动手玩转Scratch3.0编程：人工智能科创教育指南-图书

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动手玩转Scratch3.0编程：人工智能科创教育指南

Majed Marji (作者)　李泽 , 于欣龙 (译者) 林瑞和 (责任编辑)

书　　号：978-7-121-37616-0
出版日期：2020-01-01
页　　数：288
开　　本：16(170*240)
出版状态：上市销售
原书名： Learn to Program with Scratch: A Visual Introduction to Programming with Games, Art, Science, and Math
原书号：978-1593275433
维护人：林瑞和

Scratch 是可视化的编程语言，其丰富的学习环境适合所有年龄阶段的人。利用它可以制作交互式程序、富媒体项目，包括动画故事、读书报告、科学实验、游戏和模拟程序等，此外，Scratch 也是人工智能科创教育领域的重要工具。本书的目标是将Scratch 作为工具，教会读者最基本的编程概念，同时揭示Scratch 在教学和科创方面的强大能力。本书使用升级后的Scratch 3.0 版本，该版本尤其适用于人工智能科创教育领域。
全书共分9 章，前三章讲解如何使用Scratch 绘制几何图形，并创建富媒体应用程序，其余章节使用Scratch 讲解各个编程概念。每一章都有许多完整的案例，读者可以模仿它们制作许多类似的程序。当读完整本书后，相信你一定可以亲自完成各种编程项目。
本书假定读者没有任何编程基础。本书内容的难度基本不会超过高中数学，个别有难度的模拟程序可以先行跳过。

外版优质畅销书全面升级！Scratch 3.0编程，名师力荐，内容满足人工智能科创教育实践和STEAM创新教育实践需求，帮助读者玩转游戏、艺术、科学、数学各领域编程研发。

李泽，国内资深创客，软件设计师、信息系统项目管理师。2013 年毕业于新疆医科大学信息管理与信息系统专业，有十余年编程实战经验。善于构建课程体系，分解知识点，将复杂的概念简单化。拍摄百余集 STEM 教育教学视频。已出版《动手玩转 Scratch 2.0 编程》《Scratch高手密码》等共 8 本著作。
于欣龙，工学硕士。2013年毕业于哈尔滨工程大学机械设计及理论专业。新生代85后机器人创业达人，被媒体誉为“机器人爸爸”，国内第一批将Arduino引入中国的资深创客。现任哈尔滨奥松机器人科技有限公司总经理，创业期间指导多家出版社引进二十多本与开源硬件和创客有关图书，曾出版译著《爱上Arduino》和《Arduino机器人权威指南》。

作者简介
Majed Marji 拥有韦恩州立大学的电子工程博士学位和达文波特大学战略管理的MBA 学位。他在汽车行业工作超过15 年，开发了许多软件，涉及实时数据采集、设备控制、实验室管理、工程数据分析、嵌入式系统、远程信息处理、混合动力汽车，以及与安全相关的动力系统。Marji 博士还是韦恩州立大学电气工程系的兼职讲师，主要讲授通信工程、机器视觉、微处理器、控制系统，以及算法和数据结构等相关课程。

技术编辑简介
编辑Tyler Watts 是一位富有创造性的计算机教育家。他在堪萨斯城的联合学区教授六到八年级的学生，还在密苏里大学堪萨斯分校教授成人学生。他从2009 年开始使用Scratch，并不断地用它弥补数字鸿沟，告诉学生如何像计算机科学家一样思考。在教学过程中，Tyler 逐渐认识到让学生独立思考、接受挑战，以及成为数字创造者的重要性。他认为编程是一种个性表达和教导学生的方法，和任何其他的艺术形式一样有趣。

致谢
虽然本书封面上只有一个作者，但是有许多人都参与了创作。感谢No Starch 出版社的专业人员，特别是本书的编辑Jennifer Grifith-Delgado 和出版编辑Alison Law。他们的建议和专业知识让本书更加完善，甚至在每一页上都有批注。同样感谢Paula L. Fleming和Serena Yang 对本书的贡献。
感谢本书的技术编辑Tyler Watts 提供的宝贵意见，他深思熟虑的建议在本书中多次出现。
最后感谢我的妻子Marina 和我的两个儿子——Asad 和Karam。他们是我完成这个长期项目的不竭动力，而且给予了我充分的时间和空间。现在终于可以弥补我曾经错过的那些时光了！

