【Maker Club】用 Scratch 玩 Arduino入門第一課！認識Scratch介面開發環境，玩好積木角色及造型

之前我們曾經在去年12月開過一堂Arduino 開發板新手入門課，提供最基本以及最簡單的入門教學，但是當時有些學員反應IDE的開發環境對於沒有程式基礎的人還是太難，希望能學習圖形化介面的課程，因此我們在3/19加開了這堂課程，主要就是基於之前的課程之上，增加Scratch圖形化介面程式的教學，更降低學習的難度。

這次的課程依然是邀請與Maker Club合作相當多次課程的Motoduino 團隊，從上午九點半開始，到下午五點半結束，課程相當紮實。Motoduino 團隊設計了14個主題，藉由這些主題，可以帶領學員從課程中認識Arduino的基本驅動，輸出入的應用，並且在 Scratch 軟體中拖拉圖像式積木指令，就可以建構程式碼，玩感測器、馬達、LED、麥克風等等實體元件。

上課講師：Motoduino 團隊介紹

成員包括 Dennis Chen, M.B. Lee, Sam Lin，本身都是資深 Maker，並長期投入開放硬體的研發及教學，專長包括網路應用程式開發、彩色影像處理、色彩管理及影像辨識、Android 手持裝置應用設計、開放硬體相關設計(Arduino/Raspberry Pi)。

這次針對Scratch的教學，新增了一位徐瑞茂老師，他之前是程式設計師，後來跨入Maker領域，徐瑞茂解釋自己踏入Maker領域，主要是要教自己的小朋友一些科學應用，想要藉由開發板的應用來引導小朋友的學習。但是，因為他平常的工作就是在寫程式，所以教小朋友的時候，就不想要再碰程式，而且程式語言也不適合年紀太小的孩子學習，因此才改用 Scratch進行教學。

▲徐瑞茂老師

STEM課程：培養動手做的習慣

美國首先提出了「STEM計劃」，代表科學（Science）, 技術（Technology）, 工程（Engineering）, 數學（Mathematics）。STEM教育就是科學，技術，工程，數學的教育。鼓勵學生主修這四大領域的教育，也鼓勵學童即知即行，培養動手做的習慣。

而美國歐巴馬總統2015提出的「美國創新戰略」，指出美國未來的經濟成長和國際競爭力取決於創新能力。目前各個國家都在推動兒童、學生的程式設計，歐巴馬也是不留餘力的再推行，希望孩子在電腦上不要只是玩GAME。

Scratch為什麼這麼紅？

Scratch是由美國MIT實驗室開發的圖形程式介面，結合多媒體培養創意思考、設計的核心就是一種「積木式」的撰寫程式方法，讓寫程式也可以類似在玩互動遊戲一樣，培養學習的興趣。他的特色之一是可以培養創意思考的技能、協助學生發展推理邏輯，更重要的是可以培養團隊合作的能力，幫助跨領域的技能可以整合在一起。

而Arduino當年之所以會推出，在設計之初本來也是針對藝術互動需求的學生所設計的，所以出發點就是簡單易用，容易使用這塊板子做不同的應用。而且後來因為開源，有越來越多的人加入開發計畫，衍生出許多不同的玩具、自動控制、物聯網等等的應用，是目前最熱門的開發板之一。

由上面可以看出，Scratch、Arduino兩者的出發點都有相同特色，就是力求簡單、希望跨領域的人才都能應用。因此，西班牙的一個團隊，就想到把Arduino與Scratch相結合，推出S4A(Scratch For Arduino)，讓人們可以用圖形化介面來控制Arduino。

不過，S4A開發了3~4年，其實並不是非常的Prowerful。不過，最近開始有2.0的版本出來（S2A，Scratch 2.0 for Arduino），威力要比之前的版本強大許多。不過2.0版本目前還有一些缺點，最大的問題就是安裝不易，在Windows、Mac上安裝不容易成功，對於一般人來說使用起來有門檻，所以沒有那麼容易普及。

還有什麼可以用在Arduino上的圖形化介面語言？

mblock

由中國的Makeblock所開發的mBot系列套件大家應該並不陌生，之前MakerClub也辦過幾次教學。而由他們同時基於Scratch 2.0為基礎所開發的開源軟體mblock，操作方便，也是圖形界面學習程式撰寫的好工具。

