VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Возможности среды программирования Scratch
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
«Если вы учитесь создавать программы, это развивает ваш разум, помогает вам лучше мыслить и создает образ восприятия вещей. В целом, я думаю, что человеку это будет полезно вне зависимости от сферы его деятельности».
Билл Гейтс
С 6 лет я посещаю робототехнику. Мне нравится собирать различных роботов, но еще интересней их оживлять, то есть программировать. На занятиях я узнал, что можно не только программировать роботов, но и самому придумывать и создавать компьютерные игры.
Наука и технологии развиваются столь стремительно, что возникает необходимость серьёзно заниматься программированием, начиная с начальной школы. Дети сегодня достаточно уверенно чувствуют себя в цифровом мире, быстро привыкают пользоваться программными продуктами, гаджетами: телефонами, смартфонами, планшетами, компьютерами и др. Взрослые удивляются тому, как быстро дети всё это осваивают. Базовое понимание принципов программирования развивает мышление, обучает важным стратегиям для решения проблем, разработки проектов и, в дальнейшем, ребенок лучше справляется с решением возникающих задач.
Язык программирования Scratch придумывался для детей от 8 до 16 лет, но используется людьми всех возрастов. С помощью Scratch можно программировать собственные интерактивные истории, игры и анимацию и делиться своими творениями через Интернет - сообщества.
Цель моей работы: исследовать возможности среды Scratch, создать с помощь нее обучающую игру для младших школьников.
Задачи:
познакомиться со средой программирования Scratch, ее возможностями и характеристиками;
изучить особенности программирования на Scratch;
выяснить у младших школьников, какие методы обучения для них наиболее интересны, какие их любимые жанры компьютерных игр;
проанализировать полученные результаты;
провести эксперимент: разработать и создать обучающую игру для младших школьников в среде программирования Scratch.
Методы исследования: теоретические (изучение литературы, работа с интернет –ресурсами, анализ), анкетирование младших школьников и метод программирования.
В качестве гипотезы выдвигаем предположение, что программирование одна из сложных тем в информатике, но с помощью среды программирования Scratch можно самостоятельно создать обучающую игру, которая повысит интерес к процессу обучения и будет способствовать закреплению учебного материала.
.
1. Основная часть
1.1 Среда программирования Scratch, ее возможности и особенности
Язык программирования Scratch создан в 2007 году. Разрабатывался небольшой командой исследователей из Массачусетского технологического института во главе с Митчелл Резник (приложение 1). Предыдущей известной разработкой этой группы являлась популярная серия LEGO Mindstorms - комплект деталей для сборки программируемых роботов.
По поводу целей проекта Митчелл Резник сказал: «Нашей целью было расширить диапазон того, что дети могут создавать, совместно использовать и изучать. Работая над проектом Scratch, дети учатся думать креативно и решать проблемы систематично – а это умения, которые являются критическими для достижения успеха в 21 веке» [4].
Название «Scratch» произошло от слова «scratching» — техники, используемой хип-хоп ди-джеями, которые крутят виниловые пластинки взад-вперёд руками для того, чтобы смешать музыкальные темы. Аналогично Scratch позволяет смешивать графику и фотографии, музыку и звуки. Такое смешивание поражает целый калейдоскоп проектов.
Scratch - это визуальная объектно-ориентированная среда программирования для обучения школьников младших, средних, а также старших классов. Простая форма доступна даже самым маленьким, превращает обучение в увлекательную игру. Программирование на Scratch происходит путем соединения цветных кирпичиков команд точно так же, как машины собираются из кирпичиков в Lego.Блоки сделаны так, чтобы их можно было собрать только в синтаксически верных конструкциях, различные типы данных имеют разные формы, что исключает ошибки.
Хоть Scratch довольно простой язык, он позволяет создавать сложные и эффективные проекты: ролики, обучающие программы, компьютерные игры, презентации. Мы можем сочинять истории, рисовать и оживлять на экране придуманных нами персонажей, учиться работать с графикой и звуком. Это делает среду Scratch полезной и для старшеклассников.
Программное обеспечение полностью бесплатно. Можно работать прямо на сайте, или закачать его, и работать не зависимо от сети интернет. Возможности в первом и во втором случае абсолютно одинаковы. Участвуя в сетевом сообществе, скретчеры обмениваются идеями, с коллегами самых разных возрастов и интересов. Их девиз: «Создавай, исследуй, обсуждай».
