本書系統闡述了Scratch圖形化編程軟件的一個擴展版BYOB的初步應用，使讀者能夠初步了解用程序解決問題的一般步驟和方法。
本書在編寫形式上，以主題引領任務，以任務驅動應用，以應用帶動能力，可操作性強。本書結合本地化素材，通過“劇情簡介”、“準備道具”、“編寫劇本”、“劇情延展”等，以講故事的方式，啟發讀者在探究的過程中完成學習任務。這種編排形式，也有利于使用本書進行教學的教師在此基礎上創建自己的本地化教材。
    本書是零起點教材，適合于九年一貫制教學，教師可根據學生的學習情況靈活選擇章節進行教學。本書的第3、4章的結構化程序設計部分可以作為算法教學的基礎課程使用，便于學生理解各種程序結構。第5、6章可以作為網絡知識、硬件知識的先導課程。同時，本書也適合于圖形化編程愛好者，特別是原來的Scratch使用者。

《青少年科技創新叢書》
編委會


主編： 鄭劍春
副主編： 李甫成李夢軍
委員： (按拼音排序)
曹雙丁偉達董英姿高山何琪辰
景維華李大維梁志成劉玉田毛勇
蘇叢堯王德慶王建軍王君英王文精
魏曉暉吳俊杰武健向金謝作如
修金鵬葉琛于方軍于欣龍張政楨
張晟趙亮

