小学编程教育运用mBot编程 (中级程度)

计算思维

-编程教育小学教师工作坊:运用mBot编程

(中级程度)第一节探索

mBot

的应用11.

简介可编程实物2.

运用mBot培养学生计算思维的教学方法3.

mBot编程技巧和解难过程4.

mBot

的实践任务和与STEM相关活动内容／活动2简介可编程实物3•

可编程实物（Programmablephysicalobjects），是指一些可以让人们设计及运行程序的物件，通常是一些电子設備•

例子：机械人、自动汽车、及具有嵌入式系统的智能家居

设备等什么是可编程实物？/vectors/smart-home-house-technology-2005993/4•

在中、小学里，老师通常透过单板计算机（single-boardcomputer）和微控制器（single-board

microcontroller）来教

授实物编程•

单板计算机的例子有Raspberry

Pi•

单板微控制器的例子有BBC

micro:bit和Arduino

UNO•

本课程会采用mBotv1.1机械车进行实物编程，mBotv1.1的

主控板是基于Arduino

UNO而设计的单板计算机和微控制器5•

单板微控制器是一块电路板，它配备中央理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、永久储存器（快闪存储器FlashMemory）、以及一些用于连接到其他外部设备的输入/输

出（I/O）引脚或连接口•

典型单板微控制器的输入-处理-输出：单板微控制器输入设备

按钮

传感器

电位器

计算机（发送讯號）等等。输出设备

发光二极管

蜂鸣器

马达

计算机（接收讯号）

等等。单板微控制器

中央处理器

存储器

快闪存储器

等等。6–mBot第一代（目前为mBotv1.1）

在2015年推出–mBot第二代在2021年推出•mBot

1

的主控板mCore是基于Arduino

UNO而设计，机械车配備了超聲波傳感器和巡線传感器（只能感应黑白）等7mBot简介•mBot是一款可编程机械车（轮式机器人）

，目前市面上有

两个版本：•mBot2是以CyberPi为主控板，机械车配备了新的超声波传

感器、四路颜色传感器、等电子部件•

参考网站：https://educatio/mbot2/mBot简介8mBot简介•mBot

1可支援蓝牙（Bluetooth）或2.4GHz无线通讯，本课程会采用mBotv1.1蓝牙版进行实物编程，下图是主控板红外线接收发射器蜂呜器RJ25接口RGB

LED灯USB接口重设按钮蓝牙双模模块超声波传感器板载按钮RJ25接口光线传感器电源开关(mCore

)简介9•

进入网站：https:///en-us/•mBlock5可在浏览器编程，也可以将它下载并安装到计算机中。•

方法一：点击「Codewith

blocks」

按钮，以在浏览器中使用。•

方法二：点击「Download」按钮，下载mBlock5的安装程序。mBot

的编程工具

-

mBlock510mBot

的编程工具

-mBlock

5

的工作环境转换语言11mBot

的编程工具

-mBlock

5

的工作环境mBlock5

编程设备

(mBot)

角色

(sprite)广播、变量实时模式连接

连接上传模式12上传模式

和

实时模式指令实时模式上传模式上传程序执行执行13mBot

连接•

利用USB线将mBot连接至计算机并启动mBot•

在mBlock

内添加mBot

设备14•

如在浏览器中使用mBlock5，需要下载及安装mLink以将mBot

连接到mBlock•

选择实时

连接mBot，选择连接埠来连接mBot连接

-

实时模式mBot连接

-

上传模式1.

转换到上传模式

2.完成编程后，按下「上传」将程序上传到mBot16mBot连接

-故障排除•如果编程没有成功运行在mBot•可以按「设定更新韧体」17•

可参考以下网站：https://www.edb.gov.hk/tc/curriculum-development/4-key-tasks/it-for-

interactive-learning/modular-computer-awareness-programme/index.html#8mBlock

资源套18实习一：移动控制19学习目标•认识及编程来操作直流马达，包括：–

直流马达正反转与速度控制原理–

车轮转动和车转动方向的关系•明白如何在编程中操作LED及光线传感器。•掌握算法的概念（例如：序列及循环概念）。•运用「变量」数值去设计及测试程序。实习一：移动控制20知识增益•

