1-Scratch編程簡介-普陀

Scratch與創(chuàng)意計(jì)算教師培訓(xùn)上海師范大學(xué)信息與機(jī)電工程學(xué)院計(jì)算機(jī)系王旭卿cnwxq817@普陀區(qū)教育學(xué)院，2014年3月—4月培訓(xùn)內(nèi)容Scratch編程簡介、國內(nèi)外教學(xué)研究新進(jìn)展及快速入門Scratch代碼塊學(xué)習(xí)和作品創(chuàng)作藝術(shù)、故事、游戲創(chuàng)意計(jì)算與互動媒體技術(shù)傳感器、單片機(jī)、體感設(shè)備Scratch2.0、計(jì)算思維及其他圖塊式編程工具1234MitchResnick

讓我們教孩子編碼吧2012年TED講座MIT媒體實(shí)驗(yàn)室

終身幼兒園研究小組

（LifelongKindergartenGroup）

主任

開發(fā)Scratch的負(fù)責(zé)人

Mitchel

Resnick教授“當(dāng)今，年輕人有很多與新技術(shù)互動的經(jīng)歷……但他們卻很少有機(jī)會使用新技術(shù)去創(chuàng)建或表達(dá)自己”數(shù)字時(shí)代也需要“脫盲”Resnick列舉教孩子編碼的好處……“這樣他們就能不僅是‘讀’新技術(shù)，而且能創(chuàng)造新技術(shù)。”ReadandCreate在學(xué)習(xí)中編程，在編程中學(xué)習(xí)

Learningtocode,codingtolearn獲得學(xué)習(xí)知識、發(fā)展能力的多種機(jī)會有意義地學(xué)習(xí)知識和概念，如了解變量意義和應(yīng)用變量學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，把想法變成一個完整的能夠運(yùn)行的作品學(xué)會在個人生活中用新技術(shù)表達(dá)思想和情感掌握問題求解技能和項(xiàng)目設(shè)計(jì)策略用新技術(shù)設(shè)計(jì)、創(chuàng)建數(shù)字作品

（把想法變成一個完整的能夠運(yùn)行的作品）嘗試新想法，將復(fù)雜的想法簡化分解為幾個部分與他人合作出錯時(shí)，發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤學(xué)會堅(jiān)持，在失敗時(shí)面多挫折設(shè)

計(jì)用新技術(shù)表達(dá)自我善于利用技術(shù)在個人生活中表達(dá)思想和情感將自己與關(guān)心的人聯(lián)系起來表達(dá)數(shù)字流暢能力創(chuàng)意

思維系統(tǒng)

推理團(tuán)隊(duì)

合作這些技能不僅在各專業(yè)領(lǐng)域受用無窮，更是在生活中也不可或缺的能力從編寫代碼到創(chuàng)意計(jì)算編程，與屏幕互動——停留于屏幕創(chuàng)意計(jì)算，與周圍的真實(shí)世界互動互動媒體技術(shù)（傳感器、單片機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、體感設(shè)備等）第一講Scratch編程簡介1.Scratch編程特點(diǎn)2.開發(fā)動機(jī)與意圖3.集成開發(fā)環(huán)境4.編程環(huán)境與語言設(shè)計(jì)5.Scratch與21世紀(jì)能力培養(yǎng)可視化圖塊式編程工具Scratch面向8至16歲的兒童和青少年可視化程序設(shè)計(jì)語言與開發(fā)環(huán)境文本編程工具（VB、Java、C#、Python）Scratch編程特點(diǎn)Scratch的編程特點(diǎn)搭建積木式的程序設(shè)計(jì)模式程序操控豐富的媒體素材低門檻、高界限與寬空間深厚的分享特性與真實(shí)世界無縫銜接支持中文、免費(fèi)使用1234561.“搭積木”式的程序設(shè)計(jì)模式編程——選擇、拖拉、拼搭彩色代碼塊（或稱為指令塊

