Scratch编程思维一点通（视频教学版）（下册）

我所在的北京市第八十中学是全国信息学奥林匹克基地和特色校，历来重视对信息学拔尖人才的培养，从这里走出了一大批在国内外信息学奥林匹克竞赛中取得卓越成绩的学生，其中有 20多人保送清华大学、北京大学。如今，少儿编程与信息学奥林匹克竞赛得到了日益广泛的关注，向我咨询问题的家长也越来越多。其中，最频繁被咨询的两个问题为：如何判断我家孩子适不适合学习信息学奥林匹克竞赛的相关知识？有必要学习 Scratch图形化编程吗？

至于问题 1，我觉得很难回答，因为小学生和中学生还具有很强的可塑性，不宜过早下断言。我更愿意跟家长分享如何培养孩子的信息学素养。基于多年教学经验，我发现信息学特长生普遍具有两个特点：数学好、爱动脑。鉴于爱动脑是真正学好数学的基础，可以说“爱动脑”是信息学特长生最本质的特征。因此，我认为培养信息学素养最核心的任务就是鼓励学生勤动脑，尽量避免不动脑地记忆书本知识。

至于问题 2，我认为 Scratch对于从未接触过编程的小学生和中学生是很好的编程入门工具。首先， Scratch不失专业性，在图形化编程中同样可以原汁原味地学到变量、列表、逻辑运算等通用编程知识；其次， Scratch极具趣味性，丰富的互动多媒体表现形式让 Scratch比 Python、C 等编程语言更容易让初学者建立起学习兴趣；再次， Scratch具有扩展性，可以用于 Arduino/Micro:bit等智能单片机的快速开发，实现对智能家居、机器人、无人机等科技作品的智能控制。

近年来，经常有家长让我推荐编程入门学习资料，因此我对市面上的编程入门书做了大致的调研。虽然市面上已经有众多的 Scratch编程书，但是大部分效仿了大学编程书的写法，类似案例步骤的说明书，缺少对读者思维的引导，在知识点衔接上存在难度跳跃现象，给低龄学生的自学带来了不小的挑战。学生往往在学习“卡顿”后将编程书束之高阁，学习编程的热情也逐渐冷却。因此对家长和学生来说，选择理想的编程入门书还是比较重要的。

本套编程书在降低编程学习入门门槛方面做了大量努力：基于建构主义的案例编排手法有助于学生循序渐进地掌握知识，有效地避免了知识点的难度跳跃；丰富翔实且按步骤分解的操作视频可以在学生卡顿时第一时间给予帮助；以问题为切入点的写作方式让学生有跟老师对话的互动感，激发了学生的大脑活跃度，避免了被动的知识灌输。

本书相比于步骤说明书式的编程书具有很大的改善，可以作为小学生和中学生入门信息学奥林匹克竞赛的编程启蒙书，第一次接触编程的小学生和中学生都可以选用。

贾志勇

北京市第八十中学信息技术教研组组长

北京市骨干教师、北京市信息学名师工作室主持人

全国信息学奥林匹克竞赛金牌教练

前.言

1．写作动机

人类历史中最伟大的发明是什么呢？有人认为是印刷机，有人说是蒸汽机、电灯、计算机、互联网，然而有个人的答案却是“幼儿园”。

提出这个观点的人正是 Scratch少儿编程之父雷斯尼克，他从幼儿园孩子的学习过程中提炼出了“创造性学习螺旋理论”，并应用于全球最“牛”的工科大学——麻省理工学院的教育教学中。研究发现该方法对于提升大学生的创新能力具有非常显著的效果，表明该方法不仅仅适用于幼儿园小朋友，也适用于任何年龄段的学生。雷斯尼克还在麻省理工学院组建了“终身幼儿园”实验室，推广并践行该理论。 

Scratch正是雷斯尼克践行“创造性学习螺旋理论”的成果，他希望借助 Scratch，让青少年像幼儿园小朋友一样进行快乐、健康的学习，通过“重新创造”来理解这个世界，通过“自由创造”来表达自己，通过“反思创造”来提升知识能力，而不是被动地接收外界强加的知识和信息。如今，连哈佛大学本科生的计算机科学课程（ CS50）都鼓励大学生用 Scratch进行编程创作，可见低门槛、高天花板、宽围墙的 Scratch已经当之无愧地坐稳了少儿编程第一语言的宝座。

