无Scratch 3.0 少儿趣味编程从入门到精通

第1章 初识Scratch Scratch是什么？它是那种搭搭积木就能做出自己的小游戏的工具吗？ 没错！Scratch就是一种把复杂的编程语言简化为搭积木的工具。使用者通过搭积木，就可以很轻松地创造出交互式故事、动画、游戏等。 Scratch极大地降低了编程的门槛、提升了编程的乐趣，让全世界的孩子都可以轻松入门编程，掌握编程的基础逻辑和算法原理。 1.1 Scratch介绍 Scratch 2007年5月诞生于MIT（麻省理工学院）媒体实验室。它是为青少年和其他初学者设计的图形化编程工具，已被翻译成70多种语言，在超过150个国家和地区被广泛使用。 1.1.1 Scratch概览 这么说来，Scratch好像非常“高大上”呀！它真的有这么强大吗？接下来就让我们揭开它的神秘面纱，看看Scratch到底“长得是什么样子”，看看Scratch编程到底是怎么个编法。Scratch 3.0的主界面如图1.1所示。 图1.1 Scratch 3.0主界面 Scratch 3.0的主界面也可以称为集成开发环境（IDE）。它集成了积木仓库、拼搭的场所、展示和表现的舞台等操作功能；也集成了绘图创建程序、数字音乐播放和编辑、造型动画、视频侦测、文字朗诵等多媒体功能；还集成了基本的算术运算、关系运算、逻辑运算等编程基础功能。 那么，Scratch编程是什么样子呢？图1.2中示例了用Scratch 3.0编出的一段程序。 图1.2　Scratch 程序样例 观察程序样例可以发现，Scratch程序跟我们传统上所说的Python程序、C语言程序差别很大，并不是满屏的英文和标点符号。它看上去就像是五颜六色的积木组合。以图1.2所示的程序为例，一眼就可以读懂程序要表达的意思。内容大概是“当绿旗被点击”时，让角色“移动10步”，再“说 你好！ 2秒”，然后“播放声音 喵”，再“等待1秒”，又“说 我就是Scratch！2秒”。 的确，Scratch编程就是这么简单直接，只要你能认识每一块积木上的文字，基本上就可以开始编程了，是不是很有趣呢？ 这么简单就能编程吗？Scratch会不会只是一个玩具呢？ 当然不是！Scratch虽然入门简单，但是功能丰富全面。我们用Scratch可以实现轻松编程，创作出由简到繁、不同类型、不同复杂度的互动游戏、交互动画、情境绘本等。在这个过程中，需要用到科学、技术、工程、艺术、数学等众多学科的知识，通过动手操作，驱使青少年主动探究“积木”背后的“秘籍”，真正做到“在玩中学”“带着兴趣学”，是STEAM教育理念一个极佳的实践方式。 那么，你想不想知道Scratch是怎么被设计出来的？为什么这样的设计更适合青少年编程入门呢？ 1.1.2 Scratch的意义 C语言、C++语言、Java语言、Python语言等都是很多人耳熟能详的编程语言。之所以被称为语言，是因为它们*主要的作用，是让人能跟计算机交流、沟通。根据语言规则编写出来的程序，人和计算机彼此都能“听”得懂、能相互理解，人们也能通过编程指挥计算机工作、发挥计算机更大的作用。 因此，学习传统意义上的编程，**件事就是要学会这门语言的语法规则，包括如何标识一句话结束、怎样赋值、有哪些关键字、如何输入输出等。 这些语法规则少则几十条、多则数百条，并且各个编程语言间的差别很大。在编程过程中需要绝对遵从各自的语法，一旦语法弄错，整个程序将无法运行，不能完成跟计算机之间的交互。 “先学语法，再学编程”，这无疑增加了学习的难度，相当于给编程学习架设了一道门槛。很多初学者也往往因为“记不住语法”“总是语法出错”被挡在编程的门外。同时，编程的语法多用英文书写，对于非英语国家的学习者来说，门槛更高。 Scratch的出现，彻底扭转了这一局面。 Scratch借用拼搭积木的思想，把众多的语法指令包装在一块块不同颜色、不同形状的积木里，让人们可以通过拼搭积木来完成编程。 在Scratch中，人们只需要用鼠标从不同功能的模块中选择和拖曳积木，就可以组合、拼搭出一个个可以运行的程序，实现各种交互故事、动画、游戏、音乐和美术作品等。 每块积木都有各自的凸起和凹槽，非常形象，小朋友都会使用。因此，使用拖曳积木的方式能够组合出程序，再也不用担心语法问题，不用担心像学习其他语言那样因不熟悉语法而导致程序出错。Scratch编程降低了门槛，减少了初学者的挫败感，让小学生也可以进行编程了。 