CodeBlock）代表不同命令或行為組成可執(zhí)行的代碼堆（腳本）控制程序邏輯Scratch作品的組成互動媒體

作品腳本多媒體圖像聲音文字作品可以保存為本地文件（.sb），也可以上傳到Scratch官網(wǎng)，與同伴分享控制2.程序操控豐富媒體素材包含程序邏輯的腳本（Script）控制角色（二維圖形對象）在舞臺（背景）上移動。擺弄性編程方式（Tinkering）以不同的順序和組合方式來拼搭指令塊、組成腳本堆，邊執(zhí)行程序，邊觀察執(zhí)行效果。Scratch編程環(huán)境和編程語言支持自上而下的規(guī)劃、設(shè)計(jì)自底向上的擺弄3.低門檻、高界限與寬空間

low-floor/high-ceiling/wide-walls低門檻容易入門高界限隨著時(shí)間的推移，有機(jī)會完成日益復(fù)雜的作品寬空間支持設(shè)計(jì)各種類型的作品，滿足不同的興趣和學(xué)習(xí)風(fēng)格；涉及多領(lǐng)域：數(shù)學(xué)、物理、藝術(shù)等前兩個編程語言的特征是Papert提出的創(chuàng)作類型豐富的交互式多媒體作品動畫故事藝術(shù)音樂游戲模擬4.深厚的分享特性Scratch官網(wǎng)：http:///在線社區(qū)是青少年使用編程工具和分享編程作品的社交情境——Scratch社交平臺分享（上傳）作品觀看、下載、研究作品給予評論、關(guān)注好友贊、收藏Scratch2.0網(wǎng)站的社交交互性更強(qiáng)再創(chuàng)作Remix修改自己和他人作品“背包”再利用自己和他人的腳本和素材創(chuàng)作樹展示作品被修改的歷程工作室合作創(chuàng)作和展示作品5.與真實(shí)世界無縫銜接Scratch與

外部設(shè)備（Picoboard傳感器、樂高WeDo、Arduino單片機(jī)、Kinect體感設(shè)備）連接、互動感知（獲?。┩獠繑?shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)影響（控制）外部環(huán)境利用Scratch操控外部設(shè)備創(chuàng)建虛實(shí)結(jié)合的作品：S4A作品：智能紅綠燈支持中文、免費(fèi)使用軟件啟動幾秒后，自動測試操作系統(tǒng)版本，變換為簡體中文的界面Scratch2.0：云平臺創(chuàng)作環(huán)境、離線編輯器Scratch的開發(fā)1、開發(fā)歷程2、開發(fā)緣起3、開發(fā)意圖開發(fā)歷程MIT媒體實(shí)驗(yàn)室的“終身幼兒園研究小組”歷時(shí)四年開發(fā)2007年5月Scratch軟件首度公開Scratch官網(wǎng)投入使用早期版本為1.4版Scratch2.0已上線，離線編輯器Beta版可下載使用開發(fā)緣起滿足課外計(jì)算機(jī)活動俱樂部經(jīng)濟(jì)弱勢青少年的需求和興趣讓學(xué)生把可編程性添加到控制媒體的活動提升青少年的技術(shù)流暢性technologyfluency鼓勵青少年通過探究和同伴分享進(jìn)行學(xué)習(xí)，非直接教學(xué)Scratch的推廣：從課外到學(xué)校校外社區(qū)中心課外俱樂部圖書館家里校內(nèi)開發(fā)Scratch的靈感來源嘻哈音樂主持人（hip-hopDJ）善于混搭和刮擦唱片來創(chuàng)建新穎、獨(dú)特的音樂。Scratch，“搓盤”、“搓碟”，DJ利用唱片反轉(zhuǎn)的聲響做音樂的技巧

——百度百科Scratch也試圖讓用戶用預(yù)制的代碼塊拼搭/堆疊在一起去控制圖形、照片、音樂、聲音、文字等，組合成獨(dú)特的創(chuàng)造品。Scratch的開發(fā)理念基于西蒙·派珀特（Logo發(fā)明者）的建造主義觀點(diǎn)學(xué)生通過創(chuàng)建制品建構(gòu)知識學(xué)生與同伴、專家互動提供學(xué)生知識建構(gòu)的環(huán)境信息技術(shù)工具是認(rèn)知工具鼓勵創(chuàng)建

