簡話《S4A和互動媒體技術》

謝作如

互動媒體技術也稱多媒體互動技術，其關注計算機和外界環境的信息互動。科技館展廳中常見的電子魚缸、互動投影、虛擬翻書和4D影院等科普項目，正是典型的互動媒體作品，體現了科技和藝術結合的神奇魅力。S4A是Scratch的修改版本，它提供了對Arduino和Andriod的支持。使用S4A，只要拖拽圖標，就能編寫出交互功能強大的媒體作品來。

本書適合對互動媒體技術或者互動裝置藝術感興趣的初學者，也適合對科技制作、硬件編程感興趣的中小學生。通過本書，不僅可以學習到門檻極低的人機互動技術，還可以理解并體驗智能家居和物聯網等高新技術。來，跟隨互動技術，駕馭你的新奇創意，將其變身為現實吧。

● 為什么要寫這本書

“學生喜歡電腦，但不喜歡信息技術課。”——2006年，上海師范大學黎加厚教授在博客中寫下這句話。

學生為什么不喜歡信息技術課？黎教授認為現行的信息技術課程內容和教學方法存在問題：教材上講的是學生們已經會的，學生不會的和社會生活中需要的知識技能，教材上沒有。信息技術飛速發展，層出不窮的新技術、新軟件、新服務向人們涌來，造成“新課程不新”的永恒的滯后現象。

我曾經把信息技術課程方面的問題分為三類：為什么教，教什么和怎么教。“教什么”的問題，其實直接影響了學生對課程的興趣程度。拿什么課程內容來吸引學生，然后讓他們愛上技術？這幾年來我一直在思考這一問題，并開發了一門名為《互動媒體技術》的課程，試圖在課程建設方面有所突破。本書就是《互動媒體技術》課程的最重要成果之一。

互動媒體是一個全新的領域，一般稱為互動式多媒體、交互式多媒體或者互動多媒體。2010年的上海世博會，標志著我國新媒體藝術方面進入了成熟期。但人們對互動媒體的關注，主要是其媒體內容和藝術表現力，很少關注其背后的支撐技術。在高校尚且很少看到類似的課程，更不要說基礎教育了。在中國當前的課程體系中，像互動媒體技術一樣同時涉及軟硬件的綜合技術是空白的。技術的淺薄，是基礎教育課程的通病，從高中課程內容中可以管窺：通用技術課上學做凳子，信息技術課上學信息搜索。于是，在世博會和一些科技館中，學生面對互動媒體作品只會一臉驚喜，卻不知道這些作品是如何運行的。《互動媒體技術》課程的開發，就是基于這樣的背景。

《互動媒體技術》課程的開發并不是一帆風順的，在找硬件和軟件平臺方面，耗去了我很多精力。直到后來發現了Arduino和Scratch。其實Arduino的誕生和互動媒體有著千絲萬縷的關系，Massimo Banzi和David Cuartielles本來就是為了讓從事互動設計的學生容易掌握單片機技術而開發的。Scratch的設計更是天才，讓編程和游戲一樣有趣。就這樣，Arduino提供了廉價且功能強大的硬件，Scratch則將編程的門檻降到最低。來自西班牙加泰羅尼亞的Citilab團隊將二者完美地結合在一起，推出了S4A。S4A為我們的學生開啟了互動媒體技術的大門！

縱觀國內Scratch教學現狀，更多的教師僅僅把Scratch作為學生編寫小游戲的工具。在一些場合，Scratch愛好者會很謹慎地表示，Scratch非常適合小學生。初高中為什么不能用？2011年，我在全國高中優質課展評活動中，用Scratch上了一節《用計算機程序解決問題》的信息技術課。有聽課的專家就表示在高中階段使用圖形化編程過于簡單。也許他不知道，越來越多的圖形化編程語言（G語言）在涌現，除了Scratch外，LabView，App Inventor、blockly、Sikuli都受到很多人的歡迎。在某些高校的工科課程中，常常可以看到圖形化編程語言的身影。

我一直認為，編程不應該僅僅屬于專業程序員的專利，一些藝術、科學領域的人士，也應該能夠拿起某個簡單的編程工具，寫個小程序，表達自己的創意或者解決某個問題。所幸的是，這幾年面向“非專業”人士的編程工具也越來越多了，如Processing，一款專為設計師和藝術家設計的編程語言。再如App Inventor和AppArchitect，能夠用圖形化的方式給Android和IOS編寫App。其實，在我們的學生中，將來真正從事程序編寫工作的也不過是其中極少的一部分。技術教育是普及教育，而不是僅僅為了培養少數精英。

