第1章 初識Scratch
Scratch是什麼？它是那種搭搭積木就能做出自己的小遊戲的工具嗎？
沒錯！Scratch就是一種把復雜的編程語言簡化為搭積木的工具。使用者通過搭積木，就可以很輕松地創造出交互式故事、動畫、遊戲等。
Scratch極大地降低了編程的門檻、提升了編程的樂趣，讓全世界的孩子都可以輕松入門編程，掌握編程的基礎邏輯和算法原理。


1.1 Scratch介紹
Scratch 2007年5月誕生於MIT（麻省理工學院）媒體實驗室。它是為青少年和其他初學者設計的圖形化編程工具，已被翻譯成70多種語言，在超過150個國家和地區被廣泛使用。
1.1.1 Scratch概覽
這麼說來，Scratch好像非常“高大上”呀！它真的有這麼強大嗎？接下來就讓我們揭開它的神秘面紗，看看Scratch到底“長得是什麼樣子”，看看Scratch編程到底是怎麼個編法。Scratch 3.0的主界面如圖1.1所示。

圖1.1 Scratch 3.0主界面
Scratch 3.0的主界面也可以稱為集成開發環境（IDE）。它集成了積木倉庫、拼搭的場所、展示和表現的舞臺等操作功能；也集成了繪圖創建程序、數字音樂播放和編輯、造型動畫、視頻偵測、文字朗誦等多媒體功能；還集成了基本的算術運算、關繫運算、邏輯運算等編程基礎功能。
那麼，Scratch編程是什麼樣子呢？圖1.2中示例了用Scratch 3.0編出的一段程序。

圖1.2Scratch 程序樣例
觀察程序樣例可以發現，Scratch程序跟我們傳統上所說的Python程序、C語言程序差別很大，並不是滿屏的英文和標點符號。它看上去就像是五顏六色的積木組合。以圖1.2所示的程序為例，一眼就可以讀懂程序要表達的意思。內容大概是“當綠旗被點擊”時，讓角色“移動10步”，再“說 你好！ 2秒”，然後“播放聲音 喵”，再“等待1秒”，又“說 我就是Scratch！2秒”。
的確，Scratch編程就是這麼簡單直接，隻要你能認識每一塊積木上的文字，基本上就可以開始編程了，是不是很有趣呢？
這麼簡單就能編程嗎？Scratch會不會隻是一個玩具呢？
當然不是！Scratch雖然入門簡單，但是功能豐富全面。我們用Scratch可以實現輕松編程，創作出由簡到繁、不同類型、不同復雜度的互動遊戲、交互動畫、情境繪本等。在這個過程中，需要用到科學、技術、工程、藝術、數學等眾多學科的知識，通過動手操作，驅使青少年主動探究“積木”背後的“秘籍”，真正做到“在玩中學”“帶著興趣學”，是STEAM教育理念一個極佳的實踐方式。
那麼，你想不想知道Scratch是怎麼被設計出來的？為什麼這樣的設計更適合青少年編程入門呢？
1.1.2 Scratch的意義
C語言、C++語言、Java語言、Python語言等都是很多人耳熟能詳的編程語言。之所以被稱為語言，是因為它們最主要的作用，是讓人能跟計算機交流、溝通。根據語言規則編寫出來的程序，人和計算機彼此都能“聽”得懂、能相互理解，人們也能通過編程指揮計算機工作、發揮計算機更大的作用。
因此，學習傳統意義上的編程，第一件事就是要學會這門語言的語法規則，包括如何標識一句話結束、怎樣賦值、有哪些關鍵字、如何輸入輸出等。
這些語法規則少則幾十條、多則數百條，並且各個編程語言間的差別很大。在編程過程中需要絕對遵從各自的語法，一旦語法弄錯，整個程序將無法運行，不能完成跟計算機之間的交互。
“先學語法，再學編程”，這無疑增加了學習的難度，相當於給編程學習架設了一道門檻。很多初學者也往往因為“記不住語法”“總是語法出錯”被擋在編程的門外。同時，編程的語法多用英文書寫，對於非英語國家的學習者來說，門檻更高。
Scratch的出現，徹底扭轉了這一局面。
Scratch借用拼搭積木的思想，把眾多的語法指令包裝在一塊塊不同顏色、不同形狀的積木裡，讓人們可以通過拼搭積木來完成編程。
在Scratch中，人們隻需要用鼠標從不同功能的模塊中選擇和拖曳積木，就可以組合、拼搭出一個個可以運行的程序，實現各種交互故事、動畫、遊戲、音樂和美術作品等。
每塊積木都有各自的凸起和凹槽，非常形像，小朋友都會使用。因此，使用拖曳積木的方式能夠組合出程序，再也不用擔心語法問題，不用擔心像學習其他語言那樣因不熟悉語法而導致程序出錯。Scratch編程降低了門檻，減少了初學者的挫敗感，讓小學生也可以進行編程了。
同時，使用拖曳積木的方式編程，人們可以更專注於思考和解決問題，也更敢於進行嘗試和總結，對於編程者開拓邏輯思維能力和理解算法原理非常有幫助。Scratch中豐富的圖像、動畫、聲音處理積木，也使編程的過程一改獃板的文字輸入、輸出，讓編程變得輕松有趣。
學習編程的過程，可以是枯燥乏味的，也可以妙趣橫生的。現在，我們將要進入Scratch繽紛多彩的編程世界。在這裡，我們將通過分析思考、編寫代碼、檢查排錯等步驟完成一個個有趣的項目，從而享受創意的美妙和成功的喜悅。你有沒有迫不及待呢？
讓我們馬上出發，進入Scratch編程世界吧！


