做少儿编程教学和课程内容这几年Scratch 3 里被问得最多的两类项目一个是山地足球一个是射击游戏。前者考的是物理直觉和坐标系后者考的是克隆体管理和状态机看着八竿子打不着但我一直把它们放在同一节课或者同一个系列的第一、第二讲里讲原因很简单这两个项目合起来刚好把 Scratch 3 里最难讲清楚的两块——变量驱动的运动模拟和克隆体的生命周期管理——用孩子能听懂的方式讲完。你如果是刚接手编程社团课的老师或者想自己带孩子在家玩一玩又或者是刚接触 Scratch 想找个能落地的练手项目这篇基本上能当成一份可以直接照着做的施工笔记。山地足球我做过滚动球、弹跳球、双人对踢三个版本射击游戏我做过固定靶、移动靶、限时挑战三个难度梯度中间踩过的坑一个没少踩下面按我实际的搭建顺序把细节全摊开。1. 为什么把这两个项目凑成一组来练1.1 山地足球真正训练的是用变量描述运动足球这个角色在舞台上看起来会滚、会弹、会减速但 Scratch 本身没有任何物理引擎它所有的真实感都是一帧一帧算出来的。所以我教山地足球的第一个动作不是让孩子去画造型而是先建两个变量vx和vy。这两个名字看着专业其实就是这一帧球往右挪多少和这一帧球往上挪多少。一旦你接受了这个设定后面所有事情都顺了重力就是每帧给vy减一个固定值弹跳就是碰到地面时把vy反向再乘个系数摩擦就是每帧给vx乘个 0.98 之类的数。孩子第一次看到自己调出来的球在地上弹三下停住那种我控制了物理的表情比讲十遍坐标变换都管用。山地足球之所以比平地足球值得做是因为地形一变判定逻辑就必须升级。平地你只要判断碰到舞台下边缘山地你要判断碰到哪一层的山坡这中间就会自然引出用颜色判定用列表存高度用函数算高度三种完全不同的实现路径。这三条路径的取舍是我这个项目里信息密度最高的部分后面单独拆。1.2 射击游戏真正训练的是克隆体的一生射击游戏的表面是发射—命中—得分底层其实是三个问题怎么同时存在很多个弹丸、每个弹丸怎么独立运动、弹丸什么时候该消失。这正好对应 Scratch 3 的克隆体机制创建、独立执行、删除。我见过太多孩子写出来的版本是弹丸只有一个角色按一下发射它就飞出去飞出舞台边缘停了再按一次它从原地又飞一次——因为他没删克隆体也没重置位置。这种 bug 不是粗心是他脑子里没有每个克隆体是一个独立的小生命这个概念。所以我讲射击游戏一定会花整节课讲克隆体的出生—工作—死亡三段式出生时把私有变量速度、方向、寿命设好工作时每一帧更新自己的坐标并检查是否该结束结束时第一件事就是删除此克隆体。这个习惯一旦养成后面做飞机大战、弹幕躲避、粒子特效全部一通百通。1.3 两个项目共用的底层能力别看一个是球一个是靶它们共用的东西比想象中多能力点山地足球里的体现射击游戏里的体现坐标系与方向球的 x、y 与速度分解弹丸朝目标方向发射每帧循环更新重力、摩擦、位置累加弹丸位置累加、出界判定碰撞/命中判定球与地面、球与球门弹丸与靶子状态变量比分、球的位置、速度得分、剩余时间、靶子血量事件广播进球后重置球、播报开始、暂停、游戏结束难度参数化重力、弹性、摩擦靶速、发射冷却、靶子数量我把这张表打印出来贴在教室墙上孩子做完第一个项目第二个项目就能自己对着表去找这个我学过。教学效率提升非常明显。2. 山地足球地形是最大的变量2.1 角色与舞台的划分方式我的角色表很固定五个角色球员、足球、球门左、球门右、山坡。舞台背景只用一张纯色所有地形都画在山坡这个角色上原因是 Scratch 里碰到某个角色碰到某个颜色两种判定各有脾气把地形集中在一个角色上后面切换判定方式时改动最小。坐标基准一定要先定死不然后面全乱。Scratch 3 舞台是 480×360中心是 (0,0)x 从 -240 到 240y 从 -180 到 180。