2013年5月於自縛居
這本《青少年科技創新叢書:Scratch測控傳感器的研發與創意應用》光是書名就讓人心潮澎湃,它精準地戳中瞭當代青少年對動手實踐和前沿科技結閤的渴望。我當初被吸引,主要是衝著“Scratch”這個平颱去的,畢竟現在編程啓濛,Scratch是繞不開的利器,它那種圖形化編程的直觀性,對於初學者來說簡直是福音。然而,這本書的妙處在於,它沒有停留在簡單的動畫製作或遊戲設計上,而是直接將Scratch的魔力延伸到瞭“測控傳感器”這個更硬核的領域。我之前接觸過一些少兒編程書籍,大多側重於理論講解和基礎指令的羅列,讀起來枯燥乏味,很多孩子聽兩頁就打瞌睡瞭。但這本書顯然另闢蹊徑,它似乎更強調“連接真實世界”的概念。我特彆期待看到書中是如何講解如何搭建硬件接口,如何讓代碼不再隻是屏幕上的光影,而是能真實地讀取溫度、濕度,甚至是光綫的變化,並基於這些數據做齣反饋。這種將虛擬代碼與物理世界交互的過程,纔是科技創新的核心,也是培養孩子科學思維的關鍵一步。如果書中能配有清晰的電路圖和詳細的搭建步驟,那就太棒瞭,絕對是點亮孩子好奇心的“火種”。
評分從一個純粹的“創意應用”角度來看,這本書的潛力是無限的。編程教學的最高境界,是讓學習者能夠將所學知識融會貫通,創造齣具有個人風格的作品。Scratch測控傳感器的結閤,提供瞭這樣一個完美的平颱——硬件的限製與軟件的自由互相碰撞。我個人比較關注的是,書中在“創意應用”部分是否提供瞭足夠的開放性引導?是僅僅展示瞭幾個固定的小項目,比如自動澆花器或者光感報警器,還是提齣瞭更具前瞻性的挑戰?比如,如何利用這些基礎傳感器去構建一個簡單的物聯網(IoT)雛形?或者,如何將數據可視化做得更加生動有趣,而不是單調的數字列錶?如果作者能在章節末尾設置一些“拓展思考”或者“下一步挑戰”環節,鼓勵孩子們自行設計基於傳感器的更多功能,例如情緒識彆(通過環境光綫和聲音傳感器輔助判斷)或者更復雜的環境聯動係統,那麼這本書就能真正擔當起“創新叢書”的稱號,真正培養齣能夠獨立思考和解決問題的未來工程師。
評分作為一名一直關注STEM教育的傢長,我常常感嘆市麵上許多“科技”書籍,內容更新速度跟不上技術迭代的速度,很多“前沿”知識點可能半年前就已過時。因此,當我看到這本關於Scratch與測控傳感器的書籍時,我最看重的是它的實用性和緊跟時代的步伐。Scratch雖然基礎穩定,但如何將其嫁接到最新的傳感器模塊上,如何處理實時數據流,這纔是體現作者功力的關鍵。我希望這本書能提供的是一套完整的問題解決流程,而不僅僅是照本宣科的教程。比如,書中是否探討瞭如何優化代碼效率來應對高頻傳感器數據輸入?在設計創意應用時,是否引導讀者去思考如何用傳感器解決生活中的實際問題,比如智能傢居的簡化模型,或者環境監測的小工具?如果書中的案例設計得足夠巧妙,能夠激發孩子們去“魔改”現有的項目,讓他們明白編程不是終點,而是工具,那麼這本書的價值就遠遠超過瞭一本普通的編程指南。它的目標讀者群體顯然是那些已經掌握瞭Scratch基礎,正渴望邁嚮“電子工程師”階段的孩子們,這種進階的導嚮性非常值得贊賞。
評分閱讀體驗往往決定瞭一本書的生命力,尤其是在麵對知識點密集的科技類書籍時。我非常看重作者在敘事和講解邏輯上的組織能力。這本書如果成功,它的結構一定是非常精妙的,可能是采用“項目驅動”的學習模式,即先展示一個令人興奮的最終成品(比如一個能自己找光綫移動的小車),然後再層層剝開,解釋實現這個功能所需的各個傳感器模塊和對應的Scratch代碼。這種由果溯因的學習路徑,比傳統的由“概念”到“應用”的講解方式更能抓住讀者的注意力。此外,調試和排錯(Debugging)是所有編程學習者都會遇到的難關。我真誠希望書中能開闢專門的篇章,詳細列舉在使用Scratch連接傳感器時最常遇到的五大類問題,並給齣直觀的解決方案,例如“傳感器無反應”、“數據讀取異常”、“與Scratch界麵通信中斷”等,並提供相應的代碼片段進行對比。這種細緻入微的“避坑指南”,遠比單純的成功案例更有助於培養讀者的獨立解決問題的能力。
評分這本書的裝幀設計和排版風格給我的第一印象是“專業卻不失親和力”。我留意到叢書係列名稱“青少年科技創新叢書”,這暗示瞭其內容定位的嚴謹性,它必須保證科學數據的準確性和工程邏輯的可靠性。然而,如果內容過於學術化,青少年讀者就會望而卻步。我非常好奇,作者是如何平衡這種專業性與易讀性之間的張力的。想象一下,如果書中采用瞭大量的實物照片,對比著Scratch的積木代碼塊,形成清晰的“輸入-處理-輸齣”閉環圖示,那將極大地降低讀者的理解門檻。特彆是涉及到傳感器接綫和軟件配置的部分,任何一個模糊不清的步驟都可能導緻實驗失敗,進而打擊孩子的積極性。一本優秀的實踐指導書,其圖文的配閤必須達到教科書級彆的精確度,同時又不能缺乏激發興趣的視覺吸引力。我期待它能像一本高階的“工具書”,隨手翻開就能找到解決當前睏惑的對應頁麵,而不是需要從頭到尾啃一遍。
評分比較使用,值得一讀。
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評分邊沿創新,嵌入式入門書籍
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