不可錯過的可視化3D編程工具

張立新

從2012年開始，說到可視化編程工具，很多小學信息技術教師首先會想到Scratch。其實在2012年，微軟研究院也開發了一款可視化編程工具——Kodu（酷豆）游戲實驗室（Kodu Game Lab）（如圖1），它與Scratch程序設計最大的不同點就是，這是一款可視化3D游戲編程工具，在界面感受上，它與同年在全球火熱的一款游戲《我的世界》有著很大的關聯，所以，學生上手之快超過以往任何一款編程工具。

談游戲色變的時期已經過去，現在與其讓學生玩游戲，不如帶著學生一起編游戲。編寫程序也是學生表達自己思想的一種方式，就像使用文字、圖畫、語言表達一樣，也帶有學生的個人DNA在里面。

Kodu游戲實驗室的獨特之處

1. 專門用來創作游戲的編程工具

以往我們一說編程教學，那一定要按部就班地進行語句（模塊）、算法、程序結構等等的教學，講清格式、功能、注意事項、使用范圍、經典應用等。但是在酷豆教學中，這些都不是必須的，或者說不是顯性的。在酷豆中，我們看到的所有內容，都是為能創作有趣的游戲服務的，從提供的編程模塊中也可以看出來，如吃模塊、發射星光彈模塊等。對于其他編程工具中重要的變量，在酷豆中只是以計分器、計時器的形式出現，經常運用的是并行計算、事件觸發等模式，與我們以往所學的編程工具給出的效果也截然不同。

同時我們也可以看出，像跳、吃、碰撞等動作，都是已經固化好的，只要滿足條件，就會自動產生動作，不需要我們再進行額外的設計。所提供的動作種類非常豐富，完全能滿足一般游戲的設計需要。

這種編程方式帶來的好處就是：即使是一個一年級的小學生，他也可以在最短的時間內完成自己的設想，創造出他的世界，表達出他所要表達的思想。工具越簡單，越便于掌握，在小學階段，就越便于學生用程序設計的方式表達自己的個人理念。

當然，這款看上去極簡單的編程工具，也可以開發出超級復雜的游戲，感興趣的朋友可以進入它的官網論壇，看看世界各國的高手是如何做的，這款軟件的所有程序都是開源免費的。

2. 3D游戲環境開發

酷豆這款編程工具，可以帶給學生全新的3D環境設計的體驗，360度環繞視角，所有內容都是立體的（也許不久之后，還能升級到結合VR、AR效果的虛擬現實編程工具）。以編寫走迷宮程序為例，以往程序設計中，迷宮是以一種平面圖形的方式呈現的，而在酷豆中，完全可以通過設置第一視角的方法，模擬出走迷宮的效果，即通過上帝視角看到迷宮的全貌，增加了游戲可玩性，同時也便于學生理解走迷宮的左手定律，為后續的走迷宮機器人編程教學奠定了體驗基礎（如圖2）。

在3D環境設計中，另一個吸引人的地方，就是可以開創屬于自己的立體世界，有山、有海、有峽谷、有城堡等，可以設置天氣情況、光影效果，只要你能想得到，就能通過工具創建出來，帶給學生的成就感是無與倫比的（如圖3）。

3. 只有WHEN……DO……一種語句

相對于其他編程工具中的語句、模塊，即便是Scratch，也包含很多種類，但是在酷豆中，不管多么復雜的游戲，只有一種語句，就是WHEN……DO……，簡單說就是在什么時間內（情況下）……去做什么，其他所有模塊都可以在里面進行添加，而能添加的項目，都會出現在環形菜單中（如圖4）。

簡單的工具，不簡單的效果

下面我們來具體看看，酷豆中的工具都有哪些，是如何實現程序編寫的。

1. 5種創建3D游戲環境的工具

這5種工具的操作非常簡單（如圖5），通過不斷地操作觀察，很容易就能總結出它們的具體功能，同時在屏幕的左上角，還有詳細的提示和說明，特別方便學生自學以及討論工具使用方面的經驗。