В последние годы в мире язык программирования Scratch стал очень популярным. Тридцать пятое место — у «игрушечного» детского языка. Это можно объяснить только огромной потребностью и общества в целом, и самих детей в средстве для «думания», исследования и самовыражения.
Когда ученики создают проекты в Scratch, они осваивают множество навыков XXI века: творческое мышление, системный анализ, беглое использование технологий, проектирование, постоянное обучение.
Таким образом, ученик погружается в информационную среду творчества и познавательной деятельности, где кроме предметных знаний приобретает качества, необходимые каждому человеку для успешной жизни и профессиональной карьеры.
1.2 Описание среды программирования Scratch
1.2.1. Интерфейс Scratch
Интерфейс программы спроектирован и сделан в расчёте на детей, поэтому он максимально хорошо понимается интуитивно (приложение 2).
В переводе с английского глагол to scratch - «царапать», «скрести», «рыть когтями». Вероятно, поэтому символ программы - весёлый кот [5].
Главная область - это, конечно же, сцена (располагается в левой верхней части экрана), на ней отображаются результаты работы проекта. Чтобы на сцене что-нибудь происходило, необходимо создать спрайты - объекты, для этого используются специальные кнопки (приложение 3). Все, что создано, отображается на листе спрайтов (ниже сцены), где можно выбрать один из них для настройки, т. е. описания поведения данного спрайта. Информация будет отображаться на поле скриптов (в правой части экрана).
Верхняя ячейка второго столбца (приложение 4) отображает имя и свойства объекта, которым мы будем управлять. В примере объект - это кот. Его имя Спрайт1. Странное имя для кота, не так ли? Спрайтами в Scratch называются все объекты по умолчанию. Предполагается, что мы сами их будем переименовывать. Ниже поля имени отображены свойства объекта — это его положение (координаты x и y) и направление. Внизу мы видим три кнопки-вкладки — скрипты, костюмы и звуки. Если нажата кнопка скрипты, то отображаются программы для объекта. Кнопка звук - позволяет настраивать и менять звук, издаваемый объектом. Костюм - это внешний вид объекта. Например, у Кошки может быть два Костюма - это две позы. Меняя их по очереди, мы получаем анимацию идущей кошки [6].
Над сценой находятся еще две кнопки (приложение 5). Когда для объектов составлены какие-нибудь скрипты (программы), то чтобы объекты начали их выполнять, надо нажать зеленый флажок. Чтобы остановить выполнение, надо нажать красный круг.
1.2.2 Словарь языка Scratch
Блоки команд словаря Scratch распределены по нескольким разноцветным категориям (приложение 6). Часто категории блоков называют палитрой из-за сходства с кубиками краски в палитре художника. Только программист, в отличие от художника, создает живые картины, объекты которых умеют действовать. Поведение объекта, можно описать набором простых действий: движение - перемещение объектов,контроль - контролирующие операторы,внешность - изменение внешнего вида,сенсоры - различные датчики, звук - добавление звука, числа - операции с числами, перо - возможность рисовать, переменные - действия с переменными.
Если вы знаете, какой тип действий должен сделать спрайт, очень легко выбрать подходящую категорию и нужный блок.
Грамматика Scratch реализована через форму блоков команд: нельзя соединить друг с другом команды, форма которых несовместима.
В Scratch существуют 3 вида блоков:
Стеки. Основная масса блоков может «ставиться друг на друга», образуя «столбик» («стопку»). Имеют вид буквы «С» – они охватывают входящие в них блоки, расширяясь на требуемую величину.
Заголовки. Это обработчики событий, управляющие блоки, отвечают на вопрос "когда?". Могут быть только сверху стопки.
Репортеры. Они похожи на репортеров газет и журналов - собирают важные числа и слова для других блоков.
Нужные команды перетаскиваются в поле программы. Близко располагающиеся команды сочленяются в блоки.
Когда всё готово, можно прейти в полноэкранный режим, что очень напоминает просмотр готовой презентации PowerPoint.
Таким образом, изучив возможности, характеристики и основные конструкции языка среды программированияScratch можно начинать работу над задачей по созданию и разработке собственного проекта.
2. Практическая часть
2.1 Анализ анкет
Перед проведением эксперимента я предложил первоклассникам заполнить анкету (приложение 7). Приняло участие 25 человек. Цель анкетирования: определить, интересно ли ребятам тема программирования и сбор информации, необходимой для проведения эксперимента.
