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随着小学信息技术课程的深入发展，课程的本体价值、核心要素等越来越受关注。近年来，小学信息课程开始引入机器人项目和简单的程序设计内容。趣味编程和机器人项目开始从单纯的竞赛项目走向社团活动、走进教材、走进课堂教学，硬件设施的配备也开始陆续跟进。小学信息技术教育的新时代已经来临，作为年轻的信息技术教师，我们应与时俱进，带领学生一起探索机器人的奥秘，走进程序设计，体验信息技术课的别样风景。
● S W式机器人校本项目的产生
1.传统机器人项目中的编程偏难
笔者所在学校于2009年建立了机器人实验室，在骨干教师的引领下，学校将机器人项目引入了社团活动和课堂教学。笔者在实践中发现，机器人项目的实施一般都要经历“搭建结构—编写程序—运行调试”的过程，其中的编写程序是其核心内容之一。但以往机器人项目中配套的编程软件，其界面与模块的设计不太符合小学生的认知特点，尤其是程序中所涉及的变量累加、随机数等，都超出了小学生的认知水平和心理特点。因此，小学生对搭建机器人有着浓厚的兴趣，但对编写程序却望而生畏。
2.纯Scratch编程缺乏现实体验
Scratch作为一款专为8岁以上儿童设计的图形化开源编程软件，很好地解决了小学生学习程序设计时的很多问题。它用形象直观的积木式指令代替了枯燥、难记的代码指令。Scratch编程就像是搭积木，编程的门槛很低，利用图形化指令可以很方便地制作出各种动画、互动故事、益智游戏等，充满了趣味性和娱乐性。但Scratch还是停留在虚拟环境中，缺少了搭建模型的过程，也就缺失了实物带给学生的真实体验。因此，笔者针对Scratch编程与实体机器人有机结合这一问题进行了一系列的思考与探索。
1.S→W：搭建实体对象，模仿智能控制
这种形式主要是用Scratch舞台中某个角色来控制实体简易机器人运动。使用这种形式学习，学生要会使用Scratch中的一般指令，更要学会控制外接设备如马达的程序指令的使用。学生能通过对Scratch中角色的操作，利用WeDo控制器控制机器人运动，体验智能遥控的乐趣。
【任务】用WeDo搭建一个简易的实体风扇（如图1），能利用Scratch舞台中的遥控器（如图2）控制风扇的运动速度。
【功能】此遥控器中数字1～8代表了从小到大的8种功率；向左的按钮能控制实体风扇减速运动，向右的按钮能控制实体风扇加速运动；停止按钮使实体风扇停止。
【程序设计】遥控器上所有按钮都作为独立的角色进行程序设计，单击数字1～8，分别赋予变量值为10～80；单击左右箭头，分别将变量值减少或增加10；单击停止时，变量值为0。遥控器（部分）的程序指令如图3所示。
实体风扇要旋转起来还需要打开马达，让马达按一定的能量进行运动，主要程序如图4所示。
2.S→S W拓展程序运用，实现多点变化
这种形式就是用Scratch舞台中某一个角色控制其他角色和现实中实体机器人同时运动。在设计中，受控制的对象除了实体机器人外，还要在舞台中有一个或多个虚拟角色，可以实现由一点来触发多点同步发生变化。
【任务】用WeDo搭建一个简易的实体风扇，能利用Scratch舞台中的遥控器控制实体风扇和舞台中的虚拟风扇同时运动。
【功能】遥控器中数字1～8代表了从小到大的8种功率，向左的按钮能控制实体风扇和虚拟风扇同时减速；向右的按钮能控制实体和虚拟风扇同时加速运动；停止按钮使实体、虚拟风扇同时停止。 【程序设计】由于变量“马达速度”的值不便于直接作为虚拟风扇的旋转角度，所以将马达速度除以一个值来得到适宜的角度读数。结合驱动马达的程序，优化后的指令如上页图5所示。
