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1、Scratch与创意计算与创意计算教师培训教师培训上海师范大学上海师范大学 信息与机电工程学院信息与机电工程学院计算机系计算机系王旭卿王旭卿普陀区教育学院，普陀区教育学院，普陀区教育学院，普陀区教育学院，20142014年年年年3 3月月月月44月月月月培训内容培训内容1 1 1 12 2 2 23 3 3 34 4 4 4MitchResnick让我们教孩子编码吧让我们教孩子编码吧2012年TED讲座MIT媒体实验室媒体实验室终身幼儿园研究小组终身幼儿园研究小组（LifelongKindergartenGroup）主任主任开发开发Scratch的负责人的负责人MitchelResnick教授
2、教授“当今，年轻人有很多与新技术互动的经历但他们却很少有机会使用新技术去创建或表达自己”数字时代也需要数字时代也需要“脱盲脱盲”Resnick列举教孩子编码的好处列举教孩子编码的好处“这样他们就能不仅是读 新技术，而且能创造新技术。”ReadandCreatReadandCreate e在学习中编程，在学习中编程，在编程中学习在编程中学习Learningtocode,codingtolearn掌握掌握问题求解技能和项目设计策略问题求解技能和项目设计策略设设计计用新技术用新技术表达自我表达自我表表达达数字流畅能力数字流畅能力这些技能不仅在各专业领域受用无穷，更是在生活中也不可或缺的能力这些技能不
3、仅在各专业领域受用无穷，更是在生活中也不可或缺的能力这些技能不仅在各专业领域受用无穷，更是在生活中也不可或缺的能力这些技能不仅在各专业领域受用无穷，更是在生活中也不可或缺的能力从编写代码到创意计算从编写代码到创意计算第一讲第一讲Scratch编程简介编程简介1.1.Scratch编程特点2.2.开发动机与意图3.3.集成开发环境4.4.编程环境与语言设计5 5.Scratch与21世纪能力培养可视化图块式可视化图块式编程工具编程工具Scratch面向8至16岁的儿童和青少年可视化程序设计语言与开发环境文本编程工具（文本编程工具（VB、Java、C#、Python）Scratch编程特点编程特点
4、Scratch的的编程特点编程特点1 12 23 34 45 56 61.“搭积木搭积木”式的程序设计模式式的程序设计模式编程选择、拖拉、拼搭彩色代码块（或称为指令块 Code Block）代表不同命令或行为组成可执行的代码堆（脚本）控制程序逻辑Scratch作品作品的组成的组成作品可以保存为本地文件（作品可以保存为本地文件（作品可以保存为本地文件（作品可以保存为本地文件（.sb.sb），也可以上传到），也可以上传到），也可以上传到），也可以上传到ScratchScratch官网，与同伴分享官网，与同伴分享官网，与同伴分享官网，与同伴分享控控控控制制制制2.程序操控丰富媒体素材程序操控丰富媒体
5、素材包含程序逻辑的脚本（Script）控制角色（二维图形对象）在舞台（背景）上移动。摆弄性摆弄性编程方式（编程方式（Tinkering）以不同的顺序和组合方式来拼搭指令块、组成脚本堆，边执行程序，边观察执行效果。Scratch 编程环境和编程语言支持自上而下的规划、设计自底向上的摆弄3.低门槛、高界限与宽空间低门槛、高界限与宽空间low-floor/high-ceiling/wide-walls前两个编程语言的特征是Papert提出的创作创作类型丰富的类型丰富的交互式交互式多媒体多媒体作品作品4.深厚的分享特性深厚的分享特性Scratch官网：官网：http:/scratch.mit.edu/
