第 3章 必要的计算机知识 本章学习目标 .了解计算机的硬件构成 .了解软件的意义 .了解程序设计语言 .了解 Scratch编程的六大应用类型 第 3章 必要的计算机知识 本章学习目标 .了解计算机的硬件构成 .了解软件的意义 .了解程序设计语言 .了解 Scratch编程的六大应用类型 3.1计算机的硬件构成 现代计算机（ computer）俗称电脑，是一种既可以进行数值计算，又可以进行逻辑运算， 还具有存储记忆功能，能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。 计算机是 20世纪最重要的发明之一，对人类的生产活动和社会活动产生了极其重要的影 响，并以强大的生命力飞速发展。它的应用领域从最初的军事、科研扩展到社会的各个领域， 已形成了规模巨大的计算机产业，带动了全球范围的技术进步，由此引发了深刻的社会变 革。计算机已遍及学校、企事业单位，进入寻常百姓家，成为信息社会中必不可少的工具。 1930年，美国科学家范内瓦 ·布什造出世界上首台模拟电子计算机。 1946年 2月 14日，由美国军方定制的世界上第一台电子计算机“电子数字积分计算机”（ Electronic Numerical Integrator And Calculator，ENIAC）在美国宾夕法尼亚大学问世。ENIAC是人类 历史上真正意义上的第一台电子计算机，占地 170平方米，耗电 150千瓦 /时，造价 48万美元， 每秒可执行 5000次加法或 400次乘法运算，共使用了 18 000个电子管，如图 3-1所示。 图 3-1 操作 ENIAC 计算机由硬件系统和软件系统所组成，没有安装任何软件的计算机称为裸机。 1946 年数学家冯·诺依曼提出计算机硬件构成包括运算器、控制器、存储器、输入设备、输出 设备，如图 3-2所示。 存 储 器 外围设备 CPU 第章必要的计算机知识 3 输入设备 输出设备 运算器 控制器 图 3-2 计算机的硬件构成 . 运算器（ Arithmetic Unit）：对数据进行各种算术运算和逻辑运算，即对数据进行加工 处理。 . 控制器（ Control Unit）：整个计算机的中枢神经，其功能是对程序规定的控制信息进 行解释，根据其要求进行控制，调度程序、数据、地址，协调计算机各部分工作及内 存与外部设备的访问等。 . 存储器（ Memory）：用于存储程序、数据和各种信号、命令等信息，并在需要时提供 这些信息。 . 输入设备（ Input Device）：计算机的重要组成部分。输入设备与输出设备合称为外部 设备，简称外设。输入设备的作用是将程序、原始数据、文字、字符、控制命令或现 场采集的数据等信息输入到计算机。常见的输入设备有键盘、鼠标、光电输入设备、 磁带机、磁盘机、光盘驱动器等。 . 输出设备（ Output Device）：同输入设备一样是计算机的重要组成部分，它把计 算机的中间结果或最后结果、机内的各种数据符号及文字或各种控制信号等信息输 出出来。常用的输出设备有显示终端（ CRT）、打印机、绘图仪及磁带、光盘刻录 机等。 如果把一台计算机比作一个人，那么硬件就像人的躯体，软件就如人的思想，两者都 非常重要。通过本节的学习，读者对计算机硬件构成有了一些初步的了解，这对学习软件 编程有很好的帮助。 3.2软件的意义 正如前面所说，软件就像人的思想，对于电子设备来说软件是必不可少的组成部分。 比如我们日常使用的智能手机、计算机和其他电子产品，如果没有安装软件，这些电子设 备几乎没有任何用处。软件可以理解为与计算机系统操作有关的计算机程序、规程、规则， 19 零基础学 Scratch 3.0 编程零基础学 Scratch 3.0 编程 以及可能有的文件、文档和数据。从软件开发角度来看，软件 =程序 +数据 +文档，如图 3-3 所示。 图 3-3 软件的基本构成 软件根据其应用范围可分为系统软件和应用软件两大类。 系统软件为使用计算机提供最基本的功能，包括操作系统、语言处理程序、数据 库管理系统和各类服务程序，其中操作系统是最基本的软件。