我要求球员的脚底大概落在 y -120 这条线上球门高度 100 像素左右球门宽度 60 像素。这些数字没有绝对标准但必须全组统一因为球门判定要用到具体坐标值。造型方面有个小经验足球不要画得太圆。太圆的球在滚动时看不出旋转孩子会觉得球没动。给它画上黑白块或者几道条纹再用旋转方式配合移动距离做角度变化视觉上立刻就有滚动的感觉。这一步是纯美术收益不改任何逻辑但对成品的观感影响巨大。2.2 山地地形的三种实现路径怎么选这是整个项目最值得掰扯的部分。三种做法我都实做过各有明确的适用场景。第一种颜色判定法。山坡角色画成深绿色足球的循环里写如果碰到颜色深绿那么 y 坐标增加 1vy 设为 vy × -0.7。优点是零基础也能五分钟搭出来缺点是它本质上是试探式的球掉进山坡往上顶一像素再判断还陷着就再顶一帧里可能要顶十几次球在斜坡上会明显抖。而且球速一快一帧位移超过山坡厚度就直接穿过去了。第二种列表存高度法。建一个列表地面高度长度 481第 n 项存 x n - 241 处地面的 y 坐标。球的每一帧只做一件事如果 y坐标 地面高度的第 (x坐标 241) 项就修正位置并把 vy 反向。这个方法的判定是瞬时的、精确的不会有抖动也不会有穿透只要山坡不是垂直的。代价是要提前生成这张表孩子得理解列表的第几项对应屏幕的哪一列这个映射关系。生成表的代码可以这样写用一个隐藏的画笔角色跑一遍当绿旗被点击 删除 [地面高度 v] 的全部项目 将 [i v] 设为 -240 重复执行 481 次 将 [h v] 设为 (120 * sin( (i / 60) ) 40 * sin( (i / 25) ) - 40) 将 (h) 加入列表 [地面高度 v] 将 [i v] 增加 1这里的sin叠加是最省事的山形生成思路低频正弦给大起伏高频正弦给小坑洼两条一叠加就是很自然的丘陵。参数120和40是振幅60和25是波长改波长地形变陡改振幅地形变高。我一般让孩子先把120调到 200 感受一下悬崖再调回来他对振幅的理解就固化了。第三种数学函数法。不存列表每帧直接用同样的sin公式算当前 x 处的地面高度。省内存但对于每一帧都要算两次三角函数而且孩子调试时看不到地形长什么样容易懵。我的建议是教学用第二种做成品的游戏用第三种。三种路径的对比我整理成表方便你直接照抄决策方案实现难度斜坡稳定性高速穿透风险适合场景颜色判定低差有明显抖动高第一节课、低年级体验列表高度表中好无常规教学项目、双人对战数学函数中高好无追求性能、地形要动态变化注意颜色判定法里那个y 坐标增加 1的修正量千万别设大设成 3 以上球会像踩了弹簧一样在坡上跳。1 到 2 之间是甜区。2.3 重力、弹性、摩擦这三个参数怎么调这三个数决定了球的手感也是孩子最爱调的三个数。我给的经验值范围是这样的参数变量名建议范围调大的效果调小的效果重力重力0.4 ~ 1.2球下坠快、弹跳低、像铅球球飘、像月球弹性弹性0.5 ~ 0.85弹得高、停不下来落地就趴、像沙包摩擦摩擦0.95 ~ 0.995滚得远、滑很快停住、像草地具体在循环里就这么几行当绿旗被点击 将 [vx v] 设为 0 将 [vy v] 设为 0 重复执行 将 [vy v] 增加 (-1 * 重力) 将 [x坐标 v] 增加 (vx) 将 [y坐标 v] 增加 (vy) 将 [vx v] 设为 (vx * 摩擦) 如果 (y坐标) (地面高度 的第 ((x坐标) 241) 项) 那么 将 y坐标 设为 (地面高度 的第 ((x坐标) 241) 项) 如果 (vy) -0.5 那么 将 [vy v] 设为 (vy * (-1 * 弹性)) 否则 将 [vy v] 设为 0 结束这里有个细节值得单独说如果 vy -0.5 才反弹否则直接归零。这一行是球最终会停下的关键。