По результатам анкетирования выяснилось: большая часть ребят считает, что ученик младших классов не может сам создать компьютерную игру (64%), но 96% ребят хотелось бы узнать, как это сделать (приложение 8). Становится понятно, что тема программирования сегодня очень актуальна среди младших школьников и интересует практически всех.
Кроме объяснений учителя, усвоить и закрепить новые знания 36% ребят помог бы урок-игра, 28% -практическая работа, 20% - самостоятельное прочтение и закрепление материала и 16% - беседа по теме. Значительно разделилось мнение ребят при ответе на вопрос: " Какой жанр компьютерных игр тебе нравится?". Гонки выбрали - 23% ребят, приключения, развивающие и пазлы - 18%, "стрелялки" - 13%, 10% предложили свой вариант (экшн, "Мой котенок", "рисовалки", "шарики").
Принимая во внимания ответы, я решил соединить приоритетный способ усвоения и закрепления новых знаний (урок-игра) и любимые жанры компьютерных игр (гонки, приключения), и создать обучающую игру "Устный счет" для младших школьников на примере программирования Scratch. Обучающую, потому что в младшем школьном возрасте ребенок познает мир через обучение и игру. "Устный счет", потому что на сегодняшний день у каждого ребенка есть телефон, планшет, часы с калькулятором, поэтому устный счет дети не применяют, хотя еще со времен Древней Греции данный вид деятельности считается прекрасной гимнастикой для ума.
2.2 Разработка и создание обучающей игры для младших школьников в среде программирования Scratch
Создание любой игры начинается, с определения сюжетной линии. Сюжет моей игры - приключения заключается в том, что у пришельца Робика закончилось топливо вблизи планеты Земля, где он и совершил вынужденную посадку. Робик просит ребят помочь ему, пройти испытания, чтобы заправить ракету (приложение 9). В качестве испытания взят популярный жанр игры, выбранный первоклассниками в анкетах.
В мини-игре необходимо помочь Робику доехать до финиша, подобрав к цифре, встречающейся на пути, верное выражение. Если выбран правильный ответ - гонка продолжается, если выбран неверный ответ – программа пишет "ошибка", сопровождая это действие сигналом и начинает гонку с того места, где была допущена ошибка. Игра дает возможность закрепить навыки устного счета, развивает внимание и умение быстро реагировать. Данное задание требует усидчивости, но по итогам игрока ждет награда – бочка бензина.
Для создания этой игры потребовалось:
1. Сменить фон сцены. Для этого предлагается четыре варианта: 1. Выбрать фон из библиотеки. 2.Нарисовать новый. 3. Загрузить с компьютера. 4.Получить с камеры. Изображение трассы, не найдено в библиотеке фонов, поэтому я загрузил его из интернета.
2. Добавить героев. У нас это пришелец Робик, который будет объяснять, и давать задание игроку. Объект, который выполняет какие-либо команды, в Scratch называют спрайтом. Для того, чтобы создать спрайт программа также предлагает четыре варианта. Воспользуемся первым, т.е. выберем готовый спрайт из библиотеки. Изображение пришельца, которое нам подойдет, находится в теме «Космос» (приложение 10). В категории «Транспорт» мы выбрали автомобиль для гонки.
3. Прописать для героя движения и назначить клавиши управления.
Добавив на сцену пришельца Робика и автомобиль, возникла проблема: «Как же посадить Робика в машину?» Поэкспериментировав, я нашел ответ. Оказывается это можно сделать, меняя слои местами. Если машина на верхнем слое, она накладывается на Робика и получается, что он сидит в машине. При создании игры, я так же столкнулся с интересным фактом, оказывается сам главный герой и его машина остаются не подвижным на протяжении всей игры. Эффект движения достигается за счет движения цифр и выражений (приложение 11).
4. Озвучить игру. Звук, был выбран готовый из библиотеки.
5. Сохранить игру. Существует три способа сохранения готового файла, созданного в среде Scratch:
В виде исполняемого файла с расширением sb2, чтобы можно было запускать на компьютере, как обычную программу.
В виде публикации программы на сайт http://scrаtch.mit.edu.
В виде ролика.
Мной игра была сохранена, как программа для тренировки "Устного счета", также в виде ролика для презентации на НПК.
