少儿计算思维养成记：六个孩子的编程学习笔记 第2版

计算思维是信息社会创新型人才的必备素养。本书是少儿计算思维养成过程的忠实记录：中国科学院计算技术研究所三位研究员组织了小SIGMA数学特别兴趣组亲子班，教授孩子们数学思维与计算思维。孩子们在学习时编程序、写心得、记笔记，zui终汇集成册，形成本书。 本书通过10讲编程基础和18讲动手实例，讲述6个基本计算思维，包括从zui简单的做起、逐级逼近、带剪枝的枚举等。第2版新增了3讲，讲述随机性的妙用，并大幅扩展“教师点评”，为家长朋友提供更详细的导读。 本书具有三大特色: ·以计算思维为纲，内容深刻。 ·以少儿视角行文，浅显易懂。 ·以动手促进动脑，手脑并重。 这是一本“孩子写给孩子看”的书，适合中小学生阅读自学，有助于科学素质培养、思维习惯养成。家长和老师也可以本书作为教材，以书中“教师点评”为导读，按“背景知识->基本思路->编程步骤”的顺序讲授，zui后对比、检验实验结果。 在少儿时期养成计算思维，终身受益!

包若宁，中关村一小四年级<br />魏文珊，中关村一小四年级<br />傅鼎荃，北大附小四年级<br />张秦汉，北京双榆树中心小学三年级<br />卜文远，中关村一小四年级<br />谭沛之，中关村一小五年级

目　 录<br />序言<br />前言<br />教师的话（一）<br />教师的话（二）<br />教师的话（三）<br /><br />什么是计算机程序<br />一、什么是计算机语言　/2<br />二、怎样让计算机听懂Scratch语言　/3<br />三、什么是计算机程序　/4<br />四、Scratch编程环境简介　/4<br />五、Scratch积木简介　/6<br />六、怎样让程序运行起来　/9<br />七、第一个Scratch程序“Hello, World!”　/9<br />八、更复杂的Scratch程序　/10<br />九、程序里的bug和debug　/14<br />十、教师点评　/16<br />角色的动作、绘图和音乐演奏<br />一、知识点　/17<br />（一）角色的方向　/17<br />（二）角色变换造型　/18<br />（三）角色的画笔　/18<br />（四）角色演奏音乐　/20<br />（五）角色的遮挡　/20<br />二、动手练：一个走动的钟表　/20<br />（一）实验目的　/20<br />（二）基本思路　/21<br />（三）编程步骤　/21<br />（四）实验结果　/23<br />（五）遇到的bug及改正过程　/23<br />（六）思考与延伸　/23<br />三、课后作业　/23<br />（一）实验一：音乐演奏　/24<br />（二）实验二：用计算机键盘弹钢琴　/24<br />四、教师点评　/24<br />变量：角色的记忆<br />一、知识点　/26<br />（一）什么是变量　/26<br />（二）变量名字的写法　/26<br />（三）变量有几种　/27<br />（四）什么是局部变量和全局变量　/27<br />（五）怎样建立变量　/27<br />二、动手练：给托球游戏加一个计数器　/28<br />（一）实验目的　/28<br />（二）编程步骤　/28<br />（三）实验结果　/28<br />三、课后作业　/28<br />实验：小猫出口算题　/28<br />四、教师点评　/30<br />循环：重复做动作<br />一、知识点　/31<br />（一）什么是循环　/31<br />（二）“重复执行”积木的种类　/32<br />（三）循环的嵌套　/33<br />（四）写循环的小秘诀　/33<br />二、动手练：阅兵方阵　/33<br />（一）实验目的　/33<br />（二）基本思路　/34<br />（三）编程步骤　/34<br />（四）实验结果　/34<br />（五）思考与延伸　/35<br />三、教师点评　/36<br /><br />克隆：角色的双胞胎和多胞胎<br />一、知识点　/37<br />（一）什么是克隆　/37<br />（二）什么时候用克隆　/37<br />二、动手练：阅兵方阵列队行进　/38<br />（一）实验目的　/38<br />（二）基本思路　/38<br />（三）编程步骤　/39<br />（四）实验结果　/39<br />（五）遇到的bug及改正过程　/40<br />（六）思考与延伸　/41<br />三、教师点评　/41<br /><br />条件判断：角色根据情况做动作<br />一、知识点　/42<br />（一）什么是条件判断　/42<br />（二）多个条件的组合　/42<br />二、动手练：判断奇偶数　