3.W→S：应用传感信息，体验人机互动
这种形式是利用WeDo的传感器来控制Scratch舞台中角色的运动。在创作中充分利用倾斜传感器、距离传感器返回的值来控制Scratch中一个或多个角色，让学生感觉到自己在控制计算机中角色的变换，体验到人机互动的乐趣。
【任务】用WeDo的距离传感器控制Scratch舞台中风扇的运动。
【功能】当物体越接近距离传感器，Scratch舞台中风扇转动加速；当物体离距离传感器越远，Scratch舞台中风扇转动减速，直至停止。
【程序设计】由于任务中要求物体距离传感器越近，转动的角度越大，也就是说距离传感器的值越小，旋转角度的值反而越大。为了将这两个值转换为同增同减的值，必须探索一个合适的公式进行转换，程序指令如图6所示。
4.W→S W：优化程序设计，促进虚实相生
这种形式是利用WeDo传感器控制实体机器人和Scratch舞台中某些角色同时运动。通过融合虚实的创作，学生能让虚拟与现实中的对象都按自己的意志进行运动。在这个过程中，学生不仅体验到人机互动的愉悦，还能体验虚拟与现实的交互感，激发学生投入到更发散的思维创意设计之中。
【任务】用WeDo搭建一个风扇，利用距离传感器控制实体风扇和舞台中的虚拟风扇同时运动。
【功能】当物体越接近距离传感器，实体风扇和舞台中的虚拟风扇同时转动加速；当物体离距离传感器越远，实体风扇和舞台中的虚拟风扇同时转动减速，直至停止。
【程序设计】将前面的虚拟风扇和实体风扇的程序进行优化后，程序指令如图7所示。
● S W式机器人校本项目的实施
笔者通过不断的实践探索与反思改进，初步构建了上述四种比较适合小学生学习的S W式机器人学习项目形式。在实际教学中，教师可根据学生情况、项目内容和情境任务来选择其中的一种或两种来组合实施，而非对一个任务情境使用所有的形式。
基于S W式机器人校本项目设计的《自动跷跷板》一课，笔者选择了以S→S W为主，S→W为辅的两种形式结合使用来实施教学。
学习目标：认识倾斜传感器、马达、齿轮、滑轮等WeDo零件，掌握WeDo控制器、传感器与计算机的连接方法。掌握Scratch中循环结构、分支结构、变量的运用，能够编写程序控制WeDo的控制器；体验S W式机器人项目学习的乐趣，激发创造力。
情境任务：小朋友都玩过跷跷板吧！如果想让跷跷板的两端一直平稳地上下运动，需要什么条件呢？（讨论得出：跷跷板两边的重量差不多）今天，我们就利用Scratch和WeDo来设计一款自动跷跷板，用控制器来控制跷跷板的运动方向。
任务分析：在这个任务情境中，首先需要弄清楚倾斜传感器的值。通过描述任务：传感器向左，跷跷板向左；传感器向右，跷跷板向右；传感器平，跷跷板停止运动，可以转换为传感器的值等于1，跷跷板向左转；传感器的值等于3，跷跷板向右转；传感器的值等于0，跷跷板停止运动。在这个程序中，嵌套了两个判断语句来区分距离传感器的值，并用马达方向和旋转角度来控制实体跷跷板和虚拟跷跷板的运动方向。
可分为三个步骤来完成：①S：在Scratch中画一个跷跷板，实现利用WeDo中的倾斜传感器控制跷跷板的运动。②W：利用WeDo套装的零件，拼装成自己设计的跷跷板。这个过程中会涉及到很多简单机械原理，齿轮、杠杆、滑轮、运动的传递等问题。③S W：修改Scratch中程序，实现用倾斜传感器来控制实体跷跷板的运动，当倾斜传感器向左，现实中的跷跷板和Scratch中的虚拟跷跷板同时向左。
