Scratch測(cè)控傳感器的研發(fā)與創(chuàng)意應(yīng)用
定 價(jià)：50 元
- 作者：吳俊杰，梁森山 著
- 出版時(shí)間：2014/11/1
- ISBN：9787302372479
- 出 版 社：清華大學(xué)出版社
- 中圖法分類：TP212-49
- 頁(yè)碼：154
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開本：16K
《Scratch測(cè)控傳感器的研發(fā)與創(chuàng)意應(yīng)用》以Scratch為教學(xué)語(yǔ)言，介紹了如何將計(jì)算機(jī)的鍵盤、鼠標(biāo)、話筒、攝像頭作為傳感器研究藝術(shù)、科學(xué)和工程領(lǐng)域的問(wèn)題，并將研究結(jié)論撰寫成研究論文。
在程序設(shè)計(jì)上，本書從零起點(diǎn)開始，涉及Scratch 2.0和Scratch 1.4常見的程序結(jié)構(gòu)和算法； 在硬件上，本書深入淺出地從原理層面上介紹了各種計(jì)算機(jī)外部設(shè)備的獲取信息的原理； 在學(xué)科定位上，本書以信息技術(shù)學(xué)科為核心，將傳感器作為實(shí)現(xiàn)“測(cè)量—控制”的關(guān)鍵，體現(xiàn)了信息技術(shù)中信息的獲取、存儲(chǔ)、分析、表達(dá)的全過(guò)程，并且涉及與信息技術(shù)相關(guān)的其他學(xué)科； 在教學(xué)上，本書既適合大班教學(xué)，又適合學(xué)生自學(xué)。本書由從免費(fèi)硬件到付費(fèi)硬件、從簡(jiǎn)單程序到復(fù)雜算法、從藝術(shù)到研究再到工程、從學(xué)習(xí)別人的案例到自己研發(fā)測(cè)控傳感器的應(yīng)用案例4條主線出發(fā)，比較系統(tǒng)地介紹了研究性學(xué)習(xí)所需要的編程能力和數(shù)據(jù)分析方法，比較全面地涉及了“科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)”領(lǐng)域(STEM教育)的相關(guān)內(nèi)容。
《Scratch測(cè)控傳感器的研發(fā)與創(chuàng)意應(yīng)用》面向Scratch入門的師生以及課程研究人員，既可作為中、小學(xué)相關(guān)課程教材，也可作為青少年科技創(chuàng)新活動(dòng)的參考用書。
STEM(Science Technology Engineering Mathematics Education)意指“科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)教育”，是由美國(guó)發(fā)起的一項(xiàng)旨在通過(guò)提高STEM領(lǐng)域勞動(dòng)者人數(shù)和受教育者綜合應(yīng)用STEM領(lǐng)域的能力，提高國(guó)家的人力資源水平繼而提升國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力。本課程將科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)和數(shù)學(xué)4個(gè)領(lǐng)域通過(guò)一個(gè)具體的研究性學(xué)習(xí)案例融合起來(lái)，使大家在掌握信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)、開發(fā)和制作實(shí)驗(yàn)裝置(工程)，應(yīng)用其中的數(shù)學(xué)原理，得到一個(gè)科學(xué)的結(jié)論，并嘗試用多種不同的形式表達(dá)這一科學(xué)結(jié)論。期望培養(yǎng)一個(gè)“數(shù)字科學(xué)家”，即對(duì)任何一個(gè)感興趣的問(wèn)題都能用科學(xué)的方法獨(dú)立地開展研究的“自由的研究者”。通過(guò)數(shù)據(jù)的“獲取、存儲(chǔ)、分析、表達(dá)”來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)論的定量化、精確化和理論化。本書以麻省理工學(xué)院開發(fā)的Scratch語(yǔ)言為編程環(huán)境，將常見的計(jì)算機(jī)外部設(shè)備當(dāng)作傳感器來(lái)使用，展示了一系列適合中學(xué)生甚至大學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)案例，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的能力、提高學(xué)生的編程水平和對(duì)計(jì)算機(jī)的理解都很有幫助。
