CN106468948A - 一种使用连接玩具的教育系统 - Google Patents

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Abstract

一种教育系统，包括用于编程的多个自动化设备、平板电脑，以及数据服务中心；其中，所述平板电脑用于集成拖放式可视化编程语言以及多个自动化设备，以使所述可视化编程语言及自动化设备转变成机器人语言和计算机语言教育工具；所述数据服务中心用于提供数据服务支持。

Description

一种使用连接玩具的教育系统
技术领域
本发明大体上涉及一种计算机编程的教育工具，并尤其涉及一种教育系统；该教育系统由用于编程的多个自动化设备、平板电脑以及数据服务中心组成。
背景技术
计算机技术是我们现代文明的基础，且计算机技术成为教育的新方式。未来掌握在能够有效且高效学习的我们的下一代的手中。而且，随着通过无线网络和蓝牙技术的连接玩具(connected toys)的发展，将有机会通过计算机技术将这些玩具用作教学仪器。
因此，亟需为学生开发一种新的教育系统。
发明内容
根据本发明的一个方面，公开了一种教育系统。所述教育系统包括用于编程的多个自动化设备、平板电脑，以及数据服务中心；其中，所述平板电脑用于集成拖放式可视化编程语言以及多个自动化设备，以使所述可视化编程语言及自动化设备转变成机器人语言和计算机语言教育工具；所述数据服务中心用于提供数据服务支持。
根据本发明的替代的或额外的方面，还公开了一种教育系统。所述教育系统包括包括用于编程的多个自动化设备、平板电脑，以及数据服务中心；其中，所述平板电脑用于集成拖放式可视化编程语言以及多个自动化设备，以使所述可视化编程语言及自动化设备转变成机器人语言和计算机语言教育工具；所述数据服务中心用于提供数据服务支持；所述平板电脑与多个所述自动化设备通过无线通信彼此通信连接；所述数据服务中心通过互联网与所述平板电脑通信连接；所述多个自动化设备为不同的玩具；所述数据服务中心为基于服务器的数据服务中心或基于云计算的数据服务中心，且所述数据服务中心包括至少一个服务器；每一所述自动化设备包括CPU、无线收发器、多个致动器、多个辅助硬件、至少一个指示器、多个传感器以及IR发射器；所述无线收发器、所述多个致动器、所述多个辅助硬件、所述至少一个指示器、所述多个传感器以及所述IR发射器与所述CPU电连接；所述无线收发器用于接收来自平板电脑的指令，并将传感器信息发送至所述平板电脑；所述无线收发器为WiFi收发器或蓝牙收发器；所述多个致动器用于使所述自动化设备运动，并驱动所述自动化设备的轮子；所述辅助硬件用于控制所述IR发射器以及所述至少一个指示器；所述多个传感器用于检测所述自动化设备的状况，且所述多个传感器包括但不限于摄像机、IR雷达、麦克风、超声波检测器以及重量检测器；所述平板电脑包括软件应用程序，且所述软件应用程序装载有可视化编程语言解释器、无线收发器以及多个转换器；所述软件应用程序能够在自动化设备中执行新的教育功能；不同的软件应用程序在不同的平板电脑中运行；不同的VPL程序能写入不同的软件应用程序中；所述可视化编程语言解释器支持至少一种计算机语言；所述可视化编程语言块嵌入在所述平板电脑中；所述可视化编程语言程序集成在所述自动化设备中，以触发所述自动化设备的有意义的动作；所述转换器将所述可视化编程语言块的功能函数以不同的指令集映射至不同自的动化设备中；所述服务器保存教育功能的信息；其中，所述信息包括课程、每一课程的课，以及具有日期时间和地点的作为课的实例的课堂；所述课具有模板和笔记；所述课堂保存用户的作业或任务，并保存教师的评分；所述课堂还携带日期和时间数据以向特定的用户指示一课是何时开班的；所述可视化编程语言程序存储在服务器中，且并被用户下载。
其它优点和特征在随后详细的说明书中结合附图显而易见。
附图说明
为了更完整地理解本发明公开的教育系统，本发明将参考附图中更详细地示出的实施例。附图中：
图1为根据本发明的教导所构造的教育系统的实施例；
图2为根据本发明的教导的可视化编程语言程序的实施例。