操作系统是管理计算机 硬件与软件资源的程序，同时也是计算机系统的内核与基石。操作系统身负诸如管理 与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入 /输出设备、操作网络与管理文 件系统等基本事务，并提供让用户与系统交互的操作接口。常见的计算机操作系统有 Windows、macOS、Linux等，常见的智能手机操作系统有 Android和 iOS。计算机系统 的大体构成如图 3-4所示。 图 3-4 计算机系统的构成 应用软件是为了某种特定用途而开发的软件。它可以是一个特定的程序，比如一 个图像浏览器，也可以是一组功能联系紧密，能够互相协作的程序集，比如微软的 Office办公套件，还可以是一个由众多独立程序组成的庞大的软件系统，比如数据库 管理系统。 总之，系统软件并不针对某一特定应用领域，它提供计算机系统的基本功能，而应用 软件则相反，不同的应用软件根据不同的用户和所服务的领域提供特定的功能。 20 3.3程序设计语言 程序设计语言是用于编写计算机程序的语言。语言的基础是一组记号和一组规则。根 据规则由记号构成的记号串的总体就是语言。在程序设计语言中，这些记号串就是程序。 程序设计语言取决于三方面的因素，即语法、语义和语用。语法表示程序的结构或形 式，亦即表示构成语言的各个记号之间的组合规律，但不涉及这些记号的特定含义，也不 涉及使用者。语义表示程序的含义，亦即按照各种方法表示的各个记号的特定含义，但不 涉及使用者。语用表示程序与使用者的关系。 自 20世纪 60 年代以来，世界上公布的程序设计语言已有上千种之多，但是只有很小 一部分得到了广泛的应用。从发展历程来看，程序设计语言可分为四代。 第一代是机器语言。机器语言由二进制的 0、1代码指令构成，不同的 CPU具有不同 的指令系统。机器语言程序难编写、难修改、难维护，需要用户直接对存储空间进行分配， 编程效率极低。这种语言已经被逐渐淘汰。 第二代是汇编语言。汇编语言指令是机器指令的符号化，与机器语言指令有着直接的 对应关系，所以汇编语言同样存在着难学难用、容易出错、维护困难等缺点。但是汇编语 言也有自己的优点：可直接访问系统接口，汇编程序翻译的机器语言程序效率高。从软件 工程角度来看，只有在高级语言不能满足设计要求，或不具备支持某种特定功能的技术性 能（如特殊的输入 /输出）时，才使用汇编语言。 第三代是高级语言。高级语言是面向用户的、基本上独立于计算机种类和结构的语言。 其最大的优点是：形式上接近于数学语言和自然语言，概念上接近于人们通常使用的概念。 高级语言的一条命令可以代替几条、几十条甚至几百条汇编语言的指令。因此，高级语言 易学易用，通用性强，应用广泛。当前软件开发主流的高级语言有 Java、C/C++、Python等。 第四代是非过程化语言（ 4GL），编码时只需说明“做什么”，而不需要描述算法细节。 数据库查询和应用程序生成器是 4GL的两个典型应用。例如，用户在用数据库查询语言 SQL对数据库中的信息进行复杂操作时只需将要查找的内容在什么地方、根据什么条件进 行查找等信息告诉 SQL，SQL将自动完成查找过程。应用程序生成器则是根据用户的需 求“自动生成”满足需求的高级语言程序。 总之，程序设计语言一直是向着智能化、易用化方向发展。根据 2019年 10月 TIOBE 调查，全球排名前十的编程语言如表 3-1所示。 表 3-1　2019年 10月编程语言流行度排行榜 第章必要的计算机知识 3 排名编程语言流行度对比上月年度明星语言 1 Java 16.884% 0.223% 2015,2005 2 C 16.180% 0.975% 2017,2008 3 Python 9.089% -0.785% 2010,2007,2018 21 零基础学 Scratch 3.0 编程零基础学 Scratch 3.0 编程 22 续表 排名编程语言流行度对比上月年度明星语言 4 C++ 6.229% 0.594% 2003 5 C# 3.860% 0.461% 6 Visual Basic.NET 3.745% 0.454% 7 JavaScript 2.076% -0.052% 2014 8 SQL 1.935% -0.009% 9 PHP 1.909% 0.046% 2004 10 Objective-C 1.501% -0.339% 2012,2011 注：数据来源 TIOBE 3.4Scratch编程的六大应用类型 Scratch不只是适合青少年学习编程的入门工具，它本身就是一种真正的编程语言。 