Transcript 《互动媒体技术》课程的开发和实施

《互动媒体技术》课程的开发和实施
温州中学 谢作如
2012.8.29
目录
引言
选题
实施
效果
反思
结语
一、引言——从浙大饮水机娘说起
几个发人深思的科技制作案例
浙大CCNT实验室饮水机，因一名浙大学生为其
安装了感应器，使其在水开和没热水的时候会自
动发一条微博。因为微博内容非常萌，瞬间走红
于网络。
上海世博会广东馆的《生命之树》深受游客喜爱，
不过是3Dmax+SWF+传感器的作品；
温州科技馆花巨资购买各种互动媒体作品，如
《匹诺曹》等。其实是swf动画加上电机输出功能；
我校学生制作语言对话机器人，实现简单的语音
识别，震惊了众多的观众。
学生的“科技素养”来源
科学课程？
 物理
 化学
 生物
信息技术课程？
通用技术课程？
综合实践活动课程？
二、选题——寻找受学生欢迎的课程
我校信息技术校本课程列表（2006以来）
走进开源系统（施芳岳）
信息学奥赛（舒春平）
网页设计与制作（陈敏、林赛雅、吴晋林）
Flash动漫设计（余军）
机器人入门、互动媒体技术（谢作如）
易语言编程（林赛雅）
体验Web2.0（王笑丘）
为什么选择《互动媒体技术》
《互动媒体技术》课程体现了基础性、综合性
、趣味性、发展性。
 软硬件相结合（虚实结合），涉及了数学、艺术、
机械学、电子学、工程学、自动控制、计算机、人
工智能等学习领域。
学校在智能机器人方面积累了大量的软硬件资
源。
做自己擅长的！
什么是互动媒体
 百度百科中将互动媒体等同为多媒体。但将“互动多媒体
”解释为：多媒体技术是使用计算机交互式综合技术和数
字通信网络技术处理多种表示媒体文本、图形、图像、视
频和声音，使多种信息建立逻辑连接，集成为一个交互系
统。并指出互动多媒体技术被广泛应用在了各类展厅中，
如：博物馆、科技馆、企业展厅等。
 维基百科未收录互动媒体和互动多媒体这一词条。但将“
互动式多媒体”和“交互式多媒体”统一解释为：多媒体
是数位化的方式组织文字、相片、视觉艺术、声音、动画
、影像。当多媒体的使用者或是观看者，可以自主性操作
多媒体内的元件或元素可以在任何时间传递或上传，叫做
交互式多媒体。使用者需透过多者接口来执行，如现今社
会上大多可与人互动的接口，电脑，手机，各个游戏平台
，以及大型游戏机台等。
互动媒体和新媒体、数字媒体的关系
范围最大的应该是“新
媒体”，无论哪个时代
，新媒体始终指代当时
处于前沿的媒体力量；
其次是数字媒体，它是
我们现在所处时代的“
新媒体”；范围最小的
是互动媒体，它是数字
媒体的重要“交互分支
”。
我对互动媒体的定义
基于新技术的具有反馈、交流特征的信息展示
系统，是一种崭新的媒介形式。观众借助键盘
、鼠标、数据手套、摄像头、麦克风、传感器
等外围输入设备，配合相应的软件实现人机交
互，得到全新的感官体验。从本质上说，“互
动媒体”是“数字媒体”的一个交互分支，是
一种特殊的信息传播媒介。
可参照的名词：互动装置艺术、数码游戏。
什么是互动媒体技术
互动媒体技术也称多媒体互动技术，是一个新
生的名词，其关注计算机和外界环境的信息互
动。在科技馆中常见的电子鱼缸、互动投影、
虚拟翻书和4D影院等科普观赏项目，正是采
用互动媒体技术建构，其体现了科技和艺术结
合的神奇魅力。
核心：人机交互、信息互动
互动媒体技术的图示
多样化的输入
鼠标、键盘、摄像头、传感器、
触控屏……
计算机
处理
多样化的输出
显示屏、投影仪、灯光、马达
……
三、实施——一场有趣而艰难的探索
《互动媒体技术》课程学什么
互动媒体技术的核心内容是传感器技术、单片机技
术、编程技术和通讯技术，涵盖了机械学、电子学
、工程学、自动控制、计算机和人工智能等领域。
《互动媒体技术》课程的主要内容为：
以Arduino开源软硬件平台为基础，结合常见的编
程语言，参照常见的互动媒体作品，通过一系列的
互动媒体实验，指导学生把新奇创意变身为现实，
从而培养学生的科学、技术、工程和数学素养（
STEM素养）。
软硬件平台的选择
编程语言：





processing；
VB；
Flash；