实施方式：教师提供相关资料、任务单和微课，四位学生组成学习小组，自主选择学习方式。学生或根据任务单探究，或看微课了解知识，也可以根据资料搭建模型、编写程序、调试运行。教师走进各小组进行个别化指导，组织学生交流分享，完成的小组可以继续探索其他控制跷跷板运动的方法。如上页图8～图10所呈现的就是一个小组在“自动跷跷板”S W项目中的学习成果。
● S W式机器人校本项目的价值
S W式机器人校本项目为培养学生的多方面能力开辟了一个新型的学习内容与学习环境，学生在参与项目学习过程中，提高了自主学习、模型搭建、逻辑思维、合作交流等多方面能力，激发了学习兴趣和探索精神。
1.由实悟虚，唤起发现思维
学生可以把在实际生活中观察到的各种有趣现象、实际问题用数字作品表达出来，不断地拓展思维。另一方面，在任务情境中若以口头或虚拟的形式展示任务，学生对任务的理解就可能有所欠缺，而通过观看实体机器人的运动展示，能更好地理解任务，把握要点。
2.由虚到实，引发逻辑思维
在机器人项目的任务分析过程中，需要探究如何把虚拟与现实中每个对象的动作、事件进行分割，梳理出各个对象之间的逻辑关系。以往学生经常会顾此失彼、思维混乱，现在由虚到实层层递进，很自然地解决了逻辑不清的问题。例如，在设计风扇时，学生先在Scratch中编写程序实现用遥控器控制虚拟风扇运转，理解了虚拟风扇要用变量来控制旋转角度后，再将此理解迁移到实体风扇需要用变量来控制马达的能量值，则很顺利地实现了控制虚拟和现实风扇同步运转。
3.虚实结合，激发创意思维
S W式机器人校本项目中由于提供了虚拟与现实多维度的对象，学生可以在更大程度上发挥创造力。虚拟中的多样角色和现实中的灵巧拼搭被学生用于尝试新的想法，实现新的作品，学习变得更有意义。例如，在教学《神奇的风扇》时，有位学生完成任务后，将程序设计变换成为可切换的两种模式（如图11）。先设计了一个角色用于控制“自动”和“手动”，再将该角色设置为两个造型“Sensor”和“Manual”并作为判断条件（如图12），选择是用遥控器控制风扇运动，还是用距离传感器控制风扇的运动，创意无极限。
4.虚实互补，发展计算思维
学生通过对任务的分析与规划，梳理虚拟与现实对象之间的逻辑关系，再通过模型的搭建、程序的编写与调试，逐步实现了从具体形象思维向抽象逻辑思维的发展，像科学家一样边探究边实践，逐步形成用计算机解决问题的思维习惯。例如，如何实现同时用距离传感器的值控制实体风扇和虚拟风扇的运转？这就要先解决如何将距离传感器的值转换为实体风扇的马达能量和虚拟风扇的旋转角度，也就是一个变量要通过计算公式满足不同对象的应用，这比单独针对虚拟或现实中的一个对象编程难度要大一些。
● S W式机器人校本项目的感悟
Scratch与WeDo的融合，可以让学生快速地学会编程，喜欢编程，能够了解传感器的用法，了解机器人的工作原理。笔者深深体会到，在S W式机器人校本项目的设计与实施过程中，要注意以下几个方面。首先，要充分了解学生的年龄特点和兴趣爱好。从学生熟悉的事件、益智的游戏、亲身的经历出发，力求做到学以致用，让学生在玩中学，在学中悟。其次，要让学生充分参与到项目活动中。教师提供充足的探究时间，放手让学生自己去发现、思考、交流、创作。例如，在“自动跷跷板”项目中，跷跷板与动力马达之间的减速问题。这个问题若直接由教师演示，学生可能当时懂了，但在应用时，可能就会出现问题。而学生自主进行探究，在发现齿轮的个数与速度之间的关系，明白减速、加速原理后，则在处理任何齿轮相关问题时，都能迅速解决。最后，要提供充分的展示空间。学生的创造力需要展示交流，应不断地激发他们的成就感，推动他们进一步探究学习的热情。