序（1）

吹響信息科學技術基礎教育改革的號角
（一）
信息科學技術是信息時代的標志性科學技術。信息科學技術在社會各個活動領域廣泛而深入的應用，就是人們所熟知的信息化。信息化是21世紀最為重要的時代特征。作為信息時代的必然要求，它的經濟、政治、文化、民生和安全都要接受信息化的洗禮。因此，生活在信息時代的人們應當具備信息科學的基本知識和應用信息技術的基礎能力。
理論和實踐表明，信息時代是一個優勝劣汰、激烈競爭的時代。誰先掌握了信息科學技術，誰就可能在激烈的競爭中贏得制勝的先機。因此，對于一個國家來說，信息科學技術教育的成敗優劣，就成為關系國家興衰和民族存亡的根本所在。
同其他學科的教育一樣，信息科學技術的教育也包含基礎教育和高等教育兩個相互聯系、相互作用、相輔相成的階段。少年強則國強，少年智則國智。因此，信息科學技術的基礎教育不僅具有基礎性意義，而且具有全局性意義。
（二）
為了搞好信息科學技術的基礎教育，首先需要明確：什么是信息科學技術？信息科學技術在整個科學技術體系中處于什么地位？在此基礎上，明確：什么是基礎教育階段應當掌握的信息科學技術？
眾所周知，人類一切活動的目的歸根結底就是要通過認識世界和改造世界，不斷地改善自身的生存環境和發展條件。為了認識世界，就必須獲得世界（具體表現為外部世界存在的各種事物和問題）的信息，并把這些信息通過處理提煉成為相應的知識；為了改造世界（表現為變革各種具體的事物和解決各種具體的問題），就必須根據改善生存環境和發展條件的目的，利用所獲得的信息和知識，制定能夠解決問題的策略并把策略轉換為可以實踐的行為，通過行為解決問題、達到目的。
可見，在人類認識世界和改造世界的活動中，不斷改善人類生存環境和發展條件這個目的是根本的出發點與歸宿，獲得信息是實現這個目的的基礎和前提，處理信息、提煉知識和制定策略是實現目的的關鍵與核心，而把策略轉換成行為則是解決問題、實現目的的最終手段。不難明白，認識世界所需要的知識、改造世界所需要的策略以及執行策略的行為是由信息加工分別提煉出來的產物。于是，確定目的、獲得信息、處理信息、提煉知識、制定策略、執行策略、解決問題、實現目的，就自然地成為信息科學技術序（1） BYOB創意編程——Scratch擴展版教程〖2〗〖2〗 〖1〗
的基本任務。
這樣，信息科學技術的基本內涵就應當包括：①信息的概念和理論；②信息的地位和作用，包括信息資源與物質資源的關系以及信息資源與人類社會的關系；③信息運動的基本規律與原理，包括獲得信息、傳遞信息、處理信息、提煉知識、制定策略、生成行為、解決問題、實現目的的規律和原理；④利用上述規律構造認識世界和改造世界所需要的各種信息工具的原理和方法；⑤信息科學技術特有的方法論。
鑒于信息科學技術在人類認識世界和改造世界活動中所扮演的主導角色，同時鑒于信息資源在人類認識世界和改造世界活動中所處的基礎地位，信息科學技術在整個科學技術體系中顯然應當處于主導與基礎雙重地位。信息科學技術與物質科學技術的關系，可以表現為信息科學工具與物質科學工具之間的關系： 一方面，信息科學工具與物質科學工具同樣都是人類認識世界和改造世界的基本工具；另一方面，信息科學工具又駕馭物質科學工具。
參照信息科學技術的基本內涵，信息科學技術基礎教育的內容可以歸結為：①信息的基本概念；②信息的基本作用；③信息運動規律的基本概念和可能的實現方法；④構造各種簡單信息工具的可能方法；⑤信息工具在日常活動中的典型應用。
（三）
與信息科學技術基礎教育內容同樣重要甚至更為重要的問題是要研究： 怎樣才能使中小學生真正喜愛并能夠掌握基礎信息科學技術？其實，這就是如何認識和實踐信息科學技術基礎教育的基本規律的問題。
信息科學技術基礎教育的基本規律有很豐富的內容，其中有兩個重要問題： 一是如何理解中小學生的一般認知規律，二是如何理解信息科學技術知識特有的認知規律和相應能力的形成規律。
在人類（包括中小學生）一般的認知規律中，有兩個普遍的共識： 一是“興趣決定取舍”，二是“方法決定成敗”。前者表明，一個人如果對某種活動有了濃厚的興趣和好奇心，就會主動、積極地探尋其奧秘；如果沒有興趣，就會放棄或者消極應付。后者表明，即使有了濃厚的興趣，如果方法不恰當，最終也會導致失敗。所以，為了成功地培育人才，激發濃厚的興趣和啟示良好的方法都非常重要。
小學教育處于由學前的非正規、非系統教育轉為正規的系統教育的階段，原則上屬于啟蒙教育。在這個階段，調動興趣和激發好奇心理更加重要。中學教育的基本要求同樣是要不斷調動學生的學習興趣和激發他們的好奇心理，但是這一階段越來越重要的任務是要培養他們的科學思維方法。
與物質科學技術學科相比，信息科學技術學科的特點是比較抽象、比較新穎。因此，信息科學技術的基礎教育還要特別重視人類認識活動的另一個重要規律： 人們的認識過程通常是由個別上升到一般，由直觀上升到抽象，由簡單上升到復雜。所以，從個別的、簡單的、直觀的學習內容開始，經過量變到質變的飛躍和升華，才能掌握一般的、抽象的、復雜的學習內容。其中，親身實踐是實現由直觀到抽象過程的良好途徑。
綜合以上幾方面的認知規律，小學的教育應當從個別的、簡單的、直觀的、實際的、有趣的學習內容開始，循序漸進，由此及彼，由表及里，由淺入深，邊做邊學，由低年級到高年級，由小學到中學，由初中到高中，逐步向一般的、抽象的、復雜的學習內容過渡。
（四）
我們欣喜地看到，在信息化需求的推動下，信息科學技術的基礎教育已在我國眾多的中小學校試行多年。感謝全國各中小學校的領導和教師的重視，特別感謝廣大一線教師們堅持不懈的努力，克服了各種困難，展開了積極的探索，使我國信息科學技術的基礎教育在摸索中不斷前進，取得了不少可喜的成績。
由于信息科學技術本身還在迅速發展，人們對它的認識還在不斷深化。由于“重書本”、“重灌輸”等傳統教育思想和教學方法的影響，學生學習的主動性、積極性尚未得到充分發揮，加上部分學校的教學師資、教學設施和條件還不夠充足，教學效果尚不能令人滿意。總之，我國信息科學技術基礎教育存在不少問題，亟須研究和解決。
針對這種情況，在教育部基礎司的領導下，我國從事信息科學技術基礎教育與研究的廣大教育工作者正在積極探索解決這些問題的有效途徑。與此同時，北京、上海、廣東、浙江等省市的部分教師也在自下而上地聯合起來，共同交流和梳理信息科學技術基礎教育的知識體系與知識要點，編寫新的教材。所有這些努力，都取得了積極的進展。
《青少年科技創新叢書》是這些努力的一個組成部分，也是這些努力的一個代表性成果。叢書的作者們是一批來自國內外大中學校的教師和教育產品創作者，他們懷著“讓學生獲得最好教育”的美好理想，本著“實踐出興趣，實踐出真知，實踐出才干”的清晰信念，利用國內外最新的信息科技資源和工具，精心編撰了這套重在培養學生動手能力與創新技能的叢書，希望為我國信息科學技術基礎教育提供可資選用的教材和參考書，同時也為學生的科技活動提供可用的資源、工具和方法，以期激勵學生學習信息科學技術的興趣，啟發他們創新的靈感。這套叢書突出體現了讓學生動手和“做中學”的教學特點，而且大部分內容都是作者們所在學校開發的課程，經過了教學實踐的檢驗，具有良好的效果。其中，也有引進的國外優秀課程，可以讓學生直接接觸世界先進的教育資源。
筆者看到，這套叢書給我國信息科學技術基礎教育吹進了一股清風，開創了新的思路和風格。但愿這套叢書的出版成為一個號角，希望在它的鼓動下，有更多的志士仁人關注我國的信息科學技術基礎教育的改革，提供更多優秀的作品和教學參考書，開創百花齊放、異彩紛呈的局面，為提高我國的信息科學技術基礎教育水平作出更多、更好的貢獻。