如果不加球会在vy很小的正负值之间无限抖动肉眼看着像在地上抽搐。阈值 0.5 是我试出来的太小了球停不下来太大了球落地就没弹性。你也可以用 0.6 或者 0.4看手感。摩擦为什么用乘法不用减法因为乘法是按比例衰减无论球滚多快减速的比例是一致的看起来自然减法会让高速球减速不明显、低速球瞬间停死很不自然。这是个小知识点但讲清楚了孩子对指数衰减会有直观印象。2.4 碰撞判定为什么不建议全用碰到颜色球员踢球这个动作最省事的写法是如果碰到足球就把球的速度设成某个值。但这么写有两个毛病一是球员站着不动、球滚过来撞他球也会被踢出去二是踢球的方向永远是固定的不管从哪个角度碰。我的做法是碰撞只负责接触检测方向由两者的位置差决定。具体是判断球员和球的 x 坐标差球在球员右边就向右踢在左边就向左踢y 方向给一个固定的上抛初速度。这样视觉上就有从球下方挑起来的感觉。如果 碰到 [足球 v] ? 那么 如果 (足球的 x坐标) (x坐标) 那么 将 [vx v] 设为 (8 abs(球员速度)) 否则 将 [vx v] 设为 (-8 - abs(球员速度)) 结束 将 [vy v] 设为 98和9这两个初速度是我调了很久的结果vx太小球飞不远太大了直接飞出舞台vy太小挑不起来太大了球飞过球门顶。配合重力 0.8球大概能飞 1.2 秒、跨越 200 像素左右正好够从场地中间打到球门。球门判定就简单了用坐标范围判断比碰到球门角色更可靠如果 (x坐标) 200 与 (y坐标) (球门顶) 与 (y坐标) (球门底) 那么 将 [左队得分 v] 增加 1 广播 [进球 v]为什么要用坐标而不是碰角色因为球门角色通常会被画得比可视范围大一点防止球从边缘擦过去而且球门角色和球同时移动时碰到判定在极端速度下会漏检。坐标判定是数学上确定的不会有意外。实操心得调试球门的时候先把球门的判定范围画成半透明矩形显示出来能看清边界。孩子调完参数经常出现球明明进了却没算分九成是判定框和视觉边界差了十几个像素。3. 射击游戏把克隆体的一生讲透3.1 弹丸的角色设计与私有变量先明确一点我这里的射击指的是靶场打靶屏幕上有移动的圆形靶子玩家控制发射器发射小球打中得分。这是编程教学里非常经典的一类玩法重点全在逻辑跟任何现实内容无关家长也放心。角色三个发射器、弹丸、靶子。弹丸这个角色是克隆体工厂它本身在舞台上不显示初始隐藏只在需要时创建克隆体。关键一步也是最容易被忽略的一步在弹丸角色里建私有变量寿命、飞行方向、飞行速度并且一定要勾上仅适用于当前角色。勾上之后每个克隆体都有自己独立的一份互不干扰不勾所有克隆体共用一个值飞出去的小球会集体拐弯孩子看到这现象会一脸懵。3.2 弹丸的三段式生命周期我把弹丸的逻辑固定成一个模板学生照着填当 [空格 v] 键被按下 如果 (冷却计时) 8 那么 生成 [弹丸 v] 的克隆体 将 [冷却计时 v] 设为 0 当作为克隆体启动时 将 [寿命 v] 设为 0 将 [飞行速度 v] 设为 (10 (得分 / 20)) 移到 [发射器 v] 面向 (方向) 显示 重复执行 移动 (飞行速度) 步 将 [寿命 v] 增加 1 如果 (y坐标) 175 或 (y坐标) -175 或 (寿命) 120 那么 删除此克隆体 结束这里的移动 10 步配合面向方向是 Scratch 里最省事的方向运动方案不用自己算 sin/cos。但如果你想让孩子理解三角函数可以改成手动分解将 x坐标 增加 ((飞行速度) * (sin (方向))) 将 y坐标 增加 ((飞行速度) * (cos (方向)))注意 Scratch 的方向 0 度是朝上、90 度是朝右跟数学课本上的角度是顺时针转 90 度再镜像的关系。这个错位一定要提前讲不然孩子按课本公式算出来的弹道会是歪的。