同时，使用拖曳积木的方式编程，人们可以更专注于思考和解决问题，也更敢于进行尝试和总结，对于编程者开拓逻辑思维能力和理解算法原理非常有帮助。Scratch中丰富的图像、动画、声音处理积木，也使编程的过程一改呆板的文字输入、输出，让编程变得轻松有趣。 学习编程的过程，可以是枯燥乏味的，也可以妙趣横生的。现在，我们将要进入Scratch缤纷多彩的编程世界。在这里，我们将通过分析思考、编写代码、检查排错等步骤完成一个个有趣的项目，从而享受创意的美妙和成功的喜悦。你有没有迫不及待呢？ 让我们马上出发，进入Scratch编程世界吧！ 1.2 Scratch 3.0环境搭建 Scratch于2007年5月首次发布，Scratch 1.0版本基于Squeak平台的Smalltalk语言开发，可运行于Windows、Mac OS X和Debian/Ubuntu等操作系统，包括了积木式编程的基本功能。 Scratch 2.0于2013年5月发布，基于Adobe Flash平台开发，分为在线版本和离线版本，增加了克隆相关的积木组，支持可拓展积木。 Scratch 3.0于2019年1月发布，基于HTML5技术开发，分为在线版本和桌面版本，可运行于Windows、Mac OS X等操作系统,增加了音乐、画笔、视频侦测、文字朗读、翻译等选择性下载扩展积木组。 1.2.1 Scratch 3.0在线编辑器 Scratch 3.0是历经十多年发展演化的一个版本，它*重要的特点就是能够提供更加方便易用的在线编辑功能。在联网的状态下，用户通过网络浏览器（如Chrome、Firefox、IE、Edge或Safari等）访问MIT Scratch官方网站的Scratch在线编辑器，就能够创作和管理应用程序，不需要在自己的电脑中下载和安装Scratch软件。 MIT Scratch官方网站的网址为https://scratch.mit.edu，使用网络浏览器访问Scratch官方网站，默认显示的是英文界面，如图1.3所示。 图1.3　MIT Scratch官方网站 注意：MIT Scratch及其官网会不定期更新和改版，本书所列图示仅供参考。如果打开后看到的跟本书界面有所差异，请根据实际情况进行操作。 如果希望切换成中文显示，可以拖动页面滚动条到页面底部。页面底部有一个写着“English”的下拉列表框，如图1.4所示。单击“English”右边的倒三角形按钮，在弹出的列表中选择“简体中文”选项，就可以将界面切换成中文显示。 图1.4 切换MIT Scratch官方网站的显示语言 切换后的中文界面如图1.5所示。 图1.5　中文显示的MIT Scratch官方网站 单击“开始创作”按钮（或英文显示时的“Start Creating”按钮），就可以进入Scratch 3.0的在线编辑器，如图1.6所示，不用安装任何软件就可以直接开始编程。 对于初学者，这是使用Scratch 3.0*快捷的方法。如果需要，还可以注册一个MIT Scratch官方网站账号，已注册的用户可以把自己编写的Scratch程序或创作的Scratch项目分享到官方社区，与来自全球的编程爱好者交流和讨论。如果不想注册，可以直接跳到第1.2.2节。 图1.6 Scratch 3.0在线编辑器 在MIT Scratch官方网站首页，单击右上角的“加入Scratch社区”（或英文显示时的“Join Scratch”）按钮，进入注册流程，如图1.7所示。 图1.7　开始注册MIT Scratch官方网站账号 输入必须填写的内容，单击“下一步”按钮。 经过如此几个步骤的注册填写之后，MIT Scratch官方网站会给你的注册邮箱发送一封确认邮件，通过访问电子邮箱中的验证链接完成注册。 在MIT Scratch官方网站的首页，单击右上角“登录”按钮进行登录后，再次进入Scratch 3.0在线编辑器，可以发现在页面左下方出现一个“书包”，如图1.8所示。有了书包功能，就可以把常用的角色、造型、声音和代码等资源拖入存放，在需要时快速找到它们。 图1.8 Scratch 3.0的书包功能 注意：书包是MIT Scratch官方网站提供的一个可选功能，不是必需的，未注册或没有书包并不影响对本书的阅读和操作。 1.2.2 Scratch 3.0离线安装 因为MIT Scratch官方网站服务器在美国，网络不好时，打开网址会比较慢，需要耐心等待才能加载完成，所以从方便性角度考虑，可以安装Scratch 3.0的离线桌面版本。 