CN101908289A - 一种教学用动态实时交互编程学习系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种教学用动态实时交互编程学习系统，这种系统由计算机及教育机器人组成，其中计算机装载有操作系统、计算机语言编程软件、计算机语言解析程序；教育机器人包括控制器、执行机构，计算机与教育机器人通过通讯接口模块连接。运行时，在计算机语言编程软件中输入命令，计算机语言解析程序将命令解析为教育机器人接受的指令，并通过通讯接口模块将解析后的数据传送至教育机器人的控制器，控制器驱动执行机构进行动作。这种系统能够使得学习者及时、准确地发现所编程序中存在的问题，编程学习过程是个动态实时交互过程，从而使得学习者提高对学习编程的乐趣。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种教学编程学习系统，尤其是一种教学用动态实时交互编程学习系统。
二、背景技术
Logo，Basic等计算机语言是初学者尤其是青少年学习计算机语言时最初学习的语言。通常，学习者先在计算机上进行编程，并转化为二进制程序下载到教育机器人进行验证。如果验证所得的结果与预想的结果不符，则需要在计算机上对程序进行相应的修改，并再次将修改后的程序下载装入教育机器人再次进行验证，如此反复多次，直到验证结果满意为止。这一做法的缺点是，由于输入的命令很多，学习者不能及时、准确地发现所编程序中存在的问题，对验证后发现的问题需要反复经过修改、下载、验证等过程才能使所编程序达到理想状态。同时，教育机器人的功能比较单一，一般只能执行前进、后退、转弯、灯亮等简单功能；且只能由学习者观察词句执行的结果，而不能自动检测执行的结果。学习者花费时间长，学习效率低。
三、发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是克服上述背景技术的不足之处，提供一种教学用动态实时交互编程学习系统，这种系统能够使得学习者及时、准确地发现所编程序中存在的问题，编程学习过程是个动态实时交互过程，从而使得学习者提高对学习编程的乐趣。
本发明所提出的技术解决方案是：
一种教学用动态实时交互编程学习系统，包括：
(1)计算机，所述计算机至少装载计算机操作系统、计算机语言编程软件、计算机语言解析程序；
(2)教育机器人，所述教育机器人至少包括控制器、执行机构，执行机构执行控制器发出的指令；
(3)通讯接口模块，包括上通讯接口模块和下通讯接口模块，其中上通讯接口模块与计算机连接，下通讯接口模块与教育机器人连接；
所述计算机语言编程软件提供一种计算机语言编程环境，计算机语言编程软件调用计算机语言解析程序；所述计算机语言解析程序对计算机语言编程软件中的命令进行解析，转换为教育机器人能够理解的指令，并以数据的形式传输至与计算机接口的上通讯接口模块，再传输至与教育机器人接口的下通讯接口模块，控制器接受来自下通讯接口模块的数据，并传送到执行机构。
如前所述教学用动态实时交互编程学习系统，所述计算机语言编程软件以插件(plugin)形式调用计算机语言解析程序。
如前所述教学用动态实时交互编程学习系统，所述计算机语言编程软件直接调用计算机语言解析程序。
如前所述教学用动态实时交互编程学习系统，所述执行机构包括输入或输出设备。
如前所述教学用动态实时交互编程学习系统，所述通讯接口模块为有线通讯模块。
如前所述教学用动态实时交互编程学习系统，所述通讯接口模块为无线通讯模块。
如前所述教学用动态实时交互编程学习系统，所述教学用动态实时交互编程学习系统执行如下工作流程：
(1)在计算机语言编程软件中输入多个命令或单个命令；
(2)计算机语言编程软件，控制计算机语言解析程序对命令的解析作出非二进制指令的解析；
(3)计算机语言解析程序对命令进行单个解析，使之成为教育机器人接受的非二进制指令；
(4)解析后的指令以数据形式通过通讯接口模块传输至教育机器人的控制器；
(5)执行机构以控制器接收的数据执行动作；
(6)执行机构动作结束后，计算机语言解析程序对下一条命令进行单个解析，并重复如上步骤，直至全部命令解析并执行完毕。
如前所述教学用动态实时交互编程学习系统，所述计算机语言解析程序对下一条命令进行单个解析的间隔时间可以自由设定。
如前所述教学用动态实时交互编程学习系统，所述计算机语言解析程序对命令进行解析的同时，所述命令在计算机语言编程软件中同时突出显示。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、可以实现实时编辑、实时运行、实时调试。
2、让学习者在短时间内对所学语言有更直观、更深刻的认识。
四、附图说明