Scratch诞生的意义就在于可以让孩子远离枯燥的代码和符号，由于孩子并不需要明白编程 背后的编译原理，因而可以直接进入思维逻辑的训练，进而提升自己的思考方式。 Scratch 跳过了高级语言中那些繁难的概念和语法，用图形化的表现形式和拖曳操作来完成编程的 核心逻辑和成果交付，既能解决学习曲线过于陡峭的问题，也能让学习的过程不枯燥，且 能及时地获得结果反馈，非常适合青少年学生的心智水平和认知能力。 Scratch采用图形 化编程方式，通过将积木块有序地连到一起，学生们可以给计算机下达指令，比如“让那 个角色在屏幕上移动”或者运用数学知识进行公式计算。 很多家长认为 Scratch编程就是游戏编程，其实这是一个误解。游戏编程只是 Scratch编程的一类应用，它还可以编写艺术、动画、音乐、教程、故事等类型的应用程 序，如图 3-5所示。在后面的章节中将具体介绍 Scratch编程的六大应用类型。 图 3-5　Scratch编程的主要应用类型 3.5本章小结 本章主要讲解编程需要具备的一些计算机基础知识，包括计算机的硬件构成；软件 运行所需要的硬件环境；软件的重要意义；编程语言的发展以及当前的主流编程语言； Scratch编程的六大应用类型。 本章的主要目的是让读者了解一些计算机的基础知识，虽然这些知识与 Scratch编程 没有直接的关系，但掌握这些知识有助于读者对 Scratch编程有更深的理解。 第章必要的计算机知识 3 23 第 5章 Scratch艺术类编程 本章学习目标 .了解艺术与 STEM教育的关系 .掌握电子相册程序的实现方法 .掌握绘制房屋程序的实现方法 .掌握常用的艺术类程序编程技巧 第 5章 Scratch艺术类编程 本章学习目标 .了解艺术与 STEM教育的关系 .掌握电子相册程序的实现方法 .掌握绘制房屋程序的实现方法 .掌握常用的艺术类程序编程技巧 5.1艺术与 STEM的关系 STEM是科学（ Science）、技术（ Technology）、工程（ Engineering）、数学（ Mathematics） 的缩写，它是一种教育理念，在美国前总统奥巴马的推动下火遍全球。 《信息爆炸时代的简单思考》（ The Organized Mind：Thinking Straight in the Age of Information Overload）的作者丹尼尔·列维廷（ Daniel Levitin）说过：单凭艺术、技术或 科学无法解决问题，三者的结合可能才是最具威力的。再去翻开人类历史看看，改变世界 的大都是科技与艺术跨界整合的人，像达 ·芬奇，不仅是科学家、数学家，他的艺术成就 更是冠绝古今，《蒙娜丽莎的微笑》的黄金比例构图，完美诠释了数学与绘画结合带来的 美感；提出相对论的爱因斯坦，不仅是杰出的物理学家，还是优秀的小提琴手，他曾表示 拉小提琴有助于他的理论思考；使苹果产品充满人性化与美感的乔布斯则是从学生时代就 醉心于艺术领域。 在 STEM教育推行几年之后，约翰 ·前田（ John Maeda）和乔治特 ·亚克曼（ Georgette Yakman）等人认为，学习不能偏重于理工学科，主张在 STEM中加入艺术（ Arts）， STEAM教育思潮因而慢慢形成，而其跨学科融合的项目式学习（Project-Based Learning， PBL）特性，更使教育向现代化发展成为可能。 越来越多的研究表明，持续的艺术教育对全社会的智力发展至关重要。约翰 ·前田肯 定艺术的重要性，他表示“所有卓越的创新都来自于把不同领域的东西聚合到一起。艺术 不仅仅带领科学达到美的境界，它更能给科学领域不同的启发。” 