在过去的 10年里，全球已经有数千万孩子使用 Scratch创建了自己的作品，这让雷斯尼克非常欣慰。目前 Scratch在我国的渗透率还相对较低，但是近几年增速明显，越来越多的中国孩子投入到了 Scratch编程的学习中。

福禄贝尔于 1837年开办第一家幼儿园，就是为了改变落后的“广播教育”：教师在教室前面讲授信息，学生们坐在各自的座位上，仔细地记下这些信息，并不时地背诵自己写下来的内容，他们很少进行甚至不会进行课堂讨论。福禄贝尔给孩子们提供与玩具、工艺材料和其他物体的接触机会，让孩子们通过“重新创造”来理解这个世界。他还创造了 20款玩具，这些玩具被称为“福禄贝尔的礼物”。福禄贝尔的思想和他的“礼物”对著名教育理论家和实践家蒙台梭利产生了深远影响，还启发了玩具制造商，诞生了“乐高”等教育玩具。

在我国，受传统“应试教育”模式根深蒂固的影响，以及升学压力的干扰，有些 Scratch课程变成了一种披着素质教育“羊皮”的应试教育，很多课程和书本都在灌输知识点，很多比赛和考级都在考查学生对知识点的掌握程度。“广播教育”盛行的少儿编程渐渐走形，学习开始变得不再以学生为中心，不注重解决问题的思维过程，越来越少的人（包括爱子如命的父母们）会去真正关心学习编程的孩子到底是不是真的快乐。在“广播教育”面前，人们更关心学生是不是一个安分老实的听众，并不希望听到不一样的声音。

然而，笔者对国内的少儿编程教育还是充满信心的，因为有很多有情怀的教育工作者在投入精力、为之奋斗，所以越来越多的优质学习资源出现在网络上，越来越多的好书相继出版，也有越来越多的编程小创客走进大众的视野，这些都是信心的源泉。笔者深刻认同雷斯尼克的教育理念，在 6年多的少儿编程教学过程中（两位笔者都曾经作为外聘教师到中国人民大学附属中学、北京市第四中学、清华大学附属中学、北京中科启元学校等中小学讲授编程课，创办过一家少儿编程学习中心）也积累了一些引导学生进行思考的互动经验，因此一直想结合自己的教学经验撰写一套融入学习方法的 Scratch图

书，为我国少儿编程教育事业的发展尽绵薄之力。在一次跟清华大学出版社盛东亮、钟志芳两位编辑的交流过程中，了解到两位老师也对少儿编程领域极为关注，一直想策划一套相关图书，因此一拍即合，立项了本套图书。

2．写作历程

笔者在教学过程中积累了丰富的案例资源及相关教学经验，此外，还曾负责两本“教育bu全国普通高中通用技术国标教材”《机器人设计与制作》和《智能家居应用设计》

的编写工作。教育bu国标教材的高标准要求在很大程度上锻炼了笔者的写作能力，因此，

笔者信心满满地答应 5个月内交齐稿件，然而，这一写就是两年。

首先是在案例的选择上，发现原本积累的案例资源在难易程度上无法直接为每位学生搭建出循序渐进的难度阶梯，因为很多知识点依赖现场教学中与学生交流的个性化指导，要将知识点与案例顺畅融合，使每个学生学习“不卡顿”，并让书本成为“会引导的老师”，这并非易事。所以目前见诸纸端的案例很多是重新设计的。

其次是在内容的组织上，最开始借鉴了大学计算机教材的“操作步骤详解”加“知识要点说明”的内容组织方式，却发现无论如何精心地设计“知识要点说明”，都无法完整地表现出其背后的思维过程，难以传递课堂中的启发式引导，而且读者完全可以忽略操作步骤之外的任何说明。因此，笔者又花了大量时间学习国内外优秀的计算机图书，基于皮亚杰的“建构主义学习理论”和雷斯尼克的“创造性学习螺旋及 4P法则”，结合笔者多年来在课堂上的教学互动经验，从而提出了“ 6A教学法”： Arouse（激发兴趣）、Ask（提出问题）、Analyze(分析问题 )、Act（解决问题）、Acquire（收获总结）、 Assess（测评巩固）。“6A教学法”使本书的案例内容既得到了很好的结构化组织，又

