Дети собирают метательную машину: мотор через кривошип оттягивает рычаг вниз, растянутая резинка запасает энергию, а затем распрямляет рычаг — снаряд улетает. Модель наглядно показывает то, что трудно объяснить словами: медленная и слабая работа мотора превращается в быстрый и сильный бросок, потому что энергия сначала накапливается, а потом отдаётся мгновенно.

Программа в Scratch делает две вещи одновременно. Она управляет настоящей моделью (мотор, индикатор хаба, датчик перемещения) и одновременно рисует на экране полёт ядра по настоящей баллистической траектории. Одна и та же переменная «мощность» управляет и мотором, и дальностью полёта на экране — благодаря этому дети видят связь между кодом, механикой и физикой.

Предметные

—  Собирать по инструкции механизм с рычагом, осью вращения и кривошипом.

—  Подключать к смартхабу мотор и датчик перемещения, различать их назначение.

—  Составлять в Scratch программу из событий, переменных, условий и цикла.

—  Объяснять на модели цепочку превращений энергии: электрическая → механическая → упругая → кинетическая.

Метапредметные

—  Планировать эксперимент, снимать показания и заносить их в таблицу.

—  Находить закономерность по данным и формулировать вывод своими словами.

—  Искать причину неисправности по признакам, а не наугад.

Личностные

—  Соблюдать правила безопасности при работе с метательным механизмом.

—  Работать в паре: договариваться о ролях сборщика и программиста, меняться ими.

Пятнадцать минут подготовки экономят полчаса на самом занятии. Пройдите чек-лист заранее — большинство срывов урока связано не с детьми, а с несостоявшимся подключением.

1.     Установите Scratch Link на все компьютеры и убедитесь, что он запущен (значок в системном трее). Без него блоки WeDo не подключатся. На Windows нужна версия 10 (сборка 1709 и новее), на Linux официальной поддержки нет.

2.     Включите Bluetooth на компьютерах. Проверьте, что хаб виден: откройте Scratch, добавьте расширение «LEGO Education WeDo 2.0», нажмите на значок подключения.

3.     Проверьте батарейки в каждом хабе. Севшие батарейки — причина номер один «программа правильная, а модель не стреляет»: мотор крутится слабее и не доводит кривошип до срыва.

4.     Соберите модель сами и подберите время работы мотора. В файле стоит 0,7 секунды — это примерно один оборот кривошипа. У вашей резинки и ваших батареек может понадобиться 0,6 или 0,9.

5.     Разметьте на полу полигон: линия старта и отметки через каждые 20–50 см. Дальность в тетради дети записывают в сантиметрах, на экране — в условных «метрах полигона».

6.     Приготовьте снаряды: только мягкие и лёгкие детали. Никаких мелких твёрдых элементов, которые могут попасть в глаз.

7.     Откройте файл «Катапульта — битва за дальность.sb3» и проверьте, что он запускается. Показывать детям готовый проект в начале занятия не нужно — он пригодится как эталон в конце и как страховка для тех, кто не успел.

Если занятие короче 60 минут, режьте эксперимент до трёх точек (мощность 40, 70, 100) и оставляйте только первый раунд турнира. Программирование и сборку сокращать нельзя — это ядро занятия.

Рычаг — это лаймовая балка, закреплённая на оси в жёлтой опоре. Плечо от оси до ковша длинное, плечо от оси до точки крепления резинки короткое: небольшое усилие резинки на коротком плече превращается в большую скорость на длинном конце. Это классический выигрыш в скорости при проигрыше в силе.

Мотор вращается медленно и равномерно. На его валу закреплён кривошип — ось со штифтом, который зацепляет рычаг и тянет его вниз. В какой-то момент штифт проходит мимо и отпускает рычаг: резинка распрямляет его за доли секунды. Один оборот кривошипа = один выстрел.

В проекте четыре объекта: сцена и три спрайта — «Катапульта», «Ядро» и «Мишень». Пять глобальных переменных: мощность, дальность, очки, рекорд и скорость. Три сообщения: «выстрел», «новый раунд» и «рекорд полигона».

Так выглядит сцена во время игры: слева катапульта у нулевой отметки, справа мишень, вверху — мониторы переменных. Пунктирная дуга показывает траекторию ядра.

6.1. Подготовка катапульты

Скрипт ставит спрайт на место и подготавливает мотор. Направление «в эту сторону» — то, при котором кривошип тянет рычаг вниз. Если у ваших детей рычаг дёргается вверх, поменяйте на «в другую сторону»: сборка зеркальна у половины групп.

6.2. Регулятор мощности

Стрелка вверх прибавляет к переменной 10, стрелка вниз — отнимает. Условия-ограничители не дают выйти за диапазон 20–100. Второй скрипт (стрелка вниз) собирается копированием первого: правый клик по блоку-шляпе → «Дублировать».

Спросите: «Что будет, если убрать блок «если»?» Пусть попробуют. Мощность вырастет до 150, а мотор всё равно будет крутиться как на 100 — Scratch сам обрезает значение. Это хороший повод поговорить о том, что программа может «врать» пользователю, если не проверять данные.

