基于APPinventor的科技教育教學設計

黃道燚，陳敏敏

（汕尾職業技術學院，廣東 汕尾 516600）

目前，全球各個國家，特別是發達國家都非常重視學生的編程教育，把編程思想從小就融入到了理科課程之中。在我國，教育部也在大力推動科技教育、創客教育的發展，指導和組織各類科技制作、創客項目的比賽。許多高校也開始培養科技教育方面的人才[1]，包括培訓教師、技術人員等。在汕尾職業技術學院，電子信息技術類專業也開始加入了這方面的教學，為學生的就業增加方向。文章設計了一個科技教育教學項目—“絕地求吃”，針對大部分學生對游戲都非常感興趣的特點，讓學生學在其中，樂在其中。

1 項目系統總體設計

“絕地求吃”為一個基于APPinventor[2]的APP制作教學項目，是一個手機游戲的制作過程，制作完成后，可以安裝到學生的手機上進行娛樂，同時也是教學項目，學生從中能夠學習軟件制作知識，也可以自己定義規則、修改規則，增強設計能力，如圖1所示。項目涵蓋了若干部分的知識點，同時具備非常強的趣味性。主要的游戲內容包括：（1）玩家通過右邊的遙控球來控制主球的移動，去吃掉其他的小球。（2）主球在吃掉小球的同時，要避開比自己大的紅色球。（3）隨著游戲的進行，主球和刷新的球逐漸變大，增加游戲難度。

學生在學習、制作的過程中，需要解決的問題和內容步驟：（1）設計一個遙控球和一個主球，完成遙控球被拖動時，計算拖動的角度，然后根據角度來控制主球的方向及速度。（2）加入其他小球，主球碰撞到其他的小球時，制造主球吃掉小球的效果和自身半徑的增加（變大），以及被吃球的隨機刷新。（3）設計其他小球自主隨機移動，提高游戲趣味性，同時增加游戲分數以及游戲背景的設計。（4）設計主球吃球動畫，對比其他小球與主球的半徑數值，分離為危險球（比主球半徑數值大的球，設置為警告色：紅色）和安全球（其他顏色），設計主球碰到安全球則為吃掉小球，如果碰到危險球則游戲結束。（5）增加吃球、勝利、失敗等音效和游戲背景音樂，增加游戲對話和游戲說明。

圖1 絕地求吃游戲界面

2 界面和組件設計

項目的界面和組件設計包括：

（1）水平布局、垂直布局等輔助定位游戲對象的布局組件[3]，在項目中的功能主要是將游戲界面和操控界面隔開，分為左右側。

（2）畫布和圖像精靈、球體精靈等繪圖動畫組件，其功能為游戲的主體部分，包括主球、被吃球、遙控球等。

（3）按鈕、計時器、音效、音頻播放器、對話框等，其功能包括開始游戲按鈕、控制被吃球的隨機移動、圖片動態效果控制、游戲音效、與用戶交互等。

（4）素材處理：包括主球的圖片繪制、圖片透明化處理、背景圖片的裁剪、音樂文件、音效文件的查找和下載等。

學生在制作項目時，需要學習如何使用上面各種組件、工具以及合理設計相關屬性，同時也包括素材的處理和一些特效的制作等方法。

3 程序邏輯設計

項目的程序采用面向對象的編程思想，下面將按照對象和過程對各個部分進行闡述。需要注意的是，主球為玩家控制的球，遙控球為玩家進行遙控的遙控桿，被吃球為除主球外的其他球體精靈。

（1）主球的遙控過程：獲取遙控球被拖動前、后的坐標[4]，通過下面公式可以得到遙控球拖動方向的角度θ。然后設定主球的移動方向同為角度θ，設置主球移動速度為5 P×s。如果遙控球被釋放時，則設置遙控器回到起點坐標，同時停止主球。實現主球受遙控球的控制移動。