個性化作品方便地導(dǎo)入或動手創(chuàng)建各種媒體（圖像、音效和音樂），并創(chuàng)建吸引人的、有意義的個性化作品；提供社交環(huán)境讓用戶在線社區(qū)分享Scratch作品、接受來自同伴的反饋和鼓勵，并從伙伴的作品中學(xué)習(xí)；注：使用Scratch內(nèi)置工具畫圖、錄制解說或拍攝照片開發(fā)意圖之一：鼓勵創(chuàng)意表達(dá)“我們的目的不是要創(chuàng)建電腦程序編寫大軍，而是幫助電腦使用者表達(dá)自己?！薄猄CRATCH項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人（凱倫.布雷南）想法Idea編程Program互動媒體作品InteractiveProject開發(fā)意圖之二：鼓勵探究支持自主學(xué)習(xí)做中學(xué)擺弄嘗試同伴合作快速入門觀看【入門指南GettingStartedGuideS14_cn.pdf】跟著做移動、跳舞、變色、響應(yīng)按鍵、增加角色、說話、角色變換造型……Scratch的集成開發(fā)環(huán)境（IDE）1、舞臺指示鼠標(biāo)在舞臺上的坐標(biāo)舞臺為作品中角色之間的互動或者角色與用戶之間的互動提供了場地舞臺的坐標(biāo)系統(tǒng)2、角色Sprite，Actor底色透明的二維圖像默認(rèn)角色為小貓角色包含三部分要素腳本：控制行為造型：改變外觀聲音：導(dǎo)入錄音3、角色列表舞臺和角色都是Scratch控制的對象先選舞臺或某個角色才能對它的腳本、造型和聲音進(jìn)行編輯舞臺也有三部分要素（腳本、造型和聲音）4、新增角色用內(nèi)置繪圖編輯器繪制角色導(dǎo)入角色隨機(jī)選一個角色導(dǎo)入角色（帶腳本的/不帶腳本）5、代碼塊區(qū)四種八類代碼塊四種不同形狀八類不同顏色125個代碼塊四種形狀代碼塊

句法可視化堆代碼塊控制

代碼塊啟動

代碼塊偵測代碼塊（參數(shù)）使用讀出數(shù)舞臺上顯示偵測代碼塊或變量的值拖拉、拼搭代碼塊白色高亮條表示可以插入插入點(diǎn)查看代碼塊幫助右擊代碼塊，快捷菜單上選“幫助”6、腳本區(qū)——編輯腳本腳本塊（代碼堆）內(nèi)，代碼塊至上而下順序執(zhí)行；多個腳本塊可并行執(zhí)行；腳本區(qū)——編輯造型創(chuàng)建一個造型，復(fù)制再修改--》類似造型腳本區(qū)——編輯聲音錄制故事中的人物對話導(dǎo)入背景音樂等7、當(dāng)前角色信息區(qū)角色命名角色坐標(biāo)角色方向（拖動藍(lán)線可修改方向值）旋轉(zhuǎn)風(fēng)格角色位置加鎖，演示模式播放作品時(shí)角色不能被拖動8、工具條復(fù)制角色刪除角色放大角色縮小角色9、菜單方便上傳作品10、啟動和結(jié)束程序按鈕綠旗提供一條同時(shí)啟動多個腳本的捷徑點(diǎn)擊綠旗啟動所有以開頭的腳本塊三段腳本分別控制一個角色的不同行為，并行執(zhí)行。11、繪圖編輯器詳細(xì)的ScratchIDE介紹瀏覽官網(wǎng)文檔【參考指南ReferenceGuide_14_zh-cn.pdf】匠心獨(dú)運(yùn)的編程環(huán)境和語言設(shè)計(jì)Scratch編程環(huán)境的

