[发明专利]一种编程语言实物化积木编程系统

说明书

本发明提供了一种编程语言实物化积木编程系统，包括：启动模块、功能模块、参数模块、主控模块和接口单元，每个模块都内置控制板，控制板集成微控制器，允许与其相邻的模块获取或提供供电、通信、区分模块功能，并从参数模块读取数据和控制接口单元，其中，由启动模块、功能模块和参数模块组成编程端，实现实物编程，由主控模块和接口单元及其通用积木组成执行端，实现程序编译后的执行。本发明将编程语言及编程环境实物化，应用具备编程功能的积木来完成编程教学和工程应用，能够完全脱离电脑或平板电脑，不依赖运行于电脑上软件编程环境，同时能够结合孩子们熟悉的积木玩具，既有趣味性，又能寓教于乐。

技术领域

本发明涉及一种编程系统，具体涉及一种编程语言实物化积木编程系统。

背景技术

现如今，随着人工智能技术的快速发展和越来越多的实践应用，而软件算法作为人工智能的重要基础，对于编程教育的重要性也受到广泛关注，特别地世界各国对于编程教育逐步列入到中小学教育大纲中。例如，以色列在2000年起将编程纳入高等学校的必修科目，同时要求学生从小学一年级开始学习编程。英国在2013年对全国中小学教学大纲进行全面改革，5岁以上儿童必须学习编程，11岁的小学生就需要具备一定编程能力。

但是，传统的编程教育方式，其门槛较高，对于学生的年龄和逻辑抽象能力有一定要求，并且需要依赖电脑编程语言环境或平板电脑等硬件方式来进行。传统编程环境需要通过键盘输入文本，对儿童而言，理解和使用起来很不方便，而且编程语言中的语法和复杂指令需要理解和记忆。对于他们来说往往很难记住和理解程序语法、逻辑关系和程序结构等专业知识。此外，对文字掌握得还不纯熟的儿童来说，文本语法编程方式缺乏直观性，儿童无法采用传统的编程方式来创作自己的程序。对于低龄儿童、低年级学生，通过传统教育方式存在客观上的难度，并且使用屏幕式的编程环境，需要通过硬件外设来交互操作，使学员在学习过程中增加学习的难度，并且容易分散学员注意力，导致编程教育的效果达不到预期。

现有技术中，也有部分相关的研究，例如，公开号为CN108806405A的中国专利申请公开了“一种实物化儿童编程积木及其使用方法”，包括循环型主积木、选择型主积木、分支型主积木和若干个数字积木；所述循环型主积木、选择型主积木、分支型主积木分别包括电性连接的微处理器一、输出模块、电源接口模块和数据通信接口模块；所述数字积木包括微处理器二，所述循环型主积木、选择型主积木、分支型主积木分别通过电源接口模块和数据通信接口模块与数字积木拼接。该发明在传统积木中内嵌微处理器，并通过多个积木拼接，实现传统编程语言中的循环，选择及分支结构，可用于儿童的早期编程语言的学习。但是，该实物化儿童编程积木不具备一个编程语言所应具备的数学元素和逻辑元素的自由表达，例如功能和参数没有完全独立分离，不可以自由表达；同时，该实物化儿童编程积木及其使用方法不符合编程环境一般概念，不具备编程代码调试中断功能，也不利于编程逻辑思维可视化学习训练。

公开号为CN102136208A的中国专利申请公开了“一种实物编程方法和系统”，包括若干实物编程块、图像采集单元、实物编程处理单元、实物编程显示环境的输出设备；所述实物编程块位于所述图像采集单元的拍摄范围内，所述实物编程处理单元分别与所述实物编程显示环境的输出设备、与所述图像采集单元连接；其中，所述实物编程处理单元存储所述实物编程显示环境的语法语义判定规则，每一所述实物编程块的表面设有一计算机视觉识别码和一语义图形；所述实物编程处理单元用于判断所述图像采集单元当前采集的实物编程块序列所对应的功能语义序列是否满足所述实物编程显示环境的语法语义判定规则，并根据判断结果反馈提示信息。但是该系统需要借助计算机实现，并需要通过摄像头和计算机视觉技术来实现通过实物编程块进行编程，局限性很大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种编程语言实物化积木编程系统，将编程语言及编程环境实物化，应用具备编程功能的积木来完成编程教学和工程应用。这种编程语言实物化积木编程系统，能够完全脱离电脑或平板电脑，不依赖运行于电脑上软件编程环境，同时能够结合孩子们熟悉的积木玩具，既有趣味性，又能寓教于乐，从而实现“玩中学、学中玩”的幼儿编程教育。