保证了表达上的灵活性。

本书的创作过程还经历了突如其来的新冠肺炎疫情，笔者在老家度过了十多年来

最长的一个假期，本书的很多内容是在童年时代的书桌上完成的。编写此书的过程让

笔者想起了很多童年时期的学习生活场景，那时候的笔者还没见过计算机呢，真羡慕现在的小朋友有这么多好的学习资源。

将 5个月的稿件拖稿到了两年，最让笔者忐忑的应该就是出版社的催稿了，然而这次幸运地遇到了无比耐心的编辑，从来没有给我们带来交稿的时间压力，而是一再鼓励我们按自己的思路进行创作上的尝试，宁缺毋滥是我们达成的共识。感谢清华大学出版社盛东亮和钟志芳编辑在编写本书过程中的一路陪伴！

3．本书特点

笔者认为解决问题的思维过程比掌握的具体知识点重要 1001倍，故本书最大的特点就是努力创造一切让学生进行思考的条件，具体表现在以皮亚杰的“建构主义学习理论”为核心指导思想，以问题驱动式学习 (Problem-Based Learning，PBL)为核心教学方法，将“提出问题—分析问题—解决问题”的逻辑思维路径贯穿于全书每个知识点的构建中。

本书还具有如下特点：

（1）重视选择真实生活情境作为案例背景。

一方面，孩子们的深层次热情和幸福感来自与真实世界的互动连接，而非虚拟世界的娱乐刺激；另一方面，在人类的思维认知之树中，对现实生活的认知是根，而对虚拟世界的想象是叶，根深方能叶茂。因此，本书用心选择真实生活中的情境作为案例背景，以期培养孩子热爱生活、善于观察生活的品质。例如，以“自然界中的母爱”引出“小鸡保卫战”案例，加深小朋友对母爱的认识及感恩之心；以“久坐问题”引出“体感切水果”案例，让小朋友关注肩颈运动的重要性；以“无人超市”引出“智能小超市”案例，让小朋友关注科技给生活带来的便利。

（2）分析问题时尽量从现实生活寻找类比。

建构主义认为新知识无法灌输进大脑，而是在旧知识基础上生长起来的，找到新旧知识间的关联，并鼓励孩子探索是教学的关键，因此从现实生活中寻找类比，有助于孩子快速地建立起对陌生概念的认知。例如，用哈利波特和西游记里的“咒语”来类比“程序”；利用“体温与看病”“室温与开风扇 /空调”这两个生活化例子来解释阈值的概念；通过“爸爸妈妈骑车带我们去上学”来理解顺序结构和选择结构；借“糖醋排骨”的制作流程来讲解算法的含义、特点、流程图绘制方法及基本逻辑结构。

（3）每个案例后都留有个性化创意拓展空间。

编程图书的撰写离不开案例，但是书中只能呈现出案例的一种实现方式。如何给学生留有更多的个性化创作空间呢？本书一方面在“问题分析”中尽量寻找问题的不同解法；另一方面在每个案例后面都留有拓展问题，鼓励学生在每个案例的基础上进行个性化拓展；在“学习测评”环节还给学生准备了与案例类似的设计题，鼓励学生创造性地进行知识迁移。

（4）完成每个案例后及时进行收获总结。

本书在每个案例后都从“生活态度”“知识技能”“思维方法”三方面进行了收获总结，一方面有助于让学生养成总结、归纳的好习惯；另一方面方便日后复习时的信息检索。

（5）提供丰富的线上学习资源和答疑服务。

笔者提供了在线演示视频、原始素材文件、学员案例作品等线上资源作为本书的有力补充。对于刚入门一个新领域的学习者来说，最害怕的无疑是看着书中的图文指导却依旧在计算机上无法实现程序效果，尤其是对文字理解能力还比较有限的中小学生。因此本书还提供了分步演示视频和分步程序示例，初学者再也不用担心学不会了！

