序 言
前 言
教師的話一
教師的話二
編程基礎(chǔ)篇
第1講
什么是計(jì)算機(jī)程序？
一、什么是計(jì)算機(jī)語言？ /2
二、怎樣讓計(jì)算機(jī)聽懂Scratch語言？ /3
三、什么是計(jì)算機(jī)程序？ /4
四、Scratch編程環(huán)境簡介 /4
五、Scratch積木簡介 /6
六、怎樣讓程序運(yùn)行起來？ /10
七、第一個Scratch程序“Hello, world!” /10
八、更復(fù)雜的Scratch程序 /11
九、程序里的bug和debug /15
十、教師點(diǎn)評 /17
第2講
角色的動作、繪圖和音樂演奏
一、知識點(diǎn) /19
（一）角色的方向 /19
（二）角色變換造型 /20
（三）角色的畫筆 /20
（四）角色演奏音樂 /21
（五）角色的遮擋 /22
二、動手練：一個走動的鐘表 /23
（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /23
（二）基本思路 /23
（三）編程步驟 /23
（四）實(shí)驗(yàn)結(jié)果 /25
（五）遇到的bug及改正過程 /26
（六）思考與延伸 /26
三、課后作業(yè) /26
（一）實(shí)驗(yàn)一：音樂演奏 /26
（二）實(shí)驗(yàn)二：用計(jì)算機(jī)鍵盤彈鋼琴 /27
四、教師點(diǎn)評 /27
第3講
變量：角色的記憶
一、知識點(diǎn) /28
（一）什么是變量？ /28
（二）變量名字的寫法 /28
（三）變量有幾種？ /29
（四）什么是局部變量和全局變量？ /29
（五）怎樣建立變量？ /29
二、動手練：給托球游戲加一個計(jì)數(shù)器 /30
（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /30
（二）編程步驟 /30
（三）實(shí)驗(yàn)結(jié)果 /30
三、課后作業(yè) /31
實(shí)驗(yàn)：小貓出口算題 /31
四、教師點(diǎn)評 /32
第4講
循環(huán)：重復(fù)做動作
一、知識點(diǎn) /33
（一）什么是循環(huán)？ /33
（二）“重復(fù)執(zhí)行”積木的種類 /34
（三）循環(huán)的嵌套 /35
（四）寫循環(huán)的小秘訣 /36
二、動手練：閱兵方陣 /36
（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /36
（二）基本思路 /36
（三）編程步驟 /36
（四）實(shí)驗(yàn)結(jié)果 /37
（五）思考與延伸 /37
三、教師點(diǎn)評 /38
第5講
克�。航巧�的雙胞胎和多胞胎
一、知識點(diǎn) /40
（一）什么是克隆? /40
（二）什么時候用克��？ /40
二、動手練：閱兵方陣列隊(duì)行進(jìn) /41
（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /41
（二）基本思路 /42
（三）編程步驟 /42
（四）實(shí)驗(yàn)結(jié)果 /43
（五）遇到的bug及改正過程 /44
（六）思考與延伸 /44
三、教師點(diǎn)評 /44
第6講
條件判斷：角色根據(jù)情況做動作
一、知識點(diǎn) /45
（一）什么是條件判斷? /45
（二）多個條件的組合 /45
二、動手練：判斷奇偶數(shù) /46
（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /46
（二）基本思路 /46
（三）編程步驟 /46
（四）實(shí)驗(yàn)結(jié)果 /47
（五）遇到的bug及改正過程 /47
三、教師點(diǎn)評 /48
第7講
過程：程序的模塊化
一、知識點(diǎn) /49
（一）什么是過程？ /49
（二）在Scratch程序里怎樣實(shí)現(xiàn)過程？ /49
（三）調(diào)用一個過程時到底發(fā)生了什么？ /51
二、動手練：會織網(wǎng)的蜘蛛 /53
（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /53
（二）基本思路 /53
（三）編程步驟 /53
（四）實(shí)驗(yàn)結(jié)果 /54
（五）思考與延伸 /55
三、課后作業(yè) /55
實(shí)驗(yàn)：彩虹風(fēng)車 /55
四、教師點(diǎn)評 /56
第8講
列表：把幾個變量合起來
一、知識點(diǎn) /57
（一）什么是列表？為什么要用列表？ /57
（二）怎樣理解列表？ /57
（三）對列表的操作 /58
二、動手練：找出最大值和最小值 /59
（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /59
（二）基本思路 /60
（三）編程步驟 /60
（四）實(shí)驗(yàn)結(jié)果 /60
（五）思考與延伸 /62
三、課后作業(yè) /62
實(shí)驗(yàn)：計(jì)算列表中數(shù)據(jù)的平均值 /62
四、教師點(diǎn)評 /63
第9講
字符串：把幾個字母合起來
一、知識點(diǎn) /64