ArduBlock

把C的程式碼轉成圖形界面，不過比較偏向高中、高職以上，對C有概念的人才習慣使用。你也可以把它想像成是C語言版本的Scratch。

實際認識S4A

官網下載

當你開啟Scratch for Arduino的時候，首先你會看到下面這個介面，這個介面有四大區塊，其中只有程式積木區這裡會與Arduino有關，其它的區塊都是圖形程式介面本身的功能：

程式積木區（與Arduino有關）
程式區
程式展示區
角色區

你可以將Scratch視為是一種軟體積木，基本上就是你只要把每一個積木元件拼接好了，就可以組成一個功能，讓寫程式與玩積木一樣簡單。

所以，現在我們從積木區拖曳動作積木，拉到程式區。我們在前面說過，積木是一塊一塊堆疊起來的，因此當你要將下一個積木動作拖曳過來連接的時候，必須要看到前一個積木下方會出現白色的長條，這表示下一個積木要與他連接起來。

如果沒有出現這個白色長條，就表示兩者沒有連接上，視為兩個獨立的動作。

要讓程式依序跑下去，一定要組好（積木一定要連結上）。之後當你將你的積木動作組好後，當你在程式展示區，按下開始執行（綠色旗子），就會依據我們剛剛的設定來進行程式動作。

現在進一步來看程式區，程式區這裡有三個頁籤：程式/造型/聲音

要解釋什麼是造型，需要一併來看四大區塊中的角色區塊。什麼叫角色？簡單的定義就是只要在程式展示區裡頭可以跟我們產生互動的，都是角色。

上圖，在程式展示區中有一個Arduino的「角色」，這是可以看得到的，但是事實上在程式展示區中有兩個角色，除了Arduino板子之外，背景（程式中稱之為舞台）也算是一個角色。

好，現在我們把焦點集中在角色區，我們隨時可以新增角色，新增的方式是可以用手動自己繪圖畫出一個角色，或是也可以插入圖片來當成一個角色。

▲選擇繪製新角色時，就會叫出繪圖編輯器，手動繪出新角色

▲選擇開啟角色檔案的話，則是可以用內建的圖庫檔案來新增角色。

要注意的是，並不是所有角色都可以與Arduino積木互動，只有後面三種角色新增的方法（下圖黃色圈起來的地方），才有內建與Arduino積木互動的方式。

造型與角色有何不同？

現在你知道什麼是角色，那麼造型又是什麼呢？簡單的講，就是你可以想像一個演員（角色）可以有很多種造型，可以扮老、扮醜、扮搞笑。但是不管造型怎麼變，都是同一個角色。

舉例來說，在超級瑪利中的問號磚塊，被瑪莉歐撞擊後，會變成鐵磚塊，但是不管是哪一種造型，都是同一個磚塊，算是同一個角色。

在舉例來說，孫悟空有72變，等於有72種造型，但不管是哪一種，他都是「孫悟空」這個角色。

聲音

在程式區還有一個「聲音」的頁籤，其實就是讓你將角色增加一些事件的音效，你可以利用錄音，或是聲音檔案，來讓角色針對不同的狀態，做出聲音對應的轉變。

程式展示區

把程式寫好之後，就可以在展示區中看到成果。這裡就是整個程式的「舞台」。

展示的方法很簡單，按下右上角按綠色開始執行、紅色停止。就跟紅綠燈一樣。

▲程式展示區

實例教學：用S4A Sensor board互動感測板學程式

認識了S4A的基本環境概念後，接下來就是進入實際手動學習的時候。在這裡搭配使用的是Motoduino 團隊所開發的S4A Sensor board互動感測板，這塊板子將板子分成三等分，外接接頭、輸入、輸出的元件分別各自佔一個區塊，對於初學者學習來說這種設計很便利。

在這次的課程中，老師幾乎將這塊板子上面的所有功能都用到了。這個部分佔的教學時間最多，目的就是讓所有的學生能夠在實例中理解怎麼樣利用Scratch for Arduino來寫程式，並且在寫程式中還要瞭解到怎麼與外部的S4A感測板進行溝通，與板子上的光感測器、滑桿、蜂鳴器、麥克風、馬達等輸出入裝置進行互動。