VB.net（netduino）；
Scratch、S4A
硬件：
 商业机器人；
 AVR学习板；
 Arduino；
选择原则：
1、软件技术门槛低；
2、硬件成本低；
3、可扩展性强。
课程实施要素
授课对象：高一、二学生（同样适用于初中）
班级人数：20人以内
课时安排：18课时（9个专题，每个专题2课时）
教学方法：项目教学法
评价方式：作品评价法
教学器材：Scratch传感器板、S4A学习套件
Arduino介绍
Arduino是一个基于开放原始码的软硬体平台，
具有使用类似Java、C语言的开发环境。
Arduino诞生之初是为嵌入式开发的学习而生，
但发展到今天，Arduino被称为“科技艺术”，
作为一种新“玩具”，甚至新的艺术载体，吸
引了各个领域的爱好者。
 价格低廉，功能强大；
 具备了图形化编程界面。
Scratch介绍
Scratch是由MIT Media Lab开发的一种适于8
岁以上孩子的图形化编程语言。Scratch提供
了外部传感器和乐高WEDO马达的接口，只
要拖拽积木图标，就可以制作出各种互动的作
品。
S4A介绍
S4A是scratch的修改版本，提供对Arduino的
支持。它保留了Scratch的原有特点，主要采
用Arduino作为传感器和执行器的控制平台，
提供了6组模拟输入接口，2组数字输入接口，
2组舵机输出接口，6组数字输出接口（含3组
PWM输出接口）。
S4A支持的传感器更加丰富，其提供了远程传
感器的协议和安卓手机的配套程序。相对
Scratch来说， S4A编写出的作品交互功能更
加强大。
四、效果——让学生的创意飞扬
基本作品：跷跷板
使用倾角传感器控制画面中的跷跷板。
视频展示
基本作品：感知外界环境变化的画
使用温度、光线、湿度、雨点等传感器，控制
电脑中的一张风景画。风景画可以根据
Arduino传回的数据发生变化，如风景画会随
着外面的亮度变明暗，外面下雨时湖面上会有
雨滴出现等。
视频展示。
作品的互动原理
传感器1
PC（显示屏）
根据传感器信息，让画布产生变化
Arduino板
无线通讯
传感器2
基本作品：虚拟机械臂
用两个角度传感器和按钮传感器，控制屏幕中
机械臂取苹果。
视频展示
拓展作品：激光测距测高仪
使用三只激光和角度传感器实现对远处物体的
测距和测高。
拓展作品：可编程型电动显示器支架
通过设计和制作一个可进行自动调节的电动显
示器支架，方便使用者调整显示器到一个舒适
的位置，也可通过颈椎保护程序来自动调节，
从而预防或治疗长时间使用电脑者的颈椎病，
另外也具备一定的防止近视的功效。
拓展作品：校园天气预报装置
使用温度、湿度、气压等传感器，通过
zigbee协议将数据汇总到服务器，以web形
式展示在学校大屏幕和校园网主页。
特色展示：智能手机和S4A的互
联
在《互动媒体技术》课程中，涉及与物联网、
智能家居之类技术前沿领域，甚至结合了智能
手机的各种应用。
特色展示：摄像头和S4A的互联
摄像头可以作为传感器和S4A互动，这是非常
有趣的功能扩展。
视频展示。（略）
课例展示《传感器信息的获取》
《外界信息的获取》位于《互动媒体技术》课
程的第三单元第一个主题。之前学生已经学习
了scratch的编程，scratch传感器板的使用方
法和传感器的知识，能够编写基于scratch传
感器板的简单的互动媒体作品。
学习重点：传感器类型和如何获取传感器信息
，并进行相应的处理。
难点分析：因为学生第一次接触arduino，传
感器和扩展板的连接是教学难点。
视频片段
五、反思——互动媒体技术课程的价值
什么是STEM
STEM是科学（ScienceENCE）、技术（
Technology）、工程（Engineering）和数学（
Mathematics）四门学科的简写。
STEM这个缩写是一个相对比较新的产物。2001
年之前，常用的缩写还是SMET，科学、数学、
工程和技术。美国国家科学基金会（NSF）是第
一个开始将四门学科统称为STEM的，这反映了
一种教育哲学的变化。
STEM素养是一个多学科交叉的研究领域，但
STEM素养并不是科学素养、技术素养、工程素
