CN111179695A - 编程教育系统及基于动态交互的编程教育套件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及教学与开发管理系统，公开了编程教育系统及基于动态交互的编程教育套件，编程教育系统包括：用于课堂教学，实现教学及师生互动的课堂教学辅助单元；用于竞赛、课题与论坛的管理的探究学习单元；用于学生端课外学习、实践的平台管理单元。基于动态交互的编程教育套件，包括：用于获取输入参数的采集模组；基于采集模组获取的输入参数执行预先设计的指令的执行模组；与编程教育系统通信连接，写入编程程序的主处理器；与主处理器连接，用于增加采集模组及执行模组的可接入类型的扩展单元。本发明的技术方案实现了教师端与学生端的互动，提高学生参与感，同时通过软硬件结合教学，通过执行模组实现编程响应，从而提高编程教学的趣味性。

Description

编程教育系统及基于动态交互的编程教育套件

技术领域

本发明涉及教学与开发管理系统，尤其涉及编程教育系统及基于动态交互的编程教育套件。

背景技术

目前，编程教育系统的营销策略主要用两种，第一种是通过培训机构和学校，与课程搭配销售，是ToB的一种营销模式；第二种是通过电子商务平台，直接销售，是ToC的一种营销模式。目前，ToC的营销模式，营销成本非常大，尤其是对于新兴品牌，需要一个市场认知的过程，ToB的运营模式比较稳健，只要能够进入培训机构或些小，就基本上能够长期占领教育市场。但是不管是ToB的运营模式还是ToC 的运营模式，目前市面上的编程教育系统普遍缺乏互动性及趣味性，课程枯燥，很难持续位置学生的兴趣。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一在于提供一种实现学生端和教师端互动，提高学生自主性的的编程教育系统。

本发明的上述发明目的编程教育系统是通过以下技术方案得以实现的：

编程教育系统，包括：

教务与辅助单元，用于教务管理、用户管理、营销管理、安全监控分析及客服管理；

课堂教学辅助单元，用于课堂教学，实现教学及师生互动；

探究学习单元，用于竞赛、课题与论坛的管理；

平台管理单元，用于学生端课外学习、实践，实现自主学习、自主编程与直播互动。

通过采用上述技术方案，教务与辅助单元位于基础层，用于建立包括用户数据，教务数据等基础数据；课堂教学辅助单元用于课件教学，同时在教学过程中实现师生间的互动，建立教师与学生之间的联系，实现了教师端与学生端的双向联系；探究学习单元用于课后竞赛、课题与论坛的管理，增强学生与学生间的互动交流，同时开发学生的潜力，培养学生自主创新与思考能力；平台管理单元用于学生端课外学习与实践，实现了学生自主学习、自主编程与直播互动，实现了课后巩固的效果。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述教务与辅助单元包括：

教务管理子系统，用于管理教学进度、教学评价，以及进行财务内务管理；

用户管理子系统，用于付费及用户账号管理；

营销管理子系统，用于管理公众号及社交群，包括分享管理及分发管理；

监控分析子系统，用于网页统计、用户分析及黑客分析；

客服管理子系统，用于管理自动客服。

通过采用上述技术方案，教务与辅助单元位于基础层，用于用户、教务等基础信息的搭建，保证系统的正常、安全运行。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述课堂教学辅助单元包括：

课件单元，用于课件的下发、查看及跳转；

师生互动单元，包括用于实现学生端向教师端同步代码的代码同步单元、用于教师端向学生端发出提问的提问单元、用于实现学生端间抢答的抢答单元及用于实现教师端向学生端同步答案的答案同步单元；