应当理解，附图并不需要按照比例绘制，且所公开的实施例有时是概略性地示出的，并以局部视图示出。在一些例子中，将会省略那些对于理解所公开的系统不必要的细节，或者省略将导致其他细节很难被察觉的细节。当然，应当理解，本发明并不局限于这里所示的特定实施例。
具体实施方式
此时参照附图，并特定参照图1，教育系统可包括用于编程的多个自动化设备1、平板电脑6，以及数据服务中心。其中，该自动化设备1为小孩以及学生所喜欢的玩具，且这些玩具通过无线网络以及蓝牙实现连接。平板电脑6可以为Ipad，并可用于集成拖放式(drag-and-drop)可视化编程语言和多个自动化设备，以使这些语言和自动化设备编程变成机器人(robotics)以及计算机语言的教育工具。此外，数据服务中心11用于提供数据服务支持；也就是说，该数据服务中心11支持整个教育系统。在操作该教育系统时，平板电脑6与多个自动化设备1通过无线通信彼此通信连接，且该数据服务中心11通过互联网与平板电脑6通信连接。在一个实施例中，多个自动化设备为不同的玩具。而数据服务中心11为基于服务器的数据服务中心或者基于云计算的数据服务中心，且该数据服务中心包括至少一个服务器，即云服务器。
如图1所示，典型的自动化设备1包括CPU、无线收发器2、多个致动器3、多个辅助硬件4、至少一个指示器，多个传感器5以及IR发射器。在一配置中，该无线收发器2、多个致动器3、多个辅助硬件4、至少一个指示器、多个传感器以及IR发射器与CPU电连接。在操作自动化设备1时，该无线收发器2用于接收来自平板电脑的指令，并将由传感器5感应到的传感器信息发送给平板电脑6。在平板电脑6接收到传感器信息后，将所接收到的传感器信息转换成硬件事件。小孩和学生可以对该VPL程序进行设计，以根据特定的硬件事件开始执行。在一实施例中，无线收发器2为WiFi收发器或蓝牙收发器。多个致动器3用于实现自动化设备的运动，例如腿部运动、臂运动；并驱动自动化设备的轮等。多个辅助硬件用于控制IR发射器以及至少一个指示器，例如LED灯。多个传感器则用于检测自动化设备1的状况(situation)，且传感器包括但不限于摄像机、IR雷达、麦克风、超声波检测器以及重量检测器。
在一个典型的实施例中，平板电脑6包括软件应用程序，其中该软件应用程序装载有可视化编程语言(VPL，visual programming language)解释器7、无线收发器9以及多个转换器(translator)10。其中，该软件应用程序可在自动化设备1中执行新的教育功能。不同的软件应用程序在不同的平板电脑中运行。用户(如，小孩/学生)可以在不同的软件应用程序中写入不同的VPL程序。也就是说，软件应用程序可以利用平板电脑6的处理能力来实现在自动化设备1中不能获得的功能，例如计算机视觉和图像处理功能，以在VPL中构建新的教育块(block)，而自动化设备仅可以捕捉视频流；其中新的教育块用于语音录制、音乐回放等。而可视化编程语言解释器7可支持至少一种计算机语言。可视化编程语言程序8可通过可视化编程语言块嵌入在平板电脑6中。可视化编程语言程序8可集成在自动化设备1中，以触发自动化设备的有意义的动作(meaningful action)。转换器10可将可视化编程语言块的功能函数(functionality)以不同的指令集映射至不同的自动化设备。用户(小孩或学生)可简单地拖放块来构建程序。在平板电脑6上的程序正在运行时，如果当前的执行语句(或块)负责控制自动化设备1向前运动，则平板电脑6将随后立即发送向前运动指令至该自动化设备1。VPL的一个示例为MIT的Scratch(https://scratch.mit.edu)或Google的Blockly(https://developers.google.com/blockly/)。可视化编程语言程序8为块的多重序列；这些序列串联起来以执行有意义的动作。一些块为纯软件，例如软件定时器、变量操作，或if/else条件语句。一些块负责发送指令以控制致动器3和辅助硬件4。只有在执行相应的块时，这些指令才会发送至自动化设备1中。用户，如小孩和学生，可对VPL程序进行设计，以根据由自动化设备的传感器触发的特定的用户事件(例如点击按钮)，或硬件事件(例如，超声波传感器检测到的障碍物、IR雷达接收的IR，摄像机识别的特定图案等)开始执行。