/43<br />（一）实验目的　/43<br />（二）基本思路　/43<br />（三）编程步骤　/43<br />（四）实验结果　/43<br />（五）遇到的bug及改正过程　/44<br />三、教师点评　/45<br /><br />过程：程序的模块化<br />一、知识点　/46<br />（一）什么是过程　/46<br />（二）在Scratch程序里怎样实现过程　/46<br />（三）调用一个过程时到底发生了什么　/48<br />二、动手练：会织网的蜘蛛　/49<br />（一）实验目的　/49<br />（二）基本思路　/50<br />（三）编程步骤　/50<br />（四）实验结果　/51<br />（五）思考与延伸　/51<br />三、课后作业　/52<br />实验：彩虹风车　/52<br />四、教师点评　/52<br /><br />列表：把几个变量合起来<br />一、知识点　/54<br />（一）什么是列表？为什么要用列表　/54<br />（二）怎样理解列表　/55<br />（三）对列表的操作　/55<br />二、动手练：找出最大值和最小值　/56<br />（一）实验目的　/56<br />（二）基本思路　/56<br />（三）编程步骤　/56<br />（四）实验结果　/57<br />（五）思考与延伸　/58<br />三、课后作业　/58<br />实验：计算列表中数据的平均值　/58<br />四、教师点评　/59<br /><br /><br />字符串：把几个字母合起来<br />一、知识点　/60<br />（一）什么是字符串变量　/60<br />（二）对字符串变量有哪些操作　/60<br />二、动手练：元音字母计数　/61<br />（一）实验目的　/61<br />（二）基本思路　/61<br />（三）编程步骤　/61<br />（四）实验结果　/62<br />三、教师点评　/63<br /><br /><br />收发消息：角色之间的沟通和协调<br />一、知识点　/64<br />（一）角色之间的沟通和协调　/64<br />（二）什么是“消息”　/64<br />（三）怎样创建消息　/64<br />（四）怎样发送消息　/65<br />（五）怎样接收消息　/65<br />二、动手练：“谁在哪里干什么”游戏　/66<br />（一）实验目的　/66<br />（二）基本思路　/66<br />（三）编程步骤　/66<br />（四）实验结果　/69<br />三、教师点评　/69<br /><br /><br />逐级逼近法：刘徽割圆法估计π<br />一、实验目的　/72<br />二、背景知识　/72<br />（一）π是什么　/72<br />（二） π是多少　/72<br />（三）怎样找一个数尽量接近π　/73<br />（四）刘徽割圆法估计π　/74<br />三、基本思路　/74<br />（一）画正多边形　/75<br />（二）计算正多边形的边长　/75<br />四、编程步骤　/76<br />（一）角色设计　/76<br />（二）变量设计　/76<br />（三）过程描述与代码展示　/76<br />五、遇到的bug及改正过程　/77<br />六、实验结果及分析　/78<br />（一）随着正多边形边数（n）的增加，π的估<br />　　计值的变化　/78<br />（二）大圆小圆的结果一样吗　/80<br />七、教师点评　/80<br />（一）为何叫“割圆法”？哪里体现了“割”　/81<br />（二）本讲采用的方法和刘徽割圆法的差异　/81<br />（三）刘徽和祖冲之的生平　/82<br /><br />聪明的枚举：巧解数字谜<br />一、实验目的　/83<br />二、背景知识　/83<br />（一）最笨的方法怎么填　/83<br />（二）如何使得枚举时不遗漏可能<br />　　 的填数方案　/84<br />（三）如何手工计算判断次数　/84<br />三、基本思路　/85<br />（一）最笨的枚举法　/85<br />（二）聪明一点的枚举法　/85<br />（三）更聪明的枚举法　/85<br />四、编程步骤　/86<br />（一）角色设计　/86<br />（二）变量设计　/86<br />（三）过程描述与代码展示　/86<br />五、遇到的bug及改正过程　/87<br />六、实验结果及分析　/88<br />（一）算法找到了多少种答案　/88<br />（二）对比笨算法和聪明算法的判断<br />　 　次数　/89<br />七、思考与延伸　/89<br />八、教师点评　/90<br /><br /><br />再论聪明的枚举：三阶幻方<br />一、实验目的　/92<br />二、背景知识　/92<br />（一）什么是幻方　/92<br />（二）怎样填幻方　/93<br />（三）三阶幻方有些性质　/93<br />（四）三阶幻方的“包卜魏猜想”　/94<br />三、基本思路　/95<br />（一）最笨的填法怎么填　/95<br />（二）聪明方法怎么填　/95<br />四、编程步骤　/96<br />（一）角色设计　/96<br />（二）变量设计　/96<br />（三）过程描述与代码展示　/96<br />五、实验结果及分析　/98<br />六、思考与延伸　/99<br />七、教师点评　/99<br /><br />从最简单的做起：4个和尚分馍馍<br />一、实验目的　/100<br />二、基本思路　/100<br />三、编程步骤　/100<br />（一）角色设计　/100<br />（二）变量设计　/101<br />（三）过程描述与代码展示　/101<br />四、遇到的bug及改正过程　/103<br />五、实验结果及分析　/104<br />（一）2个和尚分馍馍的分法与馍馍数<br />　　　　有何关系　/104<br />（二）3个和尚分馍馍的分法与馍馍数<br />　　　　有何关系　/105<br />（三）4个和尚分馍馍的分法与馍馍数<br />　　　　有何关系　/106<br />六、思考与延伸　/106<br />七、教师点评　/106<br /><br /><br />用“试错法”求解鸡兔同笼问题<br />一、实验目的　/110<br />二、背景知识　/110<br />（一）什么是鸡兔同笼问题　/110<br />（二）怎样求解鸡兔同笼问题　/111<br />三、基本思路　/112<br />四、编程步骤　/112<br />（一）角色设计　/112<br />（二）变量设计　/112<br />（三）过程描述与代码展示　/112<br />五、遇到的bug及改正过程　/113<br />六、实验结果及分析　/114<br />七、思考与延伸　/114<br />八、教师点评　/114<br /><br /><br /><br />随机有威力：打圆形靶子估计π<br />一、实验目的　/116<br />二、背景知识　/117<br />三、基本思路　/117<br />四、编程步骤　/118<br />（一）背景和角色设计　/118<br />（二）变量设计　/118<br />（三）过程描述与代码展示　/119<br />五、遇到的bug及改正过程　/119<br />六、实验结果及分析　/120<br />七、思考与延伸　/121<br />八、教师点评　/122<br /><br />再论随机有威力：布丰投针估计π<br />一、实验目的　/123<br />二、背景知识　/124<br />（一）布丰是谁？布丰实验是干什<br />　　　　么的　/124<br />（二）历史上研究者做过的布丰投<br />　　　　针实验　/124<br />三、基本思路　/125<br />四、编程步骤　/125<br />（一）角色设计　/125<br />（二）变量设计　/125<br />（三）过程描述与代码展示　/126<br />五、遇到的bug及改正过程　/128<br />六、实验结果及分析　/128<br />七、思考与延伸　/129<br />（一）扔圆环的碰线次数　/129<br />（二）扔“将圆环掰直变成的投针”<br />　　　　的碰线次数　/130<br />（三）扔拐弯针的碰线次数　/130<br />（四）比较一下长针和短针的碰线<br />　　　　次数　/132<br />（五）布丰投针能算π的终极解释　/132<br />八、教师点评　/133<br /><br /><br />玩游戏体会“递归法”：河内塔游戏<br />一、实验目的　/134<br />二、背景知识　/135<br />（一）河内塔的故事　/135<br />（二）什么是递归积木块　/135<br />（三）递归积木块是怎样执行的　/135<br />三、基本思路　/136<br />（一）最简单的情形：1个盘子　/136<br />（二）比较简单的情形：2个盘子　/137<br />（三）难一点的情形：3个盘子　/138<br />（四）再难一点的情形：4个盘子　/140<br />四、编程步骤　/140<br />（一）角色设计　/140<br />（二）变量设计　/140<br />（三）过程描述与代码展示　/140<br />五、遇到的bug及改正过程　/141<br />六、实验结果及分析　/141<br />（一）输入不同的n，验证移动次数　/142<br />（二）要是有64个盘子呢　/143<br />七、思考与延伸　/143<br />八、教师点评　/143<br /><br /><br /><br />“递归法”的应用：斐波那契数列<br />　与黄金分割<br />一、实验目的　/144<br />二、背景知识　/146<br />（一）斐波那契是谁？