养和数学素养的简单组合，而是强调把学生学习
到的零碎知识与机械过程转变成一个探究世界相
互联系的不同侧面的过程。
STEM的受关注程度（美国）
 在109届国会中，有三项STEM教育项目被通过并被写
进了法律。在2007年春天和夏天，一些主要的STEM教
育立法建议被纳入2007年《美国竞争力法》，在110届
国会会议中通过并生效。
 2009年1月，美国国家科学委员会代表NSF发布致美国
当选总统奥巴马的一封公开信，其主题是《改善所有美
国学生的科学、技术、工程和数学（简称STEM）教育
》。
 奥巴马在演讲中提出：美国联邦政府将出台一揽子计划
，将在未来十年中招聘和培训更多的教师，大幅提高学
生的数学和科学水平。要求国家自然科学基金委员会和
教育部仔细研究，并提出切实可行的措施加以落实。
2011年3月，由美国技术教育协会主办的73届国
际技术教育大会在美国明尼苏达州明尼阿波利斯
市举行。会议主题为“准备STEM劳动力：为了
下一代”。
《参考消息》2011年5月摘自美国《时代》周刊
网站文章，该文指出STEM教育正在成为美国乃
至世界理工科教育的热点。
由昆士兰科技大学和北京师范大学联合举办的第
二届科学、技术、工程、数学（STEM，Science
、Technology、Engineering、Mathematics的简
称）教育应用国际会议将于2012年11月24日至27
日在北京召开。
美国人为什么关注STEM
对STEM教育的关注是由于美国面临着越来越激
烈的国际竞争，美国对其世界领导者的地位开始
有种危机感。而美国人认为：提高K-12STEM教
育能帮助美国在两方面提高竞争力：
 第一，提高STEM教育，可以使更多学生为将来从事不
同的科学和技术领域工作而做好准备；
 第二，提高STEM教育，可以提高整个国家人口的科学
和技术水平。最终这些改变将会提高美国在全球化市
场中的竞争力，应对不同的经济的和非经济的威胁，
提高整体的生活质量。
为什么选择《互动媒体技术》
对国家机器人教育（竞赛驱动）的失望。
对技术课程设置的思考。
核心目标——信息素养的淡出。
移动设备的普及，让我们无法回避已经逐步淡
出信息技术课程的某些内容。
信息技术和通用技术、物理、数学、工程和科
学学科之间的联系。
学生的学习需求。
我们又不得不重新面对的内容？
如：传感器、通讯、协议
手机中有哪些传感器？







磁控传感器（干簧管传感器、霍尔传感器）
光线传感器
触摸传感器（电阻式触摸屏、电容式触摸屏）
电子指南针（磁阻传感器）
三轴陀螺仪（加速度传感器）
距离传感器、重力计
……
为什么不选择《智能机器人》课程
智能机器人课程也是一门综合性的、跨学科的课
程。《互动媒体技术》课程和传统的智能机器人
课程密切联系，涵盖的学科领域十分相近。但是
二者又各有侧重。相对来说，智能机器人技术侧
重于电子控制，如单片机的输入和输出，以及动
作执行；互动媒体技术则侧重于通讯和媒体展示
，即人机互动。
从技术门槛上看，互动媒体技术直接与电脑进行
交互，门槛较低，娱乐性更强，不仅适合有科技
特长的学生，也适合在艺术上有特长的学生，收
益范围更广。如互动媒体技术可以研究flash和传
感器的互动，摄像头的图像和视频处理，而这一
点就不是智能机器人研究的范围了。
如何开发受学生欢迎的课程
符合四点要求：




清晰的目标（期望学生到哪里去？）
适切的内容（需要用什么知识或活动作为载体？）
有序的实施（怎样带学生去那里？）
恰当的评价（如何确定他们已经到那里了？）
满足学生个性化发展需求。
六、结语——关于课程核心价值
其一
技术是有趣的，是可以吸引学生的；
技术是有用的，技术结合其他领域后，价值更高；
技术是发展的，学校教育要让学生接触最新的技术
。
其二
我们特别需要抓住尚未进入大学之前的听众，
包括教师、父母和学生，向他们传送下面两个
主要信息：智力上的挑战和引人入胜的科学问
题依旧亟待理解和解决。这些问题和解答仅仅
受限于我们自己的好奇心和创造力；同时一个
人可以主修计算机科学而从事任何行业。
——周以真教授（计算思维倡导者）
感谢倾听、期待交流！