CN109830144A - 一种娱教的可编程组件及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种娱教的可编程组件，包括输入组件、识别组件，处理组件和输出组件；所述输入组件由至少一个可识别的模块构成，该模块为一种指令块，并按照顺序摆放指令块；所述识别组件对按照所述顺序摆放的指令块进行识别；所述处理组件根据所识别的指令块的顺序和含义，按顺序仿真执行指令；所述输出组件对指令执行结果进行输出。该可编程组件结构简单，结实耐用，不易损坏，更适合作为儿童玩具和教具。从而更易于孩子接受计算机编程的思想内涵。

Description

一种娱教的可编程组件及其实现方法

技术领域

本发明属于人机交互领域，具体涉及一种娱教的可编程组件及其实现方法。

背景技术

近年来，越来越多的数字玩具开始替代传统玩具出现在玩具市场上。数字玩具是一种可现实可虚拟的玩具，但是数字玩具不论是以现实还是虚拟出现都颠覆了传统玩具的定义和范畴，是传统玩具的延续，数字玩具除了继承传统玩具的一切优秀品质外，还具有数字玩具不可比拟的优势——人机互动性。主要的表现就是玩家不是在玩一个现成的玩具、接受现成的信息，而是主动去创造不可预知的信息，可以给人们带来无限的想象力和创造力。

这些数字玩具，多数都是为了培养孩子的逻辑思维和编程能力，从而带动越来越多的小朋友开始学习编程，而且家长们也越来越重视培养孩子的编程思维能力。在国外，一些学校还专门开设了低年龄编程课。比如，美国小学里，设置编程课的学校比例就从几年前的25％上升到现在的40％。越来越的可编程数字玩具开始进入孩子们的视野。最基础的可编程玩具就是往玩具的控制芯片里输入一段指令，让它按着你编写的指令来运行，由于可玩性高还能在玩耍中锻炼到思维能力，因此很受小朋友的青睐。但这一类玩具能够实现的编程非常有限，一旦有比较复杂的编程逻辑，孩子就很难接受。

还有一种玩具毛毛虫，包括1个头部，8节身体套件(指令模块)，两个圆片，用于标志起点和终点。头部负责驱动、转向，感应障碍。身体模块分别对应前进，左转、右转、音乐四种指令。身体的每一节，通过USB接口相连接。通过改变毛毛虫身体模块串联的数量和顺序，就可以改变毛毛虫的路线。但该玩具形象单一，孩子永远只能看到一个毛毛虫的形象，教育方式过于单调。

还有一种比较流行的可编程玩具，提供一个可编程指令板，指令板上可以拼插代表前、后、左、右功能的积木代码块，在指令板上有一条线性的执行链，根据指令板的提示，孩子可以将不同颜色的代码块拼在一起，操控机器人左右前进。完成了设计列队之后，连上数据线，机器人就会开始执行孩子们事先编写好的程序了。这类玩具的缺点在于必须配置一个专用的机器人，如果机器人丢失或发生故障，则无法继续游戏。对于年龄较小的孩子，很容易发生毁坏机器人的行为。

还有一种口袋乌龟的桌面游戏，通过指示卡牌或者路线上的颜色块进行编程控制乌龟移动完成任务，然而该类桌面游戏只能在固定的桌面平台上完成游戏，能够控制乌龟完成的路径也仅仅使用预先设定好的路径，大部分孩子可能稍微接触就掌握了全部原理，最后只能沦为一种电子玩具和桌面游戏。

