Scratch и математика - учись, играя

IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Scratch и математика - учись, играя

Нурдинова М.И. 1Чуй Д.И. 1
1МБОУ "ООШ № 12" Асбестовского городского округа
Самофалова В.В. 1
1МБОУ "ООШ № 12"
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Список терминов

Scratch – это бесплатный язык программирования и одновременно программа, предоставляющая визуальный интерфейс для создания игр и анимации. 

Алгоритм – набор инструкций, описывающих порядок действий исполнителя для достижения некоторого результата.

Блок-схема – это графическое описание процесса или алгоритма, использующее различные символы с целью представить операции, связи между которыми раскрываются с помощью стрелок.

Графический редактор – программа, позволяющая создавать, просматривать, и редактировать цифровые изображения на компьютере.

Программа - это последовательность инструкций, предназначенных для исполнения компьютером.

Программный код – смотреть «Скрипт»

Сайт – (англ.Site) ресурс Интернета. Как правило, сайт является, каталогом на серверном компьютере, даже несмотря на то, что большинство сайтов имеют собственное имя.

Скриншот - (от англ. screenshot) — это снимок экрана вашего компьютера.

Скрипт набор команд какого-либо языка.

Среда программирования -  это такие программы, в которых программисты реализовывают свои коды.

Спрайт – (англ. Sprite — фея; эльф) — графический объект в компьютерной графике.

Страничка интернет – смотреть «Сайт».

Тестированиепроцесс анализа на конечном этапе с целью обнаружения ошибок. 

Язык программирования – условный язык, предназначенный для записи компьютерных программ.

Введение

Меня зовут Мария. C того момента, как я получила в подарок книгу «Программирование для детей на языке Scratch», и я увлеклась созданием проектов в Scratch, прошло около трех лет.

В прошлом году я защищала проект «Программирование Scratch – учись, играя», где доказала, что даже школьник начальных классов без труда может создать компьютерную игру. Готовый проект я опубликовала на сайт Scratch и предложила одноклассникам выйти на сайт и ознакомиться с моей игрой. После этого Дарина, моя одноклассница, тоже заинтересовалась программированием. Мы стали работать вместе.

В этом году мы решили взять более практичную тему. Решение не заставило себя ждать. Объединив два наших любимых предмета математику и информатику, родилась идея создания тренажера по математике.

На сегодняшний день очень трудно, да практически невозможно представить современного подростка без компьютера, планшета и прочих гаджетов. Поэтому мы считаем, что будет актуально перенести и какую-то часть учебного материала на мобильные устройства. Конечно, и до нас придумывали подобные тренажеры и интеллектуальные игры, но своим проектом мы ещё раз попытаемся доказать, что создать программу под силу обычному школьнику.

Актуальность нашей исследовательской работы заключается в том, что даже скучное обучение можно превратить в интересное и увлекательное занятие, а также пробудить интерес школьников к программированию.

Проблема: возможность объединить учебу и игру – всегда остается актуальной проблемой любого учебного процесса. Программирования Scratch открывает детям новые способы для самовыражения и помогает учиться, играя.

Гипотеза: программирование - одна из сложных тем в информатике, но эти сложности можно легко преодолеть, создавая компьютерные игры в среде программирования Scratch. Предположим, что можно объединить компьютерную игру и устный счет по математике.

Объект исследованиядетская среда программирования Scratch.

Предмет исследования создание компьютерных игр-тренажеров по математике.

В 5 классе на уроках математики мы познакомились с квадратом и кубом натурального числа, поэтому цель исследовательской работы:создать математический тренажер по теме «Степень натурального числа», а также по теме «Умножение однозначных чисел».

Задачи исследовательской работы:

- собрать и изучить литературу по теме;

- подобрать арифметические задания для тренажера;

- разработка дизайна тренажера;

- разработать систему оценивания выполненных задач, оформление результата;

- смоделировать и создать компьютерную игру-тренажер;

- развивать навыки учебно-исследовательской деятельности, в том числе по сбору, обработке информации, составлению презентации, защите проекта.

Методы исследования:

- изучение и обобщение литературы и материалов сети Internet;

- создание контрольных заданий по математике;

- анализ полученных данных;

- моделирование (создание блок-схемы) компьютерной игры;

- создание кода компьютерной игры.

1. Теоретическая часть

Программируем при помощи картинок

Scratch — это визуальный язык, созданный для детей, программировать на котором очень просто. С его помощью можно создавать самые разные веселые и интересные программы, например, игры и анимацию. Для него есть целые наборы (библиотеки) картинок и звуков, с которыми можно позабавиться.