直流马达（DC

Motor）是一种将直流电转换成

动能的零件。电能令轴心线圈产生磁力

（电生磁）。线圈的磁场和外围磁石的磁场作用下，

令轴心旋转

。因此：1.速度：

电压线圈的磁力愈大

.马达转得愈快2.转动方向：

电流的方向（正负极）反转

.马

达转动的方向也会反转实习一：移动控制

之

直流马达21实习一：移动控制

之

直流马达当两个马达转速不一样

，

两个车轮转速都会不一样当两个马达转速一样

，

两个车轮转速都会一样•

马达的转速与车的行走方向：转弯直行22•

当左轮比右轮动力较大时，左轮会转得较快，因此车辆会右

转。•

相反，当右轮动力较大时，右轮会转得比较快，因此车辆则

会左转

。实习一：移动控制

之

直流马达程序测试控制车轮转速及改变方向•

使用下方的方块来调整左右车轮的旋转速度。23•使用调整左右车轮的旋转速度•当左轮比右轮转得较快时->右转•当右轮转得比较快时

->

左转测试与观察：1.

以一边车轮50%另一边0%，

车会转向哪个方向？2.

以一边车轮50%另一边-50%，

车会转向哪个方向？实习一：移动控制

之

直流马达程序测试控制车轮转速及改变方向（负数时

.车轮以相反方向旋转）24实习一：移动控制

之

直流马达2.以一边车轮50%另一边-

50%，车会转向哪个方向？1.

以一边车轮50%另一边

0%，车会转向哪个方向？测试与观察

控制车轮转速及改变方向（答案）

：原地转右右25实习一：移动控制

之

直流马达3.

如果使用「左转」积木，

是以50%和持续1秒，

mBot最后转弯转

了多少度？4.

若果要做到转弯90度，应该使用什么参数？控制mBot前进控制mBot左转程序测试控制车轮转弯•使用

•使用测试与观察：26测试与观察：控制车轮转速及改变方向（参考答案）

：3.

如果使用「左转」积木，

是以50%和持续1秒，

mBot最后

转弯转了多少度？经测试后发现一般会超过90度。4.若果要做到转弯90度，应该使用什么参数？因以50%和持续1秒运行，结果会mBot会转弯超过90度

.

所以可以减少左转动力的%参数或秒数令转弯接近90度.

例如：以50%

和持续0.5

秒参数运行

。注意：不同车和不同地面材质

.会令结果有所不同实习一：移动控制

之

直流马达27编程教学

之

自动发光车情境•

使用mBot和感测器来设计一个自动发光车，让车能自动身移动到房间较暗的位置，然后提供照明

。实习一：移动控制

之

自动发光车2829a.

分析问题i.mBot什么情景下会自动发光？哪什么情景下不会发光？ii.mBot什么情况下需要移动？又如何设定移动位置？iii.

如何让mBot进行侦测及发光？备注：•mBot

附有光线传感器功能。在「侦测」中，

找出以下方块就可感測光線的強度。•mBot板上有两个LED（发光二极管）

，在「声光」中，可用以下的方块控制它们的着灯的颜色。实习一：移动控制

之

自动发光车b.设计算法–透过基本程序编写结构的概念来思考出解决问题的步骤(i)是否需要使用变量来储存数值？应该储存哪些数值？(ii)是否需要使用循环结构？如果需要，应使用哪种循环？(iii)

是否需要使用选择结构？如果需要，请填写选择结构的实习一：移动控制

之

自动发光车如果

________________________________那么____________________________________否则

(如有)___________________________「序列」

按次序逐一执行指令

「循环」

简化重覆的指令及需要设定停止的条件

「选择」

在算法中选择单一或多个决策的指令条件句和执行动作。30a.

分析问题i.

mBot什么情景下会自动发光？哪什么情景下不会发光？暗的环境下发光，光的环境不发光ii.

mBot什么情况下需要移动？又如何设定移动位置？被光照到时移动，

向前移动iii.

如何让mBot进行侦测及发光？使用光线传感器和LED实习一：移动控制

之

自动发光车(答案)31b.