2011年，一個新的教育名詞——STEM（Science，Technology，Engineering and Mathematics，即科學、技術、工程和數學）引起我的關注。STEM教育是一個多學科交叉的研究領域，強調把學生學習到的零碎知識與機械過程轉變成一個探究世界相互聯系的不同側面的過程。STEM課堂的特點就是在“雜亂無章”的學習情境中強調學生的設計能力、批判性思維和問題解決能力。這種復雜的學習情境包含了多種學科，強調綜合技術的應用。《互動媒體技術》課程以培養學生STEM素養為目標，以研究互動媒體作品的支撐技術為教學內容，通過一系列的互動媒體實驗，把新奇創意變身為現實。相對于大家熟悉的智能機器人課程來說，互動媒體技術側重于通訊和媒體展示，即人機互動。從技術門檻上看，互動媒體技術關注外設和電腦的交互，技術門檻較低，趣味性更強，不僅適合具有科技特長的學生，也適合在藝術上有特長的學生學習。

2012年，正是創客（makers）、3D打印機、新工業革命等名詞在悄悄醞釀并發酵的年份，各種關于Scratch、Arduino的書籍紛紛出版。我受到吳俊杰老師的慫恿，第一次有了為S4A寫本書的沖動。在他的引薦下，有幸認識了北京鄭劍春老師（清華大學出版社《中學生科技創新系列叢書》編委會負責人），很快就確定了本書的定位和大綱。

本書從構思到成稿，差不多十個月時間。在此期間，我也經歷了“十月懷胎”的惶恐、陣痛和喜悅。本書偏重互動媒體技術，在藝術方面并沒有任何可圈可點之處，又擔心在技術上存在紕漏或者錯誤，不免誠惶誠恐。此外，工作上的繁忙，只能在深夜堅持寫稿，不可不謂之“痛”。而眾多同行的期待和鼓勵，也讓我從內心感到滿足而喜悅。endprint

● 讀者對象

藝術為科技提供想象和創造的空間，科技為藝術提供了實現夢想的方法，互動媒體是科技和藝術相結合的學習領域，具有神奇的魅力。所有對互動媒體感興趣的都可以閱讀本書，不管是小學生、中學生還是在校大學生，或者是對科技動手感興趣的教師、家長。當然，如果你學過Scratch編程，或者折騰過Arduino硬件，更應該看看這本書，從中可以獲得一定的啟發和靈感。本書具體的讀者對象如下：

第一類：中小學生。可以在老師的指導下學習，也可以自學。但是，請別停止腳步，更精彩的互動媒體世界等您探索。

第二類：在校大學生。希望非計算機專業的大學生學習本書，藝術專業的學生，可以把本書當作“互動裝置藝術”的入門書籍。尤其希望將來從事技術教育的計算機專業、教育技術專業的大學生學習本書，為您未來的崗位做點積極的準備。

第三類：教師。正在從事技術課程教學或者綜合實踐活動課程教學的老師，這本書會給您帶來新的教學思路。

第四類：家長。重視家教，喜歡和孩子做點親子項目的家長，可以對照這本書自學，您的孩子會對您刮目相看的。

第五類：入門級創客。創客不是誰的專利，也不是技術很厲害的人才能叫做創客。努力把各種創意轉變為現實的人，就是創客。

● 如何閱讀本書

本書共分為七章，分別介紹如下：

第一章概述了互動媒體和互動媒體技術的發展現狀，結合經典的互動媒體作品分析“互動”原理和工作流程，并羅列了常見的軟硬件創作平臺。

第二章介紹S4A的基本語法，用一個“大魚吃小魚”的范例，貫穿整章的學習，如舞臺、角色、造型、事件、廣播和變量等基礎知識。如果你已經具備了Scratch的基礎，可以直接跳過。

第三章介紹Arduino UNO和一些周邊的擴展板、傳感器、執行器等電子積木，包括這些電子積木如何和Arduino連接，以及Arduino和電腦的連接。

第四章通過多個范例介紹使用S4A制作互動項目，從輸入、輸出到互動，由淺入深。最后通過對S4A固件的研究，分析S4A和Arduino的互動協議。

第五章圍繞“智能家居”的話題，介紹如何使用S4A控制220V的家用電器，具體介紹了繼電器安全插座的制作過程，并講解利用超再生遙控套件，把普通的家用電器改造為可遙控電器的過程。經過本章的學習后，你就可以設計大型的互動作品了，開始像個創客了！

第六章介紹物聯網。主要分析了S4A的遠程傳感器功能，并結合范例，實現了S4A和瀏覽器、智能手機之間的互動。讓你能近距離接觸物聯網技術，并能做出一個簡單的物聯網模型。

第七章介紹Processing。不僅介紹了Processing和Arduino的互動作品，還結合一個攝像頭識別程序，讓S4A支持簡單的手勢識別，并編寫了一個小游戲。

本書的附件一以Sensors2s4a為范例，介紹了用MIT App Inventor開發手機APP的一般過程。Sensors2s4a的功能是將手機的傳感器信息發送給S4A。如果你對手機App開發感興趣，很有必要閱讀。附件二則羅列了本書所涉及的所有硬件設備，供讀者參考。endprint