图1：教学用动态实时交互编程学习系统组成框图。
其中，计算机语言编程软件、计算机语言解析程序、上通讯接口模块为计算机的组成部分；控制器、下通讯接口模块、执行机构组成教育机器人。
图2：以Beepon、Beepoff指令为例，本发明的执行机构为输出设备的运行流程图。
图3：以checklight1、checklight2命令为例，本发明的执行机构为输入/输出设备的运行流程图。
五、具体实施方式
下面结合附图说明如何具体实施本发明。
实施例一：
如图1、2所示的一种教学用动态实时交互编程学习系统，包括计算机，教育机器人及通讯接口模块组成。所述计算机由装载LINUX操作系统的计算机、LOGO语言编程软件、计算机语言解析程序组成；所述教育机器人包括微处理器、蜂鸣器，其中微处理器是教育机器人的控制器，用来接收来自计算机的数据以控制执行机构进行动作，蜂鸣器是输出设备，为教育机器人的执行机构，用来执行由计算机传来的指令并进行相应的动作；通讯接口模块，分为上通讯接口模块和下通讯接口模块。计算机的上通讯接口模块为USB接口形式，接口可以有一个或多个，相应的，教育机器人的下通讯接口模块也为USB接口形式，接口也可以为一个或多个，上、下通讯接口模块的对应的USB接口之间以数据线方式进行连接。
工作时，计算机语言编程软件调用计算机语言解析程序有两种方式，一种为以插件形式进行调用，还有一种为直接调用。
以插件形式调用时，计算机语言编程软件会直接提供软件接口(或通过对该计算机语言编程软件进行改造后，为其编写一个软件接口)，通过软件接口与其他软件或硬件进行指令和数据的交换。计算机语言解析程序以插件的方式与该编程软件接口对接，将计算机语言编程软件发出的指令和数据进行解析，从而转换为教育机器人能够理解的指令，并通过通讯接口传送给教育机器人。计算机语言解析程序还可以处理教育机器人通过通讯接口反馈给计算机的数据，并将数据传送给计算机语言编程程序。本实施例，描述了计算机语言编程软件以插件形式调用计算机语言解析程序时的执行流程。
直接调用的情形下，计算机语言编程软件未提供软件接口的情形下，可以对计算机语言编程软件进行修改，即编写一种计算机语言解析程序，并将其作为该计算机语言编程软件的一个程序，两者形成一个完整独立的软件，此时计算机语言编程软件可以直接调用计算机语言解析程序。
在计算机语言编程软件以插件形式调用计算机语言解析程序情况下，用户将命令beepon、beepoff输入到LOGO语言编程软件中，并使之运行，此时计算机会自动加载计算机语言解析程序插件，并将beepon命令解析为教育机器人能接受的指令即0x1a(见表格：计算机软件命令与教育机器人接受的指令对照表(部分))，同时LOGO语言编程软件中的beepon命令突出显示，表示计算机当前正执行beepon命令。解析后的指令通过通讯接口模块以数据形式传输至教育机器人的微处理器，微处理器接收到数据，将其理解为“蜂鸣器响”，并立即调用蜂鸣器的驱动程序，此时蜂鸣器响；蜂鸣器响过之后，其结果反馈至计算机，此时计算机开始执行下一条命令即beepoff。命令beepon、beepoff的执行间隔时间，可以预先在计算机语言编程软件中设定，比如分别设定10秒、20秒、30秒不等，运行时可由用户根据需要选择。计算机执行beepoff命令时将重复如上步骤，其结果为蜂鸣器关掉。当用户输入的beepon(或beepoff)命令错误时，蜂鸣器将不执行相应的动作，由于执行的命令为突出显示，则用户很容易发现是此条命令发生了错误，因此可以反复调试，直到命令完全正确。
在计算机语言编程软件直接调用计算机语言解析程序情况下，其工作流程基本与上相同，不同的只是计算机语言解析程序的工作方式。将命令beepon、beepoff输入到LOGO语言编程软件中，并使之运行，LOGO语言编程软件将直接调用计算机内部的计算机语言解析程序，该解析程序立即将beepon命令解析为教育机器人能接受的指令，并通过通讯接口模块传输数据并使得此时蜂鸣器响。同时LOGO语言编程软件中的beepon命令突出显示，表示蜂鸣器响对应的是beepon命令；蜂鸣器响过之后，其结果反馈至计算机，此时计算机语言解析程序开始解析下一条命令即beepoff，重复如上步骤，蜂鸣器关掉，同时突出显示的命令为beepoff。
计算机语言编程软件命令与教育机器人接受的指令对照表(部分)
计算机语言编程软件不限为LOGO语言，也可以为Bacic、C语言、图形化编程软件，操作系统可以为Windows等，上下通讯模块之间的连接方式可以为有线方式比如USB/RS232等；也可以选择无线方式比如红外、蓝牙等；执行机构的输出设备除了蜂鸣器也可以选择直流电机、伺服电机、多功能灯、扬声器、数码管、气动结构、转接驱动器等。当然执行机构也可以同时具有输入设备比如传感器(见实施例二)，传感器可以是光电传感器、触碰传感器、声音传感器、单眼火焰传感器、复眼火焰传感器、超声波传感器、亮度传感器、角度传感器、转速传感器、液位传感器、温度传感器、湿度传感器、灰度传感器、电子罗盘传感器、音频传感器、重力传感器等之一或多个。