设计算法–

透过基本程序编写结构的概念来思考出解决问题的步骤(i)是否需要使用变量来储存数值？应该储存哪些数值？需要，储存光线传感器的侦测数值(ii)

是否需要使用循环结构？如果需要，应使用哪种循环？需要，使用「不停重复」(iii)

是否需要使用选择结构？如果需要，请填写选择结构的条件句和执行动作。如果光线大于500那么关闭LED前进50%

1秒否则关启LED实习一：移动控制

之

自动发光车(答案)32c.编写程序

-基本程序编写结构的概念与实践根据分析问题及设计算法部分已设定的内容去编写程序码：(例子：)

当mBot感测到光的亮度较光时（光线强度

>

500

），mBot就会向前行走1秒，否则就会亮起LED灯。在平台上选择合适的积木来构建程序。例如：实习一：移动控制

之

自动发光车延伸问题：想一想，

日常生活中什么情况可以运用此「自动发光车」去解决问题？33实习一：移动控制

之

自动发光车

(答案)延伸问题：想一想，日常生活中什么情况可

以运用此

「自动发光车」

去解决

问题？智能路灯c.编写程序

-基本程序编写结构的概念与实践34实习二：mBot传感器功能35学习目标•

了解mBot的功能和上面传感器的原理。•明白如何在编程中操作LED、蜂鸣器、超声波传感器和循线

传感器。•

让学生掌握算法的概念（例如：序列、循环及选择概念）。•

让学生掌握运用侦测的数值来控制编程的结果。实习二：

mBot传感器功能36知识增益•

超声波传感器（UltrasonicSensor）是一种透过超声波讯号

来测量与物体（障碍物）之间的距离的传感器。•

超声波传感器会持续地发出称为触发讯号（triggersignal）的超声波讯号。在到達物體（障礙物）

时，讯号将反弹以

产生回波讯号（echosignal）

。实习二：

mBot传感器功能

之

超声波传感器我们可以使用发送触发讯号和接

收回波讯号之间的时间来计算超

声波传感器与物体之间的距离。37实习二：

mBot传感器功能

之

超声波传感器在以下情况，超声波传感器可能无法准确地测量距离：

物体太远

物体太细

物体的反射面不是面向传感器

物体太软•在「侦测」中,使用

障碍物的距离以实时模式连接可以实时显示读数

.如没有读数请更新韧体可以测得到与前方38编程教学情境•

将mBot模仿清洁行人道路的车辆，当发现前方有障碍物，便发出警报。a.

分析问题实习二：

mBot传感器功能

之

智能警报器i.

如何让mBot进行侦测？ii.

在什么条件下会触发警报？39•

a.

分析问题i.如何让mBot进行侦测？使用“超音波传感器

…距离(cm)”方块来获取与障碍

物

间的距离ii.在什么条件下会触发警报？距离小于10cm实习二：

mBot传感器功能

之

智能警报器

(答案)40备注：•

mBot附有蜂呜器，是一个发声装置。声音是由物体振动产生的。頻率(Frequency)/音频是指每秒物体振动的次数。物体振动得愈快，所产生声音的频率也愈高。在mBlock编程，可在「声光」

页中，用以下方块就可发出不同的声音。实习二：

mBot传感器功能

之

智能警报器41b.

设计算法•除根据定义及分析的内容编程外，亦可思考以下的问题来

建构程序：实习二：

mBot传感器功能

之

智能警报器(i)根据与障碍物的距离，控制警报器的开启。当距离小于

___________，警报器

将

设

音

频为

___________赫兹(Hz)

。c.

编写程序编写程序，提示：42实习二：

mBot传感器功能

之

智能警报器(i)根据与障碍物的距离，控制警报器的开启。当距离小于

5

cm，警报器将设音频为

700

赫兹(Hz)。•

参考答案43•

在光线充足时播放音乐，如太暗就会停止音乐播放。a.

分析问题•

如何让mBot进行侦测光线是否充足？•

如何设定条件让mBot播放及停止音乐？b.

设计算法可思考以下的问题来建构程序：

c.

编写程序提示：实习二：

mBot传感器功能(i)根据侦测光线的数值控制音乐的播放。当侦测__________*小

/大于___________，____________________。延伸练习一：光控音乐播放情境44a.