（一）什么是字符串變量？ /64
（二）對字符串變量有哪些操作？ /64
二、動手練：元音字母計(jì)數(shù) /65
（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /65
（二）基本思路 /66
（三）編程步驟 /66
（四）實(shí)驗(yàn)結(jié)果 /66
三、教師點(diǎn)評 /67
第10講
收發(fā)消息：角色之間的溝通和協(xié)調(diào)
一、知識點(diǎn) /68
（一）角色之間的溝通和協(xié)調(diào) /68
（二）什么是“消息”？ /68
（三）怎樣創(chuàng)建消息？ /68
（四）怎樣發(fā)送消息？ /69
（五）怎樣接收消息？ /69
二、動手練：“誰在哪里干什么”游戲 /70
（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /70
（二）基本思路 /70
（三）編程步驟 /70
（四）實(shí)驗(yàn)結(jié)果 /73
三、教師點(diǎn)評 /74
計(jì)算思維篇
第11講
逐級逼近法：劉徽割圓法估計(jì)π
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /76
二、背景知識 /76
（一）π是什么？ /76
（二）π是多少？ /76
（三）怎樣找一個數(shù)盡量接近π？ /77
（四）劉徽割圓法估計(jì)π /78
三、基本思路 /79
（一）畫正多邊形 /79
（二）計(jì)算正多邊形的邊長 /80
四、編程步驟 /80
（一）角色設(shè)計(jì) /80
（二）變量設(shè)計(jì) /80
（三）過程描述與代碼展示 /80
五、遇到的bug及改正過程 /82
六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 /82
（一）隨著正多邊形邊數(shù)（n）的增加，π的估計(jì)值的變化 /82
（二）大圓小圓的結(jié)果一樣嗎？ /84
七、教師點(diǎn)評 /85
（一）為何叫“割圓法”？哪里體現(xiàn)了“割”？ /85
（二）本講采用的方法與劉徽割圓法的差異 /86
（三）劉徽和祖沖之的生平 /86
第12講
聰明的枚舉：巧解數(shù)字謎
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /87
二、背景知識 /87
（一）最笨的方法怎么填？ /87
（二）如何使得枚舉時不遺漏可能的填數(shù)方案？ /88
（三）如何手工計(jì)算判斷次數(shù)？ /89
三、基本思路 /89
（一）最笨的枚舉法 /89
（二）聰明一點(diǎn)的枚舉法 /89
（三）更聰明的枚舉法 /89
四、編程步驟 /90
（一）角色設(shè)計(jì) /90
（二）變量設(shè)計(jì) /90
（三）過程描述與代碼展示 /90
五、遇到的bug及改正過程 /92
六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 /92
（一）算法找到了多少種答案？ /92
（二）對比笨算法和聰明算法的判斷次數(shù) /92
七、思考與延伸 /94
八、教師點(diǎn)評 /94
第13講
再論聰明的枚舉：三階幻方
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /96
二、背景知識 /96
（一）什么是幻方？ /96
（二）怎樣填幻方？ /97
（三）三階幻方有哪些性質(zhì)？ /97
（四）三階幻方的“包卜魏猜想” /98
三、基本思路 /99
（一）最笨的填法是怎么填的？ /99
（二）聰明的方法怎么填？ /99
四、編程步驟 /100
（一）角色設(shè)計(jì) /100
（二）變量設(shè)計(jì) /100
（三）過程描述與代碼展示 /100
五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 /103
六、思考與延伸 /103
七、教師點(diǎn)評 /103
第14講
從最簡單的做起：4個和尚分饃饃
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /104
二、基本思路 /104
三、編程步驟 /105
（一）角色設(shè)計(jì) /105
（二）變量設(shè)計(jì) /105
（三）過程描述與代碼展示 /105
四、遇到的bug及改正過程 /107
五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 /108
（一）2個和尚分饃饃的分法與饃饃數(shù)有何關(guān)系？ /108
（二）3個和尚分饃饃的分法與饃饃數(shù)有何關(guān)系？ /109
（三）4個和尚分饃饃的分法與饃饃數(shù)有何關(guān)系？ /110
六、思考與延伸 /110
七、教師點(diǎn)評 /111
第15講
用“試錯法”求解雞兔同籠問題
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /112
二、背景知識 /112
（一）什么是雞兔同籠問題？ /112
（二）怎樣求解雞兔同籠問題？ /113
三、基本思路 /114
四、編程步驟 /114