Секрет в том, что в Scratch нет слов (команд), которые нужно знать наизусть и уметь писать без ошибок. Писать программы в Scratch не сложнее, чем собирать конструктор Lego – команды присоединяются друг к другу как кирпичики.

  Эти блоки (кирпичики) бывают нескольких видов:

- движение;

- внешность;

- звук;

- контроль;

- сенсоры;

- операции;

- переменные.

Примеры команд Scratch приведены на рисунке 1.

Рис.1

На экране собираются графические блоки, которые управляют анимированными героями. Таким образом, можно создать историю или игру и контролировать поведение разных героев, соединяя графические блоки.

Собирать эти кирпичики (команды) можно на русском или английском языке, просто перетаскивая мышкой их из одной панельки на другую (рис.2).

Рис.2. Пример написания команды Scratch

Язык Scratch придумали и написали студенты Массачусетского Технического Института (MIT). При разработке языка основным приоритетом создателей было сделать язык и среду разработки простыми, интуитивно понятными и легко усваиваемыми детьми, не имевшими опыта в программировании (рис.3).

Не нужно писать код руками, но, продумывая сложные алгоритмы и собирая блоки, Scratch может создавать удивительные проекты.

Рис.3. Интерфейс рабочего места.

Scratch почти не требует ввода текста с клавиатуры. При этом в программу можно добавлять объекты: людей, автомобили, животных. Такие объекты называются спрайтами. Попросту спрайты — это фигурки-персонажи (рис.4). Каждый спрайт выполняет свои действия, алгоритмы, собранные из кирпичиков-команд.

Рис.4. Пример программирования спрайта.

Скретч – это не только среда программирования, но и социальная сеть, которая объединяет пользователей из разных стран. Здесь можно опубликовать свои проекты и посмотреть чужие.

Кроме того, вы можете взять любой понравившийся вам проект, посмотреть его код и изменить по своему вкусу, или сделать на его основе свою программу.

Девиз Scratch - «Придумывай, программируй, публикуй!». Это следует принципу создания проекта: Сначала приходит идея («Придумай»), потом программирование идеи в Scratch («программируй»), а затем опубликование ее в сообществе («публикуй»).

Новые возможности языка Scratch

Языку программирования Scratch уже 13 лет. В 2019 году вышла в свет очередная версия среды программирования Scratch.

Изменения коснулись пользовательского интерфейса, и в частности палитры блоков. Мне понравилась возможность находить нужный блок, пролистывая при этом все категории скриптов, тогда как ранее поиск был возможен лишь внутри одной категории.

Такие нововведения облегчают поиск, поскольку порой было трудно отыскать необходимый блок в процессе освоения программы.

Разработчики заострили внимание на том, что интерфейс теперь будет более интуитивным, что должно понравиться как опытным пользователям, так и новичкам (рис 5).

Помимо палитры блоков, внимание учителей привлекло и измененное поле для работы со скриптами. Это поле теперь имеет более светлый оттенок и дает ощущение свободного пространства, этот эффект достигается благодаря чистому холсту. Дополнительное пространство даёт больший простор для творчества и реализации своих идей. 

Рис.5. Новый интерфейс рабочего места.

Незамеченными не остались и новые спрайты, и костюмы. Интересно то, что большинство новых спрайтов имеют как минимум три дополнительных костюма (рис. 6). Иными словами, если новичку Scratch захочется создать эффект движения спрайта, то всё, что ему потребуется сделать, так это установить костюм спрайта в режим «цикл». Результат поразит! 

Рис.6. Новые спрайты и костюмы.

Что такое «переменная» и «список»?

Для создания нашего проекта нам необходимо изучить, что такое переменная и список. Вот что мы поняли:

Переменные настолько важны в программировании, что оно без них немыслимо. Ведь несмотря на то, что программа – это в первую очередь алгоритмы и логика, они не могут обрабатывать пустоту. Алгоритмы работают с данными, которые хранятся в памяти компьютера и к ним надо как-то обращаться, связываться с ними.

Как раз эту задачу решают переменные. Переменная состоит из имени и значения. Значение – это и есть данные. Через имя переменной мы обращаемся к ячейкам памяти, чтобы получить оттуда данные или изменить их.

В Scratch ярко-оранжевый раздел "Переменные" (рис.7) содержит несколько блоков:

Рис. 7. Раздел «Переменные»

В программе может быть множество переменных. Поэтому есть кнопка "Создать переменную", при нажатии на которую открывается диалоговое окно, куда надо ввести имя переменной и выбрать, будет ли она доступна всем спрайтам или только текущему. Во втором случае созданная переменная не будет видна остальным спрайтам. Ею сможет использовать только один спрайт.