少儿编程是对科学（ Science）、技术（ Technology）、工程（ Engineering）、艺术（ Art） 和数学（Mathematics）知识的综合应用，这个理念可以说与 STEAM教育不谋而合。 5.2艺术类实例一：电子相册 对于电子相册我们都不陌生，通过电子相册我们可以更好地展示数字照片，并可以添 加声音、文字、特效等，使相册内容更丰富多彩。对于 Scratch艺术类编程，就让我们从 制作自己的电子相册开始吧！ 5.2.1 设计思路 本电子相册程序要实现的功能有：轮流播放图片、为图片添加特效、播放背景声音。 相册所展示的图片可以通过添加背景造型素材的方式上传，也可以通过创建角色以角色造 型的方式上传。本程序采用添加背景造型素材的方式上传，所以代码添加在舞台背景上。 5.2.2 准备编程素材 要实现电子相册，首先需准备要展示的图片素材，可以是自己拍摄的照片，也可以是 从网上下载的图片。在本程序中，笔者准备了 10张优美的中国风景图片作为电子相册展 示素材。为了让电子相册展示元素更丰富，可以准备自己喜欢的音乐作为背景声音。 5.2.3 编写舞台背景程序 首先，上传电子相册的背景图片，鼠标指向“选择一个背景”按钮，单击“上传背景”， 然后选择已经准备好的图片文件（pic1.jpg、pic2.jpg……pic10.jpg），如图 5-1所示。 第章 Scratch 艺术类编程 5 图 5-1 电子相册图片素材 对图片进行特效处理可使用 Scratch“外观”模块中的专门积木，可以实现的特效有颜色、 鱼眼、漩涡、像素化、马赛克、亮度和虚像，如图 5-2所示。我们将把这七种特效应用在 电子相册的背景图片上。 43 零基础学 Scratch 3.0 编程零基础学 Scratch 3.0 编程 图 5-2 特效选项 首先研究虚像特效，当虚像特效值为 0时，图片没有变化；虚像特效值增大，则图片 变浅，随着虚像特效值不断增大，颜色越来越浅，直至图片变成白色，形成由实到虚的效 果。虚像特效的实现代码如图 5-3所示，代码分析如下。 首先使用“清除图形特效”积木将之前的特效设置清除，开始应用新的特效。然后使 用“下一个背景”积木来切换下一张图片。使用“重复执行（ 100）次”积木将虚像特效 每次增加（1）然后等待（0.001）秒。 接着来研究像素化特效。当像素化特效值为 0时，图片没有变化；像素化特效值越大， 则图片像素化效果越明显；随着虚像特效值不断减小，图片像素化效果越不明显，直至恢 复到原有外观。像素化特效的实现代码如图 5-4所示。 图 5-3 实现虚像特效的代码图 5-4 实现像素化特效的代码 分析一下上述代码。首先使用“清除图形特效”积木将之前的特效设置清除，开始应 用新的特效。使用“下一个背景”积木来切换下一张图片。先使用“将【像素化】特效设 定为（ 100）”积木，给图片设定最初的像素化特效值。然后使用“重复执行（ 100）次” 积木每次将【像素化】特效增加（ -1）然后等待（ 0.001）秒，逐渐清除像素化特效直至 恢复到图片原有外观。最后使用“等待（1）秒”积木持续显示 1秒恢复后的图片。 44 接着来研究马赛克特效，这是将一张图片分成多个图片的特效。马赛克特效的实现代 码如图 5-5所示。首先使用“清除图形特效”积木将之前的特效设置清除，开始应用新 的特效。使用“下一个背景”积木来切换下一张图片。使用“重复执行（ 50）次”积木， 每次将【马赛克】特效增加（ 1）然后等待（ 0.1）秒来显示逐渐增加的马赛克效果。最后 使用“等待（1）秒”积木持续显示 1秒加入马赛克特效后的图片。 接着来研究鱼眼特效，鱼眼特效给人一种通过广角镜头看图片的感觉，鱼眼特效的实 现代码如图 5-6所示，代码分析如下。 第章 Scratch 艺术类编程 5 图 5-5 实现马赛克特效的代码图 5-6 实现鱼眼特效的代码 首先使用“清除图形特效”积木将之前的特效设置清除，开始应用新的特效。使用“下 一个背景”积木来切换下一张图片。先使用“将【鱼眼】特效设定为（ 1000）”积木，给 图片设定初始鱼眼特效值。