Scratch與物件導向式程式語言教學

中山國中 林合彥老師 

    九年一貫資訊教育議題中，在國中七年級將程式語言納入課程大綱，並明訂授課時數為七至九節課。對於沒有受過程式撰寫訓練的教師，一開始難免惶惶無助，再加上心理上一直認為「寫程式」是件困難的事，所以能不碰就不碰。近年來出現了Scratch這樣的工具，它簡易的堆積木操作方式，加上坊間如雨後春筍般的書籍，一時之間變成中小學程式語言教學的主流，老師教得很輕鬆，學生學得很高興，但是有沒有人去細問，程式語言到底要教給學生什麼樣的觀念？程式的撰寫方式從早期的程序導向式演變成目前的物件導向式，也就是將原來程式與資料分開的觀念變成程式與資料合併在物件上，讓程式的撰寫方式與我們平常熟悉的事物行為一致，讓「寫程式」變得自然而然。既然大家都喜歡使用Scratch這樣的工具，而且大家也公認它是讓學生學習程式語言的最佳入門軟體，如果也能從其中學到物件導向程式設計的基本觀念，豈不妙哉！

    無論是那一種程式描述語言，其基本的語法結構可以歸納成三種：循序、條件及迴圈，這樣的結構是我們要教給學生的，一般課本都會配合美美的流程圖展示給學生看，老師為了說明這樣的結構，想盡辦法舉了一個又一個的例子，真正能體會的孩子又有好幾？個人認為，不妨將這些語法結構，在「操弄物件」的時候才帶進來。嚴謹的物件導向程式設計觀念，包含較深入的「封裝」、「繼承」及「多形」的結構，但是簡易的「物件(Object)」、「屬性(Property)」、「事件(Event)」、「訊息(message)」及「方法(Method)」的觀念還是很容易了解的，前面提到過，這些與我們平常所熟悉的事物行為是一樣的。

    課堂上進入程式語言學習主題之前，我們常會喚起學生的舊經驗以作為和新知識的連結，比方說我們可以舉身邊常見的動物「狗」為例，狗有許多不同的種類，有體型較大的拉不拉多犬、狼犬，有嬌小的博美狗、臘腸狗等，不論是那一隻狗，我們都稱牠是一個「物件」，也都有牠們自己的「特徴」，例如：名字、外形、毛色、身長及身高等等，在這裡我們只是換個名詞「屬性」來表示而己；喜愛狗的人看到愛犬總會忍不住的抱抱或摸摸牠們，就以「摸摸牠」這件事來說，這個「事件」產生的「訊息」傳遞到不同的狗身上，產生的「反應」也不一樣，有的狗可能搖搖尾巴，有的可能繞著你轉圈圈等等，像這些「搖尾巴」、「轉圈圈」等「反應」，我們也只是換個名詞「方法」來表示罷了！這樣的例子，相信很多教師能夠舉得更多更有趣，經由這樣的經驗描述，我們就將簡易的「物件」、「屬性」、「事件」、「訊息」及「方法」的觀念串在一起了。

    談到程式，我們都會說它是一連串指揮電腦工作的命令集合。在電腦的視窗操作環境下，我們使用鍵盤及滑鼠產生了一連串的「事件」，而視窗上的各個元件（按鈕、文字、圖像等）就是我們要操控的「物件」，至於這些物件對於發生的「事件」（按下鍵盤、按下滑鼠等）會產生怎麼樣的反應，那就是程式設計師要去撰寫的程式（方法）了。進入Scratch操作畫面後，首先讓學生觀察的是畫面上的「貓咪」物件：這個物件的名稱、座標、方向、造型及聲音等，這些都是這個物件的「特徵」，在物件導向程式設計來說，指的就是「屬性」，這些資料都是可變動的。讓學生拖曳「快樂貓」，並觀察物件座標的變化，此時可以補充說明畫面上座標及方向的定義，另外也可以進入造型的編輯模式，讓學生去彩繪貓咪及了解「造型中心點」的意義；最後再去觀察另一個物件「舞台」的屬性有什麼不同。

    回到舞台畫面，用滑鼠點擊「快樂貓」這個物件，此時可以問學生「滑鼠點擊」的事件，它所產生的「訊息」傳遞給哪一個物件？學生一定會回答「快樂貓」，然後再問「快樂貓」這個物件有沒有什麼反應？為什麼沒有呢？因為偉大的程式設計師沒有告訴牠要怎樣去反應。所以我們要去寫程式，告訴「快樂貓」如何針對被滑鼠點擊後該有的反應。進入「快樂貓」的程式編輯模式，我們以堆積木的方式寫下了對應事件的程式（方法）：當快樂貓被點一下時執行：移動10步、然後換下一個造型、接著發出喵一聲、最後顯示你好的文字並停留0.1秒鐘。就這樣自然而然的引出了「循序執行」的語法結構。接著繼續引導學生點擊「快樂貓」向右移動直到碰到畫面右邊界，若繼續點擊會發現物件穿出畫面，讓學生觀察此時物件的座標，並思考如何解決這個問題。很明顯的發現「快樂貓」的x座標等於191時，恰好碰到邊界，所以我們在程式最後再加上「條件判斷」的語法：如果快樂貓的x座標大於191，則令其面向左邊；繼續點擊快樂貓向左移動可以發現，當其x座標等於-189時恰好碰到左邊界，這個時候就可以考考學生怎樣處理接下來要轉向的問題了。程式寫到這裡，有學生可能會問「能不能只點一下，快樂貓就能自己來回的移動，而不用這麼麻煩的不停的點？」，這個時候就是講解「迴圈結構」的時機，果然加上重覆執行的語法結構，快樂貓從此過著幸福快樂的來回奔波日子。經由上面的練習，我們不但讓學生了解物件導向程式設計的基本觀念，而且在解決問題中，自然而然的知道程式語法的三種基本架構。至於要更詳細的探討物件之間的互動（在某個事件下的訊息傳遞），訊息廣播及接收的指令就留待大家應用了！

    程式語言教學就是這麼有趣，在師生間的腦力激盪中，常常會有意想不到的火花出現。嘗試使用Scratch讓學生認識物件導向程式設計的基本觀念，提供大家參考，期待大家有更多的想法！