本书介绍
Scratch 是可视化的编程语言，其丰富的学习环境适合所有年龄阶段的人。利用它可以制作交互式程序、富媒体项目，包括动画故事、读书报告、科学实验、游戏和模拟程序等。与其他编程语言相比，Scratch 的可视化编程环境让我们更容易领略编程的魅力。
Scratch 不仅仅是编程工具，它还提升了我们解决问题的能力，而这才是生活中不可或缺的。该平台提供即时反馈，可以快速检查你的逻辑正确与否。可视化的结构让跟踪程序流程变得更加简单，利于完善思考的方式。从本质上讲，Scratch 缩短了大众与计算机科学思维的距离。它不仅可以激发学习的内在动力，促进你对知识的追求，还鼓励动手实践，通过探索和发现自主学习。学习Scratch 的门槛非常低，创造力和想象力才是最重要的。
现在有不少Scratch 编程教学的图书，但它们大多数都面向青年读者，而且案例简单、数量有限，指导读者通过Scratch 的用户界面进行操作。这类书突出的是Scratch 本身，而非编程的思想。相反，本书的目标是将Scratch 作为工具，教会读者最基本的编程概念，同时揭示Scratch 在教学上的强大能力。
本书为谁而写
如果你渴望探索计算机科学，那么这本书就是为你准备的。本书讲解基本的编程概念，可以作为中学的教材或自学手册。针对不同专业背景的学生，本书还可以作为大学教材，也可以作为类似课程的辅助教材。
通过本书的讲解，Scratch 授课老师将深化对编程的理解。老师们可以开发相应的教案，鼓励孩子们使用Scratch 满足自己的需要。
本书假定读者没有任何编程基础。本书内容的难度基本不会超过高中数学，个别有难度的模拟程序可以先行跳过。
致读者
程序员的美妙之处在于创造。试想一下：你提出了一个问题，然后在数小时内使用键盘创造出一个软件，这是不是很让人惊叹呢？
然而，编程技能和任何技能一样，唯有勤奋练习，方能游刃有余。
在编程时，你可能会经常犯错，但是不要气馁，不要放弃，花时间思考其中的概念和逻辑，并使用不同的思路和技术，直到纠正它们。
然后不断前行学习新的内容。
本书特点
本书的理念是亲自动手解决问题，从而掌握编程和计算机科学的相关概念。我希望培养读者的想象力，并向大家分享我在计算机编程领域的经验。
在这种理念下，本书的编写是以项目为导向的。我会详细说明某个概念，然后制作多个运用此概念的案例。因此，我们的重点是解决问题，而非Scratch 的具体使用方法。
为了更好地解释编程的概念，不断增强你对知识点的理解，本书的案例都是精心挑选的，而且涉及各个领域的知识。
书中的“试一试”和每章结尾的“练习题”不断地挑战着你的编程能力。这两部分也能提供许多新的思想。我建议你尝试完成这些练习，并提出在编程时遇到的问题。如果你能够解决自己提出的问题，说明你对编程已经有了深刻的理解。
本书结构
为了快速入门，本书前三章讲解如何使用Scratch 绘制几何图形，并创建富媒体应用程序。其余章节使用Scratch 讲解各个编程概念。
第1 章：准备开始，介绍了Scratch 的编程环境、积木的概念和创建程序的方法。
第2 章：运动和绘图，讲解了运动模块和Scratch 的绘图方法。
第3 章：外观和声音，讨论了Scratch 的外观模块、声音模块和音乐模块。
第4 章：过程，说明了过程是一种让程序结构化、模块化的方式。从本章开始，我们会关注良好的编程风格。
第5 章：变量，讲解了如何使用变量跟踪记录信息，向用户询问并得到用户的输入，这为制作交互式应用程序打下基础。
第6 章：用逻辑做决定，概括了用逻辑做决定的方法和控制程序的执行流程。
第7 章：深入循环，详细讨论了Scratch 中的循环结构，并通过具体案例展示循环的使用方法。
第8 章：字符串处理，讨论了字符串数据类型，展示了许多常见的字符串操作过程。
第9 章：列表，阐明了列表是变量的容器，展示了如何使用它们制作功能强大的程序。
每一章都有许多完整的案例，你可以模仿它们制作许多类似的程序。
本书最后还有附录A ：分享与合作，讲解Scratch 3.0 网络版的相关内容。
当读完整本书后，我相信你一定可以亲自完成各种编程项目！
符号约定
为了用文字表达Scratch 的编程界面，我们使用如下设计。
y 积木的名字：当绿旗被点击时。
与本节相关的文件名显示在左侧（如左侧的Filename.sb3 ），“试一试”部分如下所示。
Filename.sb3
在线资源
访问博文视点官网本书页面可下载本书的额外资源。下载并解压后的文件包括如下内容。
Bonus Applications ：此文件夹含有许多Scratch 案例供读者自行学习。其中Bonus Applications.pdf 详细讲解了每个程序。
Chapter Scripts ：包含书中的所有脚本。
Extra Resources ：此文件夹包含三个PDF 文档，深入讲解了三个你可能感兴趣的专题，包括绘图编辑器的使用、数学函数和绘制几何图形。
Solutions ：包含所有的课后练习题和“试一试”的解决方案。

