交互界面上的實物編程系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于人機交互領(lǐng)域，尤其是涉及一種交互界面上的實物編程系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著計算技術(shù)的迅速發(fā)展，計算思維得到了越來越多的研宄人員的重視?？▋?nèi)基梅隆大學的教授周以真提出，計算思維是21世紀每個人都應該具備的基本技能，同時指出計算思維將成為和讀、寫、算同樣重要的每個兒童都應該具備的能力。計算思維有助于兒童發(fā)展分析能力，對他們在STEM (科學、技術(shù)、工程和數(shù)學)學科和其他領(lǐng)域，甚至是日常生活都有很大的好處。編程允許兒童去探討創(chuàng)造性的議題，并使其學習問題求解的技能。雖然計算思維并不只是計算機編程，但計算機科學與技術(shù)學科要求的編程能力中卻處處需要計算思維能力，兩者是相互促進的。
[0003]傳統(tǒng)的編程通常是通過鍵盤輸入文本語言來完成。這種編程方式對兒童而言，理解和使用起來很不方便，主要原因是傳統(tǒng)編程語言中的語法、復雜指令以及大量輸入工作。兒童很難記住和理解程序語言的語法、邏輯關(guān)系和程序架構(gòu)等非常專業(yè)的知識。此外，對文字掌握得還不純熟的兒童來說，程序的文本編輯方式缺乏直觀性，兒童無法采用傳統(tǒng)的編程方式來創(chuàng)作自己的程序。
[0004]圖形化編程向兒童提供了一種編程的可行途徑。它將各種編程的概念轉(zhuǎn)化為顯示在屏幕上的各種圖形，兒童只需要對于各種圖形進行拖動，就可以完成編程的整個過程。而實物編程被認為是圖形化編程的一個分支。與圖形化編程不同之處在于，實物編程對于程序的操作超越了計算機屏幕的限制。實物編程通過觸覺、物理感知等技術(shù)與實物交互，再將實物邏輯轉(zhuǎn)化為程序邏輯來進行編程。與直接讓兒童操控電腦相比，讓兒童通過操縱實物來與電腦進行交互，更容易讓兒童投入在整個過程當中。通過實物編程系統(tǒng)，兒童可以對程序語言的邏輯有更加直觀的理解。程序不再是一行行枯燥的代碼，而是一組實物的組合，兒童通過對實物的拼接組合，就可以完成普通程序語言通過鍵盤輸入代碼完成的工作。實物編程的特點決定了它更適合兒童進行編程操作。
[0005]當前已經(jīng)有一些實物編程的工作，這些工作是用戶根據(jù)所選實物編程的任務及任務執(zhí)行規(guī)則擺放實物編程塊，形成一個實物編程塊序列，對實物編程塊位置的限制比較多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述存在的問題，本發(fā)明提供一種交互界面上的實物編程系統(tǒng)和方法，用手指觸摸手勢表示實物編程塊的編程符號的程序設計邏輯。
[0007]本發(fā)明提供一種交互界面上的實物編程系統(tǒng)，包括:
若干實物編程塊，每一所述實物編程塊包括一個標記在表面的編程符號；
一個交互界面，所述交互界面包括一個電極陣列；
一個與所述交互界面相連的處理器，所述處理器用于探測所述實物編程塊與所述交互界面的電極陣列的電容耦合程度，進而識別所述實物編程塊的位置信息和作用于所述實物編程塊上的手指觸摸手勢，所述處理器還用于識別放置在所述交互界面上的所述實物編程塊的身份信息；
一個與所述處理器相連的第一存儲器，所述第一存儲器用于存儲所述實物編程塊的身份、編程符號與程序代碼之間的關(guān)系；
一個與所述處理器相連的第二存儲器，所述第二存儲器用于存儲所述手指觸摸手勢與編程符號的程序設計邏輯之間的關(guān)系；
其中，若干所述實物編程塊放置在所述交互界面上，所述手指觸摸手勢作用于若干所述實物編程塊，所述處理器生成基于所述手指觸摸手勢和編程符號的一段程序代碼。
[0008]進一步地，所述處理器識別放置在所述交互界面上的所述實物編程塊的身份的方式為:所述實物編程塊的射頻識別標簽與所述交互界面的射頻天線陣列進行無線通信。
[0009]進一步地，所述手指觸摸手勢包括輕點手勢、雙輕點手勢、按壓手勢。所述輕點手勢，指快速碰觸實物編程塊。所述雙輕點手勢，指連續(xù)快速輕點實物編程塊兩次。按壓手勢，指將手指放置在實物編程塊上維持一段時間。