鐘義信2013年冬于北京

序（2）

探索的動力來自對所學內容的興趣，這是古今中外之共識。正如愛因斯坦所說： 一個貪婪的獅子，如果被人們強迫不斷進食，也會失去對食物貪婪的本性。學習本應源于天性，而不是強迫地灌輸。但是，當我們環顧目前教育的現狀，卻深感沮喪與悲哀：學生太累，壓力太大，以至于使他們失去了對周圍探索的興趣。在很多學生的眼中，已經看不到對學習的渴望，他們無法享受學習帶來的樂趣。
在傳統的教育方式下，通常由教師設計各種實驗讓學生進行驗證，這種方式與科學發現的過程相違背。那種從概念、公式、定理以及脫離實際的抽象符號中學習的過程，極易導致學生機械地記憶科學知識，不利于培養學生的科學興趣、科學精神、科學技能，以及運用科學知識解決實際問題的能力，不能滿足學生自身發展的需要和社會發展對創新人才的需求。
美國教育家杜威指出：成年人的認識成果是兒童學習的終點。兒童學習的起點是經驗，“學與做相結合的教育將會取代傳授他人學問的被動的教育”。如何開發學生潛在的創造力，使他們對世界充滿好奇心，充滿探索的愿望，是每一位教師都應該思考的問題，也是教育可以獲得成功的關鍵。令人感到欣慰的是，新技術的發展使這一切成為可能。如今，我們正處在科技日新月異的時代，新產品、新技術不僅改變我們的生活，而且讓我們的視野與前人迥然不同。我們可以有更多的途徑接觸新的信息、新的材料，同時在工作中也易于獲得新的工具和方法，這正是當今時代有別于其他時代的特征。
當今時代，學生獲得新知識的來源已經不再局限于書本，他們每天面對大量的信息，這些信息可以來自網絡，也可以來自生活的各個方面，如手機、iPad、智能玩具等。新材料、新工具和新技術已經滲透到學生的生活之中，這也為教育提供了新的機遇與挑戰。
將新的材料、工具和方法介紹給學生，不僅可以改變傳統的教育內容與教育方式，而且將為學生提供一個實現創新夢想的舞臺，教師在教學中可以更好地觀察和了解學生的愛好、個性特點，更好地引導他們，更深入地挖掘他們的潛力，使他們具有更為廣闊的視野、能力和責任。
本套叢書的作者大多是來自著名大學、著名中學的教師和教育產品的科研人員，他們在多年的實踐中積累了豐富的經驗，并在教學中形成了相關的課程，共同的理想讓我們走到了一起，“讓學生獲得最好的教育”是我們共同的愿望。本套叢書可以作為各校選修課程或必修課程的教材，同時也希望借此為學生提供一些科技創新的材料、工具和方法，讓學生通過本套叢書獲得對科技的興趣，產生創新與發明的動力。