設(shè)計(jì)思路采用圖塊式編程的好處1、簡化應(yīng)用程序開發(fā)用代碼塊、腳本替代復(fù)雜的程序文本語句2、預(yù)防語法犯錯適當(dāng)?shù)拇a塊拼搭在一起執(zhí)行過程和數(shù)據(jù)可視化編程環(huán)境的設(shè)計(jì)思路單一窗口用戶界面活動性和擺弄性讓執(zhí)行過程可視化無出錯信息讓數(shù)據(jù)變得具體使命令集最少化2.Scratch是活動的和可擺弄的Scratch總是活動的解釋性編程語言無需編譯，沒有編輯模式和運(yùn)行模式之分邊開發(fā)邊調(diào)試邊運(yùn)行任何時(shí)候單擊代碼塊或腳本，觀察運(yùn)行結(jié)果在運(yùn)行的時(shí)候也可修改參數(shù)或者往腳本中添加代碼塊創(chuàng)建運(yùn)行調(diào)試可擺弄：多種探究代碼塊功能的途徑單擊：測試代碼塊的功能在腳本區(qū)測試在代碼區(qū)測試單擊參數(shù)代碼塊，可以在卡通似的“交談泡泡”中顯示它們的返回值。可擺弄：多種探究代碼塊功能的途徑代碼塊自帶默認(rèn)參數(shù)，給出應(yīng)用示范查看代碼塊的幫助信息Scratch是可擺弄的支持自底向上的腳本編寫方式測試一個代碼塊組裝和測試代碼堆（腳本塊）再組合成更大的執(zhí)行單元測試中的腳本塊可以保留在腳本區(qū)中，保存在作品文件中如同在文本編程語言中已注釋掉的代碼一樣2.讓Scratch執(zhí)行過程可視化讓執(zhí)行過程可視化、實(shí)時(shí)反饋提供腳本執(zhí)行的即時(shí)反饋執(zhí)行過程可視化執(zhí)行結(jié)果（數(shù)據(jù)）可視化反饋可視化：顯示腳本的執(zhí)行正在執(zhí)行的腳本，被發(fā)亮的白色邊框包圍腳本遇到錯誤（如被0除），那么邊框就會變成紅色，引發(fā)錯誤的代碼塊就會用紅色高亮/突出顯示。顯示代碼塊的執(zhí)行順序和控制流向單步執(zhí)行，觀察腳本執(zhí)行過程沒用單步，Scratch也更新代碼塊執(zhí)行結(jié)果代碼塊的結(jié)果是排除故障的可視化線索4.無出錯信息Scratch沒有出錯信息代碼塊只用有意義的方式粘合在一起通過讓所有的代碼塊故障弱化（failsoft）來消除運(yùn)行時(shí)的錯誤輸入超出范圍時(shí)，在限定的范圍內(nèi)做合理的事消除出錯信息不是消除錯誤編寫腳本時(shí)仔細(xì)思考，做想要的事情排除故障，檢查那些不符合設(shè)計(jì)預(yù)期的腳本5.讓數(shù)據(jù)變得具體變量可觀察、可操縱變量顯示為舞臺上的變量監(jiān)視器幫助學(xué)生建立變量是如何工作的心理圖示監(jiān)視器是方便的讀出器，或者使用可選的滑竿來控制鏈表的監(jiān)視器快速的動畫可以呈現(xiàn)鏈表操作的結(jié)果，例如，當(dāng)鏈表元素被訪問時(shí)，該元素的索引就會閃爍。Scratch編程語言的設(shè)計(jì)思路編程語言的設(shè)計(jì)思路句法（可視化積木塊）數(shù)據(jù)類型角色：Scratch對象模型角色間的通訊和共享并行1.句法（可視化積木塊）句法的可視化：代碼塊形狀和組合規(guī)則代碼塊形狀語句、表達(dá)式和控制結(jié)構(gòu)堆代碼塊、控制結(jié)構(gòu)代碼塊、啟動代碼塊、參數(shù)代碼塊代碼塊形狀表示如何粘合合理拼搭，組成代碼堆/腳本否則拒絕連接無意義的代碼塊堆代碼塊堆代碼塊被堆疊，創(chuàng)建代碼塊序列，叫做代碼堆/腳本塊凹槽和凸起（notchesandbumps）會粘合在一起，像拼圖塊一樣控制結(jié)構(gòu)代碼塊嵌套代碼塊序列的代碼塊是一個不可分離的單元循環(huán)代碼塊或分支代碼塊的結(jié)束臂是控制結(jié)構(gòu)的組成部分，它不會被錯放位置嵌套封閉的代碼塊序列偵測代碼塊像操作數(shù)不可以像堆代碼塊一樣插入代碼堆作為代碼塊的參數(shù)嵌入，組成表達(dá)式啟動代碼塊把事件（如啟動、鼠標(biāo)單擊、按鍵）與處理事件的代碼堆連接起來參數(shù)插槽（parameterslots）參數(shù)插槽的形狀表明了參數(shù)的類型（數(shù)值、字符串和布爾邏輯）有些參數(shù)插槽（具有白色背景）允許用戶輸入來自鍵盤的值。參數(shù)插槽具有下拉菜單或是顏色選擇器接收偵測代碼塊可視化反饋拼搭時(shí)，呈現(xiàn)序列插入點(diǎn)（堆代碼塊）或者參數(shù)插槽目的地（參數(shù)代碼塊）拆散代碼堆抓住代碼堆的頂部代碼塊，拖拉整個代碼堆抓住代碼堆中間的一個代碼塊，分離下方的代碼堆2.數(shù)據(jù)類型Scratch有三種一級數(shù)據(jù)類型布爾邏輯、數(shù)值和字符串用在表達(dá)式、存儲為變量或用內(nèi)置函數(shù)返回的類型參數(shù)插槽的形狀