（一）角色設(shè)計(jì) /114
（二）變量設(shè)計(jì) /114
（三）過程描述與代碼展示 /115
五、遇到的bug及改正過程 /116
六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 /116
七、思考與延伸 /116
八、教師點(diǎn)評 /116
第16講
隨機(jī)有威力：打圓形靶子估計(jì)π
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /119
二、背景知識 /120
三、基本思路 /120
四、編程步驟 /121
（一）背景和角色設(shè)計(jì) /121
（二）變量設(shè)計(jì) /121
（三）過程描述與代碼展示 /114
五、遇到的bug及改正過程 /122
六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 /123
七、思考與延伸 /124
八、教師點(diǎn)評 /125
第17講
再論隨機(jī)有威力：布豐投針估計(jì)π
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /127
二、背景知識 /128
（一）布豐是誰？布豐實(shí)驗(yàn)是干什么的？ /128
（二）歷史上研究者做過的布豐投針實(shí)驗(yàn) /128
三、基本思路 /129
四、編程步驟 /129
（一）角色設(shè)計(jì) /129
（二）變量設(shè)計(jì) /130
（三）過程描述與代碼展示 /130
五、遇到的bug及改正過程 /132
六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 /132
七、思考與延伸 /133
（一）扔圓環(huán)的碰線次數(shù) /133
（二）扔“將圓環(huán)掰直變成的投針”的碰線次數(shù) /134
（三）扔拐彎針的碰線次數(shù) /135
（四）比較一下長針和短針的碰線次數(shù) /136
（五）布豐投針能算π的終極解釋 /137
八、教師點(diǎn)評 /138
第18講
玩游戲體會“遞歸法”：河內(nèi)塔游戲
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /139
二、背景知識 /140
（一）河內(nèi)塔的故事 /140
（二）什么是遞歸積木塊？ /140
（三）遞歸積木塊是怎樣執(zhí)行的？ /140
三、基本思路 /141
（一）最簡單的情形：1個盤子 /142
（二）比較簡單的情形：2個盤子 /142
（三）難一點(diǎn)的情形：3個盤子 /142
（四）再難一點(diǎn)的情形：4個盤子 /145
四、編程步驟 /145
（一）角色設(shè)計(jì) /145
（二）變量設(shè)計(jì) /145
（三）過程描述與代碼展示 /146
五、遇到的bug及改正過程 /146
六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 /147
（一）輸入不同的n，驗(yàn)證移動次數(shù) /147
（二）要是有64個盤子呢？ /148
七、思考與延伸 /148
八、教師點(diǎn)評 /148
第19講
“遞歸法”的應(yīng)用：斐波那契數(shù)列與黃金分割
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /149
二、背景知識 /151
（一）斐波那契是誰？什么是斐波那契數(shù)列？ /151
（二）什么是黃金分割？ /152
（三）斐波那契數(shù)列和黃金分割有何聯(lián)系？ /152
三、基本思路 /153
四、編程步驟 /154
（一）角色設(shè)計(jì) /154
（二）變量設(shè)計(jì) /154
（三）過程描述與代碼展示 /155
五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 /156
六、思考與延伸 /156
七、教師點(diǎn)評 /157
（一）如果兔子要3個月才成年呢？ /157
（二）斐波那契數(shù)列的有趣性質(zhì)一：相鄰月份數(shù)目之和 /157
（三）斐波那契數(shù)列的有趣性質(zhì)二：相鄰偶數(shù)月份數(shù)目之積、相鄰奇數(shù)月份數(shù)目之積 /158
（四）植物中的斐波那契數(shù)列 /159
第20講
玩游戲體會“搜索法”：走迷宮
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /160
二、基本思路 /161
三、編程步驟 /162
（一）角色設(shè)計(jì) /162
（二）變量設(shè)計(jì) /162
（三）過程描述與代碼展示 /163
四、遇到的bug及改正過程 /167
五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 /167
六、思考與延伸 /169
（一）采用什么樣的策略走最合適？ /169
（二） “走迷宮”和解數(shù)學(xué)題之間有什么關(guān)系？ /169
七、教師點(diǎn)評 /169
第21講
玩游戲體會“二分法”：找鉆石
