Программирование мини-игры в программе Скретч
На свете существуют множество языков программирования, но программирование для детей проще начинать с программ, которые предполагают создание игровой ситуации с героями или объектами, которые двигаются, меняются или взаимодействуют. К таким программам относятся ПервоЛого и ЛогоМиры, а также программа Скретч (Scratch), бесплатно распространяемая для любой операционной системы. Сайт находится по адресу http://scratch.mit.edu. С января 2019 года разработчики выпустили новую версию 2.0. Она немного отличается от предыдущих версий.
В основе Scratch лежит графический язык программирования. Для того чтобы создать скрипт (программу для каждого объекта) нужно просто совместить графические блоки вместе, перетаскивая готовые блоки из левого поля в поле создания скрипта (программы).
Блоки разбиты на несколько типов:
Блок «Перо» в новой версии надо добавлять из меню «дополнительные блоки».
На уроках информатики учащиеся постепенно знакомятся с командами различных блоков и их использованием. Это позволяет на одном из уроков перейти к реализации проекта по созданию мини-игры.
Во многих компьютерных играх игровое поле представляет собой площадку, разбитую на квадраты (как шахматная доска), и требуется собрать какие-либо предметы – это могут быть яблоки, монеты, звезды или что-то другое. Для краткости будем называть эту игру «Собери» (презентация).
Для создания игры нам необходимо проделать несколько этапов:
1 этап. Создание игрового поля
Для создания игрового поля мы должны войти в меню «Сцена», вкладка «Фоны» и с помощью инструментов для рисования «прямоугольник» и «линия» создать поле 8х8 клеток. (рис. 1). Такого размера вполне достаточно для создания первой игры. При желании можно добавить какой-либо текст (кнопка Т).
Рис. 1. Создание игрового поля.
2 этап. Расстановка игровых объектов
На втором этапе мы расставляем объекты разных видов (рис. 2 и 3). Для этого используем добавление спрайтов из библиотеки. Объекты в нашей игре будут двух видов – те, которые по условию надо собрать (например, яблоки), и те, которые будут являться препятствиями. Количество объектов можно задавать самостоятельно. Рекомендую размер объектов уменьшить до 50.
Рис. 2. Добавление объектов на игровое поле.
Рис. 3. Добавление объектов-препятствий на игровое поле.
3 этап. Программирование «героя»
В качестве героя можно оставить исходного спрайта-котенка под именем «Спрайт1». При желании можно выбрать (назначить) «героем» любого другого. Имя спрайта также можно изменить.
В начале игры наш герой должен встать в исходную точку, которую мы определяем с помощью координат. Поэтому команда должна выглядеть так:
Рис. 4. Задание начальной координаты для спрайта.
При необходимости можно задать и начальное направление – например, «повернуться в направлении 90».
Далее для того, чтобы наш спрайт ходил сразу по клеткам, мы должны запрограммировать кнопки управления его передвижением (стрелки вверх, влево, вправо, вниз), которые удобно расположены на клавиатуре.
Команды для кнопок должны выглядеть следующим образом:
Рис. 5. Программирование управляющих кнопок (стрéлок).
Этап 4. Программирование собираемых объектов
Для того, чтобы любой объект реагировал на прохождение «героя» и мог менять свою форму или исчезать, необходимо, чтобы он совершал небольшое движение. Это можно задать двумя способами:
Рис. 6. Команда для собираемых объектов.
Чтобы объекты можно было «восстановить» в начале игры задаем дополнительную команду:
Рис.7. Команда для «восстановления» объектов.
Эти команды надо задать для каждого собираемого объекта (яблока, монеты или звезды).
Этап 5. Программирование препятствий
На игровом поле должны также присутствовать объекты, которые будут усложнять игру, т.е. являться препятствиями. Чтобы они могли взаимодействовать с героем, когда он попадает на соответствующую клетку, необходимо им также задать небольшое движение (аналогично собираемым объектам).
Взаимодействие с героем можно задавать по-разному: препятствие может «взрываться», «переворачиваться» (т.е. изменить свой костюм), выдавать сообщение «Ты проиграл» или «Здесь ходить нельзя» и т.д. Можно задать команду, которая будет перемещать героя в начало игры, т.е. в исходную точку. Варианты могут придумать сами дети. В начале игры также надо вернуть этим объектам исходный костюм.
Рис. 8, 9. Программирование препятствий.