另外还有一些具备高级编程思想的积木玩具，这些玩具更适合成人或高年龄段的人进行复杂的游戏，幼儿的手部精细动作以及大脑思维能力均无法达到，不适合作为低幼玩具或教具。

发明内容

本发明的目的是提供一种娱教的可编程组件及其实现方法，用于解决现有技术中的问题。

如上所述的一种娱教的可编程组件，包括输入组件、识别组件，处理组件和输出组件；其特征在于，

所述输入组件由至少一个可识别的模块构成，该模块为一种指令块，并按照顺序摆放指令块；

所述识别组件对按照所述顺序摆放的指令块进行识别；

所述处理组件根据所识别的指令块的顺序和含义，按顺序仿真执行指令；

所述输出组件对指令执行结果进行输出。

优选的，所述输入组件中的指令块包括：积木、塑料块、图形编码卡片、带射频芯片或特殊涂料印刷的卡片、电子计算机程序内的模型。

优选的，所述指令块的摆放位置包括：盒子中、卡片上、计算机程序内、专用的电子识别设备内、桌面游戏平台上。

优选的，所述识别组件的识别方式包括：二维码、条形码、色彩编码、打孔卡片、射频识别、红外识别。

优选的，所述输出组件包括：显示屏、投影仪、桌游平台、机器形态玩具。

优选的，所述输入组件的指令块包括积木或塑料块，将所述指令块按顺序摆放在盒子中或卡片上。

优选的，所述输入组件的指令块包括图形编码卡片，将所述指令块按顺序摆放在卡片上或桌面游戏平台上，所述识别组件通过二维码、条形码、色彩编码、打孔卡片进行指令识别。

优选的，所述输入组件的指令块包括带射频芯片或特殊涂料印刷的卡片，所述识别组件通过射频识别或红外识别的方式，识别卡片上已按顺序设置好的指令。

优选的，所述输入组件的指令块包括电子计算机程序内的模型，将所述指令块按顺序点击设置在电子设备当前显示的计算机程序内，所述识别组件对按照所述顺序显示的指令块进行识别。

本发明还提供一种娱教的可编程组件的实现方法，其基于之前所述的可编程组件，实现数学概念和程序概念的教学或游戏。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、该可编程组件结构简单，结实耐用，不易损坏，更适合作为儿童玩具和教具。

2、本发明不讲授任何程序语言，通过游戏的方式寓教于乐，上手简单，能够让幼儿快速掌握数字，大小，循坏，条件，时序，过程和函数等基础编程思想。

3、本发明的主要构成部分即：输入部分和输出部分。概念上更类似于计算机系统的输入和输出。从而更易于孩子接受计算机编程的思想内涵。

附图说明

图1示出了包括基站和多个通信设备的示例通信系统的示意图；

图2示出了本发明的一种输入形式的具体示意图；

图3示出了本发明的一种输出形式的具体示意图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施例，在附图中示出了它们的例子，其中，相同的参考数字通篇指示相同的元件。就此而言，本发明的实施例可以具有不同的形式，并且不应该被视为限于这里给出的描述。因此，下面通过参考附图描述这些实施例仅为了说明本发明的各方面。

为了辅导没有数学基础的幼儿或者完全没有计算机基础的少儿建立基本的数学概念和程序概念，需要提供一种可操作的玩具，让幼儿可以直观构建程序性指令和执行结果之间的关系。通过玩具方式发布指令，并且在计算机系统中展示指令执行结果。

由于幼儿还没有基本的数字概念，更不懂得数学计算。由于缺乏必要的基础，所以传统的编程语言教学不适合针对婴幼儿开展。我们理解编程从游戏开始，帮助幼儿建立基本的：程序思想和数学知识。

所谓的程序思想包括：程序按步骤顺序执行、程序作为指令指导运行结果、条件逻辑判定、循环处理、基本的函数和过程等。

本发明主要由两个部分构成：输入部分和输出部分。从概念上类似于计算机系统的输入和输出。实现方式是：

1、输入部分：由一个可识别的模块化玩具构成，该玩具可以是电子设备，也可以是类似积木类的编程玩具。每一项输入指令都称为一个可以由幼儿操作的固定指令块，该指令块可以是积木、输入卡、二维码等。幼儿按顺序摆放编程操作的指令块，从而形成程序。该程序由程序识别模块加以识别。

2、输出部分：本发明中的输出设备是指特殊的接受输入指令的结果，并将结果予以可视化呈现的计算机程序。其可以通过多种载体来实现，例如显示屏幕，投影仪，桌游平台，或者机器形态玩具。

如图1，确定一种指令块，并且使得指令块可以被识别。

指令可以是具体的，也可以是通用的，根据玩具具体形态确定其可以执行的操作指令。

指令块的形态可以是多样的，例如：积木、塑料块、卡片、电子计算机程序内的模型等。

识别区域根据识别方式决定，例如可以使用二维码、条形码、色彩编码、打孔卡片、射频识别、红外线识别等方式。

由使用者，特别是幼儿或者低年级的学生摆放指令块。摆放的位置可以在盒子中、卡片上、计算机程序内、专用的电子识别设备等。

识别出指令块的顺序和含义，这个识别和识别区域的设计有关。也和指令编码方式设计有关。

按顺序仿真执行指令。

在显示程序上将仿真执行结果显示出来。

下面基于具体的实施方式来说明各部分的原理以及实现形式。

图2示出了本发明的一种输入形式的具体示意图；在卡片上给出了具体的操作指令“使甲虫玩偶前进三步”，卡片上标识出了一个识别区域，以供使用者摆放指令块从而操纵玩偶完成卡片上示出的操作指令。

该卡片可以是一个木板或纸板等类似的指令板，指令板的一侧设置有操作指令，使用者可以根据操作指令摆放相应的指令块，例如积木、塑料块、卡片、电子计算机程序内的模型等。指令板的另一侧设置有识别区域，该识别区域中可以设置多种识别方式，使用者可以通过手机，扫码枪等特殊识别设备进行摄像和/或扫描，由识别设备内部或与其所连接的处理设备识别出指令块的顺序和含义，并按顺序仿真执行指令，然后在显示程序上将仿真执行结果显示出来。