实时编程单元，为学生端提供编程环境，实现学生端的在线编程、结对以及作业提交，同时实现教师端对学生端编程环境的监控。

通过采用上述技术方案，教师端通过课件单元向学生端下发课件，上课时，同一课堂的所有学生端同步于教师端，并受教师端控制，学生端显示教师端下发的界面；教师端可以向学生端发出提问，学生可在自己的学生端回答问题，并反馈给教师端，从而实现了教学互动，另外，学生端可在编程环境下通过实时编程单元进行编程，教师端可查看学生端的编程代码，并进行纠错，因此，学生端可在规定范围内自主操作各自的学生端与教师进行互动，如回答问题、进行在线编程，提高学生参与感，从而提高学习效果。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述探究学习单元包括用于评测学生入学能力的能力评测单元、竞赛管理单元及论坛管理单元，

所述竞赛管理单元包括：

竞赛题库，用于存储竞赛相关的习题；

赛事管理单元，用于发布及管理赛事；

竞赛OJ系统，用于在线检测竞赛程序源代码的正确性；

成绩排行单元，用于发布竞赛成绩与排行。

通过采用上述技术方案，能力评测单元可用于学生课前自测，从而了解自我能力与水平；竞赛管理单元用于发布编程相关赛事，通过竞争提高学生学习主动新及创新能力；论坛共管理单元用于学生间的知识分享与学习交流，从而提高学习的趣味性。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述平台管理单元包括：

自主编程平台，实现场景化编程、任务编程及自主编程；

云端虚拟化平台，实现云平台学习，提供高阶学习；

课程录播单元，实现课程的录播与课件、课程的分发；

直播课程单元，实现直播互动及获取课件。

通过采用上述技术方案，平台管理单元用于学生课外学习、实践，实现自主学习、自主编程与直播互动，

为了解决上述问题，本发明第二目的在于提供基于动态交互的编程教育套件，

本发明的上述发明目的基于动态交互的编程教育套件是通过以下技术方案得以实现的：

基于动态交互的编程教育套件，包括：

上述编程教育系统；

采集模组，根据指令获取输入参数；

执行模组，基于所述采集模组获取的输入参数执行预先设计的指令；

主处理器，与编程教育系统通信连接，写入编程程序；接收采集模组发送的输入参数，运行预先写入的程序，并发送指令至执行模组；

扩展单元，与主处理器连接，用于增加采集模组及执行模组的可接入类型。

通过采用上述技术方案，实现了软硬件结合教学，将课上学习到的知识以及通过编程教育系统编写的程序烧录至主控制器，并通过采集模组获取程序中所需要的参数，主处理器运行程序，并通过执行模组执行程序，将程序运行的结果通过执行模组表现出来，让学生脱离电脑和手机，用积木、机器人等智能硬件产品实现编程响应，从而提高编程教学的趣味性；而主处理器的输出及输出点有限，可接入模组量或形式都有限，通过扩展单元可增加采集模组及执行模组的可接入类型及数量。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述采集模组包括：

图像识别单元，用于采集图像信息，包括图像采集器及与所述图像采集器连接的图像处理芯片；

语音识别单元，用于采集语音信息，包括语音芯片及分别与所述语音芯片连接的麦克风、扬声器及耳机接口；

传感单元，根据预先设计的指令获取所需的输入参数，包括：热敏参数、光敏参数、气敏参数、力敏参数、磁敏参数、湿敏参数、声敏参数、放射线敏感参数、色敏参数和味敏参数。

通过采用上述技术方案，图像识别单元用于获取图像信息，语音识别单元用于获取语音信息，传感单元用于获取热敏参数、光敏参数、气敏参数、力敏参数、磁敏参数、湿敏参数、声敏参数、放射线敏感参数、色敏参数和味敏参数等参数信息，以上涵盖了基本的输入参数信息，可根据实际程序选择组合采集模组连接于主处理器或扩展单元。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述扩展单元包括：