Список в Scratch это тоже переменная, но в нем можно хранить множество переменных, как будь-то записанных «друг за другом». И у каждой переменной в списке есть порядковый номер.

Имя переменной или списка может быть любым. Однако желательно, чтобы оно было описательное.

Выводы по теоретической части:

- на основе изученной литературы собраны необходимые сведения по теме проекта;

- изучены основы работы с переменными и списками в среде Scratch и основные команды к ним;

- выделены новые возможности языка Scratch3.

2. Практическая часть

2.1 Разработка контрольных заданий

В данном разделе описана разработка контрольных заданий, позволяющих проверить знания по темам:

- «Умножение однозначных чисел (таблица умножения)»;

- «Степень натурального числа».

Для создания контрольных заданий были выбраны примеры на устный счет для двух группы: 1 группа - найти произведение чисел; 2 группа - вычислить значение степени числа. Для нахождения значения степени числа были выбраны задания, в которых необходимо возвести числа первого десятка во 2 и 3 степени и на вычисление значения степени с основанием 2 и показателем от 1 до 10. Пример контрольных заданий прилагается (Приложение 1).

На первом этапе создания тренажера контрольные примеры будут занесены в программу в виде списков.

На втором этапе создания тренажера контрольные примеры можно будет импортировать в программу из текстового файла в формате Excel с помощью создания дополнительного сервиса.

2.2 Создание тренажера по математике

На начальном этапе работы мы с руководителем проекта разработали и зарисовали весь алгоритм нашей будущей программы в виде блок-схемы.

Мы поняли, что блок-схемы применяются для передачи сложных идей максимально простым способом, так, что они становятся понятны даже неопытному пользователю. Кроме того, блок-схемы дают возможность разбивать процесс на этапы.

Элементы (или символы) блок-схем различаются по своему назначению:

Овал — указывает на начало и конец процесса;

Параллелограмм— используется для отображения инструкций или данных;

Ромб — отображает альтернативные пути в схеме процесса в зависимости от условия;

Прямоугольник — этап процесса;

Линия со стрелкой указывает связи между фигурами.

Таким образом, у нас получилось три блок схемы (Приложение 2):

- основная, описывающая весь процесс работы программы;

- блок – схема процесса «Степень натурального числа»;

- блок – схема процесса «Прохождение теста, подсчет результатов»

Программа в Scratch всегда состоит из спрайтов (персонажи и объекты) (рис.8) и к каждому надо собрать команды кирпичики.

Рис.8. Подборка костюмов для спрайта.

В нашей программе мы будем использовать типовые спрайты и спрайты, созданные нами. Скрипты для некоторых спрайтов приведены в Приложении 3. Так в проекте создано 23 спрайта.

Спрайты «цифры для фона», которые мигают и вертятся на заставке (рис.9).

Рис.9. Спрайты «цифры для фона»

Спрайты «Персонажи» (рис.10) это мальчик, девочка и великий математик.

Рис.10. Спрайт «Персонажи»

Спрайт «Цифра1» и «Цифра2» - показывают степень и основание степени, а также множитель и множимое при умножении (рис.11)

Рис.11. Спрайт степень и основание степени

Кроме спрайтов в проекте созданы несколько разных фонов, чтобы придать тренажёру элемент игры (рис.12).

Рис.12. Создание фонов в проекте

Основная работа заключалась в том, чтобы создать скрипт на основе блок-схемы для отображения заданий и проверки ответов. Надо было предусмотреть и подсчет правильно выполненных заданий, и отображение правильного результата, если не удалось ответить правильно со второй попытки.

Одна из основ  Scratch — возможность делиться проектами. Готовый проект я опубликовала на сайте Scratch.

Описание программы и инструкция для работы в программе размещена в Приложении 4.

На этом практическая часть моей работы закончена.

Выводы по практической части:

- разработаны контрольные задания для теста;

- разработана блок-схема программы;

- создан математический тренажер - игра в среде Scratch;

- поделилисть ссылкой своей игры, размещенной на сайте Scratch с одноклассниками.

Полностью посмотреть программу можно на официальном сайте Sctatch по ссылке: https://scratch.mit.edu/projects/364952249 или в строке поиска на сайте набрать Nurmariи можно увидеть все наши опубликованные проекты.

Заключение

Закончив работу над проектом, мы можем с уверенностью сказать, что поставленные перед нами задачи мы выполнили:

на основе изученной литературы собраны необходимые сведения по теме проекта;

изучены основы работы с переменными и списками в среде Scratch и основные команды к ним;

разработаны контрольные задания для теста;

разработана блок-схема программы;

создан математический тренажер - игра в среде Scratch;

опубликовали свой проект на сайте Scratch.