分析问题i.如何让mBot进行侦测光线是否充足？使用“光线传感器…光线强度”来获取光

线强度ii.如何设定条件让mBot播放及停止音乐？将上述数据作比较，若大于数值则播放音樂，否則就停止音樂b.

设计算法•

当侦测光线大于500时，播放音乐实习二：

mBot传感器功能延伸练习一：光控音乐播放

(参考答案)45检测到光线时播放音乐。当有光时蜂鸣器会播放音乐，LED

会亦会闪烁。当有光时会播放音乐，LED亦会闪

烁，mBot

亦会旋转。实习二：

mBot传感器功能延伸练习一：光控音乐播放

(参考答案)延伸练习二：智能灯光情境•

运用mBot制作一盏智能灯光，让它能自动开灯及关灯。实习二：

mBot传感器功能•

如何让mBot进行侦测？使用“超音波传感器

…距离(cm)”方块来侦测是否有人•

如何设定条件让mBot呈现开灯和关灯的效果？将上述数据作比较，若小于数

值则开灯，否则就关灯分析问题47延伸练习二：智能灯光设计算法•除根据定义及分析的内容编程外，亦可思考以下的问题来

建构程序：(i)根据侦测光线数据和物体经过控制灯光开关

。当侦测物件距离

*小于

20及

光线数据

*小于200，开灯；否则

关灯。实习二：

mBot传感器功能是否光源不足和有物体经过？48延伸练习二：智能灯光编写程序•

根据定义及分析、设计算法来编写程序，提示：实习二：

mBot传感器功能49实习二：

mBot传感器功能延伸练习二：智能灯光(参考答案)50实习二：

mBot传感器功能

活动小结1.

掌握基本程序编写结构的概念–•

「序列」

-

按次序逐一执行指令•

「分支／选择」

明白分支/选择为单一或多个「选择」

或「决策」

运用分支/选择结构在算法中编写单一分支及多个分支的指令•「循环」

-简化重覆的指令及需要设定停止的条件循环概念2.

明白测试及除错的重要3.

了解如果透过编程与实物进行互动

应用综合开发环境来控制实物

运用传感器和执行器与环境进行互动51实习三：自动导航车52学习目标•明白自动化在日常生活的应用。•明白如何在编程中操作循线传感器并与环境进行互动。•

让学生掌握算法的概念（例如：序列、循环及选择概念）。•

设计及编写解决问题的程序，并修改错误的程序。实习三：自动导航车53知识增益•

循线传感器mBot底部安装了循线传感器，以红外线的反射來偵測是否黑色線上面。在「偵測」中,使用以下方块可以得到传感器的读数。实习三：

mBot传感器功能

之

循线传感器红外线

红外线被吸收

黑色表面

红外线

红外线被反射循线传感器循线传感器非黑色表面54实习三：自动导航车

循线传感器测试1.当循线传感器连接后，在地图上测试循线传感器的读

数，可测得的数值是什么？2.在地图上测试循线传感器的读数分别代表什么意思呢？测试与观察：在地图上测试循线传感器的读数：循线传感器地图55实习三：自动导航车

循线传感器测试1.当循线传感器连接后，在地图上测试循线传感器的读數，可測得的數值是什么？0:感应器在黑线内1:感应器右边离开黑线2:感应器左边离开黑线3:感应器在黑线之外2.在地图上测试循线传感器的读数分别代表什么意思呢？032561讨论3.

在漆黑的环境中，「循线感应器」能否运作？4.

能否侦测到深色表面？实习三：自动导航车

循线传感器测试57讨论3.在漆黑的环境中，「循线感应器」能否运作？能，循线感应器会发出红外线看地面物料是否成功反射红外

线来判断是否在在线，所以漆黑的环境也能运作4.