上述实施方式仅仅是一种示例形式。对于指令块的摆放位置可以有多种形式，摆放的位置可以在盒子中、卡片上、计算机程序内、专用的电子识别设备等。基于相应的摆放形式，则包括对应的指令块形态，如：积木、塑料块、卡片、电子计算机程序内的模型等。

例如，可以将积木/塑料块按照相应顺序摆放在盒子中，也可以使用磁性积木通过磁力连接按照相应顺序摆放在卡片上，当然也可以使用相应的磁性塑料块替代磁性积木。也可以是直接在电子设备的APP程序内，直接选择相应的模型按照相应顺序摆放在电子设备的屏幕上。这种模式下，也可以认为是一种显示在电子屏幕上的虚拟积木形式。

处理设备可以设置于电子设备如手机，PAD等的内部，或者是与专用的电子识别设备如扫码枪等进行连接。

本发明能够培养使用者如婴幼儿建立基本的数学概念和程序概念，下面以具体教学培养方式为实施例介绍可能的指令块设计方式：

第一节：基本数字概念

学习目标：

培养幼儿的基本数字概念。了解用指令控制计算机执行的基本形态，学习用程序顺序执行的概念。

学习形式：

游戏名称如甲虫回家等，通过移动甲虫来体现加法和减法。也可以用增减甲虫的数量的方式帮助幼儿知道个数和数字的差别。可以在空间的格子(即摆放指令块的位置)上标注数字。

空间可以是：一维线性空间，例如10步或最多十个。

用指令块控制甲虫的行动或者甲虫数量的增减。指令块是加减符号和数字，例如“+2”、“-1“等。

幼儿把指令块逐个放入一个线性的空间中，经过识别和处理后，就能够显示甲虫相应的移动或者增减。同时可以回放和修改线性步骤，使幼儿在反复演示中理解基本数字概念。

附图3示出了本发明的一种输出形式的具体示意图，甲虫数量变化演示系统。参见附图3，甲虫增减包括：初始情况，仅有一只甲虫，“+2的执行结果”为三只甲虫，继续“-1的执行结果”为二只甲虫。

第二节：熟悉更大的数字

学习目标：

帮助幼儿了解一百以内的数字。知道基本的数字大小。

学习形式：

和第一部分的玩法相同，但是指令块的数字逐渐增大。同时在甲虫行动的步骤下标注数字和算符以便于幼儿理解数字的变化和加减法的关系。

第三节：循环

学习目标：

帮助幼儿了解程序循环的概念。

学习形式：

和第二部分相同，幼儿不再需要用大量的+2、+3之类的指令让甲虫进行移动以回到目标地点，例如甲虫回家。可以通过循环指令实现甲虫自动回家。从而减少使用的指令个数。指令形态类似于：

只需要两个指令块就即可让甲虫自动回到家。家的位置可以设计到预先指定的数值，例如100。循环中的指令也可以换用：甲虫行动+2的指令。

指令之间可以采用缩进等方式体现出循环控制范围。

第四节：条件

学习目标：

帮助幼儿了解基本的条件判定的概念。

学习形式：

和第二部分相同，在空间中设置障碍物，例如石头，断桥，小河等。如果遇到障碍会禁止甲虫前进或者后退。需要用：如果有石头就跳跃之类的方式解决。指令形态类似于：

指令之间同样采用缩进后的缩进定义循环和判定的范围。

第五节：大小

学习目标：

帮助幼儿了解整数大小的基本概念。

学习形式：

和第四部分相同，当有障碍物的时候不再禁止行动类指令块的使用。而是替换成可以用带大于、小于和范围类型的指令块控制。指令形态类似于：

第六节：二维的游戏

学习目标：

使得幼儿可以了解行动是多方向的。建立基本的二维空间的概念。

学习形式：

将简单的一维前进后退的空间变成二维的空间。甲虫可以向X和Y两个方向前进和后退。并且重复利用前几个部分的指令块。了解基本的变量赋值的含义。指令设计类似于：甲虫向X方向+2、甲虫向Y方向-3等。通过+来表示前进，通过-来表示后退。

第七节：过程和函数

学习目标：

帮助幼儿了解程序中重复的部分可以定义成函数或者过程的概念。并且可以在未来重复调用预先定义的函数或者过程。

学习形式：

允许把幼儿已经摆放好的一段指令块设置成集成型的指令块。例如回家的过程可以设置成一个步骤保持在指令块1中。反复利用。

以后再次使用函数指令块1就自动实现刚才已经编程的指令部分。类似的形态可以是多个指令块拼接构成一个复杂指令块。

上面的示例仅仅是本发明的一部分表现形式和指令块的设计方式。本领域技术人员可以理解，基于本发明的输入组件部分和输出组件部分，两者相对应之后，可以有多种表现形态。这些不同的表现形态组合即可构成不同种类的玩具或教具，以供不同年龄段的婴幼儿或儿童进行游戏或教学演示。