S W式机器人校本项目实现了机器人虚拟与现实的相互融合，实现了学生的思维与创造的同步提升。在参与项目学习的过程中，学生养成了独立思考、相互交流、团结合作、勇于探究等良好的学习习惯，他们习惯于自主地修改程序、改进模型，探索不同的解决方案，像科学家一样思考问题、实践验证、探索新知。学生们在该项目学习中所表现出来的快乐体验与无限潜力，也激励着笔者在机器人项目上不断研究与实践。
● S W式机器人校本项目的产生
1.传统机器人项目中的编程偏难
笔者所在学校于2009年建立了机器人实验室，在骨干教师的引领下，学校将机器人项目引入了社团活动和课堂教学。笔者在实践中发现，机器人项目的实施一般都要经历“搭建结构—编写程序—运行调试”的过程，其中的编写程序是其核心内容之一。但以往机器人项目中配套的编程软件，其界面与模块的设计不太符合小学生的认知特点，尤其是程序中所涉及的变量累加、随机数等，都超出了小学生的认知水平和心理特点。因此，小学生对搭建机器人有着浓厚的兴趣，但对编写程序却望而生畏。
2.纯Scratch编程缺乏现实体验
Scratch作为一款专为8岁以上儿童设计的图形化开源编程软件，很好地解决了小学生学习程序设计时的很多问题。它用形象直观的积木式指令代替了枯燥、难记的代码指令。Scratch编程就像是搭积木，编程的门槛很低，利用图形化指令可以很方便地制作出各种动画、互动故事、益智游戏等，充满了趣味性和娱乐性。但Scratch还是停留在虚拟环境中，缺少了搭建模型的过程，也就缺失了实物带给学生的真实体验。因此，笔者针对Scratch编程与实体机器人有机结合这一问题进行了一系列的思考与探索。
1.S→W：搭建实体对象，模仿智能控制
这种形式主要是用Scratch舞台中某个角色来控制实体简易机器人运动。使用这种形式学习，学生要会使用Scratch中的一般指令，更要学会控制外接设备如马达的程序指令的使用。学生能通过对Scratch中角色的操作，利用WeDo控制器控制机器人运动，体验智能遥控的乐趣。
【任务】用WeDo搭建一个简易的实体风扇（如图1），能利用Scratch舞台中的遥控器（如图2）控制风扇的运动速度。
【功能】此遥控器中数字1～8代表了从小到大的8种功率；向左的按钮能控制实体风扇减速运动，向右的按钮能控制实体风扇加速运动；停止按钮使实体风扇停止。
【程序设计】遥控器上所有按钮都作为独立的角色进行程序设计，单击数字1～8，分别赋予变量值为10～80；单击左右箭头，分别将变量值减少或增加10；单击停止时，变量值为0。遥控器（部分）的程序指令如图3所示。
实体风扇要旋转起来还需要打开马达，让马达按一定的能量进行运动，主要程序如图4所示。
2.S→S W拓展程序运用，实现多点变化
这种形式就是用Scratch舞台中某一个角色控制其他角色和现实中实体机器人同时运动。在设计中，受控制的对象除了实体机器人外，还要在舞台中有一个或多个虚拟角色，可以实现由一点来触发多点同步发生变化。
【任务】用WeDo搭建一个简易的实体风扇，能利用Scratch舞台中的遥控器控制实体风扇和舞台中的虚拟风扇同时运动。
【功能】遥控器中数字1～8代表了从小到大的8种功率，向左的按钮能控制实体风扇和虚拟风扇同时减速；向右的按钮能控制实体和虚拟风扇同时加速运动；停止按钮使实体、虚拟风扇同时停止。 【程序设计】由于变量“马达速度”的值不便于直接作为虚拟风扇的旋转角度，所以将马达速度除以一个值来得到适宜的角度读数。结合驱动马达的程序，优化后的指令如上页图5所示。
3.W→S：应用传感信息，体验人机互动
这种形式是利用WeDo的传感器来控制Scratch舞台中角色的运动。在创作中充分利用倾斜传感器、距离传感器返回的值来控制Scratch中一个或多个角色，让学生感觉到自己在控制计算机中角色的变换，体验到人机互动的乐趣。