我一般让学生先做实验设方向为 90用两组公式各跑一遍看哪组往右飞五分钟就能记住。寿命这个变量的作用是兜底。理论上弹丸飞出舞台就会被 y 坐标判定清掉但如果方向正好水平它可能贴着上下边缘一直飞或者因为某些 bug 原地不动克隆体就会越积越多最后撞上 300 个的上限新弹丸直接不出来了。加一个寿命 120的强制清理等于给系统上了保险。3.3 命中判定距离法比碰到更稳弹丸打靶子最直觉的写法是如果碰到靶子就加分、删弹丸。能跑但有两个坑第一碰到判定是矩形包围盒的近似。靶子画成圆形它的包围盒是方的四个角上有打不中却算中的误判孩子会觉得我明明没打到。第二克隆体之间的碰到判定在极端情况下会漏。弹丸速度设到 15 以上一帧跨过 15 像素靶子直径只有 40 像素时理论上还是能检到但如果靶子也在同方向移动相对速度变小反而更容易叠加实际测试中出现过偶发漏判。我统一改成距离判定如果 (sqrt (((x坐标) - (靶子x)) * ((x坐标) - (靶子x)) ((y坐标) - (靶子y)) * ((y坐标) - (靶子y)))) 28 那么 广播 [命中 v] 删除此克隆体28 这个数等于靶子半径 20 加上弹丸半径 8是两个圆真正相切的距离比包围盒精确得多。代价是要把靶子的坐标写到全局变量靶子x、靶子y里因为克隆体读不到别的克隆体的私有变量。这一步是我觉得整个项目里最工程的地方信息要靠全局变量传递不能靠感觉。如果靶子不止一个就建两个列表靶x、靶y主循环里实时更新弹丸判定时遍历列表。这个写法稍微复杂但对理解数据结构非常有帮助我一般放在进阶任务里。3.4 得分、难度曲线与游戏节奏一个只有打中加分的游戏玩两分钟就腻。我给它加了三层机制第一层连击。记录连续命中次数每命中一次加一脱靶弹丸飞出且未命中清零连击数超过 5 时每次得分翻倍。这个机制让玩家的操作有了风险收益也让代码里多了个值得讲的分支逻辑。第二层靶子加速。得分每增加 50靶子的移动速度加 0.5。写成靶子速度 2 (得分 / 100)这种公式孩子一眼能看懂分数越高越难是怎么实现的。第三层限时。用计时器做 60 秒倒计时时间到广播结束结算画面显示总分和最高连击。计时器用 Scratch 自带的计时器最简单但要注意它只能读不能设重置要用计时器归零积木。如果要做暂停功能就得自己用变量每帧加 1/30不能用自带计时器因为归零会丢掉已用时间。难度梯度我是这样排的你可以直接拿去当关卡设计表关卡靶子数量靶子速度发射冷却目标分数入门1固定不动012 帧10 分简单1左右匀速210 帧20 分中等2上下左右38 帧40 分挑战3随机变速4 得分/2006 帧60 分冷却帧数越大发射越慢越难。8 帧在 30fps 下大概是 0.27 秒一发已经是比较快的节奏了6 帧基本是连续扫射适合做爽快感演示。4. 从零到跑起来的完整搭建流程4.1 前期统一规范能省掉一半的沟通成本不管是一个班十几个孩子还是你自己一个人做开工前把这几个约定定死变量命名统一vx、vy、重力、弹性、得分、生命不要一会儿speed一会儿速度。全局变量和私有变量分清得分、时间、游戏状态做全局每个对象自己的速度、寿命做私有。角色命名带前缀足_球员、足_足球、射_弹丸以后角色多了不至于找瞎。所有角色初始状态集中在绿旗被点击里位置、方向、大小、是否显示全部显式设置一遍。不要依赖上一次运行留下的状态这是新手最常见的明明刚才还好好的来源。4.2 山地足球的搭建步骤第一步搭静态场景。画一个山坡角色铺满下半屏左右各放一个球门球员放在中间偏左。这一步不写任何代码只调位置让孩子先有场地感。第二步让球动起来但不受重力影响。只写将 x坐标 增加 vx和将 y坐标 增加 vy手动把vx设为 5看球往右匀速飞。这一步的目的是让孩子理解位置是靠累加改变的而不是设到某处。