2. 很萌、很酷的角色（物件）

對于美術能力不是很突出的學生來說，酷豆絕對是個“大救星”，因為所有的角色（物件）都已經創建好了（數量不少），并且可以根據自己的實際需求進行一些顏色、大小、位置、角度等方面的調整。有些角色看上去萌萌噠，有些則很符合男生的感覺非常酷（如圖6），唯一略有遺憾的就是不能自己添加新角色（也許以后會有一個角色編輯器）。

可以針對這些角色編寫程序，并且角色所能使用的模塊，都會出現在環形菜單中，每個角色都有自己的一套模塊系列，并不是完全一樣的（如圖7）。

3. 一看就會的編程方式

酷豆的編程方式用一句話來說就是：點加號選模塊，一層一層向下選。相關的選項模塊會自動出現在環形菜單中，在教學中，學生完全可以通過不斷地選擇不同模塊，運行后觀察比較效果，從而找出模塊的使用方法（如圖8）。

4. 獨一無二的世界設定

由于是可視化3D編程工具，所以其中的很多設置都是針對編程環境的，比如可以設置3種攝影機角度，可以設置角色的運動速度、高度以及天空、光影效果等，針對游戲編寫的需要，可以設置角色是否處于無敵狀態、炮彈的威力等，這是以往編程工具沒有出現過的，對于學生編寫游戲非常的方便（如圖9）。

酷豆除了制作游戲以外，還有什么？

1. 計算思維

Kodu Game Lab（酷豆）可以幫助青少年把各種創意進行模擬和實現，通過分解復雜任務、反復迭代試錯的過程，結合計算思維的方法，達成完成自己作品的最終目標（如圖10）。

簡單來說，Kodu Game Lab（酷豆）就是在計算思維的提出者周以真教授加入微軟公司之后，為了能夠讓學生學習計算思維的概念，如建模、算法、迭代、分支結構、事件觸發、并行計算等及其開展應用而開發出來的。

在教學編寫程序的過程中，教師可以深入淺出地滲透這些概念，引導學生有意識地在日常學習和生活中加以運用。

2. 游戲背景設定中的多領域知識

（1）英雄聯盟、魔獸世界、紀念碑谷等優秀的游戲，都有其獨特、龐大、豐富的世界設定，如種族、體系等。學生要想開發出有意思、能體現自我風格的游戲，就要包含一些對于游戲背景的設計，要講故事，要有人文情懷，所以學生就要具備這方面的知識，同時也要能夠通過程序設計、3D環境設計、角色設計等把自己的思想體現出來。

（2）基于STEAM教育理念，可以與多個學科進行關聯，比如在教學路徑工具時，可以與數學中的一筆畫等相關知識相聯系。

（3）學生要編寫游戲說明書，開展投標、推廣游戲等活動，需要提高語文的應用能力、與人溝通的能力等。

（4）鼓勵學生以小組為單位開發游戲，在學習的過程中培養領導力、合作力等。

關于酷豆游戲實驗室的下載和安裝

下載網址：https：//www.microsoft.com/en-us/download/details.aspx？id=10056。需要在64位的Windows操作系統下運行，由于是可視化3D編程環境，所以對硬件的要求相對比較高，需要有4G以上的內存，最好有獨立顯存。有關酷豆的教材即將由微軟公司出版，如果您有興趣，可以繼續關注。

酷豆這款編程工具還在不斷升級完善中，從嚴謹性等方面來說，無法和其他編程工具相比，但是只要看到學生每次欣喜若狂地進行程序設計和分享，就覺得這還是一款非常值得推薦的編程工具。能否發揮其優勢，寓教于樂的開展編程教學，以及加深學生對計算思維的理解，還要重點看教師的引導和教學環節的設計。總之，這是一款不可錯過的編程工具，值得推廣和普及。

（作者單位：北京史家胡同小學）