數(shù)據(jù)類型三種參數(shù)插槽形狀參數(shù)代碼塊的形狀

返回的類型兩種函數(shù)代碼塊形狀：布爾邏輯和數(shù)值/字符串。Scratch變量不分類型，可以包含數(shù)值或字符串。偵測代碼塊可插入?yún)?shù)插槽中布爾邏輯參數(shù)插槽最嚴(yán)格，只接受布爾型函數(shù)代碼塊數(shù)值和字符串參數(shù)插槽不太嚴(yán)格，可接受任何類型的函數(shù)代碼塊如果需要的話，可以強(qiáng)制參數(shù)轉(zhuǎn)為目標(biāo)類型Scratch變量容納任何數(shù)據(jù)類型無需在創(chuàng)建變量時(shí)指定變量的類型自動根據(jù)情境在數(shù)值和字符串之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換3.角色：Scratch對象模型角色是對象角色封裝了狀態(tài)（變量）和行為（腳本）Scratch是基于對象的語言而不是面向?qū)ο蟮恼Z言既沒有類也沒有繼承代碼塊只針對角色操作角色不能調(diào)用諸如移動其他角色的代碼塊用面向?qū)ο蟮男g(shù)語，每個代碼塊的隱含接受者就是在其中出現(xiàn)的角色每個角色有它獨(dú)立的腳本集合容易理解編輯腳本只影響到腳本出現(xiàn)的那個角色管理具有相同行為的多個角色使用圖章工具創(chuàng)建腳本的多個副本實(shí)現(xiàn)把某個角色的腳本集合復(fù)制到其他角色4.角色間的通訊和共享廣播機(jī)制支持角色間通訊和同步任何角色都可以廣播一個消息（任意的字符串）廣播會觸發(fā)開始于“當(dāng)我接收<消息>”觸發(fā)器代碼塊的所有角色Scratch廣播模式一對多一個給定的廣播會觸發(fā)許多腳本（可能多個角色的）松散耦合它并不關(guān)心有多少個接收者異步廣播消息后，不必等待被觸發(fā)的腳本完成，類似于啟動一個線程同步所有被觸發(fā)的腳本完成前等待角色可以被共享角色是自立的，只與其他角色松散地耦合在不破壞依賴關(guān)系的前提下，可以保存角色文件，以便角色在項(xiàng)目間移動共享角色鼓勵代碼復(fù)用和合作把角色導(dǎo)入到自己的項(xiàng)目中學(xué)習(xí)新的代碼塊和編程技巧共享角色促進(jìn)合作合作開發(fā)時(shí)，每個人獨(dú)立開發(fā)角色，然后把那些角色整合在一起，以創(chuàng)建最后的作品5.并行（多線程）角色同時(shí)做幾件事所有這些腳本可以同步執(zhí)行并行控制機(jī)制以一種