第三步加重力。每帧vy 增加 -0.8球会开始走下抛物线。此时不加地面判定球会掉出舞台正好用来讲什么是边界。第四步加地面判定。先用最简单的碰到舞台下边缘就反弹验证弹跳逻辑对不对再升级成山坡判定。第五步加球员控制。左右方向键改变球员 x 坐标空格跳跃vy赋初值 每帧减重力。跳跃这一段可以复用球的逻辑孩子会有这个我写过的成就感。第六步加踢球判定和进球计分。这里开始引入广播进球后广播进球球和球员收到广播后回到初始位置比分变量加一。广播比直接改对方位置好在解耦后面加音效、加特效都只是多一个接收者。第七步调参。这是最花时间也最有意思的一步让学生两两交换作品试玩互相提球太轻了坡太陡了然后自己回去改数字。我通常给 15 分钟专门做这件事。4.3 射击游戏的搭建步骤第一步先把发射器做好。让它跟随鼠标 x 坐标或者用左右键移动限制在舞台底部。这一步很简单但一定要先做因为它是所有方向的基准。第二步做一个只能发射一次的版本。不加克隆体就一个弹丸角色按空格把它移到发射器位置、显示、然后每帧移动。孩子会很自然地问为什么只能打一发这个问题就是引入克隆体的最佳时机。第三步改成克隆体。加生成克隆体和作为克隆体启动时把移动逻辑搬进去。第一次跑的时候一定会出现弹丸停在原地不动原因是忘了在克隆体启动时设置初始位置或者忘了显示。这两个 bug 我每次都让学生自己找找到一次记一辈子。第四步加边界清理。出界就删除克隆体这一步做完连发就没问题了。第五步加靶子。靶子先用克隆体做左右移动碰到边缘就反弹一行搞定。然后把靶子坐标写进全局变量。第六步加命中判定和得分。用距离法把公式摊开讲一遍让孩子自己算一遍 28 是怎么来的。第七步加难度递增和结算。把速度公式、冷却公式、倒计时分别加上最后一个广播把所有角色叫停。4.4 联调阶段最容易出问题的三个地方图层顺序。弹丸必须显示在靶子之上山坡必须在球的后面球门要在球的前面视觉上球进门的瞬间会被门柱挡一下更有立体感。Scratch 的图层顺序在编辑器里调一次就行但如果用了克隆体新克隆体会盖在最上层这时候要靠下移几层来控制。广播的时序。广播和广播并等待是两回事。进球后如果直接广播 进球球会在同一帧继续执行后面的代码可能又触发一次进球判定比分一次加两分。正确做法是广播之后立刻停止这个脚本或者用广播并等待。变量重置的时机。绿旗点击时把所有变量清零这一步千万别忘。我见过太多第一局正常第二局分数接着上一局的案例原因就是得分变量没在开始时归零。5. 常见问题与排查实录5.1 球或弹丸的速度跟设备有关Scratch 3 的循环默认跑在 30fps 左右但实际帧率会随设备性能浮动。如果你在循环里写每帧移动 5 步在性能不同的设备上速度会有肉眼可见的差异。解决办法是做时间归一化用计时器算每帧的真实间隔将 [上一时刻 v] 设为 (计时器) 重复执行 将 [dt v] 设为 ((计时器) - (上一时刻)) 将 [上一时刻 v] 设为 (计时器) 将 x坐标 增加 ((vx) * (dt * 30))dt * 30的意思是把这一帧的实际时长折算成标准帧数。设备快dt 小移动少设备卡dt 大移动多。整体速度就一致了。这个技巧在弹丸上效果不明显因为弹丸寿命短但在球上非常必要尤其是双人对战的时候两个孩子的设备不一样球速不同就完全没法玩。5.2 克隆体数量爆炸现象玩了几十秒以后弹丸突然不发射了或者游戏明显变卡。原因基本就一个克隆体没有被删除累积到 300 个上限。Scratch 3 对克隆体总数的限制是 300超过之后生成克隆体积木直接不生效而且不报错非常隐蔽。排查方法是做一个调试面板用一个变量实时显示克隆体数量每生成一个加一删除时减一。如果数字一直涨就在所有删除此克隆体的地方逐个检查看是不是漏了哪个分支。