6、在线社区是在线社区是青少年使用编程工具和分享编程作品青少年使用编程工具和分享编程作品的的社交情境社交情境ScratchScratchScratchScratch社交平台社交平台社交平台社交平台分享分享分享分享（上传）作品（上传）作品（上传）作品（上传）作品观看、下载、研究作品观看、下载、研究作品观看、下载、研究作品观看、下载、研究作品给予评论给予评论给予评论给予评论、关注好友、关注好友、关注好友、关注好友赞、收藏赞、收藏赞、收藏赞、收藏Scratch2.0网站的社交交互性更强网站的社交交互性更强5.与与真实真实世界世界无缝衔接无缝衔接利用Scratch操控外部设备创建虚实结合的作品：创建虚实结
7、合的作品：S4A作品：智能红绿灯作品：智能红绿灯支持中文、免费使用支持中文、免费使用软件启动几秒后，自动测试操作系统版本，变换为简体中文的界面Scratch 2.0：云平台创作环境、离线编辑器Scratch的开发的开发1、开发历程2、开发缘起3、开发意图开发历程开发历程MIT媒体实验室的“终身幼儿园研究小组”历时四年开发2007年5月Scratch软件首度公开Scratch官网投入使用早期版本为1.4版Scratch2.0已上线，离线编辑器Beta版可下载使用开发缘起开发缘起满足课外计算机活动俱乐部经济弱势青少年的需求和兴趣让学生把可编程性添加到控制媒体的活动提升青少年的技术流畅性techno
8、logy fluency鼓励青少年通过探究和同伴分享进行学习，非直接教学Scratch的推广：从课外到学校的推广：从课外到学校开发开发Scratch的灵感来源的灵感来源嘻哈音乐主持人（hip-hop DJ）善于混搭和刮擦唱片来创建新颖、独特的音乐。Scratch，“搓盘”、“搓碟”，DJ利用唱片反转的声响做音乐的技巧百度百科Scratch也试图让用户用预制的代码块拼搭/堆叠在一起去控制图形、照片、音乐、声音、文字等，组合成独特的创造品。Scratch的开发理念的开发理念基于西蒙派珀特（Logo发明者）的建造主义观点学生通过创建制品建构知识学生与同伴、专家互动提供学生知识建构的环境信息技术工具是
9、认知工具注：使用Scratch内置工具画图、录制解说或拍摄照片开发意图之一：鼓励创意表达开发意图之一：鼓励创意表达“我们的目的不是要创建电脑程序编写大军，而是帮助电脑使用者表达自己。”SCRATCH项目的负责人（凯伦.布雷南）编程编程编程编程ProgramProgram互动媒体作品互动媒体作品互动媒体作品互动媒体作品Interactive ProjectInteractive Project开发意图之二：鼓励探究开发意图之二：鼓励探究快速入门快速入门观看【入门指南Getting Started Guide S14_cn.pdf】跟着做移动、跳舞、变色、响应按键、增加角色、说话、角色变换造型Sc
10、ratch的的集成开发环境集成开发环境（IDE）1、舞台、舞台指示鼠标在舞台上的坐标指示鼠标在舞台上的坐标舞台为作品中角色之间的互动或者角色与用户之间的互动提供了场地舞台的坐标系统舞台的坐标系统2、角色、角色Sprite，Actor底色透明的二维图像默认角色为小猫角色包含三部分要素脚本：控制行为造型：改变外观声音：导入录音3、角色列表、角色列表舞台和角色都是Scratch控制的对象先选舞台或某个角色才能对它的脚本、造型和声音进行编辑舞台也有三部分要素（脚本、造型和声音）4、新增角色、新增角色用内置绘图编辑器绘制角色导入角色随机选一个角色导入角色（导入角色（带脚本的带脚本的/不带脚本不带脚本）5
11、、代码块区、代码块区四种八四种八类代码类代码块块四种四种不同形状不同形状八类八类不同颜色不同颜色125125个代码块个代码块四种形状代码块四种形状代码块句法可视化句法可视化使用读出数使用读出数舞台上显示侦测代码块或变量的值拖拉、拼搭代码块拖拉、拼搭代码块白色高亮条表示可以插入插入点插入点插入点插入点查看代码块帮助查看代码块帮助右击代码块，快捷菜单上选“帮助”6、脚本区、脚本区编辑脚本编辑脚本脚本块（代码堆）内，代码块至上而下顺序执行；多个脚本块可并行执行；脚本区脚本区编辑造型编辑造型创建一个造型，复制再修改-类似造型脚本区脚本区编辑声音编辑声音录制故事中的人物对话导入背景音乐等7、当前角色信息