然后使用“重复执行（ 20）次”积木每次将【鱼眼】特效增加 （-50）然后等待（ 0.01）秒，逐渐清除鱼眼特效直至恢复到图片原有外观。最后使用“等 待（1）秒”积木持续显示 1秒恢复后的图片。 接着研究颜色特效，颜色特效可以改变图片的色调。颜色特效的实现代码如图 5-7所示。 颜色特效设置数值是有范围的，由实践操作知取值范围为 0～ 199，颜色在绿、蓝、红之 间变化。当取值超过 199时重新从 0开始。代码分析如下。 首先使用“清除图形特效”积木将之前的特效设置清除，开始应用新的特效。使用“下 一个背景”积木来切换下一张图片。先使用“将【颜色】特效设定为（ 100）”积木，给 图片设定初始颜色特效值。然后使用“重复执行（ 20）次”积木每次将【颜色】特效增加（ -5） 然后等待（ 0.01）秒，逐渐消除颜色特效直至恢复到图片原有外观。最后使用“等待（ 1） 秒”积木持续显示 1秒恢复后的图片。 接着来研究漩涡特效，漩涡特效可让图片围绕其中心点旋转。漩涡特效的实现代码如 图 5-8所示。 45 零基础学 Scratch 3.0 编程零基础学 Scratch 3.0 编程 图 5-7 实现颜色特效的代码图 5-8 实现漩涡特效的代码 分析一下上述代码。首先使用“清除图形特效”积木将之前的特效设置清除，开始使 用新的特效。使用“下一个背景”积木来切换下一张图片。先使用“将【漩涡】特效设定 为（100）”积木，给图片设定初始漩涡特效值。然后使用“重复执行（ 100）次”积木每 次将【漩涡】特效增加（ -1）后等待（ 0.01）秒，逐渐清除漩涡特效直至恢复到图片原有外观。 最后使用“等待（1）秒”积木持续显示 1秒恢复后的图片。 接着来研究亮度特效，亮度特效可改变图片的亮度等级，取值范围是 -100～ 100， 对应的亮度为从黑到白。亮度特效的实现代码如图 5-9所示。 图 5-9 实现亮度特效的代码 分析一下上述代码。首先使用“清除图形特效”积木将之前的特效设置清除，开始使 用新的特效。使用“下一个背景”积木来切换下一张图片造型。先使用“将【亮度】特效 设定为（100）”积木，给图片设定初始亮度特效值为 100，即白色。然后使用“重复执行（100） 次”积木每次将【亮度】特效增加（ -1）后等待（ 0.01）秒，逐渐清除亮度特效直至恢复 到图片原有外观。最后使用“等待（1）秒”积木持续显示 1秒恢复后的图片。 以上分别讲述了虚像、像素化、马赛克、鱼眼、颜色、漩涡、亮度七大特效的应用， 可以看出它们的用法非常相似，读者在编写程序时可根据需要选择合适的特效。 46 为了能让虚像、像素化、马赛克、鱼眼、颜色、漩涡、亮度这七大特效依次循环应用， 使用“控制”模块里的“重复执行”积木，将上述七大特效的实现代码放进“重复执行” 积木里执行即可。 5.2.4 编写 Ready角色程序 首先需要创建 Ready角色。该角色主要用来完成文字的特效显示，如实现文字大小的 变化特效、颜色的变化特效等。删除默认的小猫角色。鼠标指向“选择一个角色”按钮， 在弹出的列表中选择“绘制”选项，绘制一个新角色造型，在绘制界面选中文本工具，在 文本框输入“Are you ready?”，可以选择自己喜欢的颜色和字体，如图 5-10所示。 第章 Scratch 艺术类编程 5 图 5-10 绘制角色造型 将角色名修改为 Ready，如图 5-11所示。 图 5-11 修改角色名 47 零基础学 Scratch 3.0 编程零基础学 Scratch 3.0 编程 设计该角色的特效只在程序启动时显示，这里通过消息通知机制来实现。 消息也就是信息。消息通知机制指消息发送方向消息接收方发送特定消息，消息接收 方收到该消息后做相应的处理。一般消息发送方是一个，而消息接收方可以是一个也可以 是多个。比如，把学校作为消息发送方，它发出上课铃消息，学生作为消息接收方，接收 到该消息后准备上课。 在舞台背景程序处发消息，在该角色程序中接受消息并进行相应的处理。在舞台背 景程序中新建一个消息，取名为 are you ready，如图 5-12所示，并通过“广播（ are you ready）并等待”积木发送该消息。 