6.3. Выстрел через сообщение

Клавиша не крутит мотор напрямую — она передаёт сообщение «выстрел». Кто как отреагирует, решает каждый спрайт: катапульта крутит мотор, ядро начинает полёт. Позже то же сообщение пошлёт датчик — и всё заработает без единой правки в остальных скриптах.

Сравнение, которое работает с детьми: свисток судьи. Судья не бежит и не бросает мяч — он только свистит. А что делать по свистку, каждый игрок знает сам.

6.4. Пуск по датчику перемещения

Блок-шляпа «когда расстояние < 25» сам следит за датчиком, цикл не нужен. Пауза в 2 секунды обязательна: пока рука остаётся перед датчиком, условие истинно, и без паузы катапульта попытается выстрелить десятки раз подряд.

Чтобы дети поняли, что показывает датчик, перетащите репортёр «расстояние» на сцену (поставьте галочку рядом с блоком) и дайте подвигать рукой. Диапазон 0–100, реально работает от 0 до 15 сантиметров. Тёмные и блестящие поверхности датчик видит хуже — предупредите заранее, иначе дети решат, что сломали модель.

6.5. Полёт ядра

Здесь физика записана четырьмя строчками. Переменная «скорость» — это скорость движения вверх. В начале она равна мощности, делённой на 7. Каждый шаг цикла ядро сдвигается вверх на величину скорости, а сама скорость уменьшается на 0,8 — это и есть притяжение. Сначала ядро поднимается всё медленнее, затем останавливается и начинает падать всё быстрее. Так получается дуга.

По горизонтали ядро летит равномерно: мощность, делённая на 12, за каждый шаг. Горизонтальное движение притяжение не замедляет — об этом стоит сказать отдельно, потому что это неочевидно.

Порядок проверок важен. Сначала проверяем попадание, потом приземление: если поменять местами, ядро, коснувшееся мишени у самой земли, успеет «упасть» раньше, чем засчитается попадание.

Формула «(x + 150) / 4» переводит координату сцены в метры полигона: нулевая отметка стоит в точке x = −150, а 4 пикселя сцены равны одному метру. Если вы перерисуете фон, поменяйте и числа в формуле.

6.6. Сцена и мишень

Сцена задаёт начальные значения и показывает заставку. Мишень встаёт на случайное место при каждом новом раунде — благодаря этому подобрать мощность «раз и навсегда» не получится.

Дети делают по три выстрела на каждой из мощностей 20, 40, 60, 80 и 100, записывают в тетрадь и дальность на экране, и реальную дальность модели в сантиметрах. Экранная модель даёт такие значения:

Вывод, к которому нужно подвести: дальность растёт быстрее мощности, потому что сильный бросок увеличивает сразу две величины — скорость ядра и время, которое оно проводит в воздухе.

Реальная модель поведёт себя иначе: у неё будет «потолок» — начиная с некоторой мощности кривошип срывает рычаг одинаково, и дальше расти некуда. Это отличный повод обсудить разницу между моделью и настоящим устройством. Не подгоняйте реальные замеры под экранные — расхождение и есть материал для разговора.

Три раунда по 5–7 минут. Оценивает педагог, результаты дети записывают в тетрадь.

Раунд 1. Дальность

Три выстрела, в зачёт идёт лучший. Мощность любая. Побеждает наибольшая дальность.

Раунд 2. Точность

Мишень ставится на фиксированное расстояние. Задача — попасть с первого выстрела, подобрав мощность расчётом, а не перебором. Разрешается один пробный выстрел вхолостую.

Раунд 3. Инженерный

Разрешено менять конструкцию. Побеждает команда, которая больше всех улучшила свой результат из первого раунда — не абсолютный рекорд, а прирост. Так выигрывает не тот, кому повезло с резинкой, а тот, кто думал.

Подсказки для тех, кто застрял: удлинить рычаг, поставить вторую резинку, изменить точку крепления резинки, наклонить упор, облегчить ковш.

Тем, кто справился раньше

—  Добавить счётчик выстрелов и ограничить боезапас пятью ядрами за раунд.

—  Сделать так, чтобы мишень двигалась влево-вправо.

—  Использовать датчик наклона: катапульта отказывается стрелять, если модель наклонена.

—  Вывести на сцену подсказку: при какой мощности ядро долетит до текущей мишени.

Тем, кому трудно

—  Дать готовый файл .sb3 и предложить только изменить числа: время работы мотора, шаг мощности, притяжение.

—  Программировать в паре: один читает слайд вслух, другой собирает блоки.

—  Ограничиться первыми четырьмя скриптами — без экранной игры модель уже полностью работает.

1.     Измени в программе число −0,8 на −0,3 и на −2. Опиши, что стало с дугой полёта и почему.

2.     Найди дома или на картинках три устройства, где энергия сначала копится, а потом отдаётся сразу. Объясни, что в них играет роль резинки.

3.     Придумай, как сделать так, чтобы катапульта стреляла двумя ядрами подряд. Нарисуй или запиши блоки.