12、区、当前角色信息区角色命名角色坐标角色方向（拖动蓝线可修改方向值）旋转风格角色位置加锁，演示模式播放作品时角色不能被拖动8、工具条、工具条复制角色删除角色放大角色缩小角色9、菜单、菜单方方便便上上传传作作品品10、启动和结束程序按钮、启动和结束程序按钮绿旗提供一条同时启动多个脚本的捷径点击绿旗启动所有以 开头的脚本块三段脚本分别控制三段脚本分别控制三段脚本分别控制三段脚本分别控制一个角色的不同行一个角色的不同行一个角色的不同行一个角色的不同行为为为为，并行执行。，并行执行。，并行执行。，并行执行。11、绘图编辑器、绘图编辑器详细的详细的ScratchIDE介绍介绍浏览官网文档【参考指南Refe
13、rence Guide_14_zh-cn.pdf】匠心独运的匠心独运的编程环境和语言设计编程环境和语言设计Scratch编程环境的编程环境的设计思路设计思路采用图块式编程的好处采用图块式编程的好处编程环境的设计思路编程环境的设计思路1.单一窗口用户界面2.活动性和摆弄性3.让执行过程可视化4.无出错信息5.让数据变得具体6.使命令集最少化2.Scratch是活动的和可摆弄的是活动的和可摆弄的Scratch总是总是活动的活动的可可摆弄摆弄：多种探究多种探究代码块功能代码块功能的途径的途径单击：测试代码块的功能在脚本区测试在代码区测试单击参数代码块，可以在卡通似的“交谈泡泡”中显示它们的返回值。可
14、可摆弄摆弄：多种探究多种探究代码块功能代码块功能的途径的途径代码块自带默认参数，给出应用示范查看代码块的帮助信息Scratch是是可摆弄的可摆弄的支持自底向上的脚本编写方式测试一个代码块组装和测试代码堆（脚本块）再组合成更大的执行单元测试中的脚本块测试中的脚本块可以保留在脚本区中，保存在作品文件中如同在文本编程语言中已注释掉的代码一样2.让让Scratch执行过程执行过程可视化可视化让执行过程让执行过程可视化可视化、实时反馈、实时反馈提供脚本执行的即时反馈执行过程可视化执行结果（数据）可视化反馈可视化反馈可视化：显示脚本的执行显示脚本的执行正在执行的脚本，被发亮的白色边框包围脚本遇到错误（如被
15、0除），那么边框就会变成红色，引发错误的代码块就会用红色高亮/突出显示。显示代码块的执行顺序和控制流向显示代码块的执行顺序和控制流向单步执行，观察脚本执行过程没用单步，Scratch也更新代码块执行结果代码块的结果是排除故障的可视化线索4.无出错信息无出错信息Scratch没有出错信息没有出错信息代码块只用有意义的方式粘合在一起通过让所有的代码块故障弱化（failsoft）来消除运行时的错误输入超出范围时，在限定的范围内做合理的事消除出错信息不是消除错误消除出错信息不是消除错误编写脚本时仔细思考，做想要的事情排除故障，检查那些不符合设计预期的脚本5.让数据变得具体让数据变得具体变量变量可观察、
16、可操纵可观察、可操纵变量显示为舞台上的变量监视器帮助学生建立变量是如何工作的心理图示监视器是方便的读出器，或者使用可选的滑竿来控制链表的监视器链表的监视器快速的动画可以呈现链表操作的结果，例如，当链表元素被访问时，该元素的索引就会闪烁。Scratch编程语言的设计思路编程语言的设计思路编程语言编程语言的设计思路的设计思路1.句法（可视化积木块）句法（可视化积木块）句法的可视化句法的可视化：代码块形状代码块形状和和组合规则组合规则堆代码块堆代码块堆代码块被堆叠，创建代码块序列，叫做代码堆/脚本块凹槽和凸起（notches and bumps）会粘合在一起，像拼图块一样控制结构代码块控制结构代码块
17、嵌套代码块序列的代码块是一个不可分离的单元循环代码块或分支代码块的结束臂是控制结构的组成部分，它不会被错放位置嵌套封闭的代码块序列侦测侦测代码块代码块像操作数不可以像堆代码块一样插入代码堆作为代码块的参数嵌入，组成表达式启动代码块启动代码块把事件（如启动、鼠标单击、按键）与处理事件的代码堆连接起来参数插槽（参数插槽（parameterslots）参数插槽的形状表明了参数的类型（数值、字符串和布尔逻辑）有些参数插槽（具有白色背景）允许用户输入来自键盘的值。参数插槽参数插槽具有下拉菜单或是颜色选择器接收侦测代码块可视化反馈可视化反馈拼搭时，呈现序列插入点（堆代码块）或者参数插槽目的地（参数代码块）