叢書編委會2013年10月8日 B

序（3）

被邀請寫這篇序言，我感到很榮幸。
實際上，應該由Jens Mnig 來寫，在編寫BYOB的過程中，他做了大部分實際工作。我的工作主要是發現和提出一些BYOB還沒有的功能，之后我發郵件給Jens提出一些我想要的功能，然后他會回郵件說這功能太難實現了，需要很辛苦的工作才能完成。看完他的回復后，我便去睡覺了，但當我早晨醒來的時候，發現他已經開發出了新的功能。BYOB又有了新的特點。
這本書證實了我對中國人夢幻般的藝術表現能力的固有看法。我設計了書中第4章圖47的遞歸樹，但書中第6章圖621所展示的美麗有趣的遞歸樹的程序，在我看來是永遠不會發生在我身上的，這是我最喜歡的。同樣的，我知道的Koch雪花，并用它作為我的一次編程練習課，但我從來沒有使用過它做出書中第4章圖429不可思議的一幕，Alonzo和一個我不認識的美麗姑娘坐在一個板凳上看程序完成的降雪。另一個最喜歡的是，第4章圖43通過程序讓Alonzo攀登樓梯的圖片。（當然，我之所以專注于這些美麗的照片，是因為我不會說中國話，我看不懂文字，但我能從不同顏色的程序塊中猜測出程序的設計過程，并且很享受這個猜測過程。）
讀者還應該看看我們的BYOB的新版本，被稱為“snap!”，網址是：http://snap.berkeley.edu/run。它和本書中用到的BYOB 3非常相似，并且我們希望它的運行速度更快、錯誤更少。雖然它有一些新的功能，但你在本書中使用到的大部分功能在新版本中都沒有改變。
因為我完全沒有藝術能力，我盡量讓自己的程序美觀。下面是一個例子，使用程序（塊）作為其他復雜管理功能塊的輸入。看看你是否覺得它好看：
http://snap.berkeley.edu/snapsource/snap.html#present:Username=bh&ProjectName=icecreamvisual
很喜歡這本書！

布賴恩·哈維

前言

“舊時王謝堂前燕，飛入尋常百姓家。”在研究圖形化編程時就有這種感覺，原來屬于程序員們玩的編程，通過Scratch和BYOB等圖形化編程工具讓普通人經過幾個小時的學習也能玩，每個人都可以通過它發揮自己的想象力，用編程的方式去表達自己的內心。這個過程就如同當年DOS向Windows的轉變。正是這種圖形化操作窗口的出現，讓普通人在計算機面前不再恐懼，計算機作為表達自己的一種工具逐漸開始普及。
很早就聽說過Scratch，直到2011年，在吳向東老師引導下開始和學生們一起玩Scratch，很快學生和老師一起被它吸引，許多學生在周末為了編一個程序坐在計算機前幾個小時，本書中的很多例子就是和學生一起完成的。在2012年，吳俊杰老師知道了BYOB，立刻又被它吸引住了。在使用Scratch 1.4的過程中，學生的一些想法要么無法實現，要么實現起來很麻煩，而當時BYOB 3.1已經添加了自建程序塊的功能，這也是吸引我的最初原因。通過使用還發現其他改進，覺得用BYOB編程有種暢快淋漓的感覺，沒有那么多的束縛，所以想編輯成冊，與同行分享。
本書主要參考了BYOB官網（http://byob.berkeley.edu/）提供的材料，同時參考了美國加州大學伯克利分校的bjc（Beauty and Joy of Computing）課程(http://bjc.berkeley.edu/)。還借鑒了國內早期研究BYOB的陳紫凌老師(http://blog.sina.com.cn/s/blog_667a8d3501012iv2.html)的一些觀點，在同貓友匯群友的熱情交流中也獲益頗多。
本書由于方軍主編并負責全書的統籌協調，具體編寫分工如下： 張婷婷編寫第1章，丁偉編寫第2章，于方軍編寫第3~5章，焦玉海、康成偉和王相濱編寫第6章。
由于編者水平所限，書中難免存在疏漏和不足，懇請廣大讀者批評指正。

于方軍2014年1月20日寫于淄博家中