2013年9月，麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)發(fā)布了Scratch 2.0的離線測(cè)試版，Scratch 2.0的編程環(huán)境已經(jīng)比較成熟，因此本書使用Scratch 2.0作為Scratch程序語(yǔ)言基礎(chǔ)的教學(xué)平臺(tái)，并比較了Scratch 1.4和Scratch 2.0的區(qū)別。通過(guò)一組動(dòng)畫和游戲案例，介紹Scratch語(yǔ)言的基礎(chǔ)和Scratch網(wǎng)站的學(xué)習(xí)方法，并將這些作為接下來(lái)學(xué)習(xí)感測(cè)與控制技術(shù)的基礎(chǔ)。
通過(guò)將生活中常見的計(jì)算機(jī)外部設(shè)備改裝成為傳感器，并結(jié)合Scratch程序的傳感器板，使有研究能力的學(xué)生可以自由地發(fā)揮想象，將編程滲透到游戲、娛樂(lè)和科學(xué)探究中，其學(xué)習(xí)角色可向科學(xué)家、交互設(shè)計(jì)師、工程師等多種STEM領(lǐng)域的職業(yè)角色轉(zhuǎn)換。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生會(huì)明白自己適合做什么和喜歡做什么，以及完成一項(xiàng)工作自己需要找哪些人合作，這些能力將會(huì)使學(xué)生受益終生。
本書作者之一賈思博于2010年獲得 “明天小小科學(xué)家”比賽二等獎(jiǎng)，并順利保送清華大學(xué)；作者朱忠旻憑借Scratch領(lǐng)域的研究，受邀參加了2012年麻省理工學(xué)院舉辦的Scratch 2012年年會(huì)；作者范力彬是景山學(xué)校最早一批學(xué)習(xí)Scratch語(yǔ)言的學(xué)生，未來(lái)會(huì)成為一名教師，將Scratch教給更多的人。作為他們的教師，在教學(xué)相長(zhǎng)的過(guò)程中，看到學(xué)生慢慢地成為我的合作者，甚至成為我所崇拜的人，我深深地體會(huì)到作為一名教師的職業(yè)幸福，也非常期待著能夠有更多的人通過(guò)測(cè)控傳感器的研發(fā)過(guò)程，打通程序編寫、科學(xué)研究、創(chuàng)意應(yīng)用之間的鴻溝，成為一個(gè)“數(shù)字科學(xué)家”。他們的共同特征是“對(duì)于任何一個(gè)感興趣的問(wèn)題都能用科學(xué)的研究方法定量地開展研究”，他們的研究是出于好奇心和興趣而非功利和強(qiáng)迫，他們知道如何獲取數(shù)據(jù)、得出結(jié)論，更知道如何和別人分享結(jié)論、傳播思想�？傊�，他們將是一群自由的研究者，這個(gè)夢(mèng)想雖然很難但是很值得為之而努力。
自由，雖然是一個(gè)“奢侈”的目標(biāo)，卻是人類永恒的追求！
本書整體規(guī)劃以及第1章的編寫由吳俊杰負(fù)責(zé)，第2章由賈思博、范力彬編寫，第3章由吳俊杰、梁森山、朱忠旻編寫。
由于作者水平所限，書中疏漏在所難免，歡迎讀者批評(píng)指正。
北京景山學(xué)校吳俊杰
2013年5月于自縛居
第1章Scratch語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí)
1.1Scratch語(yǔ)言簡(jiǎn)介
1.2第一個(gè)Scratch 2.0程序
1.2.1注冊(cè)Scratch賬號(hào)
1.2.2使用幫助菜單完成第一個(gè)Scratch程序
1.3Scratch 1.4和Scratch 2.0的區(qū)別
1.4開始使用Scratch網(wǎng)站
1.4.1評(píng)論他人作品
1.4.2管理個(gè)人信息
1.4.3管理作品集
1.4.4瀏覽作品
1.4.5好友管理
1.5動(dòng)畫基礎(chǔ)
1.5.1跳舞的螃蟹
1.5.2派對(duì)舞會(huì)
1.5.3致意賀卡
1.6游戲基礎(chǔ)
1.6.1變裝游戲
1.6.2捉迷藏
1.6.3初級(jí)迷宮
1.6.4初級(jí)乒乓球
1.7用Scratch語(yǔ)言撰寫一個(gè)研究報(bào)告
第2章計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)配置傳感器的應(yīng)用和改裝
2.1按鍵速度的研究——第一個(gè)研究型程序
2.1.1硬件準(zhǔn)備
2.1.2搭建程序
2.1.3進(jìn)行實(shí)驗(yàn)
2.1.4數(shù)據(jù)處理
2.1.5評(píng)價(jià)反思
2.2用鍵盤組成的樂(lè)隊(duì)
2.2.1硬件準(zhǔn)備
2.2.2搭建程序
2.2.3實(shí)際應(yīng)用
2.2.4評(píng)價(jià)反思