每一事件通过VPL程序中的一个事件块来表示。在激发(fired)事件时，串联在相应的事件块后的块序列将开始执行。此时参照图2，根据本发明的教导构造了可视化编程语言程序的实施例。这些转换器10能够集成由可视化编程语言解释器7解释的不同的远程遥控的自动化设备指令。该转换器10通过一个过程来完成(done in by a process)。首先，从自动化设备1的制造商处接收SDK(软件开发工具包，software development kit)。随后，一些原始功能通过脚本语言(scripting)来完成。最后，块的功能函数通过不同的转换器映射到不同的机器人中。举例来说，如果在可视化编程语言程序8的块为“[向前]移动[2]秒”，并且如果在可视化编程语言解释器7中存在两个转换器10，其中一个转换器用于A型机器人(两条腿的机器人)，而另一转换器用于B型机器人(四个轮子的车辆)，尽管动作看起来相同，然而相同的块将会为A型机器人或B型机器人创建两个完全不同的指令集。
在一实施例中，数据服务中心11对于每一用户(孩子或学生、指导者)具有账户登录。服务器保存教育功能的信息；其中，该信息包括课程、每一课程的课，以及具有日期时间和地点的作为课的实例的课堂。其中，课具有模板(stencil)和笔记，即应用在课中的可视化编程语言块。例如，课程“机器人跳舞编程”总共具有八节课。其中，这八节课中的两课为“移动和转向基础(move and turn basic)”以及“与音乐同步(sync with music)”。“移动和转向基础”课堂的日期时间为2015年1月1日14:00-15:00，地点为：科学公园101室。这些课堂保存用户的作业或任务，并保存教师的评分；其携带有日期和时间数据以向特定的用户指示这个课是何时开班的。可视化编程语言程序可存储在服务器中，且用户可下载该程序。软件应用程序可与多个课堂关联，且自动化设备的实例同时构成一课。每一课均可找到模板(程序块、用户界面按钮以及其他可配置项的集合)。不同的课将会有不同的模板，例如分配给自动化设备的不同的程序块。一些块的可用性受到很多因素的制约；这些因素例如使用中的自动化设备、课的教学目的等。根据课/课堂的选择将模板下载至平板电脑6中。可视化编程语言程序8存储在服务器中，从而使学生不仅能够在学校中学习，而且可以在家里或其他地方以及时间学习。此外，数据服务中心11可在所有者的同意下公开用户的任务(assignment)。VPL任务可以合作，以形成多机器人表演(例如，团体舞，足球队等)。
虽然上述仅提出了一些实施例，然而本领域技术人员可从本说明书中显而易见得到替代物和修改。这些或其他替代物视为等同替换，并在本发明和附加的权利要求的精神和保护范围内。

Claims (10)

1.一种教育系统，其特征在于，包括用于编程的多个自动化设备、平板电脑，以及数据服务中心；其中，所述平板电脑用于集成拖放式可视化编程语言以及多个自动化设备，以使所述可视化编程语言及自动化设备转变成机器人语言和计算机语言教育工具；所述数据服务中心用于提供数据服务支持。
2.根据权利要求1所述的教育系统，其特征在于，所述平板电脑与多个所述自动化设备通过无线通信彼此通信连接；所述数据服务中心通过互联网与所述平板电脑通信连接。
3.根据权利要求1所述的教育系统，其特征在于，所述多个自动化设备为不同的玩具；所述数据服务中心为基于服务器的数据服务中心或基于云计算的数据服务中心，且所述数据服务中心包括至少一个服务器。
4.根据权利要求1所述的教育系统，其特征在于，每一所述自动化设备包括CPU、无线收发器、多个致动器、多个辅助硬件、至少一个指示器、多个传感器以及IR发射器；所述无线收发器、所述多个致动器、所述多个辅助硬件、所述至少一个指示器、所述多个传感器以及所述IR发射器与所述CPU电连接。
5.根据权利要求4所述的教育系统，其特征在于，所述无线收发器用于接收来自平板电脑的指令，并将传感器信息发送至所述平板电脑；所述无线收发器为WiFi收发器或蓝牙收发器；所述多个致动器用于使所述自动化设备运动，并驱动所述自动化设备的轮子；所述辅助硬件用于控制所述IR发射器以及所述至少一个指示器；所述多个传感器用于检测所述自动化设备的状况，且所述多个传感器包括摄像机、IR雷达、麦克风、超声波检测器以及重量检测器。
