簡話《S4A和互動媒體技術(shù)》

謝作如

互動媒體技術(shù)也稱多媒體互動技術(shù)，其關(guān)注計算機和外界環(huán)境的信息互動?？萍拣^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(xiàn)了科技和藝術(shù)結(jié)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(biāo)，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(shù)或者互動裝置藝術(shù)感興趣的初學(xué)者，也適合對科技制作、硬件編程感興趣的中小學(xué)生。通過本書，不僅可以學(xué)習(xí)到門檻極低的人機互動技術(shù)，還可以理解并體驗智能家居和物聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)。來，跟隨互動技術(shù)，駕馭你的新奇創(chuàng)意，將其變身為現(xiàn)實吧。

● 為什么要寫這本書

“學(xué)生喜歡電腦，但不喜歡信息技術(shù)課?！薄?006年，上海師范大學(xué)黎加厚教授在博客中寫下這句話。

學(xué)生為什么不喜歡信息技術(shù)課？黎教授認(rèn)為現(xiàn)行的信息技術(shù)課程內(nèi)容和教學(xué)方法存在問題：教材上講的是學(xué)生們已經(jīng)會的，學(xué)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(shù)飛速發(fā)展，層出不窮的新技術(shù)、新軟件、新服務(wù)向人們涌來，造成“新課程不新”的永恒的滯后現(xiàn)象。

我曾經(jīng)把信息技術(shù)課程方面的問題分為三類：為什么教，教什么和怎么教?！敖淌裁础钡膯栴}，其實直接影響了學(xué)生對課程的興趣程度。拿什么課程內(nèi)容來吸引學(xué)生，然后讓他們愛上技術(shù)？這幾年來我一直在思考這一問題，并開發(fā)了一門名為《互動媒體技術(shù)》的課程，試圖在課程建設(shè)方面有所突破。本書就是《互動媒體技術(shù)》課程的最重要成果之一。

互動媒體是一個全新的領(lǐng)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(biāo)志著我國新媒體藝術(shù)方面進(jìn)入了成熟期。但人們對互動媒體的關(guān)注，主要是其媒體內(nèi)容和藝術(shù)表現(xiàn)力，很少關(guān)注其背后的支撐技術(shù)。在高校尚且很少看到類似的課程，更不要說基礎(chǔ)教育了。在中國當(dāng)前的課程體系中，像互動媒體技術(shù)一樣同時涉及軟硬件的綜合技術(shù)是空白的。技術(shù)的淺薄，是基礎(chǔ)教育課程的通病，從高中課程內(nèi)容中可以管窺：通用技術(shù)課上學(xué)做凳子，信息技術(shù)課上學(xué)信息搜索。于是，在世博會和一些科技館中，學(xué)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(shù)》課程的開發(fā)，就是基于這樣的背景。

《互動媒體技術(shù)》課程的開發(fā)并不是一帆風(fēng)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(fā)現(xiàn)了Arduino和Scratch。其實Arduino的誕生和互動媒體有著千絲萬縷的關(guān)系，Massimo Banzi和David Cuartielles本來就是為了讓從事互動設(shè)計的學(xué)生容易掌握單片機技術(shù)而開發(fā)的。Scratch的設(shè)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(jié)合在一起，推出了S4A。S4A為我們的學(xué)生開啟了互動媒體技術(shù)的大門！

縱觀國內(nèi)Scratch教學(xué)現(xiàn)狀，更多的教師僅僅把Scratch作為學(xué)生編寫小游戲的工具。在一些場合，Scratch愛好者會很謹(jǐn)慎地表示，Scratch非常適合小學(xué)生。初高中為什么不能用？2011年，我在全國高中優(yōu)質(zhì)課展評活動中，用Scratch上了一節(jié)《用計算機程序解決問題》的信息技術(shù)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(xiàn)，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?？梢钥吹綀D形化編程語言的身影。

我一直認(rèn)為，編程不應(yīng)該僅僅屬于專業(yè)程序員的專利，一些藝術(shù)、科學(xué)領(lǐng)域的人士，也應(yīng)該能夠拿起某個簡單的編程工具，寫個小程序，表達(dá)自己的創(chuàng)意或者解決某個問題。所幸的是，這幾年面向“非專業(yè)”人士的編程工具也越來越多了，如Processing，一款專為設(shè)計師和藝術(shù)家設(shè)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(xué)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(shù)教育是普及教育，而不是僅僅為了培養(yǎng)少數(shù)精英。