图 5-12 新建消息 首先来实现文字的颜色特效变化，让文字从原来的黄色逐渐变化为蓝色，实现代码如 图 5-13所示。 图 5-13 文字颜色变化特效的实现代码 分析上述代码。使用“当接收到【 are you ready】”积木表示当接收到 are you ready 消息时，开始执行其下方的代码。使用“将大小设为（ 125）”积木表示将角色大小设置 为 125。“显示”积木用来将角色显示在舞台上。使用“移到 x：（0）y：（0）”积木用来 将角色移动到舞台坐标（ 0,0）的位置。使用“清除图形特效”积木用来清除之前的特效设置。 48 使用“重复执行（ 100）次”积木，每次将【颜色】特效增加（ 1）然后等待（ 0.01）秒， 也就是每次将角色颜色增加 1并等待 0.01秒。最后使用“隐藏”积木将角色从舞台中隐藏， 也就是不再显示。 接下来实现文字大小变化的特效，即让文字先从大变小，然后从小变大，再从大变小， 再从小变大，实现代码如图 5-14所示。 第章 Scratch 艺术类编程 5 图 5-14 文字大小变化特效的实现代码 分析上述代码。使用“当接收到【 are you ready】”积木，表示当接收到 are you ready 消息时，开始执行其下方的代码。使用“重复执行（ 2）次”积木将此积木中的代码分别 重复执行两遍，先使用“重复执行（ 25）次”积木，每次将角色大小减小 5并等待 0.01秒； 再使用“重复执行（25）次”积木，每次将角色大小增加 5并等待 0.01秒钟。 最后，为了让电子相册在播放过程中播放美妙的音乐，可以增加舞台背景音乐，可以 选择上传自己喜欢的音乐素材，也可以在 Scratch系统声音素材库中选择声音素材。本例 我们在“声音”页签单击“选择一个声音”按钮，然后在“可循环”标签中选择“ Cave” 声音文件，如图 5-15所示。 图 5-15 选择“Cave”声音文件 49 在电子相册程序中播放背景音乐的代码如图 5-16所示。 零基础学 Scratch 3.0 编程 图 5-16 实现播放“Cave”背景音乐的代码 分析上述代码。“当被点击”积木表示当单击按钮，程序开始运行。“重复执行” 积木用来让程序循环播放 Cave声音文件，并且每次都等待 Cave声音文件播放完之后再重 新播放。 5.2.5 验证程序 前面分别实现了舞台背景程序、 Ready角色程序，至此电子相册程序已经全部完成， 接下来让我们检验一下程序吧！ 在舞台区单击 按钮，程序开始运行。在舞台上可以看到这样的场景：漂亮的风景 图片上出现“ Are you ready?”特效文字，伴随着舞台背景音乐，文字忽小忽大，颜色不断 变化，各图片特效依次循环展示，有虚像、像素化、马赛克、鱼眼、颜色、漩涡、亮度等， 如图 5-17所示。 图 5-17 运行电子相册程序 至此，电子相册程序的实现已经讲述完毕。通过该实例的学习，读者完全可以编写出 自己的电子相册程序，可以使用自己的相片素材、音乐素材，并增加自己喜欢的特效，制 做出有趣的电子相册。 50 5.3艺术类实例二：绘制房屋 通过 Scratch编程，我们可以绘制出一个房屋形状，并可以给它增加装饰物来使房屋 更加温馨有趣，此外增加背景音乐会让我们的程序表现力更丰富。接下来，让我们学习通 过编程绘制自己喜欢的房屋吧！ 5.3.1 设计思路 要实现绘制房屋的程序，首先，创建一个角色来绘制房屋，包括房屋的侧面、门、窗 户、屋顶等。其次，为了装饰房屋，需要创建另一个角色来实现装饰特效。然后，为了让 房屋在展示时表现力更丰富，在舞台背景程序中增加了音乐。最后，验证程序的效果。本 程序的总体设计思路如图 5-18所示。 第章 Scratch 艺术类编程 5 图 5-18 绘制房屋的设计思路 51 零基础学 Scratch 3.0 编程零基础学 Scratch 3.0 编程 5.3.2 绘制角色实现 可以将绘制房屋分解为绘制侧面、门、屋顶、窗户等。首先来实现房屋角色程序的初 始化代码（程序初始化在计算机编程领域中指为数据对象或变量赋初值的做法），代码如 图 5-19所示。 