目录
致谢................................................................................................. VIII
本书介绍............................................................................................ IX
第1 章　准备开始............................................................................... 1
什么是 Scratch .................................................................................. 2
试一试 1-1 ...................................................................................... 3
Scratch 编程环境 .............................................................................. 3
舞台 ......................................................................................................... 4
试一试 1-2 ...................................................................................... 5
角色列表 ................................................................................................. 5
试一试 1-3 ...................................................................................... 6
积木区 ..................................................................................................... 7
试一试 1-4 ...................................................................................... 8
脚本区 ..................................................................................................... 8
试一试 1-5 ...................................................................................... 9
试一试 1-6 .................................................................................... 10
造型标签页 ........................................................................................... 10
试一试 1-7 .................................................................................... 11
声音标签页 ........................................................................................... 11
试一试1-8 .................................................................................... 12
背景标签页 ........................................................................................... 12
试一试 1-9 .................................................................................... 13
角色信息 ............................................................................................... 13
菜单栏 ................................................................................................... 14
绘图编辑器 ...................................................................................... 15
设置图像的中心 ................................................................................... 15
试一试 1-10 .................................................................................. 16
设置透明色 ........................................................................................... 16
制作第一个 Scratch 游戏 ................................................................. 17
第一步：准备背景 ............................................................................... 18
第二步：加入反弹板和小球 ............................................................... 18
第三步：让角色动起来 ....................................................................... 19
试一试 1-11 .................................................................................. 20
第四步：添加声音更有趣 ................................................................... 21
Scratch 积木一览 ............................................................................ 22
算术运算符和函数 ........................................................................... 23
算术运算符 ........................................................................................... 23
随机数 ................................................................................................... 24
数学函数 ............................................................................................... 25
本章小结 .......................................................................................... 25
练习题 ............................................................................................. 25
第2 章　运动和绘图.......................................................................... 28
使用运动模块的积木 ........................................................................ 28
绝对运动 ............................................................................................... 29
试一试 2-1 .................................................................................... 30
相对运动 ............................................................................................... 31
试一试 2-2 ...............................................................................33
其他运动积木 ....................................................................................... 33
画笔模块和一个简单的画图程序 ...................................................... 34
试一试 2-3 .................................................................................... 35
试一试 2-4 .................................................................................... 36
神奇的重复执行 ............................................................................... 36
试一试 2-5 .................................................................................... 38
旋转的正方形 ....................................................................................... 38
试一试 2-6 .................................................................................... 39
图章积木 ............................................................................................... 39
试一试 2-7 .................................................................................... 40
Scratch 项目 .................................................................................... 40
猫咪收集钱袋 ....................................................................................... 40
接苹果游戏 ........................................................................................... 44
关于被克隆的角色 ........................................................................... 47
本章小结 .......................................................................................... 48
练习题 ............................................................................................. 49
第3 章　外观和声音.......................................................................... 52
外观模块 .......................................................................................... 53
切换造型创建动画 ............................................................................... 53
试一试 3-1 .................................................................................... 54
让角色思考并说话 ............................................................................... 55
试一试 3-2 .................................................................................... 55
图形特效 ............................................................................................... 56
角色大小和可视状态 ........................................................................... 56
试一试 3-3 .................................................................................... 57
角色间的图层 ....................................................................................... 57
试一试 3-4 .................................................................................... 58
声音和音乐模块 ............................................................................... 58
播放音频文件 ....................................................................................... 58
弹奏鼓声和其他声音 ........................................................................... 59
创作音乐 ............................................................................................... 60
控制音量 ............................................................................................... 61
试一试 3-5 .................................................................................... 61
设定演奏速度 ....................................................................................... 61
试一试 3-6 .................................................................................... 61
Scratch 项目 .................................................................................... 62
在舞台上跳舞 ....................................................................................... 62
烟花效果 ............................................................................................... 66
本章小结 .......................................................................................... 68
练习题 ............................................................................................. 68
第4 章　过程.................................................................................... 72