Этап 6. Программирование кнопки финиш
По желанию можно создать кнопку «Финиш» и поместить ее в конце игрового поля. Кнопка «Финиш» программируется аналогично предыдущим объектам. Отличие будет в тех командах, которые будут выполняться при реакции на прохождение Спрайта. Например, можно задать «Говорить «Ты победил!» или «Переходи на второй уровень» и при этом кнопка может менять цвет или мигать и т.д. Здесь дети могут использовать свою фантазию и желание.
Рис. 10. Изменение кнопки «Финиш».
Рис. 11. Программа для кнопки «Финиш».
Заключение
Подобную игру можно создать за 1 урок или одно занятие. Практика показывает, что подобные задания дети выполняют с удовольствием и могут проявить фантазию или использовать более сложный набор команд для создания подобной игровой ситуации. При этом ученики не замечают, как знакомятся с программированием и таким важным моментом, как отладка программы, которая требует усидчивости, терпения и умения видеть и исправлять ошибки в своей программе.
Scratch действительно относится к группе мультимедийных развивающих сред программирования.
Scratch для «продвинутых»
Клонирование и переменные в Scratch
Моему ученику нравилась игра — «Зомби против растений». И ему было интересно самому запрограммировать её. Давайте вспомним как данная игра работает? С правой стороны у нас есть шеренга растений, которая расстреливает приближающихся зомби.
Есть множество решений данной задачи, но на мой взгляд более элегантное решение — задействовать минимально возможное количество спрайтов, т.е. использовать клонирование.
Как сделать так, чтобы у каждого отдельного клона был собственный уровень жизни? Что выбрать переменные или списки? Сделали попытку использовать списки, но после более детальной проработки поняли, что данная структура данных не помогает решить проблему. У переменных и списков, в Scratch есть 2 типа видимости для каждого типа данных — это «для всех спрайтов» или «только для этого спрайта». Пришлось проверять область видимости. Начали мы с переменных.
Дойдя до рабочего варианта переменной с областью видимостью «только для этого спрайта». В классических языках программирования такой тип видимости называют — локальным или приватным в зависимости от контекста.
Оказывается, что если эта переменная с данной областью видимости используется в клоне, то в клоне создается экземпляр переменной, принадлежащий конкретному клону и который используется для внутренних вычислений/работы клона. В нашем случае, у каждого клона есть своя «жизнь». Если стало интересно, то советую обратиться к справочнику. А вот картинка, которая показывает, как спрайты или клоны работают с переменными разных типов видимости.
Переменная с областью видимости «для всех спрайтов» (рисунок слева) — одна на всех. Кстати, здесь вы можете с детьми посмотреть работу с критическими секциями и что такое гонка за ресурс. А если область видимости переменной — «только для этого спрайта», то у спрайта и у его клонов появляется собственная переменная с тем же именем, с которой они работают (рисунок с права). И клоны не имеют доступа к переменной оригинала и переменной другого клона.
Это стало неожиданным и приятным открытием свойств Scratch для создания подобных алгоритмов.
ВАЖНО: Переменная — это очень мощный инструмент настоящего программиста, поэтому я сразу учу детей правильному именованию переменных, так как этот навык поможет им в проектах разной сложности.
Имена объектов как их идентификаторы
ВАЖНО: все переменные с зоной видимостью «только для этого спрайта».
Данный инструмент для меня стал совсем неожиданным. Давайте начнем с истории о том, как мы с учеником наткнулись на данную особенность языка. Мой ученик решил, создать игру с «искусственным интеллектом». Игра представляет звездные войны на космических кораблях и у игрока есть возможность управлять одним кораблем, в то время как противники гоняются за вами и за друг другом. Чтобы они могли преследовать вас или друг друга, им нужно как-то принимать решение о том, кого преследовать. Данную задачу можно решить в лоб и задать очередность преследования кораблей, но игра потеряет свою интеллектуальность и быстро наскучит. Поэтому ученик решил настроить интеллект таким образом, чтобы корабли с интеллектом преследовали ближайшего противника. Давайте посмотрим, как он начал решать данную задачу.
На мой взгляд хорошее решение для создания быстрого прототипа. Но какие ограничения здесь есть? Первое, усложнение кода по мере добавления новых кораблей. Следовательно, сложность кода повышается и не исключены мутации кода из-за усложнения. Время поиска ошибки и отладки алгоритма будет расти. И конечно, никто не отменял такую прикольную метрику, как старение кода (advance level SW Development). Что же делать? А делать необходимо следующее, нужно сделать обобщеный алгоритм, который будет динамично приспосабливаться к увеличению или уменьшению количества кораблей.