4．6A教学法

提出并践行“ 6A教学法”是本书最大的突破，它是笔者结合皮亚杰的“建构主义学习理论”、雷斯尼克的“创造性学习螺旋及 4P法则”及自身多年教学经验的思想成果。在撰写本书的同时，笔者已经将“ 6A教学法”用于线上线下的少儿编程教学实践，在激发学生主动思考、活跃课堂氛围方面收到了非常好的效果。

“创造性学习螺旋”是指像幼儿园小朋友一样自发地接触和探索周围世界的过程，包括“想象—创造—游戏—分享—反思—想象”的多次反复循环，具有很大的发散性和不确定性，比较适用于个性化探究式学习，在实际应用过程中，创造性学习螺旋对活动组织者的要求比较高。一方面需要具备比较丰富的知识储备；另一方面需要具备比较好的组织协调能力。雷斯尼克为此提炼出了指导活动组织的“4P法则”，具体包括项目（Project）、热情（ Passion）、同伴（ Peers）和游戏（Play）四项，该法则是落实创造性学习螺旋的非常实用的简易思维框架。 

“6A教学法”中的 Arouse环节侧重于通过真实生活中的情境激发学生的创作热情（Passion），并赋予学生创作的使命感和目标感。书中每节的情景导入即“ 6A教学法”中的 Arouse环节。例如，案例“聪明小管家”通过放眼人类的机器人梦想，鼓励学生用自己的智慧创作出虚拟的机器人小管家，让学生的创作热情油然而生；案例“多彩花儿开”介绍了花儿的美好和凋零的无奈，让学生乐于化身为设计永不凋零花朵的护花使者。 

“6A教学法”中的 Ask— Analyze— Act环节是创造性解决问题的基本路径，也是进行知识建构的有力工具。首先，在 Ask环节将案例拆解为一个个循序渐进的问题，引导学生基于问题的螺旋式探究学习；其次，在 Analyze环节进行“旧辅新知”和“思维点拨”，为学生开展问题分析搭建“脚手架”；最后，在 Act环节让学生动手解决问题，体会游戏（ Play）的乐趣。在上述实施过程中，因为紧密围绕着“提出问题—分析问题—解决问题”的路径进行，本书如同在与学生对话一样，不断启发学生思考，就像是陪伴学生进行探险的同伴（Peers），而不是冷冰冰的说明书。 

“6A教学法”中的 Acquire和 Assess环节有助于巩固学生对知识和技能的掌握，并作为效果反馈完成“学以致用”的学习闭环。在本书中，收获总结部分对应 Acquire环节，以表格形式总结本节主要内容。Assess环节以答题的方式对知识进行巩固。

5．使用建议

本书适合青少年学习使用，其中 8岁以下的学生适合在父母或老师的陪伴下使用。此外，本书还可以作为校内少儿编程兴趣班和校外少儿编程培训机构的辅导用书。

本书以皮亚杰的“建构主义学习理论”为核心指导思想，以问题驱动式学习（Problem-Based Learning，PBL）为核 心教学方法，将“提出问题—分析问题—解决问题”的逻辑思维过程贯穿于全书各知识点的构建中。在内容的组织上， 借鉴Scratch少儿编程之父雷斯尼克的“创造性学习螺旋及4P法则”，创新性地提出了“6A教学法”：Arouse（激发兴趣）、 Ask（提出问题）、Analyze(分析问题)、Act（解决问题）、Acquire（收获总结）和Assess（测评巩固）。希望学生通过学 习本书，不仅在解决问题的过程中自然地掌握相关知识，更重要的是形成创造性思维。 全书（上、下册）基于Scratch 3.0编写，分为8章，第1章为准备内容，介绍主流编程语言的类型及特点、 Scratch的发展和界面；第2～4章为Scratch基础内容，介绍运动、画笔、外观、造型、声音、音乐等基础功能，让学 生使用简单方法就能轻松完成声色并茂的作品；第5～8章为Scratch进阶内容，介绍事件、侦测、数据、运算、函数、 自制积木、控制、算法结构等高级功能，让学生掌握更系统的编程逻辑，能完成功能更强大的作品。本书为下册，包 括第5～8章内容。 全书附赠30个案例的在线编程视频和程序代码，并提供原始素材文件、辅导老师在线答疑服务，适合青少年学习 使用，其中8岁以下的学生建议在父母的陪伴下使用。此外，本书还可以作为校内少儿编程兴趣班和校外少儿编程培 训机构的辅导用书。