Scratch 3.0离线桌面版本功能上跟在线版本基本一样，下载后可以安装在个人电脑上运行，使用时双击打开即可，并不需要访问网络。 当然，如果你能够快速地访问MIT Scratch官方网站，流畅地使用Scratch在线编辑器，那么可以跳过本小节的内容，在以后需要时再安装Scratch离线桌面版本。 接下来，介绍Scratch 3.0离线桌面版本的下载和安装方法。 将MIT Scratch官方网站首页滚动到页面底部，可以看到页面的中间“支持”下面有个“下载”（或英文显示的“Download”）链接，如图1.9所示。 图1.9 MIT Scratch官方网站的离线编程器链接 单击“下载”链接，进入Scratch桌面软件的介绍页面，如图1.10所示。 图1.10　Scratch 3.0桌面软件页面 通常情况下，MIT Scratch官方网站会根据你使用的个人电脑，帮你选择Windows版本或是Mac OS等版本的软件，如果选择有误，你也可以单击“选择操作系统”后的按钮，找到正确的下载版本。 单击“直接下载”（或英文显示时的“Direct download”）链接，将软件下载到个人电脑，进行安装即可。下面简单地介绍在Windows 10操作系统中安装的过程。 下载安装文件。选择“Windows” 选项，单击“直接下载”链接，下载安装文件，如图1.11所示。 图1.11　下载Scratch 3.0桌面软件 安装Scratch 3.0桌面软件。找到下载的软件，双击.exe文件，即可进行安装。安装以后会在桌面上生成“Scratch Desktop”图标，双击图标，Scratch 3.0桌面软件的运行界面如图1.12所示。 图1.12 Scratch 3.0桌面软件运行界面 注意：如果个人电脑使用Windows操作系统，MIT Scratch官方网站推荐Windows 10以上的版本，经测试在Windows 7中也可以正常安装和使用，但是如果你使用的是Windows XP及以下操作系统，将无法安装。 如果你对个人电脑操作不熟悉，可以关注微信公众号“师高编程”，输入“Scratch安装”，查看“在Windows系统中安装Scratch 3.0”或“在Mac OS中安装Scratch 3.0”，获取拓展资料。 设置Scratch 3.0编辑器，打开Scratch 3.0桌面软件，默认界面是英文的，那么如何调整为中文界面呢？ 单击界面左上角的“地球”按钮，将弹出的下拉列表滚动到*底部，选中“简体中文”选项即可，如图1.13所示。 Scratch 3.0桌面软件切换成中文显示后的界面，如图1.14所示。 图1.13　选择界面的显示语言 图1.14 中文显示的Scratch 3.0桌面软件 1.3 Scratch 3.0编程环境介绍 Scratch 3.0是一个集成开发环境（IDE），界面上按钮和功能比较多，可以操作的地方也比较多。为了便于学习和明确指引，这里将Scratch 3.0的界面按照功能分成4个区，分别是指令区、编程区、舞台区和角色列表区，如图1.15所示。 图1.15　Scratch 3.0的4个功能分区 本书在介绍各种操作时，多数情况都会描述成类似于“拖取指令区中‘运动’分类的‘移动10步’积木”这样的语句（即前一半是功能区定位，后一半是具体积木的定位），以方便读者准确理解操作步骤。 接下来简要介绍4个区的功能。如果你迫不及待地想开始编程，也可以跳过本节内容，直接进入第1.4节。 1.3.1 舞台区 舞台区位于Scratch 3.0的右上角，如图1.16所示。 图1.16　Scratch 3.0的舞台区 舞台区是编程中跟“显示”相关的区域，就像一个剧院的舞台，华美的背景下各种角色都会在这个舞台上表演。同时，程序执行的结果会在这个舞台上展现。 舞台区左上方的“绿色旗帜”（以下简称“小绿旗”）是程序启动按钮，单击它开始执行程序。左上方的“红色圆球”是停止按钮，单击它可以停止程序的运行。 舞台区的右上角是“全屏”按钮，单击它，舞台会变大、扩展为全屏。“全屏”按钮左侧分别是“大舞台”按钮和“小舞台”按钮，单击不同的按钮可以看到舞台区的放大和缩小。 注意：理解和掌握软件操作的*好方法，是动手试一试！上面介绍的几个按钮，读者可以打开软件动手点一点，看看舞台区有什么变化？我们在学习后面介绍的案例时也是一样，可以一边看书，一边动手操作，这是*快的学习方法。 