Для данного алгоритма нам и понадобиться свойство языка — имя как идентификатор объекта. Пришло время больших изменений и здесь вы, как учитель, можете рассказать про такое явление как рефакторинг. Это последовательное изменение кода, улучшение его структуры и его оптимизация. А главное, чтобы каждое изменение не ломало работу программы, и объем изменений тоже должен очень аккуратно подобран. Слишком много изменений — плохо, слишком мало — долго. Сформированный навык рефакторинга даст преимущество и эффективность работы программиста. Но для формирования навыка нужно работать головой, а не просто тыкаться. У меня получилось сделать 4 изменения в первоначальной программе и результат не изменился.
Заметьте, что я еще не удалил блоки, а оставил их. Зачем? Потому, что если что-то пойдет не так, мы можем вернуть предыдущий вариант, начав все заново. Но как только я проверю правильность выполнения обновленного скрипта, я сразу же их удалю, чтобы не отвлекаться на них в последующем.
Заметили? Сейчас в блоке «повернуться к …» стоит переменная и эта штука работает. Т.е. мы минимальными усилиями проверили, что данный подход работает. Это просто круто. Теперь мы можем начать писать алгоритмы, которые позволят определять объект преследования ближайшего корабля.
Что нам пригодится? Это из структур данных — это переменные и списки. Из алгоритмов — это нахождение минимального числа (расстояния) в списке. Еще нам необходим алгоритм, который определит имя объекта для преследования по минимальному расстоянию.
Сейчас будет написано много кода. Но для того, чтобы потом не захлебнуться и не запутаться в куче скриптов, нам необходимо использовать еще одну классную функцию, а именно создание собственных блоков. Эта функция очень мощная, но ее редко используют школьники, да и некоторые программисты, а ведь она позволяет создать понятный с первого прочтения алгоритм программы. Кстати, можете почитать про приемы создания понятного кода в книге Мартина Фаулера «Рефакторинг. Улучшение существующего кода»
Как и перед любым масштабным строительством нам необходимо все спланировать. Давайте спланируем в каком порядке будем разрабатывать блоки:
Для того, чтобы создать обобщенный алгоритм нам чем-то нужно пожертвовать, например, оригинальными именами спрайтов, придется их стандартизировать и получим следующий расклад.
И теперь мы готовы описать 1 часть программы. Все пишем для 1-ого корабля. Запускаем отдельно данный скрипт и смотрим результат. Поехали!
Если мы добавим новый корабль, нам нужно изменить в данном алгоритме лишь одну циферку. Клево? Клево!
Погнали дальше. А давайте научим его 2 алгоритму. Смотрим, что получилось. Это сразу конечный результат со вспомогательными функциями.
Ура! Работает. Проверить это можно следующим образом, должен быть обязательно 0 одним из значений в списке расстояний. Если у вас это не так, ищите ошибку.
Едем дальше! Поиск минимального расстояния. Заметили, что расстояние всегда положительно. И всегда будет минимальное число — 0. Ай-я-яй! Вывод — искать минимум, но не ноль. Можете попробовать свои силы и оптимизировать код самостоятельно, чтобы не делать расчет расстояния от корабля 1 до корабля 1 (это не опечатка).
Обучаем спрайт новой функции и получаем.
Не забываем проверять! Для этого можно даже остановить игру и запустить отдельный скрипт.
Мы написали все, что необходимо, теперь главное правильно использовать данные функции.
Если у вас все работает правильно, то вы должны увидеть следующее:
Заметили, что корабль с «искусственным интеллектом» разрывается между разными противниками. Вы можете усовершенствовать программу и усложнить принятие решения. Например, если у преследуемого корабля осталось мало жизни, то он добивает его, а если он нашел, ближе и с еще меньшим здоровьем, то добить сначала слабейшего.
Кстати, в данной программе можно уменьшить количество действий и усовершенствовать алгоритмы. Попробуйте свои силы. Взять данную программу можно здесь.
Подводим итоги
Вот на таких кейсах я узнал, как Scratch дает возможность ученикам быстрее освоить множество реальных техник программирования. На нем можно рассказывать про работу критических секций, про обобщенные алгоритмы, про переменные и их области видимости, про создание собственных блоков и структурирование кода. А также на данном языке можно рассказывать про профессиональные навыки, например, рефакторинг.
Это лишь малая часть инструментария программиста, но она являет очень важной. А в Scratch это объяснить становится чуточку легче.
«Scratch — ненастоящий язык программирования»: чему учат в кружках
Что думают родители про Скретч
Язык Скретч — это то, что рекомендуют использовать для знакомства детей от 7 лет с программированием.