【任务】用WeDo的距离传感器控制Scratch舞台中风扇的运动。
【功能】当物体越接近距离传感器，Scratch舞台中风扇转动加速；当物体离距离传感器越远，Scratch舞台中风扇转动减速，直至停止。
【程序设计】由于任务中要求物体距离传感器越近，转动的角度越大，也就是说距离传感器的值越小，旋转角度的值反而越大。为了将这两个值转换为同增同减的值，必须探索一个合适的公式进行转换，程序指令如图6所示。
4.W→S W：优化程序设计，促进虚实相生
这种形式是利用WeDo传感器控制实体机器人和Scratch舞台中某些角色同时运动。通过融合虚实的创作，学生能让虚拟与现实中的对象都按自己的意志进行运动。在这个过程中，学生不仅体验到人机互动的愉悦，还能体验虚拟与现实的交互感，激发学生投入到更发散的思维创意设计之中。
【任务】用WeDo搭建一个风扇，利用距离传感器控制实体风扇和舞台中的虚拟风扇同时运动。
【功能】当物体越接近距离传感器，实体风扇和舞台中的虚拟风扇同时转动加速；当物体离距离传感器越远，实体风扇和舞台中的虚拟风扇同时转动减速，直至停止。
【程序设计】将前面的虚拟风扇和实体风扇的程序进行优化后，程序指令如图7所示。
● S W式机器人校本项目的实施
笔者通过不断的实践探索与反思改进，初步构建了上述四种比较适合小学生学习的S W式机器人学习项目形式。在实际教学中，教师可根据学生情况、项目内容和情境任务来选择其中的一种或两种来组合实施，而非对一个任务情境使用所有的形式。
基于S W式机器人校本项目设计的《自动跷跷板》一课，笔者选择了以S→S W为主，S→W为辅的两种形式结合使用来实施教学。
学习目标：认识倾斜传感器、马达、齿轮、滑轮等WeDo零件，掌握WeDo控制器、传感器与计算机的连接方法。掌握Scratch中循环结构、分支结构、变量的运用，能够编写程序控制WeDo的控制器；体验S W式机器人项目学习的乐趣，激发创造力。
情境任务：小朋友都玩过跷跷板吧！如果想让跷跷板的两端一直平稳地上下运动，需要什么条件呢？（讨论得出：跷跷板两边的重量差不多）今天，我们就利用Scratch和WeDo来设计一款自动跷跷板，用控制器来控制跷跷板的运动方向。
任务分析：在这个任务情境中，首先需要弄清楚倾斜传感器的值。通过描述任务：传感器向左，跷跷板向左；传感器向右，跷跷板向右；传感器平，跷跷板停止运动，可以转换为传感器的值等于1，跷跷板向左转；传感器的值等于3，跷跷板向右转；传感器的值等于0，跷跷板停止运动。在这个程序中，嵌套了两个判断语句来区分距离传感器的值，并用马达方向和旋转角度来控制实体跷跷板和虚拟跷跷板的运动方向。
可分为三个步骤来完成：①S：在Scratch中画一个跷跷板，实现利用WeDo中的倾斜传感器控制跷跷板的运动。②W：利用WeDo套装的零件，拼装成自己设计的跷跷板。这个过程中会涉及到很多简单机械原理，齿轮、杠杆、滑轮、运动的传递等问题。③S W：修改Scratch中程序，实现用倾斜传感器来控制实体跷跷板的运动，当倾斜传感器向左，现实中的跷跷板和Scratch中的虚拟跷跷板同时向左。
实施方式：教师提供相关资料、任务单和微课，四位学生组成学习小组，自主选择学习方式。学生或根据任务单探究，或看微课了解知识，也可以根据资料搭建模型、编写程序、调试运行。教师走进各小组进行个别化指导，组织学生交流分享，完成的小组可以继续探索其他控制跷跷板运动的方法。如上页图8～图10所呈现的就是一个小组在“自动跷跷板”S W项目中的学习成果。
● S W式机器人校本项目的价值