2011年，一個新的教育名詞——STEM（Science，Technology，Engineering and Mathematics，即科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)）引起我的關(guān)注。STEM教育是一個多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，強調(diào)把學(xué)生學(xué)習(xí)到的零碎知識與機械過程轉(zhuǎn)變成一個探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面的過程。STEM課堂的特點就是在“雜亂無章”的學(xué)習(xí)情境中強調(diào)學(xué)生的設(shè)計能力、批判性思維和問題解決能力。這種復(fù)雜的學(xué)習(xí)情境包含了多種學(xué)科，強調(diào)綜合技術(shù)的應(yīng)用?！痘用襟w技術(shù)》課程以培養(yǎng)學(xué)生STEM素養(yǎng)為目標(biāo)，以研究互動媒體作品的支撐技術(shù)為教學(xué)內(nèi)容，通過一系列的互動媒體實驗，把新奇創(chuàng)意變身為現(xiàn)實。相對于大家熟悉的智能機器人課程來說，互動媒體技術(shù)側(cè)重于通訊和媒體展示，即人機互動。從技術(shù)門檻上看，互動媒體技術(shù)關(guān)注外設(shè)和電腦的交互，技術(shù)門檻較低，趣味性更強，不僅適合具有科技特長的學(xué)生，也適合在藝術(shù)上有特長的學(xué)生學(xué)習(xí)。

2012年，正是創(chuàng)客（makers）、3D打印機、新工業(yè)革命等名詞在悄悄醞釀并發(fā)酵的年份，各種關(guān)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(rèn)識了北京鄭劍春老師（清華大學(xué)出版社《中學(xué)生科技創(chuàng)新系列叢書》編委會負(fù)責(zé)人），很快就確定了本書的定位和大綱。

本書從構(gòu)思到成稿，差不多十個月時間。在此期間，我也經(jīng)歷了“十月懷胎”的惶恐、陣痛和喜悅。本書偏重互動媒體技術(shù)，在藝術(shù)方面并沒有任何可圈可點之處，又擔(dān)心在技術(shù)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(nèi)心感到滿足而喜悅。endprint

● 讀者對象

藝術(shù)為科技提供想象和創(chuàng)造的空間，科技為藝術(shù)提供了實現(xiàn)夢想的方法，互動媒體是科技和藝術(shù)相結(jié)合的學(xué)習(xí)領(lǐng)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(xué)生、中學(xué)生還是在校大學(xué)生，或者是對科技動手感興趣的教師、家長。當(dāng)然，如果你學(xué)過Scratch編程，或者折騰過Arduino硬件，更應(yīng)該看看這本書，從中可以獲得一定的啟發(fā)和靈感。本書具體的讀者對象如下：

第一類：中小學(xué)生。可以在老師的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)，也可以自學(xué)。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(xué)生。希望非計算機專業(yè)的大學(xué)生學(xué)習(xí)本書，藝術(shù)專業(yè)的學(xué)生，可以把本書當(dāng)作“互動裝置藝術(shù)”的入門書籍。尤其希望將來從事技術(shù)教育的計算機專業(yè)、教育技術(shù)專業(yè)的大學(xué)生學(xué)習(xí)本書，為您未來的崗位做點積極的準(zhǔn)備。

第三類：教師。正在從事技術(shù)課程教學(xué)或者綜合實踐活動課程教學(xué)的老師，這本書會給您帶來新的教學(xué)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(xué)，您的孩子會對您刮目相看的。

第五類：入門級創(chuàng)客。創(chuàng)客不是誰的專利，也不是技術(shù)很厲害的人才能叫做創(chuàng)客。努力把各種創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實的人，就是創(chuàng)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(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合經(jīng)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(chuàng)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(xué)習(xí)，如舞臺、角色、造型、事件、廣播和變量等基礎(chǔ)知識。如果你已經(jīng)具備了Scratch的基礎(chǔ)，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(zhí)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(xié)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(jīng)過本章的學(xué)習(xí)后，你就可以設(shè)計大型的互動作品了，開始像個創(chuàng)客了！

第六章介紹物聯(lián)網(wǎng)。主要分析了S4A的遠(yuǎn)程傳感器功能，并結(jié)合范例，實現(xiàn)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(lián)網(wǎng)技術(shù)，并能做出一個簡單的物聯(lián)網(wǎng)模型。

第七章介紹Processing。不僅介紹了Processing和Arduino的互動作品，還結(jié)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(fā)手機APP的一般過程。Sensors2s4a的功能是將手機的傳感器信息發(fā)送給S4A。如果你對手機App開發(fā)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(shè)備，供讀者參考。endprint