При этом родители занимают две противоположных позиции.
Первые говорят следующее:
Вторые следуют рекомендациям преподавателей и методистов и ищут кружок, где изучают Скретч, но выбирают обычно по классическим параметрам — цена и удаленность от дома/школы.
Что предлагают кружки
На самом деле, с дополнительным образованием всё не так просто, как со школьным. Для школьных предметов есть стандарты и ЕГЭ с четкими критериями оценки. Потому изучение одного и того же школьного предмета в разных школах и у репетиторов может отличаться только глубиной и серьезностью подготовки.
В отношении дополнительных направлений, которые предлагают кружки, ситуация обстоит совсем другим образом. Единых утвержденных учебных планов и программ по дополнительным направлениям, наподобие программирования или робототехники нет. Каждое учебное заведение, в особенности, частное, предлагает свою учебную программу. За ту же самую цену в разных кружках вы получите разный результат. И именно по этому ожидаемому результату стоит выбирать учреждение дополнительного образования и дисциплину. И наоборот, за более высокую цену вы можете получить больше пользы для ребенка и выражаться она будет не только в изучении программирования. Если кружок бесплатный, это вовсе не означает, что он самый лучший.
Чем полезны учебные языки программирования
Например, в Инженерике мы не ставим задачей научить ребенка работать в программе Скретч. Это не самоцель. Скретч — действительно учебный язык и учебная среда для создания программ и игр, в настоящей разработке она не используется, но это не значит, что от нее сразу нужно отказываться. Вы же не станете сразу готовить блюдо по технологически сложному рецепту, не освоив базовые принципы готовки. А взяв профессиональное оборудование для приготовления вы не сможете использовать его на максимум. То же и с языками программирования. Общие принципы составления алгоритмов можно изучать и без компьютера, этому посвящены хорошие книги и упражнения (например, книги Дональда Кнута). Во взрослом возрасте синтаксис языка программирования (слова, на которых пишется код), изучаются за трое суток упорного погружения. В возрасте подростка изучить синтаксис языка можно за несколько лет. Для чего переусложнять этот опыт в самом начале? Тем более, если юный человек еще даже не определился, точно ли он хочет стать программистом.
На случай проверки своих интересов и легкого познания алгоритмических концепций и придуманы учебные языки и среды. Они созданы так, чтобы знакомство с программированием проходило гладко и интересно. Если ребенок сможет освоить учебный язык и создавать на нем что-то полезное, если сохранит мотивацию к этому направлению деятельности, если упрётся в потолок учебного языка и захочет пойти дальше и выше — вот тогда стоит переходить на серьезные языки.
Примеры сложных проектов в среде Скретч
Посмотрите видео проектов, которые сделали ученики Инженерики (это индивидуальные и групповые проекты). Длительность создания такого проекта может достигать двух или трех месяцев. Это очень сложная работа при взаимодействии группы ребят, экспертов-консультантов и наставников. Не каждый взрослый смог бы довести подобный проект до конца, даже при том, что на отдельных упражнениях в алгоритмике показал бы себя наилучшим образом. Участие в подобных проектах не только позволяет применить знания к практике, но и развивает личностные качестве ребенка, те самые 4К-компетенции, о которых так много сейчас говорят — коммуникативность, умение работать в команде, креативность, критическое мышление.
Скретч как среда для развития мышления
В Инженерике мы изучаем принципы программирования и создания полезных ИТ-продуктов на примере языка Скретч. То есть используем Скретч как инструмент, как безопасную песочницу для увлекательных экспериментов, но этим не ограничиваемся. В первый год знакомства с миром программистов, мы ставим одной из задач развитие у ребенка мышления — алгоритмического, математического, вычислительного, системного.
Задача разработчиков не в том, чтобы писать код, как думают многие ребята, кто приходит на занятия. И не в том, чтобы создавать еще одну версию уже существующей игры (только собственную!). И не в том, чтобы делать копию программы, которая уже есть и всем известна. Любая программа появилась в компьютере не просто так. Ее создали разработчики, чтобы решать какую-то проблему человека, помогать ему в чём-то. Программу калькулятор и Excel создали, чтобы было легче считать, Word — чтобы делать красивые документы и сохранять шаблоны на будущее; Paint и Photoshop — чтобы создавать цифровые иллюстрации и легко изменять их; игры Майнкрафт и PUBG — чтобы отдохнуть, весело провести время с друзьями; движок Unity — чтобы самим создавать 3D-игры; а браузеры и социальные сети — чтобы получать нужную информацию и общаться с единомышленниками, не выходя из дома.