S W式机器人校本项目为培养学生的多方面能力开辟了一个新型的学习内容与学习环境，学生在参与项目学习过程中，提高了自主学习、模型搭建、逻辑思维、合作交流等多方面能力，激发了学习兴趣和探索精神。
1.由实悟虚，唤起发现思维
学生可以把在实际生活中观察到的各种有趣现象、实际问题用数字作品表达出来，不断地拓展思维。另一方面，在任务情境中若以口头或虚拟的形式展示任务，学生对任务的理解就可能有所欠缺，而通过观看实体机器人的运动展示，能更好地理解任务，把握要点。
2.由虚到实，引发逻辑思维
在机器人项目的任务分析过程中，需要探究如何把虚拟与现实中每个对象的动作、事件进行分割，梳理出各个对象之间的逻辑关系。以往学生经常会顾此失彼、思维混乱，现在由虚到实层层递进，很自然地解决了逻辑不清的问题。例如，在设计风扇时，学生先在Scratch中编写程序实现用遥控器控制虚拟风扇运转，理解了虚拟风扇要用变量来控制旋转角度后，再将此理解迁移到实体风扇需要用变量来控制马达的能量值，则很顺利地实现了控制虚拟和现实风扇同步运转。
3.虚实结合，激发创意思维
S W式机器人校本项目中由于提供了虚拟与现实多维度的对象，学生可以在更大程度上发挥创造力。虚拟中的多样角色和现实中的灵巧拼搭被学生用于尝试新的想法，实现新的作品，学习变得更有意义。例如，在教学《神奇的风扇》时，有位学生完成任务后，将程序设计变换成为可切换的两种模式（如图11）。先设计了一个角色用于控制“自动”和“手动”，再将该角色设置为两个造型“Sensor”和“Manual”并作为判断条件（如图12），选择是用遥控器控制风扇运动，还是用距离传感器控制风扇的运动，创意无极限。
4.虚实互补，发展计算思维
学生通过对任务的分析与规划，梳理虚拟与现实对象之间的逻辑关系，再通过模型的搭建、程序的编写与调试，逐步实现了从具体形象思维向抽象逻辑思维的发展，像科学家一样边探究边实践，逐步形成用计算机解决问题的思维习惯。例如，如何实现同时用距离传感器的值控制实体风扇和虚拟风扇的运转？这就要先解决如何将距离传感器的值转换为实体风扇的马达能量和虚拟风扇的旋转角度，也就是一个变量要通过计算公式满足不同对象的应用，这比单独针对虚拟或现实中的一个对象编程难度要大一些。
● S W式机器人校本项目的感悟
Scratch与WeDo的融合，可以让学生快速地学会编程，喜欢编程，能够了解传感器的用法，了解机器人的工作原理。笔者深深体会到，在S W式机器人校本项目的设计与实施过程中，要注意以下几个方面。首先，要充分了解学生的年龄特点和兴趣爱好。从学生熟悉的事件、益智的游戏、亲身的经历出发，力求做到学以致用，让学生在玩中学，在学中悟。其次，要让学生充分参与到项目活动中。教师提供充足的探究时间，放手让学生自己去发现、思考、交流、创作。例如，在“自动跷跷板”项目中，跷跷板与动力马达之间的减速问题。这个问题若直接由教师演示，学生可能当时懂了，但在应用时，可能就会出现问题。而学生自主进行探究，在发现齿轮的个数与速度之间的关系，明白减速、加速原理后，则在处理任何齿轮相关问题时，都能迅速解决。最后，要提供充分的展示空间。学生的创造力需要展示交流，应不断地激发他们的成就感，推动他们进一步探究学习的热情。
S W式机器人校本项目实现了机器人虚拟与现实的相互融合，实现了学生的思维与创造的同步提升。在参与项目学习的过程中，学生养成了独立思考、相互交流、团结合作、勇于探究等良好的学习习惯，他们习惯于自主地修改程序、改进模型，探索不同的解决方案，像科学家一样思考问题、实践验证、探索新知。学生们在该项目学习中所表现出来的快乐体验与无限潜力，也激励着笔者在机器人项目上不断研究与实践。