Наша гипотеза подтвердилась: создав математический тренажер - игру в среде Scratch, нам удалось объединить компьютерную игру и навыки устного счета по математике.

Теоретическая значимость нашей работы заключается в том, что многие наши сверстники, одноклассники и не только, возможно обратят внимание на наше исследование и на объект исследования, и так же как мы, увлеченно начнут изучать азы программирования. Программирование открывает множество новых возможностей для обучения. Так же, как это происходит с чтением и письмом: если вы умеете читать и писать, вы сможете узнать много разных новых вещей. Сначала вы учитесь читать, а потом читаете, чтобы учиться. То же самое происходит с программированием: сначала вы учитесь программировать, а затем программируете, чтобы учиться. В цифровом мире самым важным и необходимым языком является язык программирования. Программирование – это вторая грамотность.

Scratch развивает творческое мышление, он вовлекает детей в поиск новых решений известных задач и проблем.

Наша работа имеет практическую значимость, потому что материалы исследования могут быть использованы для подготовки к уроку информатики, так же игру-тренажер можно использовать для образовательных целей и улучшения навыков устного счета по математике для всех желающих, так как игра после создания размещена на сайте Scratch для публичного доступа.

Считаем, что изучение программированию приносит пользу любому школьнику: оно помогает более полному творческому самовыражению, развивает логического мышления и позволяет лучше понимать, как работают новые технологии, которые окружают нас в повседневной жизни.

Независимо от того, какую профессию мы выберем в будущем, умение программировать на Scratch позволит нам всегда планировать свои действия и находить необходимую информацию для решения любых жизненных задач.

Список используемой литературы и Интернет-ресурсов

Баркрашков А.(перевод). Программирование для детей на языке Scratch-Москва: Издательство АСТ, 2017- 94с.

Голиков Д. Голиков А. 42 проекта на Scratch 3 для юных программистов, 2019 - 184 с.

https://robotlandia.ru /abc5 – Азбука Роботландии. Скретч (базовый).

https://younglinux.info/scratch/variable - Лаборатория Линуксоида. Программирование в Scratch. Переменные.

http://scratch.by - Программирование – вторая грамотность. Образовательный проект.

http://scratch.mit.edu – Официальный сайт Scratch.

Приложение 1

Контрольные задания

25=32

52=25

63=216

72=49

53=125

32=9

23=8

22=4

26=64

33=27

62=36

92=81

103=1000

102=100

82=64

83=512

93=729

27=128

28=256

29=512

24=16

42=16

43=64

N2=9 N=3

N4=16 N=2

N5=32 N=2

N3=27 N=3

N2=64 N=8

3n=9 n=2

2n=16 n=4

2n=32 n=5

3n=27 n=3

2n=64 n=6

6n=36 n=2

2n=8 n=3

 

6х2=12

6х3=18

6х4=24

6х5=30

6х6=36

6х7=42

6х8=48

6х9=54

7х2=14

7х3=21

7х4=28

7х5=35

7х6=42

7х7=49

7х8=56

7х9=63

8х2=16

8х3=24

8х4=32

8х5=40

8х6=48

8х7=56

8х8=64

8х9=72

9х2=18

9х3=24

9х4=36

9х5=45

9х6=54

9х7=63

9х8=72

9х9=81

Приложение 2

Блок-схема программы

Блок-схема процесса «Степени натуральных чисел»

Блок-схема процесса «Прохождение теста, подсчет результатов»

Приложение 3

Скрипт программы для спрайт - цифра 0 в заставке

Скрипт программы для спрайт - девочка

Основной скрипт программы

Приложение 4

Инструкция для работы с программой

Загрузить программу Sctatch по ссылке: https://scratch.mit.edu/projects/364952249 или в строке поиска на сайте https://scratch.mit.edu набрать Nurmariи выбрать проект «Nurmari_тренажер по матетатике».

Нажать значок зеленый флажок и игра начнется.

Следуя инструкции на экране нажимаем клавишу «Пробел».

Теперь надо выбрать персонажа который будет задавать вопросы.

Выбираем основной пункт меню «Таблица умножения»(облако 2*2) или «Степени чисел»(облако mn ).

Выбранный герой предложит 5 примеров на которые нужно ввести ответ в предложенное поле. В случае ошибки дается вторая попытка, и в случае неверного варианта на экране появится правильный ответ.

После всех заданий сообщается количество правильных ответов.

В завершении теста можно пройти его снова ответив «ДА» на вопрос о продолжении игры или «НЕТ» для ее окончания.

Игру можно остановить в любое время начав на красный кружок в верхнем углу поля.

Просмотров работы: 2664