18、拆散代码堆拆散代码堆抓住代码堆的顶部代码块，拖拉整个代码堆抓住代码堆中间的一个代码块，分离下方的代码堆2.数据类型数据类型Scratch有三种一级数据类型有三种一级数据类型布尔逻辑、数值和字符串用在表达式、存储为变量或用内置函数返回的类型参数插槽的形状 数据类型三种参数插槽形状参数代码块的形状 返回的类型两种函数代码块形状：布尔逻辑和数值/字符串。Scratch变量不分类型，可以包含数值或字符串。侦测侦测代码块代码块可可插入参数插槽中插入参数插槽中布尔逻辑参数插槽最严格，只接受布尔型函数代码块数值和字符串参数插槽不太严格，可接受任何类型的函数代码块如果需要的话，可以强制参数转为目标类型Scra
19、tch变量容纳任何数据类型变量容纳任何数据类型无需在创建变量时指定变量的类型自动根据情境在数值和字符串之间进行转换3.角色：角色：Scratch对象模型对象模型角色是对象角色是对象角色封装了状态（变量）和行为（脚本）Scratch是基于对象的语言而不是面向对象的语言既没有类也没有继承代码块只针对角色操作代码块只针对角色操作角色不能调用诸如移动其他角色的代码块用面向对象的术语，每个代码块的隐含接受者就是在其中出现的角色每个角色有它独立的脚本集合每个角色有它独立的脚本集合容易理解编辑脚本只影响到脚本出现的那个角色管理具有相同行为的多个角色管理具有相同行为的多个角色使用图章工具创建脚本的多个副本实现
20、把某个角色的脚本集合复制到其他角色4.角色间的通讯和共享角色间的通讯和共享广播机制支持角色间通讯和同步广播机制支持角色间通讯和同步任何角色都可以广播一个消息（任意的字符串）广播会触发开始于“当我接收”触发器代码块的所有角色Scratch广播模式广播模式一对多一个给定的广播会触发许多脚本（可能多个角色的）松散耦合它并不关心有多少个接收者异步广播消息后，不必等待被触发的脚本完成，类似于启动一个线程同步所有被触发的脚本完成前等待角色可以被共享角色可以被共享角色是自立的，只与其他角色松散地耦合在不破坏依赖关系的前提下，可以保存角色文件，以便角色在项目间移动共享共享角色鼓励代码角色鼓励代码复用和合作复用
21、和合作把角色导入到自己的项目中学习新的代码块和编程技巧共享角色促进合作合作开发时，每个人独立开发角色，然后把那些角色整合在一起，以创建最后的作品5.并行并行（多线程）（多线程）角色同时做几件事角色同时做几件事所有这些脚本可以同步执行并行控制机制并行控制机制以一种避免大多数竞争条件(race condition)的方式把并行控制建立到它的线程模型中通过限制线程切换发生的地方来实现线程切换只发生在两个地方：显式等待的代码块（例如，等待1秒）在循环结束线程切换不能在没有等待语句的代码序列中间发生，或者在检测if代码块中间发生没有消除所有的同步问题没有消除所有的同步问题当多个脚本由一个事件或广播触发，
22、那些脚本的执行顺序不是用户所期望的指定脚本的执行顺序：让事件触发一个脚本，然后以所期望的次序再触发其他脚本Scratch与与21世纪学习能世纪学习能力培养力培养Scratch有助于培养有助于培养21世纪学习技能世纪学习技能Scratch的口号：的口号：在探究、即时反馈中学习编程在探究、即时反馈中学习编程掌握基于设计的创作方法掌握基于设计的创作方法Scratch提供了知识和能力迁移的基础提供了知识和能力迁移的基础国内教师提出国内教师提出Scratch教学的目标教学的目标逻辑推理能力调试、修改程序把想法变成为程序持续的专注力制作作品的基本制作作品的基本步骤步骤1.新建项目2.增添项目的背景3.增添角色4.导入音乐文件5.用脚本为各角色加入程序逻辑6.调试程序7.保存项目制作作品（害羞的制作作品（害羞的Wiggly）观察一个简单示例【Mr. Wigglys Dance】分析如何实现