（2）主球的吃球過程：當遙控球碰撞到其他被吃球時，則進行吃球PK判斷，對比主球與被吃球的半徑數值。如果被吃球半徑數值大，則調用結束游戲過程、播放失敗音效。如果主球半徑數值大，則制造吃掉被吃球的效果，將被吃球進行移動，調用球刷新的過程，同時進行游戲分數增加、主球半徑數值增加、吃球音效播放。

（3）球刷新過程：對被吃球進行隨機移動，移動之后對當前位置進制判斷，判斷是否刷新在主球上表面，如果在主球上表面，則要重新移動位置和判斷。判斷過程如下：計算被吃球和主球的中心點坐標，由于APPinventor軟件系統采用頂點來作為對象的坐標[5]，所以被吃球中心的X，Y坐標可以由其X，Y坐標分別加上半徑R得到。而主球使用正方形的結構，則為X，Y坐標分別加上其高或寬的一半數值，可得到中心坐標。得到兩者中心點后，進行兩者中心點距離計算：

得到兩者中心點距離后，再與兩者的半徑之和的數值進行比較，如果距離L數值大，則說明兩者不重疊，該點合理，不需要重新移動，否則需要重新移動，并再次重復判斷。

隨機設置該被吃球半徑數值，數值范圍在主球半徑數值上下5個像素內，使得刷新的球，出現危險球和非危險球的概率相等，設置完畢后進行危險球判斷。

（4）危險球判斷過程：采用循環歷遍所有被吃球與主球進行半徑數值比較。半徑數值比主球大的，設置為危險球，顏色修改為警戒顏色（紅色）；半徑數值比主球小的，則不設置危險球，顏色設置為除紅色外隨機其他顏色。每當主球半徑增加或球刷新，都進行一次危險球判斷過程的調用。該過程能夠幫助玩家判斷主球與被吃球的半徑大小關系。

（5）分數顯示過程：在畫布左上方畫出線寬為35像素、長度70像素的黑線作為游戲分數文字的背景，然后在黑線進行分數顯示。每當主球成功吃到被吃球時，進行分數的增加和分數顯示過程調用，或者開始游戲時需要改變分數，都進行分數顯示過程調用。

（6）被吃球隨機移動過程：使用計時器，每隔1.5 s，采用循環歷遍各個被吃球，對其移動方向和移動速度進行隨機設置，使被吃球運動軌跡多變，增加游戲難度和趣味性。

（7）被吃球到達邊界處理：當被吃球到達邊界時，根據被吃球對邊界的入射角度進行反彈。

（8）顯示游戲tips過程：打開APP，游戲開始，分數累計到10的倍數時使用對話框進行一些游戲tips展示[6]，例如：在開始游戲時進行游戲玩法提醒：“朋友，紅色的球能夠干掉你！諾，右邊那個大球就是遙控桿。”APP打開時則進行隨機聊天語句，例如：“歡迎回來，朋友！”或者“看吶！水里有好多球！”等；而分數到達10的倍數時，進行隨機鼓勵語句，例如：“干得好！就是這樣的！”“你就是個天才！”等，增加游戲的趣味性。

（9）開始游戲過程和結束游戲過程：開始游戲過程主要是對主球的初始數值、游戲分數值、計時器、游戲tips、遙控桿、背景音樂等的設置和啟用，包括半徑、速度、角度、計時值等。游戲結束過程則基本與開始游戲過程想反，包括關閉計時器、關閉背景音樂，禁用主球、被吃球、遙控桿，停止主球和被吃球的移動等內容。

（10）屏幕初始化：被吃球對象列表的填充、進入游戲的tips展示等。

4 結語

一個好的項目，一個具有趣味性的項目，對于學生的吸引力非常大，學生樂意投在其中，從中可以學習到APPinventor軟件設計的完整流程，包括素材處理，軟件思路設計、界面設計、邏輯程序設計、調試改錯等方面，對學生的設計能力、編程能力能起到很大的提高作用。學生在項目的制作過程中，按照項目的思路和要求進行逐步深入，很好地培養了學生解決問題、創新設計、編程實踐的能力。