1.3.2 角色列表区 角色列表区位于舞台区的下方，如图1.17所示。 图1.17　Scratch 3.0的角色列表区 编程过程中用到的所有角色，都会在角色列表区陈列出来。当我们需要对某一个角色做操作时（也即指挥某一个角色做动作时），也需要在这个区域选中这个角色，后面的案例中会详细讲到。 角色列表区分左右两部分，左边是“角色”相关信息，右边是“舞台背景”信息。 在左边的“角色”信息框中，从上到下包括角色名称、角色坐标、角色显示与否、角色大小、角色方向，以及编程中用到的角色列表和“添加角色”按钮。 在右边的“舞台背景”框中，上部的长方形显示的是当前舞台区正在使用的背景图，下面是“添加背景”按钮。 具体功能简要描述如下，后面的章节中会详细讲到各项功能的应用。 “角色1”是当前角色的名称，在输入框内可以修改。 “x”和“y”是角色在舞台区的位置，用坐标（x, y）来表示。 “显示”右侧的两个按钮，分别用来控制当前角色在舞台区的显示和隐藏。 “大小”用来控制当前角色在舞台区显示的大小，“40”表示40%。 “方向”用来控制当前角色在舞台区的旋转方向。 “添加角色”按钮包括4个功能，即“选择一个角色”“绘制”“随机”“上传角色”。 “添加背景”按钮也包括4个功能，即“选择一个背景”“绘制”“随机”“上传背景”。 1.3.3 指令区 指令区位于窗口的左侧，集合了Scratch 3.0提供的所有操作指令。每个指令都以积木的方式分类存放。不同的颜色代表不同类别的指令，有运动、外观、声音、事件、控制、侦测、运算、变量、自制积木等九大类，如图1.18所示。单击左侧的圆球，可以滚动到对应的分类。 图1.18　Scratch 3.0的指令区 每一块指令积木都有凸起和凹槽，不同的积木据此可以拼合在一起。编程时操作者拖放合适的积木到编程区，拼合出各种功能，从而完成想要实现的程序。能够熟练地使用这些积木，实现我们想要的效果，是阅读本书的首要目标，后面的各个章节会由简入繁逐步展开介绍。这里，先大致了解一下各个类别的概况。 运动：运动类别的积木为深蓝色，包括移动位置、转动角度等运动相关的功能。 外观：外观类别的积木为深紫色，包括说话、造型、大小、特效等显示相关的功能。 声音：声音类别的积木为浅紫色，包括播放声音、音效处理、音量处理等功能。 事件：事件类别的积木为浅黄色，包括各种事件的获取和广播消息等相关的功能。 控制：控制类别的积木为深黄色，包括程序执行流程相关的分支、循环、终止及克隆等相关的功能。 侦测：侦测类别的积木为青绿色，包括鼠标、键盘等各种状态的侦测，以及计时器、登录用户等相关的功能。 运算：运算类别的积木为绿色，包括数学运算、逻辑运算及字符串操作等功能。 变量：变量类别的积木为棕黄色，包括变量和列表的定义及相关操作功能。 自制积木：自制积木类别为红色，可以根据需要定制自己的积木，类似于传统编程中的自定义函数或方法。 注意：本书由于篇幅所限，重点在于通过案例和游戏的实际操作来开发计算思维，可能不会对每一块积木都进行详细地介绍，要理解和掌握这些积木，读者还是要多动手尝试。 1.3.4 编程区 编程区位于窗口中央，是Scratch 3.0编程的核心区域。在指令区的顶部有“代码”、“造型”和“声音”3个标签按钮，单击“代码”标签按钮在窗口中部会显示代码标签页，如图1.19所示。 图1.19　代码标签页 在编程区的代码标签页中，可以拼搭积木，通过组合不同的指令积木，实现编程。 代码标签页的右上角通常会有一个半透明的图标，如图1.19中黄色的喵小咪。这个图标就是当前角色的图示，表示正在对这个角色或背景进行拼搭积木、进行编程。后面的章节会反复用到。 单击“造型”标签按钮，进入造型标签页，如图1.20所示。 造型是Scratch 3.0中非常重要的概念，角色动画主要通过不同造型的切换来实现，后面的章节会详细讲到。 在造型标签页中，可以对当前角色的造型进行编辑，包括添加造型、复制造型、修改造型、删除造型等各种操作。 单击“声音”标签按钮，进入声音标签页，如图1.21所示。 　 　　 图1.20 造型标签页　　　 图1.21 声音标签页 声音标签页用来处理当前角色所拥有的声音，包括添加声音、复制声音、修改声音、删除声音等。 通过本节的学习，相信你已经从整体上认识了Scratch 3.0的编程环境，了解了界面上有4个区及每个区的大致功能。但是，如果要精确掌握这些按钮都是怎么使用的，这些积木应该怎样拼搭才能产生有趣的效果，就请跟着喵小咪一起开启神奇的编程之旅吧！