邹赫：北京大学光华管理学院博士生，国家二级心理咨询师，曾荣获数学竞赛全国金牌，深谙儿童发展与教育心理学，热爱青少年科技创新教育事业，曾担任“美丽中国”教育公益组织梦想导师，担任人大附中、清华附中、北京四中、中科启元学校等名校的机器人编程课程特聘讲师，承担国家科技馆“大国小工匠”系列科技活动的内容设计及师资培训。

姚国才：清华大学人工智能研究院博士后，北京航空航天大学机器人研究所博士，曾荣获日内瓦国际发明展全球金奖、国际大学生数学建模竞赛一等奖、国际机器人与仿生工程大会最佳论文提名奖，在青少年人工智能教育领域深耕多年，曾主编两部通用技术普通高中教科书《机器人设计与制作》和《智能家居应用设计》。

第5章 事件与侦测1 

5.1碰撞侦测与触发事件——案例 15：飞马侦察兵. 2 

5.1.1情景导入2 

5.1.2案例介绍2 

5.1.3知识建构4 

5.1.4收获总结22 

5.1.5学习测评22 

5.2时空侦测与询问回答——案例 16：聪明小管家 24 

5.2.1情景导入24 

5.2.2案例介绍24 

5.2.3知识建构26 

5.2.4收获总结41 

5.2.5学习测评41 

5.3视频侦测与角色控制——案例 17：体感切水果 43 

5.3.1情景导入43 

5.3.2案例介绍43 

5.3.3知识建构45 

5.3.4收获总结57 

5.3.5学习测评58

第6章 数据和运算.61 

6.1变量和列表——案例 18：智能小超市 . 62 

6.1.1情景导入62 

6.1.2案例介绍62 

6.1.3知识建构64 

6.1.4收获总结80 

6.1.5学习测评81 

6.2算术运算、比较运算、字符运算——案例 19：简易计算器 83 

6.2.1情景导入83 

6.2.2案例介绍83 

6.2.3知识建构85 

6.2.4收获总结97 

6.2.5学习测评97 

6.3逻辑运算——案例 20：慧眼识闰年. 99 

6.3.1情景导入99 

6.3.2案例介绍100 

6.3.3知识建构101 

6.3.4收获总结105 

6.3.5学习测评106

第7章 函数与自制函数积木 . 107 

7.1.创建简单函数——案例21：多彩花儿开.108 

7.1.1情景导入108 

7.1.2案例介绍108

7.1.3知识建构110 

7.1.4收获总结122 

7.1.5学习测评122 

7.2带参数的函数——案例22：追梦赛车手.124 

7.2.1情景导入124 

7.2.2案例介绍125 

7.2.3知识建构126 

7.2.4收获总结148 

7.2.5学习测评148

第8章 控制与算法结构. 151 

8.1认识算法与流程图——案例23：厨师的算法152 

8.1.1情景导入152 

8.1.2案例介绍152 

8.1.3知识建构153 

8.1.4收获总结162 

8.1.5学习测评163 

8.2顺序结构——案例 24：快速求面积. 164 

8.2.1情景导入164 

8.2.2案例介绍165 

8.2.3知识建构166 

8.2.4收获总结174 

8.2.5学习测评175 

8.3选择结构——案例 25：真假三角形. 176

8.3.1情景导入176 

8.3.2案例介绍176 

8.3.3知识建构178 

8.3.4收获总结188 

8.3.5学习测评188 

8.4循环结构——案例 26：智能赛高斯. 189 

8.4.1情景导入189 

8.4.2案例介绍189 

8.4.3知识建构191 

8.4.4收获总结202 

8.4.5学习测评203

北京市第八十中学信息技术教研组组长、全国信息学奥林匹克竞赛金牌教练贾志勇作序。

中国人民大学附属中学通用技术教研组组长李作林、北京市中科启元学校科学教研组组长郝万露、北京航空航天大学经济管理学院教授黄劲松、北京市青少年科技创新大赛一等奖获得者高逸尘联袂推荐。配套资源：300分钟视频|30个案例代码。