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /171
二、背景知識 /172
三、基本思路 /173
四、編程步驟 /173
（一）角色設(shè)計(jì) /173
（二）變量設(shè)計(jì) /173
（三）過程描述與代碼展示 /173
五、遇到的bug及改正過程 /177
六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 /178
七、思考與延伸 /178
（一）采用什么樣的策略最合適？ /178
（二）傅鼎荃說對8行8列的游戲來說，使用二分法最多需要6次，為什么？ /178
（三）用遞歸的觀點(diǎn)想一想 /179
八、教師點(diǎn)評 /179
第22講
“二分法”的應(yīng)用：估計(jì)的值
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /180
二、背景知識 /181
（一）是怎么發(fā)現(xiàn)的？ /181
（二）畢達(dá)哥拉斯是誰？ /181
（三）為什么說的發(fā)現(xiàn)是一件重要的事情？ /182
三、基本思路 /182
四、編程步驟 /183
（一）角色設(shè)計(jì) /183
（二）變量設(shè)計(jì) /183
（三）過程描述與代碼展示 /183
五、遇到的bug及改正過程 /185
六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 /185
（一）除了2，計(jì)算一下其他數(shù)的平方根，比如3、5、7 /185
（二）輸入不同的初始估計(jì)值low和up，需要多少次循環(huán)才能估計(jì)準(zhǔn)？ /186
七、思考與延伸 /186
（一）有沒有更快的方法來估計(jì)出呢？ /186
（二）計(jì)算2的十二次方根 /187
八、教師點(diǎn)評 /191
第23講
仿真世界：牛頓的大炮
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /192
二、背景知識 /192
（一）牛頓是誰？ /192
（二）牛頓的大炮是用來做什么的？ /193
三、基本思路 /193
四、編程步驟 /194
（一）角色設(shè)計(jì) /194
（二）變量設(shè)計(jì) /194
（三）過程描述與代碼展示 /195
五、遇到的bug及改正過程 /197
六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 /197
七、思考與延伸 /198
八、教師點(diǎn)評 /198
（一）如何根據(jù)斜方向的拉力F計(jì)算出水平方向的拉力Fx和豎直方向的拉力Fy？ /199
（二）平方反比率的推導(dǎo)和背后的原因 /200
（三）牛頓和他所在的那個光輝時代 /201
（四）用更大號的三棱鏡重做牛頓的光譜實(shí)驗(yàn) /201
第24講
再論仿真世界：森林里有幾只老鼠，幾只貓頭鷹？
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /202
二、背景知識 /202
三、基本思路 /203
四、編程步驟 /204
（一）角色設(shè)計(jì) /204
（二）變量設(shè)計(jì) /204
（三）過程描述與代碼展示 /204
五、遇到的bug及改正過程 /207
六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 /207
七、思考與延伸 /208
（一）要是第一年只有50萬只老鼠呢？ /208
（二）假如1萬只貓頭鷹每年吃掉0.1萬只老鼠呢？ /208
（三）假如1萬只貓頭鷹每年吃掉0.2萬只老鼠呢？ /209
八、教師點(diǎn)評 /209
第25講
博弈初探：會下tic-tac-toe棋的阿爾法小狗
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? /211
二、背景知識 /211
（一）什么是tic-tac-toe棋游戲？ /211
（二）人是怎樣下棋的？ /212
三、基本思路 /213
（一）阿爾法小狗怎樣表示棋局？ /213
（二）阿爾法小狗怎樣判斷下在哪里贏面大呢？ /213
（三）阿爾法小狗怎樣下棋呢？ /215
（四）阿爾法小狗怎樣對棋局進(jìn)行評分呢？ /216
（五）阿爾法小狗要“深謀遠(yuǎn)慮”還是“目光短淺”？ /216
四、編程步驟 /218
（一）角色設(shè)計(jì) /218
（二）變量設(shè)計(jì) /218
（三）過程描述與代碼展示 /219
五、遇到的bug及改正過程 /225
六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 /225
七、思考與延伸 /227
（一）怎樣讓阿爾法小狗變聰明？ /227
（二）新玩法：“狗狗大戰(zhàn)” /228
八、教師點(diǎn)評 /228
（一）阿爾法狗的訣竅之一：控制樹不能太高 /229
（二）阿爾法狗的訣竅之二：控制樹不能太寬 /230
（三）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是怎樣學(xué)會打分和走子的？ /230