В результате эксперимента разработана и создана обучающая игра для младших школьников "Устный счет" в среде программирования Scratch. Данный процесс был очень увлекательным и познавательным. Игра получилась удобной в применении, как для учителей, так и для учеников:
без переписывания программы можно менять цифры, выражения и знаки (добавлять умножение и деление) - задавать примеры разной сложности, что актуально для учителей и нашего классного руководителя, поскольку она одновременно ведет первый и третий класс;
программа создана отдельной мини-игрой. Создавая продолжение, в каждой новой мини-игре можно использовать разные темы, тогда игрок сможет отрабатывать только необходимые ему, не возвращаясь, каждый раз в начало игры;
ученики могут сами пробовать свои силы в программировании - менять цифры и выражения, например, создавая задание для соседа по парте, тем самым еще раз отрабатывать навыки устного счета, развивать интеллектуальные, познавательные и творческие способности, знакомится с основами программирования.
2.3. Изучение мнения аудитории
Игра, разработанная в программе Scratch, была представлена 25 учащимся 1 класса и педагогу МАОУ «Гимназия №5». Для изучения мнения аудитории им предложено было оценить игру:
скорость движения;
качество изображения;
музыка и звуки;
игра помогает в отработке навыков "Устного счета";
предложения и пожелания.
Анализ результатов мнения аудитории показал (приложение 12), что использование игры в учебной деятельности возможно. Первоклассникам отработка навыков «Устного счета» с помощью предложенного варианта понравилась. Со стороны педагога было пожелание по сокращению времени движения цифр и выражений (т. е. сокращения времени на выбор правильного варианта). В программу были внесены соответствующие изменения.
Таким образом, видно, что младших школьников интересует тема программирования, практически каждый хотел бы знать, как самому создать компьютерную игру. В ходе эксперимента выяснилось, что компьютерную игру можно успешно создать самому, использую среду программирования Scratch. Ведь это очень увлекательный и захватывающий процесс.
Заключение
Во время выполнения моей исследовательской работы я изучил среду программирования Scratch, ее возможности и характеристики, провел анкетирование, проанализировал полученные результаты, научился создавать, разрабатывать и отлаживать программу, на примере обучающей игры для младших школьников "Устный счет".
Таким образом, я убедился, что программирование на Scratch на самом деле очень увлекательный процесс, который развивает логику, эрудицию, креативное и алгоритмическое мышление, навыки информатики, математики, технологии и творческие способности. Дети учатся программировать, а значит, используют компьютер уже не просто, как игрушку, а в качестве полезного инструмента для решения разных задач, в том числе жизненных.
В ходе моих исследований, поставленная мною цель достигнута, я показал, что создание компьютерной игры – это очень нелегкий и трудоемкий процесс, требующий тщательной проработки, но каждый школьник может написать собственную игру, используя среду программирования Scratch.
Список литературы
1. Вордерман Кэрол, Вудкок Джон, Макаманус Шон "Программирование для детей. Иллюстрированное руководство по языкам Scratch и Python". Издательство: Манн, Иванов и Фербер, 2017, с. 224
2. Голиков Д." Scratch для юных программистов". Издательство: БХВ-Петербург, 2018, с. 192
3. Еремин Г. "Среда Scratch - первое знакомство". Газета "Информатика" №18/2008
4. Официальная страница Scratch. [Электронный ресурс] http:// scratch.mit.edu
5. Патаракин Е. Руководство для пользователя среды Scratch. [Электронный ресурс] http://www.supercode.ru/download/scratch_by_patarakin.pdf
6.Шапошникова С. "Введение в Scratch". [Электронный ресурс] http://window.edu.ru/resource/056/78056/files/scratch_lessons.pdf
Приложение
Приложение 1 - Митчелл Резник
Приложение 2 - Интерфейс Scratch
Приложение 3 - Кнопки для создания спрайтов
Приложение 4 - Вкладки работы спрайтов Приложение 5 - Кнопки начала и остановки работы проекта
Приложение 6 - Блоки команд
Приложение 7 - Анкета
Анкета
1. Может ли ученик младших классов сам создать компьютерную программу?
да
нет
2. Хотелось бы тебе узнать как это можно сделать?
да
нет
3. Что, кроме объяснений учителя, помогло бы тебе усвоить и закрепить новые знания?
беседа по теме
практическая работа
урок-игра
самостоятельное прочтение и закрепление материала
4. Какой жанр компьютерных игр тебе нравится?
приключения
гонки
развивающие
"стрелялки"
пазлы
твой вариант __________________________________________
П риложение 8 - Анализ анкет
Приложение 9 - Сюжетная линия обучающей игры "Устный счет"
Приложение 10 - Библиотека спрайтов
Приложение 11 - Обучающая игра "Устный счет", созданная в Scratch
Приложение 12 - Изучение мнения аудитории