能否侦测到深色表面？能，因为深色表面会吸收红外线实习三：自动导航车

循线传感器测试58设计算法除根据定义及分析的内容编程外，亦可思考以下的问题来建

构程序：

如要控制mBot在地图中自动循线移动，

应根据侦测___________________控制_________________。根据以上的答案，可得出下方的编程程序：当侦测____________*小

/大

/等于______，_____________________；当侦测____________*小

/大

/等于______，_____________________；当侦测____________*小

/大

/等于______，_____________________；当侦测____________*小

/大

/等于______，_____________________；实习三：自动导航车1.当mBot侦测到左边离开黑线时，

mBot应向那一边移动？2.当mBot侦测到右边离开黑线时，

mBot应向那一边移动？591.当mBot侦测到左边离开黑线时，mBot应向那一边移动？右边2.当mBot侦测到右边离开黑线时，mBot应向那一边移动？左边根据以上的答案，可得出下方的编程程序：•当侦测循线感应器

等于0，前进；•当侦测循线感应器

等于1，左转；•当侦测循线感应器

等于2，右转；•当侦测循线感应器

等于3，后退；实习三：自动导航车设计算法

(答案)60实习三：自动导航车编写程序器与环境进行互动提示：请使用上传模式任务：

透过编程控制mBot在地图中自动循线移动

.运用感测循线传感器读数：1203mBotmBot61实习三：自动导航车（答案）62实习三：自动导航车

之

回避障碍延伸练习一：回避障碍情境在地图上设置障碍物

。修改上述程序，当遇上障碍时，回避障碍并返回黑线。分析问题1.mBot可以使用什么传感器来侦测障碍物？2.当侦测到障碍物后，mBot可以如何回避？63延伸练习一：回避障碍(答案)1.mBot可以使用什么传感器来侦测障碍物？超音波传感器2.当侦测到障碍物后，mBot可以如何回避？尝试左转、前进、再右转，达致掉头的效果实习三：自动导航车之

回避障碍64实习三：自动导航车

之

回避障碍当侦测超音波传感器数值小于

5，回避动作；否则循线移动。延伸练习一：回避障碍

设计算法编写程序提示：65实习三：自动导航车

之

回避障碍延伸练习一：回避障碍参考答案：66讨论

：1.日常生活中

.

自动循线移动可以用在什么地方？2.在工厂中，

自动搬运车回避障碍后没返回黑线会怎样，我们应该怎样处理？实习三：自动导航车

之

回避障碍67讨论

：1.

日常生活中

.

自动循线移动可以用在什么地方？参考答案：•自动车循线游览游乐园•自动搬运车于工厂内搬运货品2.

在工厂中，若自动搬运车回避障碍后没返回黑线会怎样，我

们应该怎样处理？参考答案：由于车子可能会失控乱走，发生危险，我们应该立即使自动搬

运车停车及发出警示，让工作人员协助把车移回黑线中。实习三：自动导航车

之

回避障碍68延伸练习二：错误侦测情境当回避障碍后没有成功返回黑线时发出警示，修改上述程序并进行编程。分析问题1.

mBot可以透过什么方法来发出警示？2.mBot如何侦测没有成功返回黑线？实习三：自动导航车

之

错误侦测69实习三：自动导航车

之

错误侦测mBot

可透过

LED灯及蜂鸣器作出警示

.

并亮红灯及发出警报声。70延伸练习三：

紧急停止情境当没有光源时(如:工厂突然停电)，mBot应立即停止工作，修改上述程序。分析问题1.

mBot可以使用什么传感器来侦测光源？2.如何采用一个合适的数值，来判断光源是否仍然存在？实习三：自动导航车

之

紧急停止71实习三：自动导航车

之

紧急停止i.mBot

可透过

光线传感器作侦测。ii.