什么是斐波那<br />　　　　契数列　/146<br />（二）什么是黄金分割　/146<br />（三）斐波那契数列和黄金分割有<br />　　　　何联系　/147<br />三、基本思路　/148<br />四、编程步骤　/149<br />（一）角色设计　/149<br />（二）变量设计　/149<br />（三）过程描述与代码展示　/149<br />五、实验结果及分析　/150<br />六、思考与延伸　/151<br />七、教师点评　/151<br />（一）如果兔子要3个月才成年呢　/152<br />（二）斐波那契数列的有趣性质一：<br />　　　　相邻月份数目之和　/152<br />（三）斐波那契数列的有趣性质二：<br />　　　　相邻偶数月份数目之积、相邻<br />　　　　 奇数月份数目之积　/153<br />（四）植物中的斐波那契数列　/153<br /><br /><br /><br />玩游戏体会“搜索法”：走迷宫<br />一、实验目的　/155<br />二、基本思路　/156<br />三、编程步骤　/157<br />（一）角色设计　/157<br />（二）变量设计　/157<br />（三）过程描述与代码展示　/158<br />四、遇到的bug及改正过程　/163<br />五、实验结果及分析　/163<br />六、思考与延伸　/163<br />（一）采用什么样的策略走最合适　/163<br />（二）　“走迷宫”和解数学题之间有什么<br />　　　　关系　/163<br />七、教师点评　/164<br /><br /><br />玩游戏体会“二分法”：找钻石<br />一、实验目的　/165<br />二、背景知识　/166<br />三、基本思路　/166<br />四、编程步骤　/167<br />（一）角色设计　/167<br />（二）变量设计　/167<br />（三）过程描述与代码展示　/167<br />五、遇到的bug及改正过程　/171<br />六、实验结果及分析　/171<br />七、思考与延伸　/172<br />（一）采用什么样的策略最合适　/172<br />（二）傅鼎荃说对8行8列的游戏<br />　　　　来说，使用二分法最多需要<br />　　　　 6次，为什么　/172<br />（三）用递归的观点想一想　/172<br />八、教师点评　/173<br /><br />“二分法”的应用：估计的值<br />一、实验目的　/174<br />二、背景知识　/175<br />（一）是怎么发现的　/175<br />（二）毕达哥拉斯是谁　/175<br />（三）为什么说的发现是一件重要的<br />　　　　事情　/175<br />三、基本思路　/176<br />四、编程步骤　/176<br />（一）角色设计　/176<br />（二）变量设计　/177<br />（三）过程描述与代码展示　/177<br />五、遇到的bug及改正过程　/178<br />六、实验结果及分析　/179<br />（一）除了，计算一下其他数的平方根，<br />　　　　 比如，，　/179<br />（二）输入不同的初始估计值low和up，<br />　　　　需要多少次循环才能估计准　/180<br />七、思考与延伸　/180<br />（一）有没有更快的方法来估计出<br />　 　的值呢　/180<br />（二）计算2的十二次方根　/181<br />八、教师点评　/184<br /><br /><br />仿真世界：牛顿的大炮<br />一、实验目的　/186<br />二、背景知识　/186<br />（一）牛顿是谁　/186<br />（二）牛顿的大炮是用来做什么的　/187<br />三、基本思路　/187<br />四、编程步骤　/188<br />（一）角色设计　/188<br />（二）变量设计　/188<br /> （三）过程描述与代码展示　/189<br />五、遇到的bug及改正过程　/190<br />六、实验结果及分析　/191<br />七、思考与延伸　/191<br />八、教师点评　/192<br />（一）如何根据斜方向的拉力F计<br />　　　 算出水平方向的拉力Fx和竖<br />　　　 直方向的拉力Fy　/192<br />（二）平方反比率的推导和背后的<br />　　　　原因　/193<br />（三）牛顿和他所在的那个光辉时代　/194<br />（四）用更大号的三棱镜重做牛顿的<br />　　　　光谱实验　/194<br /><br />再论仿真世界：森林里有几只老鼠、<br />　几只猫头鹰<br />一、实验目的　/195<br />二、背景知识　/195<br />三、基本思路　/196<br />四、编程步骤　/197<br />（一）角色设计　/197<br />（二）变量设计　/197<br />（三）过程描述与代码展示　/197<br />五、遇到的bug及改正过程　/199<br />六、实验结果及分析　/200<br />七、思考与延伸　/200<br />（一）要是第一年只有50万只老鼠呢　/200<br />（二）假如1万只猫头鹰每年吃掉0.1万<br />　　　　只老鼠呢　/201<br />（三）假如1万只猫头鹰每年吃掉0.2万<br />　　　　只老鼠呢　/201<br />八、教师点评　/202<br /><br /><br />博弈初探：会下tic-tac-toe棋<br />　的阿尔法小狗<br />一、实验目的　/203<br />二、背景知识　/203<br />（一）什么是tic-tac-toe棋游戏　/203<br />（二）人是怎样下棋的　/204<br />三、基本思路　/204<br />（一）阿尔法小狗怎样表示棋局　/204<br />（二）阿尔法小狗怎样判断下在哪<br />　　　　里赢面大呢　/205<br />（三）阿尔法小狗怎样下棋呢　/206<br />（四）阿尔法小狗怎样对棋局进行<br />　　　　评分呢　/207<br />（五）阿尔法小狗要“深谋远虑”<br />　　　　还是“目光短浅”　/208<br />四、编程步骤　/209<br />（一）角色设计　/209<br />（二）变量设计　/209<br />（三）过程描述与代码展示　/210<br />五、遇到的bug及改正过程　/216<br />六、实验结果及分析　/216<br />七、思考与延伸　/218<br />（一）怎样让阿尔法小狗变聪明　/218<br />（二）新玩法：“狗狗大战”　/218<br />八、教师点评　/219<br />（一）阿尔法狗的诀窍之一：控制<br />　　　　树不能太高　/220<br />（二）阿尔法狗的诀窍之二：控制<br />　　　　树不能太宽　/220<br />（三）神经网络是怎样学会打分<br />　　　　和走子的　/220<br /><br />仿真世界：花粉的布朗运动<br />　与醉汉的脚步<br />一、实验目的　/222<br />二、背景知识　/222<br />（一）什么是布朗运动　/222<br />（二）布朗运动有哪几类　/222&t;br />三、基本思路　/223<br />四、编程步骤　/223<br />（一）角色设计　/223<br />（二）变量设计　/224<br />（三）过程描述与代码展示　/224<br />五、遇到的bug及改正　/224<br />六、实验结果及分析　/224<br />七、思考与延伸　/225<br />八、教师点评　/225<br /><br />两颗钉子一根绳画椭圆<br />一、实验目的　/229<br />二、背景知识　/230<br />（一）什么是圆　/230<br />（二）什么是椭圆　/230<br />（三）两点之间的距离怎么求　/230<br />三、基本思路　/230<br />（一）画圆的思路　/231<br />（二）画椭圆的思路　/231<br />四、编程步骤　/231<br />（一）角色设计　/231<br />（二）变量设计　/231<br />（三）过程描述与代码展示　/232<br />五、遇到的bug及改正　/233<br />六、实验结果及分析　/233<br />七、思考与延伸　/234<br />八、教师点评　/234<br /><br />好玩的概率：蒙提·霍尔羊<br />　车门问题<br />一、实验目的　/235<br />二、基本思路　/235<br />三、编程步骤　/236<br />（一）角色设计　/236<br />（二）变量设计　/236<br />（三）过程描述与代码展示　/237<br />四、遇到的bug及改正　/241<br />五、实验结果与分析　/241<br />六、教师点评　/242<br /><br />后　记　/243