2.3拆掉鍵盤——樓梯鋼琴
2.3.1硬件準(zhǔn)備
2.3.2搭建程序
2.3.3實(shí)際應(yīng)用
2.4用鼠標(biāo)左鍵改裝的報(bào)警器
2.4.1硬件準(zhǔn)備
2.4.2搭建程序
2.4.3實(shí)際應(yīng)用
2.4.4評(píng)價(jià)反思
2.5用鼠標(biāo)滾輪改裝的曲線測(cè)量?jī)x
2.5.1硬件準(zhǔn)備
2.5.2搭建程序
2.5.3實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)處理
2.5.4評(píng)價(jià)反思
2.6用鼠標(biāo)制作畫圖板
2.6.1搭建程序
2.6.2評(píng)價(jià)反思
2.7用鼠標(biāo)模擬觸摸屏功能
2.7.1功能分析
2.7.2搭建程序
2.7.3評(píng)價(jià)反思
2.8用麥克風(fēng)音量值控制的闖關(guān)游戲
2.8.1游戲設(shè)計(jì)
2.8.2程序搭建
2.8.3游戲體驗(yàn)與改進(jìn)
2.8.4評(píng)價(jià)反思
2.9用耳機(jī)線實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通信
2.9.1硬件準(zhǔn)備
2.9.2搭建程序
2.9.3實(shí)際應(yīng)用
2.9.4評(píng)價(jià)反思
2.10改造麥克風(fēng)——計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)
2.10.1實(shí)現(xiàn)原理
2.10.2硬件改造
2.10.3程序編寫
2.10.4改進(jìn)提高
2.11用攝像頭制作逐幀動(dòng)畫
2.11.1硬件準(zhǔn)備
2.11.2獲取圖像
2.11.3用攝像頭拍攝逐幀動(dòng)畫
2.11.4攝像頭連續(xù)拍照的間隔時(shí)間研究
2.12使用攝像頭研究單擺的運(yùn)動(dòng)
2.12.1實(shí)驗(yàn)裝置
2.12.2獲取單擺的運(yùn)動(dòng)圖像
2.12.3用圖章技巧生成位置—時(shí)間圖像
2.13用視頻分析法研究人的步行姿態(tài)
2.14用圖像識(shí)別的方法分析運(yùn)動(dòng)軌跡
2.15用顏色識(shí)別的方法識(shí)別數(shù)字
2.15.1獲取數(shù)字圖像的并集
2.15.2獲取顏色識(shí)別的算法
2.15.3將圖片識(shí)別為數(shù)字
2.16在Scratch 2.0下用攝像頭制作體感游戲
2.16.1攝像頭部分的核心代碼
2.16.2我的第一個(gè)攝像頭體感游戲
2.16.3讓角色跟著手指動(dòng)
2.16.4評(píng)價(jià)反思
第3章Scratch測(cè)控板的原理及應(yīng)用
3.1Scratch測(cè)控板的常見類型
3.2Scratch測(cè)控板入門——傳感器的連接
3.3Scratch測(cè)控板的二值量的使用
3.3.1投票裝置
3.3.2按鈕計(jì)數(shù)器
3.3.3啟動(dòng)裝置
3.3.4報(bào)警器
3.3.5用4個(gè)端口制作方向控制游戲
3.4二值量的組合應(yīng)用： 38譯碼器
3.4.138譯碼裝置的原理
3.4.2用銅箔制作一個(gè)簡(jiǎn)單的38譯碼器
3.4.3制作鍵盤式的38譯碼器
3.4.4互動(dòng)效果設(shè)計(jì)
3.5標(biāo)定實(shí)驗(yàn)入門——滑桿傳感器的標(biāo)定
3.5.1用滑桿傳感器玩互動(dòng)游戲
3.5.2用滑桿傳感器制作卡尺
3.5.3確定游標(biāo)卡尺的分度值
3.6曲線關(guān)系的標(biāo)定初步——光敏黑白掃描儀
3.6.1利用光敏電阻實(shí)現(xiàn)灰度識(shí)別
3.6.2計(jì)算機(jī)作為光源的灰度掃描儀
3.6.3改進(jìn)程序使其拼接效果更好
3.7曲線關(guān)系的標(biāo)定提高——光場(chǎng)的研究
3.7.1探究LED燈的等效功率
3.7.2探究光強(qiáng)與距離的關(guān)系——制作一把光尺
3.7.3探究平面光場(chǎng)的光強(qiáng)
3.8曲線關(guān)系的直化——用Scratch測(cè)控板測(cè)電阻
3.8.1實(shí)驗(yàn)裝置
3.8.2確定穩(wěn)定的對(duì)應(yīng)關(guān)系
3.8.3標(biāo)定實(shí)驗(yàn)
3.8.4曲線的直化
3.8.5檢驗(yàn)并修正
3.8.6討論
3.9如何通過(guò)測(cè)量實(shí)現(xiàn)精確的控制
附錄Labplus Scratch Box 套件說(shuō)明
參考文獻(xiàn)
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