[0010]進一步地，所述實物編程系統(tǒng)還包括一個反饋裝置，所述反饋裝置包括LED燈、音頻裝置、視頻裝置和振動發(fā)生器，所述處理器能指示反饋裝置產(chǎn)生一個反饋，所述反饋用來指示所述程序代碼的執(zhí)行進度。
[0011]進一步地，所述交互界面用于顯示所述編程符號的程序設計邏輯，顯示方式包括LED燈、觸摸屏和電子墨水屏。
[0012]本發(fā)明提供一種交互界面上的實物編程方法，包括以下步驟:
1)將若干實物編程塊放置在交互界面上，每一所述實物編程塊包括一個標記在表面的編程符號，所述交互界面包括一個電極陣列；
2)與交互界面相連的處理器探測所述實物編程塊與所述交互界面的電極陣列的電容耦合程度，進而識別所述實物編程塊的位置信息，所述處理器還識別放置在所述交互界面上的所述實物編程塊的身份信息；
3)手指觸摸手勢作用于若干所述實物編程塊；
4)所述處理器探測到所述實物編程塊與所述電極陣列的電容耦合程度的變化，進而識別所述手指觸摸手勢；
5)根據(jù)與所述處理器相連的第一存儲器存儲的所述實物編程塊的身份、編程符號與程序代碼之間的關(guān)系以及與所述處理器相連的第二存儲器存儲的所述手指觸摸手勢與編程符號的程序設計邏輯之間的關(guān)系，所述處理器生成基于所述編程符號和手指觸摸手勢的一段程序代碼。
[0013]進一步的，所述處理器識別放置在交互界面上的實物編程塊的身份的方式為:所述實物編程塊的射頻識別標簽與所述交互界面的射頻天線陣列進行無線通信。
[0014]進一步地，所述手指觸摸手勢包括輕點手勢、雙輕點手勢、按壓手勢。所述輕點手勢，指快速碰觸實物編程塊。所述雙輕點手勢，指連續(xù)快速輕點實物編程塊兩次。按壓手勢，指將手指放置在實物編程塊上維持一段時間。
[0015]進一步的，所述處理器能指示反饋裝置產(chǎn)生一個反饋，所述反饋用來指示所述程序代碼的執(zhí)行進度，所述反饋裝置包括LED燈、音頻裝置、視頻裝置和振動發(fā)生器。
[0016]進一步的，所述交互界面顯示所述編程符號的程序設計邏輯，顯示方式包括LED燈、觸摸屏和電子墨水屏。
[0017]本發(fā)明提供一種交互界面上的實物編程系統(tǒng)和方法。本實物編程系統(tǒng)用手指觸摸手勢表示實物編程塊的編程符號的程序設計邏輯。這種實物編程系統(tǒng)使用起來更為方便，使兒童和新手更容易學習編程。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實物編程系統(tǒng)的示意圖；
圖2A為編程符號代表子函數(shù)的實物編程塊的示意圖；
圖2B為編程符號代表運動方式的實物編程塊的示意圖；
圖2C為編程符號代表動作的實物編程塊的示意圖；
圖2D為編程符號代表格點位置的實物編程塊的示意圖；
圖3為用本實物編程系統(tǒng)點亮交互界面上第三排奇數(shù)格點的LED燈的示意圖；
圖4為用本實物編程系統(tǒng)點亮交互界面上第一排三個奇數(shù)格點和第三排兩個奇數(shù)格點的LED燈的示意圖；
圖5為用本實物編程系統(tǒng)點亮交互界面上第二排奇數(shù)格點的LED燈的示意圖；
圖6為本實物編程方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0019]下面將結(jié)合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。
[0020]實施例一
實施例一提供了一種用實物編程塊和手指觸摸手勢生成和執(zhí)行計算機程序的系統(tǒng)。圖1是本發(fā)明的實物編程系統(tǒng)的示意圖。本實物編程系統(tǒng)包括若干實物編程塊1、一個交互界面2、一個處理器3、一個第一存儲器4和一個第二存儲器5。
[0021]每一實物編程塊I包括一個標記在表面的編程符號，每個編程符號有不同圖案。每一實物編程塊I包括一個射頻識別(RFID)標簽。實物編程塊I可以是卡片、按鈕、圖標、薄片或者雕像。圖1所示的交互界面2包括一個電極陣列和一個射頻(RF)天線陣列。在本實施例中，電極為諸如鋁片、銅片等金屬電極。制成實物編程塊I的材料包括能與電極進行電容耦合的材料。
[0022]處理器3與交互界面2相連。處理器3能探測到交互界面上的實物編程塊I與交