实施例二：
如图1、3所示的一种教学用动态实时交互编程学习系统，基本结构同于实施例一。不同的是，执行机构还同时具有输入设备，即所述教育机器人主要由微处理器、光电传感器、绿色灯具和红色灯具组成，其中光电传感器为教育机器人的执行机构中的输入设备，绿色灯具和红色灯具为输出设备，输入/输出设备相互配合，用来执行由计算机传来的指令并进行相应的动作。
将命令checklight1、checklight 2输入到LOGO语言编程软件中，运行编程软件，计算机语言解析程序将checklight1命令解析为教育机器人能接受的指令，并通过通讯接口模块将此数据传输至教育机器人的微处理器，微处理器接收到数据并将数据发送至光电传感器，要求光电传感器对1端口的数据进行获取，光电传感器将在1端口处获得的数据(假设值为60)反馈到微处理器，微处理器又将此值发送到计算机，计算机对此值进行判定，假设判定的条件为值大于50绿灯亮，小于50则红灯亮，由于值为60则应为绿灯亮，计算机将判定的结果发送至教育机器人的微处理器，微处理器将该数据发送到绿灯的驱动程序，从而绿灯会亮起来。当这一行为完成后，计算机语言解析程序开始对checklight 2命令进行解析并重复上述动作，由于值为40则红灯亮起来。
当用户反复调试后，确定所有的命令皆为准确。用户可以将上述checklight1、checklight2命令直接下载到教育机器人的程序中，教育机器人可以单独运行。其执行的过程为计算机语言解析程序对全部命令进行解析，使之成为二进制指令；解析后的指令以数据形式通过通讯接口模块传输至教育机器人的控制器；计算机和教育机器人之间断开，教育机器人单独运行，绿灯亮起来，然后红灯亮起来。
Claims (9)
1.一种教学用动态实时交互编程学习系统，其特征在于包括：
（1）计算机，所述计算机至少装载计算机操作系统、计算机语言编程软件、计算机语言解析程序；
（2）教育机器人，所述教育机器人至少包括控制器、执行机构，执行机构执行控制器发出的指令；
（3）通讯接口模块，包括上通讯接口模块和下通讯接口模块，其中上通讯接口模块与计算机连接，下通讯接口模块与教育机器人连接；
所述计算机语言编程软件提供一种计算机语言编程环境，计算机语言编程软件调用计算机语言解析程序；所述计算机语言解析程序对计算机语言编程软件中的命令进行解析，转换为教育机器人能够理解的指令，并以数据的形式传输至与计算机接口的上通讯接口模块，再传输至与教育机器人接口的下通讯接口模块，控制器接受来自下通讯接口模块的数据，并传送到执行机构。
2.根据权利要求1所述教学用动态实时交互编程学习系统，其特征在于：所述计算机语言编程软件以插件（plugin）形式调用计算机语言解析程序。
3.根据权利要求1所述教学用动态实时交互编程学习系统，其特征在于：所述计算机语言编程软件直接调用计算机语言解析程序。
4.根据权利要求1所述教学用动态实时交互编程学习系统，其特征在于：所述执行机构包括输入或输出设备。
5.根据权利要求1所述教学用动态实时交互编程学习系统，其特征在于：所述通讯接口模块为有线通讯模块。
6.根据权利要求1所述教学用动态实时交互编程学习系统，其特征在于：所述通讯接口模块为无线通讯模块。
7.根据权利要求1所述教学用动态实时交互编程学习系统，其特征在于：所述教学用动态实时交互编程学习系统执行如下工作流程：
（1）在计算机语言编程软件中输入多个命令或单个命令；
（2）计算机语言编程软件，控制计算机语言解析程序对命令的解析作出非二进制指令的解析；
（3）计算机语言解析程序对命令进行单个解析，使之成为教育机器人接受的非二进制指令；
（4）解析后的指令以数据形式通过通讯接口模块传输至教育机器人的控制器；
（5）执行机构以控制器接收的数据执行动作；
（6）执行机构动作结束后，计算机语言解析程序对下一条命令进行单个解析，并重复如上步骤，直至全部命令解析并执行完毕。
8.根据权利要求7所述教学用动态实时交互编程学习系统，其特征在于：计算机语言解析程序对下一条命令进行单个解析的间隔时间可以自由设定。
9.根据权利要求7所述教学用动态实时交互编程学习系统，其特征在于：计算机语言解析程序对命令进行解析的同时，所述命令在计算机语言编程软件中同时突出显示。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20101208 |