Основные возможности языка программирования Scratch

Язык программирования Scratch является визуальным языком программирования, основанный на использовании блочного программирования. Принцип работы заключается в соединении блоков между собой в соответствии с определенными правилами.
Кажущаяся простота языка программирования компенсируется большим количеством блоков, которые можно использовать в скриптах. Логически блоки разделены по цвету и назначению (рисунок 2.7).

Рисунок 2.7 – Группы и блоки языка программирования Scratch
Особенность языка программирования – это использование событийной модели. Все скрипты, по сути, являются обработчиками каких-либо событий, наступающих в проекте. Блоки событий представлены на рисунке 2.8.
Рисунок 2.9 – Блоки событий
Создание программ представляет собой процесс написания скриптов, каждый из которых работает независимо друг от друга (сами спрайты на сцене также работают независимо друг от друга и обладают собственным внутренним состоянием). Для того чтобы понять принципы программирования в Scratch нужно понимать основные принципы дискретно-событийной модели. Согласно данным принципам, весь окружающий мир представляет собой объекты и события. Объекты являются источником событий и сообщений. Объекты прослушивают сообщения других объектов и реагируют на них, если предусмотрен соответствующий обработчик. Иначе сообщение будет проигнорировано. Все скрипты и спрайты работают параллельно и независимо друг от друга. Это значит, что несколько спрайтов может одновременно изменять свое поведение (перемещаться по экрану, менять костюмы и размер, издавать звуковые эффекты, менять свое внутреннее состояние, передавать новые сообщения и т.д.) в случае получение сообщения.
Первоначальным событием является нажатие на кнопку Старт, находящейся над окном демонстрации работы проекта. Однако, следует учитывать, что спрайты начинают выполнять свою работу сразу же после создания. И поэтому, как только пользователь закончит скрипт, он сразу же готов к работе и приступает к прослушиванию сообщений. Это значит, что для запуска работы не требуется специальной кнопки, и проект может быть запущен по нажатию клавиши на клавиатуре или по щелчку мыши.
Язык программирования Scratch содержит большинство распространенных элементов управления. Это различные виды циклов и условий, а также блоки клонирования спрайтов. Клонирование спрайтов позволяет создать копию имеющегося спрайта. Для этого желательно использовать элемент случайности (имеется блок датчика случайных чисел), иначе клон будет полностью повторять действия оригинала и тогда его работа не будет видна визуально. Как правило, при создании клона, ему присваиваются начальные координаты, отличающиеся от оригинала. При этом следует помнить, что клон, хотя и имеет такой же внешний вид и общие скрипты, его внутреннее состояние может отличаться от оригинала. Соответственно и поведение его может быть совершенно отличным от оригинала.
Несмотря на простоту используемых концепций, язык программирования Scratch позволяет создавать программы с большим числом параллельно работающих частей программы (спрайтов и скриптов), что возможно не в каждом серьезном промышленном языке программирования общего назначения, без использования специальных сложных для понимания и использования конструкций

. Это связано с особенностью внутреннего устройства – спрайты не в состоянии влиять на другие спрайты прямым образом, они могут только передавать сообщения, которые другой спрайт обрабатывает самостоятельно. Таким образом, в проекте отсутствует конфликт доступа к каким-либо ресурсам. Доступ к таким ресурсам выполняет сама среда исполнения (экран, звуковая система), так как блоки управления внешним видом, звуками и прочие совместные ресурсы фактически также являются сообщениями для среды исполнения Scratch.
Для управления внутренним состоянием спрайта, существуют блоки создания переменных – специальных именованных областей памяти, для хранения какой-либо информации (рисунок 2.10). В Scratch можно создавать переменных, хранящие числа и строки, а также списки (аналоги массивов в языках программирования общего назначения).
Рисунок 2.10 – Блоки создания переменных
Для логической организации внутреннего устройства скриптов, язык программирования Scratch позволяет создавать собственные блоки из уже существующих, что является прямым аналогом процедур и функций в иных языках программирования. Таким образом, Scratch обладает мощными возможности, но для реализации большинства возможностей не требует специальных навыков, знаний и опыта в программировании.
3 Программирование Lego WeDo 2.0 с помощью языка программирования Scratch
В среде разработки Scratch применяется метафора кирпичиков Lego, из которых даже дети дошкольного возраста могут собрать интересные конструкции. Это среда, в которой блоки программ собираются из разноцветных кирпичиков команд точно так же как объекты собираются из разноцветных кирпичиков в конструкторах Lego (рисунок 3.1).
Рисунок 3.1 – Команды
Для того чтобы создать скрипт, достаточно с помощью мыши просто совместить графические блоки вместе, подобно кусочкам пазла. В итоге выполнения не сложных команд, можно создать достаточно сложную модель, в которой будут взаимодействовать множество объектов, наделенных различными свойствами. Таким образом, Scratch можно рассматривать в качестве оптимального средства обучения программированию школьников разных возрастов: от младшего до среднего школьного возраста.
Сам процесс программирования представляет интересную игру со своими правилами, привлекательный сам по себе. Тем не менее, ученики получают навыки объектного взаимодействия, событийных механизмов, возможность создания собственных программных событий. Освоив работу в среде Scratch, ученик намного быстрее сможет адаптироваться в будущем к другим, более серьезным языкам программирования.
Длительное время команды, написанные в Scratch, позволяли работать лишь с виртуальными объектами, но в январе 2019 года вышла версия 3.0, которая поддерживает физические объекты (в том числе и модули LEGO Education WeDo 2.0) с помощью приложения Scratch Link (для операционных систем семейства Microsoft Windows требуется использовать версию не ниже Windows 10). Теперь с теми же играми и мультфильмами можно взаимодействовать, используя моторы и датчики.
Для этого необходимо установить специальное дополнение среды разработки Scratch (рисунок 3.2).
В отличие от собственного ПО WeDo 2.0, у Scratch больше возможностей: в базовое ПО можно встроить только один собственный звук, в нем нет возможности создавать собственные процедуры и функции (то есть объединять команды в один блок), а у Scratch таких ограничений нет