6.根据权利要求1所述的教育系统，其特征在于，所述平板电脑包括软件应用程序，且所述软件应用程序装载有可视化编程语言解释器、无线收发器以及多个转换器；所述软件应用程序能够在自动化设备中执行新的教育功能；不同的软件应用程序在不同的平板电脑中运行；不同的VPL程序能写入不同的软件应用程序中。
7.根据权利要求6所述的教育系统，其特征在于，所述可视化编程语言解释器支持至少一种计算机语言；所述可视化编程语言块嵌入在所述平板电脑中；所述可视化编程语言程序集成在所述自动化设备中，以触发所述自动化设备的有意义的动作。
8.根据权利要求6所述的教育系统，其特征在于，所述转换器将所述可视化编程语言块的功能函数以不同的指令集映射至不同自的动化设备中。
9.根据权利要求1所述的教育系统，其特征在于，所述服务器保存教育功能的信息；其中，所述信息包括课程、每一课程的课，以及具有日期时间和地点的作为课的实例的课堂；所述课具有模板和笔记；所述课堂保存用户的作业或任务，并保存教师的评分；所述课堂还携带日期和时间数据以向特定的用户指示一课是何时开班的；所述可视化编程语言程序存储在服务器中，且并被用户下载。
10.一种教育系统，其特征在于，包括用于编程的多个自动化设备、平板电脑，以及数据服务中心；其中，所述平板电脑用于集成拖放式可视化编程语言以及多个自动化设备，以使所述可视化编程语言及自动化设备转变成机器人语言和计算机语言教育工具；所述数据服务中心用于提供数据服务支持；所述平板电脑与多个所述自动化设备通过无线通信彼此通信连接；所述数据服务中心通过互联网与所述平板电脑通信连接；所述多个自动化设备为不同的玩具；所述数据服务中心为基于服务器的数据服务中心或基于云计算的数据服务中心，且所述数据服务中心包括至少一个服务器；每一所述自动化设备包括CPU、无线收发器、多个致动器、多个辅助硬件、至少一个指示器、多个传感器以及IR发射器；所述无线收发器、所述多个致动器、所述多个辅助硬件、所述至少一个指示器、所述多个传感器以及所述IR发射器与所述CPU电连接；所述无线收发器用于接收来自平板电脑的指令，并将传感器信息发送至所述平板电脑；所述无线收发器为WiFi收发器或蓝牙收发器；所述多个致动器用于使所述自动化设备运动，并驱动所述自动化设备的轮子；所述辅助硬件用于控制所述IR发射器以及所述至少一个指示器；所述多个传感器用于检测所述自动化设备的状况，且所述多个传感器包括摄像机、IR雷达、麦克风、超声波检测器以及重量检测器；所述平板电脑包括软件应用程序，且所述软件应用程序装载有可视化编程语言解释器、无线收发器以及多个转换器；所述软件应用程序能够在自动化设备中执行新的教育功能；不同的软件应用程序在不同的平板电脑中运行；不同的VPL程序能写入不同的软件应用程序中；所述可视化编程语言解释器支持至少一种计算机语言；所述可视化编程语言块嵌入在所述平板电脑中；所述可视化编程语言程序集成在所述自动化设备中，以触发所述自动化设备的有意义的动作；所述转换器将所述可视化编程语言块的功能函数以不同的指令集映射至不同自的动化设备中；所述服务器保存教育功能的信息；其中，所述信息包括课程、每一课程的课，以及具有日期时间和地点的作为课的实例的课堂；所述课具有模板和笔记；所述课堂保存用户的作业或任务，并保存教师的评分；所述课堂还携带日期和时间数据以向特定的用户指示一课是何时开班的；所述可视化编程语言程序存储在服务器中，且并被用户下载；在所述平板电脑上的程序运行时，如果当前的执行语句负责控制所述自动化设备向前运动，则所述平板电脑随后立即发送向前运动指令至所述自动化设备；所述VPL程序设计成根据由所述自动化设备的传感器触发的特定的用户事件或硬件事件开始执行；所述硬件事件为超声波传感器检测的障碍物、IR雷达接收的IR或摄像机识别的特定图案；每一所述事件通过VPL程序中的一个事件块来表示；当事件激发时，串联在相应的事件后的事件块序列开始执行。
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