图 5-19 绘制房屋角色的初始化代码 分析上述代码。单击 开始执行程序，初始设置角色在舞台坐标（ -110,-120）处， 默认角色面向 90度方向。使用“将笔的粗细设为（ 2）”积木设置画笔的粗细程度。使用 “将笔的颜色设为（ 120）”积木设定画笔的颜色。使用“落笔”积木开始绘画。使用“全 部擦除”积木来擦除之前可能残留的图案。最后使用自制积木“ House（20）”绘制房屋。 “House（）”积木是房屋角色代码实现的核心，接下来将详细介绍。 由于本程序将要用到自制的新积木，所以先来学习如何自制积木。首先在“代码”页 签中选择“自制积木”，然后单击“制作新的积木”，弹出“制作新的积木”对话框，系 统提示输入积木名称，也就是给新的积木命名。命名原则是名称最好与其功能密切相关， 应能明显通过积木名称了解其主要功能，因此这里给积木命名为 “House”表示绘制房屋。 我们希望能够灵活控制所绘制房屋的大小，这时就需要添加参数。房屋大小一般用数字来 设置，所以在对话框中选择“添加输入项数字或文本”选项，并给参数取名“ number1”， 如图 5-20所示。默认情况下不勾选“运行时不刷新屏幕”复选框，但在有些情况下为了 提升性能也会选择该项。 52 第章 Scratch 艺术类编程 5 第章 Scratch 艺术类编程 5 图 5-20 自制“House（numberl）”积木 参数可以理解为一个变量的名字，后面根据具体情况给这个参数赋值，一般用于函数 调用。 参数，也叫参变量，是一个变量。我们在研究当前问题的时候，关心某几个变量的变 化以及它们之间的相互关系，其中有一个或一些叫自变量，另一个或另一些叫因变量。如 果我们引入一个或一些另外的变量来描述自变量与因变量的变化，引入的变量本来并不是 当前问题必须研究的变量，我们把这样的变量叫作参变量或参数。 通过上面的操作，在代码区创建了“ House（numberl）”积木的定义部分，但此时只 是创建了新积木的头定义，并没有任何具体功能的实现，如图 5-21所示。 图 5-21 自制新积木的头定义 该积木的主要实现目标是绘制出如图 5-22所示的房屋造型，可以将这个大的任务拆 分为多个小的任务来分别实现，比如分别绘制房屋侧面、门、窗户和屋顶等。 图 5-22 房屋的目标造型 53 零基础学 Scratch 3.0 编程零基础学 Scratch 3.0 编程 要绘制如图 5-22中的房屋造型，自制 House积木可以用如图 5-23所示的代码来实现， 分别从左向右依次绘制侧面 1、第 1扇门、侧面 2、第 2扇门以及屋顶和窗户。 图 5-23 自制 House积木的代码 分析上述代码。调用自制“ Side1（number1）”积木绘制房屋左侧面，自制积木 Side1的具体实现稍后介绍。绘制完侧面 1之后绘制第 1扇门，由于坐标发生变化，所以 需要调用“将 x坐标增加（（ 1）*（number1））”积木调整 x坐标到绘制门的起始位置。 调用自制“ Door（number1）”积木绘制第 1扇门，自制积木 Door的具体实现稍后介绍。 调整坐标准备绘制侧面 2，调用“将 x坐标增加（（ 2）*（number1））”积木调整 x坐 标到绘制侧面 2的起始位置。调用自制“ Side2（number1）”积木绘制房屋右侧面，自制 积木 Side2的具体实现稍后介绍。调整坐标准备绘制第 2扇门，调用“将 x坐标增加（（ 4） *（number1））”积木调整 x坐标到绘制第 2扇门的起始位置。调用自制 “Door（number1）” 积木绘制第 2扇门。接下来需要同时调整 x和 y的坐标到合适的位置以便绘制屋顶，所以 调用“将 x坐标增加（（ -7）*（number1））”积木调整 x坐标到绘制屋顶的起始位置， 调用“将 y坐标增加（（ 5）*（number1））”积木调整 y坐标到绘制屋顶的起始位置。 调用自制“ Roof（number1）”积木绘制屋顶，调用自制“ Window（number1）”积木绘 制窗户，这两个自制积木的具体实现稍后介绍。 