1.2 Scratch 3.0環境搭建
Scratch於2007年5月首次發布，Scratch 1.0版本基於Squeak平臺的Smalltalk語言開發，可運行於Windows、Mac OS X和Debian/Ubuntu等操作繫統，包括了積木式編程的基本功能。
Scratch 2.0於2013年5月發布，基於Adobe Flash平臺開發，分為在線版本和離線版本，增加了克隆相關的積木組，支持可拓展積木。
Scratch 3.0於2019年1月發布，基於HTML5技術開發，分為在線版本和桌面版本，可運行於Windows、Mac OS X等操作繫統,增加了音樂、畫筆、視頻偵測、文字朗讀、翻譯等選擇性下載擴展積木組。
1.2.1 Scratch 3.0在線編輯器
Scratch 3.0是歷經十多年發展演化的一個版本，它最重要的特點就是能夠提供更加方便易用的在線編輯功能。在聯網的狀態下，用戶通過網絡瀏覽器（如Chrome、Firefox、IE、Edge或Safari等）訪問MIT Scratch官方網站的Scratch在線編輯器，就能夠創作和管理應用程序，不需要在自己的電腦中下載和安裝Scratch軟件。
MIT Scratch官方網站的網址為https://scratch.mit.edu，使用網絡瀏覽器訪問Scratch官方網站，默認顯示的是英文界面，如圖1.3所示。

圖1.3MIT Scratch官方網站
注意：MIT Scratch及其官網會不定期更新和改版，本書所列圖示僅供參考。如果打開後看到的跟本書界面有所差異，請根據實際情況進行操作。

如果希望切換成中文顯示，可以拖動頁面滾動條到頁面底部。頁面底部有一個寫著“English”的下拉列表框，如圖1.4所示。單擊“English”右邊的倒三角形按鈕，在彈出的列表中選擇“簡體中文”選項，就可以將界面切換成中文顯示。

圖1.4 切換MIT Scratch官方網站的顯示語言
切換後的中文界面如圖1.5所示。

圖1.5中文顯示的MIT Scratch官方網站
單擊“開始創作”按鈕（或英文顯示時的“Start Creating”按鈕），就可以進入Scratch 3.0的在線編輯器，如圖1.6所示，不用安裝任何軟件就可以直接開始編程。