消息的广播和接收 ........................................................................... 73
发送消息和接收消息 ........................................................................... 74
使用广播机制协调多个角色 ............................................................... 75
将大型程序分而治之 ........................................................................ 77
使用广播模拟过程 ............................................................................... 79
创建自己的积木 ................................................................................... 80
给积木添加参数 ................................................................................... 82
试一试 4-1 .................................................................................... 86
过程的嵌套 ........................................................................................... 87
试一试 4-2 .................................................................................... 89
分析问题的思维方式 ........................................................................ 89
自顶向下分析 ....................................................................................... 90
试一试 4-3 .................................................................................... 92
自底向上分析 ....................................................................................... 93
本章小结 .......................................................................................... 95
练习题 ............................................................................................. 95
第5 章　变量.................................................................................... 98
Scratch 的数据类型 ......................................................................... 99
参数凹槽与积木形状 ........................................................................... 99
数据类型的自动转换 ......................................................................... 100
变量详解 ........................................................................................ 101
什么是变量 ......................................................................................... 101
创建并使用变量 ................................................................................. 104
试一试 5-1 .................................................................................. 107
变量的作用范围 ................................................................................. 107
修改变量的值 ..................................................................................... 110
绘制蜘蛛网 ..........................................................................................111
绘制风车 ..............................................................................................111
试一试 5-2 .................................................................................. 112
克隆体中的变量 ................................................................................. 112
变量值显示器 .................................................................................115
在程序中使用变量值显示器 ............................................................116
欧姆定律模拟实验 ............................................................................. 116
试一试 5-3 .................................................................................. 118
串联电路模拟实验 ............................................................................. 118
试一试 5-4 .................................................................................. 120
计算球体体积和表面积 ..................................................................... 120
试一试 5-5 .................................................................................. 122
绘制玫瑰花瓣 ..................................................................................... 122
试一试 5-6 .................................................................................. 124
葵花籽分布模型 ................................................................................. 124
试一试 5-7 .................................................................................. 126
XVIII　目　　录
获得用户输入 ................................................................................ 126
读取数字 ............................................................................................. 126
读取字符 ............................................................................................. 127
执行算术运算 ..................................................................................... 127
本章小结 ........................................................................................ 128
练习题 ........................................................................................... 128
第6 章　用逻辑做决定.................................................................... 131
关系操作符 .................................................................................... 132
布尔表达式的求值 ............................................................................. 134
比较字符和字符串 ............................................................................. 134
分支结构 ........................................................................................ 136
如果……那么积木 ............................................................................. 136
将变量作为标志变量 ......................................................................... 137
如果……那么……否则积木 ............................................................. 139
嵌套分支结构 ..................................................................................... 140
菜单驱动程序 ..................................................................................... 141
逻辑运算符 .................................................................................... 143
与操作符（and） ................................................................................. 143
或操作符（or） ................................................................................... 144
不成立操作符（not） .......................................................................... 145
使用逻辑运算符检查数值范围 ......................................................... 146
Scratch 项目 .................................................................................. 148
坐标猜测游戏 ..................................................................................... 148
试一试 6-1 .................................................................................. 150
三角形分类游戏 ................................................................................. 150
试一试 6-2 .................................................................................. 154
猫咪巡线 ............................................................................................. 154
试一试 6-3 .................................................................................. 155
求解直线方程 ..................................................................................... 156
目　　录　XIX
试一试 6-4 .................................................................................. 160
其他应用程序 ..................................................................................... 160
本章小结 ........................................................................................ 160
练习题 ........................................................................................... 160
第7 章　深入循环........................................................................... 163
循环结构 ........................................................................................ 164
重复执行直到积木 ............................................................................. 164
试一试 7-1 .................................................................................. 166
将重复执行和如果……那么结合 ..................................................... 166
试一试 7-2 .................................................................................. 167
停止积木 ........................................................................................ 168
试一试 7-3 .................................................................................. 169
结束过程调用 ..................................................................................... 170
验证用户输入 ..................................................................................... 171
循环计数器 .................................................................................... 172
密码验证 ............................................................................................. 172
试一试 7-4 .................................................................................. 173