本发明既可以作为培养编程思想或数学概念的幼儿玩具，也可以作为培养计算机程序逻辑或数理思维的学生教具。结合具体的使用需求，可以搭配不同的输入组件和输出组件，从而实现最佳的游戏和教学效果。

本发明填补了幼儿和低年级学生在缺乏数学知识的前提下掌握程序概念和基本编程训练难以开展的空白。使得对幼儿和低年级学生进行编程训练和可视化数学教学可以同步进行。更早的帮助幼儿和低年级学生掌握程序设计的基本概念。

以上仅是本发明的可选实施方式而已，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任意简单修改、等同变化、结合或修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请，如本发明实施方式中的具体的实现方法。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种娱教的可编程组件，包括输入组件、识别组件，处理组件和输出组件；其特征在于，

所述输入组件由至少一个可识别的模块构成，该模块为一种指令块，并按照顺序摆放指令块；

所述识别组件对按照所述顺序摆放的指令块进行识别；

所述处理组件根据所识别的指令块的顺序和含义，按顺序仿真执行指令；

所述输出组件对指令执行结果进行输出。

2.根据权利要求1所述的一种娱教的可编程组件，其特征在于，所述输入组件中的指令块包括：积木、塑料块、图形编码卡片、带射频芯片或特殊涂料印刷的卡片、电子计算机程序内的模型。

3.根据权利要求2所述的一种娱教的可编程组件，其特征在于，所述指令块的摆放位置包括：盒子中、卡片上、计算机程序内、专用的电子识别设备内、桌面游戏平台上。

4.根据权利要求3所述的一种娱教的可编程组件，其特征在于，所述识别组件的识别方式包括：二维码、条形码、色彩编码、打孔卡片、射频识别、红外识别。

5.根据权利要求4所述的一种娱教的可编程组件，其特征在于，所述输出组件包括：显示屏、投影仪、桌游平台、机器形态玩具。

6.根据权利要求5所述的一种娱教的可编程组件，其特征在于，所述输入组件的指令块包括积木或塑料块，将所述指令块按顺序摆放在盒子中或卡片上。

7.根据权利要求5所述的一种娱教的可编程组件，其特征在于，所述输入组件的指令块包括图形编码卡片，将所述指令块按顺序摆放在卡片上或桌面游戏平台上，所述识别组件通过二维码、条形码、色彩编码、打孔卡片进行指令识别。

8.根据权利要求5所述的一种娱教的可编程组件，其特征在于，所述输入组件的指令块包括带射频芯片或特殊涂料印刷的卡片，所述识别组件通过射频识别或红外识别的方式，识别卡片上已按顺序设置好的指令。

9.根据权利要求5所述的一种娱教的可编程组件，其特征在于，所述输入组件的指令块包括电子计算机程序内的模型，将所述指令块按顺序点击设置在电子设备当前显示的计算机程序内，所述识别组件对按照所述顺序显示的指令块进行识别。

10.一种娱教的可编程组件的实现方法，用于实现数学概念和程序概念的教学或游戏；其特征在于：

由至少一个可识别的模块构成输入组件，该模块为一种指令块，并按照顺序摆放指令块；

对按照所述顺序摆放的指令块进行识别；

根据所识别的指令块的顺序和含义，按顺序仿真执行指令；

对指令执行结果进行输出。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，指令块包括：积木、塑料块、图形编码卡片、带射频芯片或特殊涂料印刷的卡片、电子计算机程序内的模型。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，指令块的摆放位置包括：盒子中、卡片上、计算机程序内、专用的电子识别设备内、桌面游戏平台上。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，识别方式包括：二维码、条形码、色彩编码、打孔卡片、射频识别、红外识别。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，通过显示屏、投影仪、桌游平台、机器形态玩具对指令执行结果进行输出。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，指令块包括积木或塑料块，将所述指令块按顺序摆放在盒子中或卡片上。

16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，指令块包括图形编码卡片，将所述指令块按顺序摆放在卡片上或桌面游戏平台上，通过二维码、条形码、色彩编码、打孔卡片进行指令识别。

17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，指令块包括带射频芯片或特殊涂料印刷的卡片，通过射频识别或红外识别的方式，识别卡片上已按顺序设置好的指令。

18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，指令块包括电子计算机程序内的模型，将所述指令块按顺序点击设置在电子设备当前显示的计算机程序内，所述识别组件对按照所述顺序显示的指令块进行识别。