對於初學者，這是使用Scratch 3.0最快捷的方法。如果需要，還可以注冊一個MIT Scratch官方網站賬號，已注冊的用戶可以把自己編寫的Scratch程序或創作的Scratch項目分享到官方社區，與來自全球的編程愛好者交流和討論。如果不想注冊，可以直接跳到第1.2.2節。


圖1.6 Scratch 3.0在線編輯器
在MIT Scratch官方網站首頁，單擊右上角的“加入Scratch社區”（或英文顯示時的“Join Scratch”）按鈕，進入注冊流程，如圖1.7所示。

圖1.7開始注冊MIT Scratch官方網站賬號
輸入必須填寫的內容，單擊“下一步”按鈕。
經過如此幾個步驟的注冊填寫之後，MIT Scratch官方網站會給你的注冊郵箱發送一封確認郵件，通過訪問電子郵箱中的驗證鏈接完成注冊。
在MIT Scratch官方網站的首頁，單擊右上角“登錄”按鈕進行登錄後，再次進入Scratch 3.0在線編輯器，可以發現在頁面左下方出現一個“書包”，如圖1.8所示。有了書包功能，就可以把常用的角色、造型、聲音和代碼等資源拖入存放，在需要時快速找到它們。

圖1.8 Scratch 3.0的書包功能

注意：書包是MIT Scratch官方網站提供的一個可選功能，不是必需的，未注冊或沒有書包並不影響對本書的閱讀和操作。
1.2.2 Scratch 3.0離線安裝
因為MIT Scratch官方網站服務器在美國，網絡不好時，打開網址會比較慢，需要耐心等待纔能加載完成，所以從方便性角度考慮，可以安裝Scratch 3.0的離線桌面版本。
Scratch 3.0離線桌面版本功能上跟在線版本基本一樣，下載後可以安裝在個人電腦上運行，使用時雙擊打開即可，並不需要訪問網絡。
當然，如果你能夠快速地訪問MIT Scratch官方網站，流暢地使用Scratch在線編輯器，那麼可以跳過本小節的內容，在以後需要時再安裝Scratch離線桌面版本。
接下來，介紹Scratch 3.0離線桌面版本的下載和安裝方法。
將MIT Scratch官方網站首頁滾動到頁面底部，可以看到頁面的中間“支持”下面有個“下載”（或英文顯示的“Download”）鏈接，如圖1.9所示。

圖1.9 MIT Scratch官方網站的離線編程器鏈接
單擊“下載”鏈接，進入Scratch桌面軟件的介紹頁面，如圖1.10所示。

圖1.10Scratch 3.0桌面軟件頁面
通常情況下，MIT Scratch官方網站會根據你使用的個人電腦，幫你選擇Windows版本或是Mac OS等版本的軟件，如果選擇有誤，你也可以單擊“選擇操作繫統”後的按鈕，找到正確的下載版本。
單擊“直接下載”（或英文顯示時的“Direct download”）鏈接，將軟件下載到個人電腦，進行安裝即可。下面簡單地介紹在Windows 10操作繫統中安裝的過程。
下載安裝文件。選擇“Windows”
選項，單擊“直接下載”鏈接，下載安裝文件，如圖1.11所示。

圖1.11下載Scratch 3.0桌面軟件
安裝Scratch 3.0桌面軟件。找到下載的軟件，雙擊.exe文件，即可進行安裝。安裝以後會在桌面上生成“Scratch Desktop”圖標，雙擊圖標，Scratch 3.0桌面軟件的運行界面如圖1.12所示。

圖1.12 Scratch 3.0桌面軟件運行界面

注意：如果個人電腦使用Windows操作繫統，MIT Scratch官方網站推薦Windows 10以上的版本，經測試在Windows 7中也可以正常安裝和使用，但是如果你使用的是Windows XP及以下操作繫統，將無法安裝。