Так мы учим мыслить наших учеников, думать о проблеме, которая лежит в основе любого изобретения, создавать что-то полезное с помощью алгоритмов и программ, учим искать идеи, разбивать задачу на подзадачи, делить эти подзадачи на других участников команды.
Очное обучение в группе сейчас полезнее индивидуального
Очное обучение в группе обладает особенностями, которых нет у онлайн-занятий. Это как раз та самая возможность научиться коммуницировать с другими ребятами, находить себе команду, понимать в ней свою роль, пробовать разные роли, переживать конфликты, неудачи, общий и личный успех. Но работа в группе не наладится сама по себе, если наставник не приложит к этому усилий. Наши наставники не запрещают ребятам разговаривать на занятии, а напротив, поощряют обмен идеями и мнениями, обсуждение темы урока и способов решения задач. Ученики на занятии знают, что обратиться за помощью могут не только к наставнику, но и к тем ребятам, кто уже умеет это делать и может научить других.
Важны и формы работы с материалом на занятиях. Очень часто бывает (в особенности, этим грешат онлайн-уроки от неопытных преподавателей на YouTube), что в видео просто рассказывают, как что-то сделать и демонстрируют с предложением повторить. Не объясняют, почему нужно делать именно так, с чего нужно начинать, не отрабатывают умения. Такой подход работает только на вовлечение ребенка в деятельность, позволяет приятно провести время, но не формирует умение самостоятельно создавать подобные проекты.
Увидеть склонности ребенка можно только по его проектам
В Инженерике мы работаем с несколькими видами задач:
учебные упражнения — на них мы познаем принципы программирования, отрабатываем навыки, экспериментируем;
задания с четко обозначенным конечным результатом — через них мы учимся распознавать паттерны, следовать требованию, искать разные пути решения и находить оптимальные;
задания с четкими техническими требованиями и свободным конечным результатом — на них учимся соблюдать техническое задание, но при этом вкладывать частичку своего видения, креативить, выражать свои интересы;
проекты по реальной проблематике — так мы учимся видеть проблему, исследовать ситуацию, которая к ней привела, предлагать решение теми способами, которые нам доступны, самостоятельно добирать недостающую информацию.
Через результаты, через те проекты, что создает ребенок, мы видим его склонности, ход мыслей, слабые и сильные места. В течение учебного года всего лишь при работе в одной программе Скретч становится видно, кто из ребят больше любит составлять алгоритмы, а кто в итоге склоняется к графике и какому ее виду — векторной или растровой. Нравится ли ребенку работать с анимацией или со статичным проектированием, делать игры или прикладные приложения, быть исполнителем или проектировать собственные решения.
Система дополнительного образования для 10-12 летних ребят и должна делать именно это — проявлять склонности, развивать качества характера и мышление, давать пробовать себя в деятельности, показывать возможности применения этих навыков в мире и будущей профессии. Совсем не обязательно, что после двух лет изучения программирования ребенок точно решит стать программистом. Но то алгоритмическое и вычислительное мышление, которое разовьется у ребенка под руководством наставника, используется во множестве самых разных областей и профессий.
Потому, когда мы слышим, что ребенок уже сам что-то изучал и делал в какой-то программе — означает лишь, что он каким-то образом знаком с технологиями. Но оценить его мы можем только по результату — по тем проектам, которые он делает под руководством наставника и — более важно — по тем, которые он после обучения способен делать сам или привлечь к созданию команду других ребят.
Резюмируем
При выборе учебной программы уточняйте, какие навыки будут развиваться в ходе обучения и как именно. Через что можно будет увидеть результат.
Цена курса определяется количеством усилий, вложенных в разработку методики обучения, учебных материалов.
В разных кружках могут быть разные подходы к выбору преподавателей. Не обязательно, что специалист-практик в программировании хорошо умеет работать с группой детей, закладывать самостоятельные навыки, проводить рефлексию, учитывать индивидуальные особенности каждого ребенка. Как не обязательно и то, что человек с педагогическим образованием грамотно донесет технические концепции до ребенка, расширит кругозор, покажет перспективы развития в мире реальной разработки. Лучше, если в создании учебной программы принимали участие несколько разных специалистов, в том числе методисты, эксперты-практики, педагоги.
Не стоит думать, что если ребенок самостоятельно «разбирается с программой» или смотрит обучающие видео на YouTube, он научится программировать.