灵活的循环计数 ................................................................................. 173
循环的嵌套 .................................................................................... 175
试一试 7-5 .................................................................................. 177
递归：调用自身的过程 .................................................................. 177
试一试 7-6 .................................................................................. 179
Scratch 项目 .................................................................................. 179
模拟时钟 ............................................................................................. 179
试一试 7-7 .................................................................................. 181
小鸟射击游戏 ..................................................................................... 181
试一试 7-8 .................................................................................. 185
自由落体实验 ..................................................................................... 185
试一试 7-9 .................................................................................. 188
抛体运动模拟器 ................................................................................. 188
试一试 7-10 ................................................................................ 191
其他应用程序 ..................................................................................... 191
本章小结 ........................................................................................ 191
练习题 ........................................................................................... 192
第8 章　字符串处理........................................................................ 194
字符串数据类型 ............................................................................. 195
特殊字符统计 ..................................................................................... 195
字符比较 ............................................................................................. 196
试一试 8-1 .................................................................................. 198
字符串操作示例 ............................................................................. 198
Igpay Atinlay ....................................................................................... 198
试一试 8-2 .................................................................................. 200
单词修正 ............................................................................................. 200
试一试 8-3 .................................................................................. 202
解密游戏 ............................................................................................. 202
Scratch 项目 .................................................................................. 205
射击游戏 ............................................................................................. 205
试一试 8-4 .................................................................................. 208
将二进制数转换为十进制数 ............................................................. 208
试一试 8-5 .................................................................................. 209
试一试 8-6 .................................................................................. 211
刽子手游戏 ......................................................................................... 211
试一试 8-7 .................................................................................. 216
分数运算教学工具 ............................................................................. 217
试一试 8-8 .................................................................................. 222
本章小结 ........................................................................................ 222
练习题 ........................................................................................... 222
第9 章　列表.................................................................................. 224
Scratch 的列表 .............................................................................. 225
创建列表 ............................................................................................. 225
试一试 9-1 .................................................................................. 227
列表的积木 ......................................................................................... 228
添加和删除 ......................................................................................... 228
插入和替换 ......................................................................................... 228
获得列表中的变量 ............................................................................. 229
试一试 9-2 .................................................................................. 230
包含积木 ............................................................................................. 230
边界检查 ............................................................................................. 230
动态列表 ........................................................................................ 231
向列表填充用户输入 ......................................................................... 231
绘制柱状图 ......................................................................................... 233
试一试 9-3 .................................................................................. 236
数字列表 ........................................................................................ 236
寻找最值 ............................................................................................. 236
试一试 9-4 .................................................................................. 237
计算平均数 ......................................................................................... 237
试一试 9-5 .................................................................................. 238
搜索和排序 .................................................................................... 238
线性搜索 ............................................................................................. 238
频数统计 ............................................................................................. 239
试一试 9-6 .................................................................................. 241
冒泡排序 ............................................................................................. 241
试一试 9-7 .................................................................................. 243
寻找中位数 ......................................................................................... 244
Scratch 项目 .................................................................................. 245
我是诗人 ............................................................................................. 245
试一试 9-8 .................................................................................. 246
四边形分类游戏 ................................................................................. 246
试一试 9-9 .................................................................................. 248
数学魔法师 ......................................................................................... 249
试一试 9-10 ................................................................................ 252
花的结构测验 ..................................................................................... 252
试一试 9-11 ................................................................................ 254
其他应用程序 ..................................................................................... 254
本章小结 ........................................................................................ 254
练习题 ........................................................................................... 255
附录A　分享与合作........................................................................ 256
创建 Scratch 账号 ......................................................................... 256
使用书包功能 ................................................................................ 259
创建项目 ........................................................................................ 261
创建新的项目 ..................................................................................... 261
改编项目 ............................................................................................. 262
项目页 ................................................................................................. 262
分享项目 ............................................................................................. 263