如果你對個人電腦操作不熟悉，可以關注微信公眾號“師高編程”，輸入“Scratch安裝”，查看“在Windows繫統中安裝Scratch 3.0”或“在Mac OS中安裝Scratch 3.0”，獲取拓展資料。
設置Scratch 3.0編輯器，打開Scratch 3.0桌面軟件，默認界面是英文的，那麼如何調整為中文界面呢？
單擊界面左上角的“地球”按鈕，將彈出的下拉列表滾動到最底部，選中“簡體中文”選項即可，如圖1.13所示。
Scratch 3.0桌面軟件切換成中文顯示後的界面，如圖1.14所示。

圖1.13選擇界面的顯示語言 圖1.14 中文顯示的Scratch 3.0桌面軟件


1.3 Scratch 3.0編程環境介紹
Scratch 3.0是一個集成開發環境（IDE），界面上按鈕和功能比較多，可以操作的地方也比較多。為了便於學習和明確指引，這裡將Scratch 3.0的界面按照功能分成4個區，分別是指令區、編程區、舞臺區和角色列表區，如圖1.15所示。

圖1.15Scratch 3.0的4個功能分區
本書在介紹各種操作時，多數情況都會描述成類似於“拖取指令區中‘運動’分類的‘移動10步’積木”這樣的語句（即前一半是功能區定位，後一半是具體積木的定位），以方便讀者準確理解操作步驟。
接下來簡要介紹4個區的功能。如果你迫不及待地想開始編程，也可以跳過本節內容，直接進入第1.4節。
1.3.1 舞臺區
舞臺區位於Scratch 3.0的右上角，如圖1.16所示。

圖1.16Scratch 3.0的舞臺區
舞臺區是編程中跟“顯示”相關的區域，就像一個劇院的舞臺，華美的背景下各種角色都會在這個舞臺上表演。同時，程序執行的結果會在這個舞臺上展現。
舞臺區左上方的“綠色旗幟”（以下簡稱“小綠旗”）是程序啟動按鈕，單擊它開始執行程序。左上方的“紅色圓球”是停止按鈕，單擊它可以停止程序的運行。
舞臺區的右上角是“全屏”按鈕，單擊它，舞臺會變大、擴展為全屏。“全屏”按鈕左側分別是“大舞臺”按鈕和“小舞臺”按鈕，單擊不同的按鈕可以看到舞臺區的放大和縮小。

注意：理解和掌握軟件操作的最好方法，是動手試一試！上面介紹的幾個按鈕，讀者可以打開軟件動手點一點，看看舞臺區有什麼變化？我們在學習後面介紹的案例時也是一樣，可以一邊看書，一邊動手操作，這是最快的學習方法。

1.3.2 角色列表區
角色列表區位於舞臺區的下方，如圖1.17所示。

圖1.17Scratch 3.0的角色列表區
編程過程中用到的所有角色，都會在角色列表區陳列出來。當我們需要對某一個角色做操作時（也即指揮某一個角色做動作時），也需要在這個區域選中這個角色，後面的案例中會詳細講到。
角色列表區分左右兩部分，左邊是“角色”相關信息，右邊是“舞臺背景”信息。
在左邊的“角色”信息框中，從上到下包括角色名稱、角色坐標、角色顯示與否、角色大小、角色方向，以及編程中用到的角色列表和“添加角色”按鈕。
在右邊的“舞臺背景”框中，上部的長方形顯示的是當前舞臺區正在使用的背景圖，下面是“添加背景”按鈕。
具體功能簡要描述如下，後面的章節中會詳細講到各項功能的應用。
“角色1”是當前角色的名稱，在輸入框內可以修改。
“x”和“y”是角色在舞臺區的位置，用坐標（x, y）來表示。
“顯示”右側的兩個按鈕，分別用來控制當前角色在舞臺區的顯示和隱藏。
“大小”用來控制當前角色在舞臺區顯示的大小，“40”表示40%。
“方向”用來控制當前角色在舞臺區的旋轉方向。