不断调校数值，使程序可以分辨出环境的光度72实习四：控制伺服马达73学习目标•明白如何连接及操作伺服马达。•

让学生掌握算法的概念（例如：序列概念）。•

意识传感器和执行器与环境进行互动。实习四：控制伺服马达74知识增益

•

伺服马达（servo）是一种能控制角度的马达，与只能控制旋轉速度和旋轉方向的直流馬達不同，伺服馬達容許我們控制旋转的角度。实习四：控制伺服马达•

Tower

ProSG90

MicroServo是一款小巧轻便的伺服马达，可

以旋转大约180度，运行速度约为每转动60度需时0.1秒。75实习四：控制伺服马达•

要将伺服马达连接到mBot，我们需要使用RJ25适配器和连接线76实习四：控制伺服马达•

在「设备」中选「mBot」，

按下延伸集

。•

添加「创客平台」扩展。•

在编程时，可使用下方的方块来控制伺服马达旋转的角度。77测试连接mBot并编写测试程序，控制伺服马达可转到0度、90度及180度。建立程序控制伺服马达。讨论•

指针可以正确地在0至180度间转吗？•

在安装指针时，齿轮不一定在0度位置，我们要怎样做才能

把指针安装正确呢？•

如果将伺服马达的指针当作时针，转向90度将会是什么时实习四：控制伺服马达间？试计算。（提示：12小时为360度）

78测试与讨论

(答案)•指针可以正确地在0至180度间转吗？不一定可以，要看指针安装的方向

是否与齿轮位置相符•在安装指针时，齿轮不一定在0度

位置，我们要怎样做才能把指针安裝正確呢？连接mBot并编写测试程序，控制伺服马达可转到0度、90度及180度。实习四：控制伺服马达79编写教学情境让mBot连接伺服马达为它装设适当的配件（例如：机械爪），实习五：控制伺服马达

之

机械爪备注：机械爪透过两齿轮的轮齿在外缘互相啮合，用作动力的传达。齿轮之传动具有三種用途，包括：傳達動力、改變運動方向及改变传动的速度

。令mBot能拿起物件的功能。80编写教学分析问题如何让mBot能拿起物件的功能？如何让

mBot控制该配件来拿起物品？设计算法•除根据分析内容编程外，亦可思考以下的问题来建构程序：•

拿起物品：设_________________为________________。实习五：控制伺服马达

之

机械爪•

放下物品：设_________________为________________。81编写教学分析问题

(答案)如何让mBot能拿起物件的功能？替mBot安装机械爪如何让mBot

控制该配件来拿起物品？控制伺服马达控制机械爪向内夹设计算法•除根据分析内容编程外，亦可思考以下的问题来建构程序：•

拿起物品：设伺服马达为180度。•

放下物品：设伺服马达为0度。实习五：控制伺服马达

之

机械爪82编写教学

-程序测试试编程控制机械爪的开合，提示：其他可行拿起物件的

装置及设计：延伸问题使用机械爪时，应该考虑实习五：控制伺服马达

之

机械爪到什么因素来保护mBot免受损坏？83延伸问题1.使用机械爪时，应该考虑到什么因素来保护mBot免受损坏？•考虑到伺服马达的承重力，不要承载太重的物体•考虑到机械爪的材料，不要将危险物品放在上面实习五：控制伺服马达

之

机械爪编写教学

-程序测试

(答案)84实习五：mBot与物联网85学习目标•

意识物联网的基本概念。•明白如何编写程序上传及储存数据，让mBot可以与其他智

能装置沟通。•

让学生掌握算法的概念（例如：序列及循环概念）。•

运用温度和湿度传感器测量环境的数值。实习五：mBot与物联网86知识增益•物联网（InternetofThings,

IoT）是通过互联网把装置和设备连结在一起，从而让装置和设备之间可以互相交换资料並作出適

当的行动。随着网络技术的发展，物联网的应用越趋普及。•应用例子：–在智能家居系统，物联网设备可用于照明调节、安全系统、电气控制

等。通过网络将家中的各种设备连接起来，并将家中设备数据上传到

云端平台，让我们可以随时随地监控家居状况。–在社会应用方面，电力公司可以建立智能电表系统，收集用电数据，

以控制消费和管理设施。–在医疗方面，医护人员可以通过计算机、手机和物联网设备，实时监测

患者的心率、体温等身体状况。实习五：mBot与物联网87程序测试•

在这例子里，我们会运用mBot和温湿度传感器，测量环境的温度和湿度，然后将温度和濕度值傳送到雲端平台实习五：mBot与物联网（GoogleSheet）上。mBlock角色•

变量temperature及

humidity的数值上传

到GoogleSheetmBot

(设备)•

将温度和湿度储存

在变量temperature

及humidity88•

使用RJ25伸延线将温湿度传感器连接到mBot•

在「设备」中选「mBot」，按下延伸集，添加「创客平台」扩展。编程时，可使用下方的方块来測量温度和湿度的读

数

。89实习五：mBot与物联网•

运用温湿度传感器测量温度和湿度并将数值显示在舞台上。•

建立变量及程序，每隔2秒将测量温度和湿度的读数储存变

数内。实习五：mBot与物联网90•

将温度和湿度