容易漏的典型分支漏删场景表现修法水平飞行出界弹丸贴着边缘不消失加 x 坐标的边界判断命中后没删打中的弹丸卡在靶子上命中分支里加删除游戏结束后重新开始后克隆体还在飞广播结束时统一清空暂停时弹丸停在原地不减暂停时也继续执行寿命判断统一清空的写法是在弹丸角色里加一个当接收到 游戏结束的脚本重复执行直到 克隆体数量 0删除此克隆体。注意要循环删因为一个脚本只能删掉自己那一份。5.3 球在山坡上抖动或者穿模抖动的成因已经说过是颜色判定法的试探式修正。如果你的项目必须用颜色判定比如山坡是孩子手绘的、没法用函数表达可以加阻尼每次修正时把vy乘以 0.5 而不是直接反向抖动会小很多。穿模球穿过山坡掉出去的成因是一帧位移超过山坡厚度。解法有两个一是限制最高速度二是做分步移动——把一帧的位移拆成若干个不超过 5 像素的小步每步都判断一次。将 [步数 v] 设为 (ceiling ((abs (vy)) / 5)) 重复执行 (步数) 次 将 y坐标 增加 ((vy) / (步数)) 如果 (y坐标) 地面高度 的第 ((x坐标) 241) 项 那么 修正位置 停止这个脚本 结束这个分步移动的思想在游戏开发里叫连续碰撞检测孩子现在不需要记这个名字但见过一次以后遇到高速物体穿墙就有直觉了。5.4 常见问题速查表现象最可能的原因快速验证方式球落地不停抽搐反弹阈值太小把 0.5 改成 1球滚得停不下来摩擦系数接近 1改成 0.97 试球踢出去没反应变量作用域搞错检查 vx 是不是私有变量弹丸原地不动克隆体启动时没设位置加移到发射器打中不加分广播接收者没写在靶子里加显示分数的调试第二局分数接着涨开始时没清零绿旗里统一归零靶子被弹丸推着走靶子也在接收命中广播命中逻辑只放在弹丸里音效叠成一片每个克隆体都播声音只让主角色播提示调试克隆体问题时把克隆体数量做成一个大字号显示在角落能解决八成的玄学问题。6. 教学递进与后续扩展的几条路子6.1 按能力分层的任务设计同一个项目不同水平的孩子做出来的东西差距会很大。我一般准备三层任务卡让每个人都能找到合适的难度基础层球能滚、能弹、能被踢山坡用颜色判定。射击游戏能发射、能打中、能加分。这一层重点是跑通不求完美。进阶层要求加两个功能任选。比如足球加风每帧给 vx 加一个随机小量、加双人模式两套按键、两个球门射击游戏加连击、加移动靶、加三关难度。挑战层足球加斜坡加速下坡时 vx 自动增加和球旋转角度与速度关联射击游戏加弹道预测线发射前画一条虚线显示弹丸会飞到哪和排行榜用列表存历史最高分。弹道预测线这个任务我自己做过用的是同样的运动公式跑一个透明虚线的克隆体飞一段距离后停下。做完之后孩子对公式预测未来这件事会有非常直观的感受比讲一百遍函数都强。6.2 从这两个项目能延伸出去的方向山地足球往下走很自然能接到平台跳跃类型——把球换成人山坡换成平台重力系统直接复用。射击打靶往下走能接到弹幕躲避——把发射者和靶子互换角色从我打别人变成我躲别人核心的克隆体管理完全一样。再往上一层两个项目都能接到关卡系统用列表存每一关的参数重力、速度、目标分切换关卡时读取对应行。这一步做完孩子就理解了数据驱动的基本思路——游戏的行为不是写死在代码里而是从数据里读出来的。我自己最喜欢的一个扩展是给足球加回放把球每一帧的 x、y 坐标存进两个列表进球后重新播放一遍轨迹。这个功能技术上不难但视觉效果非常好而且能让孩子第一次体会到记录状态的价值。最后分享一个我在实际带项目中反复验证过的体会这两个项目真正的分水岭不在代码量而在参数调试的那 15 分钟。代码照着抄谁都能跑起来但让球弹得好看、让打靶打得爽全靠一个个数字去试。所以我从来不把完成作品当成结束而是留出时间让学生互相玩、互相吐槽、回去改。那些改过五六版参数的孩子下次遇到新的运动类项目第一反应就是我先建两个速度变量这个直觉比记住任何一块积木都有用。