侧面 1和侧面 2的绘制方法完全一样，唯一的差别就是边长不同。绘制侧面 1和侧面 2的代码如图 5-24所示。 54 图 5-24 绘制两个侧面的代码 房子中虽然有两扇门，但门的形状和大小都一样，所以可以采用同一套代码来实现。 绘制门的代码如图 5-25所示。 第章 Scratch 艺术类编程 5 图 5-25 绘制门的代码 屋顶由左侧的一个三角形和右侧的一个平行四边形构成，所以绘制屋顶可以分解成绘 制一个三角形（ Triangle）和一个平行四边形（ Parallelogram），完整的代码如图 5-26所示。 图 5-26 绘制屋顶的代码 55 最后来学习一下如何绘制房屋的窗户。绘制窗口需要绘制两个小正方形，并且还有一 条直线两条斜线，在实现的过程中，要注意绘制的移动坐标，如果坐标位置不当，将不能 正确绘制出想要的图形。绘制窗户的代码如图 5-27所示。 零基础学 Scratch 3.0 编程 图 5-27 绘制窗户的代码 5.3.3 装饰帽子角色实现 我们用帽子角色装饰房屋，使房屋变得更加有趣可爱，所以需要在绘制好房屋后再显 示帽子。首先，需要新建该角色，在角色列表区，单击“选择一个角色”按钮，搜索 “hat”， 选择 Hat1角色，如图 5-28所示。创建好角色后，可以调整角色的大小和位置。 图 5-28 选择帽子角色 56 我们希望实现的效果是，等房屋绘制好之后，自动给房屋添加一顶帽子，并且呈现忽 隐忽现的效果，实现该功能的代码如图 5-29所示。 第章 Scratch 艺术类编程 5 图 5-29 帽子角色的代码 分析上述代码的具体实现。帽子角色在程序开始运行时隐藏，即不显示在舞台上，等 待 2.8秒，绘制好房屋后，再显示在舞台上。为了实现帽子角色在舞台上忽隐忽现的效果， 这里使用虚像特效的循环增加和循环减小。由于帽子角色在程序退出之前需要一直保持忽 隐忽现，所以使用“重复执行”积木来无限循环执行虚像特效。 5.3.4 舞台背景实现 本例的舞台背景程序实现两大功能：一是轮流切换显示的背景图片；二是播放背景音 乐。为背景程序添加图片的操作方法是，通过单击“选择一个背景”按钮，添加喜欢的背 景素材，这里可以选择多个比较符合程序主题的素材。为背景程序添加声音的方法是，在 “声音”页签，单击“选择一个声音”按钮，可以在“可循环”类声音素材中选择一个声 音，如图 5-30所示。 57 零基础学 Scratch 3.0 编程零基础学 Scratch 3.0 编程 图 5-30 选择舞台背景声音素材 舞台背景程序要实现背景图片的切换并播放声音的功能，其代码相对比较简单，如 图 5-31所示。 图 5-31 舞台背景程序的代码 5.3.5 验证程序 前面分别实现了绘制房屋角色、帽子角色和舞台背景程序，接下来让我们检验一下程 序吧。在舞台区单击 按钮，程序开始运行。在舞台上可以看到这样的场景：首先在舞 台上一笔一画绘制出一所房屋造型，接着一顶帽子戴在了房顶上，忽隐忽现，同时背景图 片也在不断切换，还循环播放着背景音乐，如图 5-32所示。 58 第章 Scratch 艺术类编程 5 第章 Scratch 艺术类编程 5 图 5-32 验证绘制房屋程序 至此，绘制房屋的程序已经分析完毕，实现了绘制房屋的预期功能。读者在该程序的 基础上还可以增加更多的实现技巧，比如绘制更有趣的图形；房屋绘制完毕后通过广播消 息方式通知帽子角色开始显示，这样就不需要使用等待积木；等等。更多的实现方法留给 读者完成。 5.4本章小结 本章以 Scratch艺术类程序的编写为主题，并深入、详细地进行了讲解。首先讲解艺 术与 STEM教育的紧密关系；然后以大家比较熟悉的电子相册程序为例，学习虚像、像素 化、马赛克、鱼眼、颜色、漩涡、亮度七大外观特效的应用，文字特效的实现以及消息通 信机制；最后以绘制房屋为例，深入讲述了如何自制积木、传递参数以及通过分而“绘” 之的方式将绘制房屋这个大的任务分解成多个小任务逐步实现。 通过对本章内容的学习，读者应对 Scratch艺术类程序实现有了全面、系统的掌握， 相信读者完全可以编写出属于自己的艺术类程序。 59