“添加角色”按鈕包括4個功能，即“選擇一個角色”“繪制”“隨機”“上傳角色”。

“添加背景”按鈕也包括4個功能，即“選擇一個背景”“繪制”“隨機”“上傳背景”。
1.3.3 指令區
指令區位於窗口的左側，集合了Scratch 3.0提供的所有操作指令。每個指令都以積木的方式分類存放。不同的顏色代表不同類別的指令，有運動、外觀、聲音、事件、控制、偵測、運算、變量、自制積木等九大類，如圖1.18所示。單擊左側的圓球，可以滾動到對應的分類。

圖1.18Scratch 3.0的指令區
每一塊指令積木都有凸起和凹槽，不同的積木據此可以拼合在一起。編程時操作者拖放合適的積木到編程區，拼合出各種功能，從而完成想要實現的程序。能夠熟練地使用這些積木，實現我們想要的效果，是閱讀本書的首要目標，後面的各個章節會由簡入繁逐步展開介紹。這裡，先大致了解一下各個類別的概況。
運動：運動類別的積木為深藍色，包括移動位置、轉動角度等運動相關的功能。
外觀：外觀類別的積木為深紫色，包括說話、造型、大小、特效等顯示相關的功能。
聲音：聲音類別的積木為淺紫色，包括播放聲音、音效處理、音量處理等功能。
事件：事件類別的積木為淺黃色，包括各種事件的獲取和廣播消息等相關的功能。

控制：控制類別的積木為深黃色，包括程序執行流程相關的分支、循環、終止及克隆等相關的功能。

偵測：偵測類別的積木為青綠色，包括鼠標、鍵盤等各種狀態的偵測，以及計時器、登錄用戶等相關的功能。
運算：運算類別的積木為綠色，包括數學運算、邏輯運算及字符串操作等功能。
變量：變量類別的積木為棕黃色，包括變量和列表的定義及相關操作功能。

自制積木：自制積木類別為紅色，可以根據需要定制自己的積木，類似於傳統編程中的自定義函數或方法。

注意：本書由於篇幅所限，重點在於通過案例和遊戲的實際操作來開發計算思維，可能不會對每一塊積木都進行詳細地介紹，要理解和掌握這些積木，讀者還是要多動手嘗試。

1.3.4 編程區
編程區位於窗口中央，是Scratch 3.0編程的核心區域。在指令區的頂部有“代碼”、“造型”和“聲音”3個標簽按鈕，單擊“代碼”標簽按鈕在窗口中部會顯示代碼標簽頁，如圖1.19所示。

圖1.19代碼標簽頁
在編程區的代碼標簽頁中，可以拼搭積木，通過組合不同的指令積木，實現編程。
代碼標簽頁的右上角通常會有一個半透明的圖標，如圖1.19中黃色的喵小咪。這個圖標就是當前角色的圖示，表示正在對這個角色或背景進行拼搭積木、進行編程。後面的章節會反復用到。
單擊“造型”標簽按鈕，進入造型標簽頁，如圖1.20所示。
造型是Scratch 3.0中非常重要的概念，角色動畫主要通過不同造型的切換來實現，後面的章節會詳細講到。
在造型標簽頁中，可以對當前角色的造型進行編輯，包括添加造型、復制造型、修改造型、刪除造型等各種操作。
單擊“聲音”標簽按鈕，進入聲音標簽頁，如圖1.21所示。

圖1.20 造型標簽頁 圖1.21 聲音標簽頁
聲音標簽頁用來處理當前角色所擁有的聲音，包括添加聲音、復制聲音、修改聲音、刪除聲音等。
通過本節的學習，相信你已經從整體上認識了Scratch 3.0的編程環境，了解了界面上有4個區及每個區的大致功能。但是，如果要精確掌握這些按鈕都是怎麼使用的，這些積木應該怎樣拼搭纔能產生有趣的效果，就請跟著喵小咪一起開啟神奇的編程之旅吧！