扩展中央处理单元，与所述主处理器连接，扩展所述主处理器对于采集模组及执行模组的接入量，接收可采集模组发送的输入参数，运行预先写入的程序，并发送指令至执行模组；

USB接口，与扩展中央处理单元连接，用于扩展单元与采集模组和/或执行模组之间数据信息的有限传输；

无线通信单元，与扩展中央处理单元连接，实现扩展单元与采集模组和/或执行模组之间数据信息的无线传输；

巡线驱动单元，包括巡线驱动及与所述巡线驱动连接的巡线接口，巡线驱动与扩展中央处理单元连接，巡线接口用于连接所述执行模组，所述巡线驱动接收所述扩展中央处理单元或所述主处理器中预先设计的路线指令；

电机驱动单元，包括电机驱动及与所述电机驱动连接的电机接口，所述电机驱动与所述扩展中央处理单元连接，所述电机接口用于连接所述执行模组，驱动所述执行模组运行。

通过采用上述技术方案，，通过扩展单元增加采集模组及执行模组的可接入类型及数量。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述电机驱动单元包括若干可编码电机驱动单元，所述可编码电机驱动单元包括编码器接口，所述编码器接口与所述扩展中央处理单元连接。

通过采用上述技术方案，，可编码电机驱动单元可用于连接执行模组的行走电机，可编码电机驱动单元按照巡线指令行踪，同时实时反馈电机的转角与转速，从而实时获取执行模组的实时行走路径。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述扩展单元还包括物理通信接口与所述扩展中央处理单元连接。

通过采用上述技术方案，物理通信接口用于执行模组和/或采集模组的通信连接。

综上所述，本发明提供的编程教育系统及基于动态交互的编程教育套件包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过师生互动单元实现了教师端与学生端的互动，教师端可以向学生端发出提问，学生可在自己的学生端回答问题，并反馈给教师端，从而实现了教学互动，另外，学生端可在编程环境下通过实时编程单元进行编程，教师端可查看学生端的编程代码，并进行纠错；因此，学生端可在规定范围内自主操作各自的学生端与教师进行互动，如回答问题、进行在线编程，提高学生参与感，从而提高学习效果；

2.通过软硬件结合教学，将程序运行的结果通过执行模组表现出来，让学生脱离电脑和手机，用积木、机器人等智能硬件产品实现编程响应，从而提高编程教学的趣味性。

附图说明

图1为本发明提供的编程教育系统的模块结构示意图；

图2为图1中教务与辅助单元的模块结构示意图；

图3为图1中课堂教学辅助单元的模块结构示意图；

图4为图1中探究学习单元的模块结构示意图；

图5为图1中平台管理单元的模块结构示意图；

图6为本发明提供的基于动态交互的编程教育套件的模块结构示意图；

图7为图6中采集模组的模块结构示意图；

图8为图6中扩展单元的模块结构示意图。

图中：1、教务与辅助单元；11、教务管理子系统；12、用户管理子系统；13、营销管理子系统；14、监控分析子系统；15、客服管理子系统；2、课堂教学辅助单元；21、课件单元；22、师生互动单元；221、代码同步单元；222、提问单元；223、抢答单元；224、答案同步单元；23、实时编程单元；3、探究学习单元；31、竞赛管理单元；310、竞赛题库；311、赛事管理单元；313、竞赛OJ系统；314、成绩排行单元；32、能力评测单元；33、论坛管理单元；4、平台管理单元；41、自主编程平台；42、云端虚拟化平台；43、课程录播单元；44、直播课程单元；5、采集模组；51、图像识别单元；511、图像采集器；512、图像处理芯片；52、语音识别单元；521、语音芯片；522、麦克风；523、扬声器；524、耳机接口；53、传感单元；6、执行模组；7、主处理器；8、扩展单元；81、扩展中央处理单元；82、USB接口；83、无线通信单元；84、巡线驱动单元；841、巡线驱动；842、巡线接口；85、电机驱动单元；851、电机驱动；852、电机接口；850、可编码电机驱动单元；8501、编码器接口；86、物理通信接口；87、指示灯；88、外接按键开关。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明公开了一种实现教师和学生间双向互动的编程教育系统，如图1所示，包括：教务与辅助单元1、课堂教学辅助单元2、探究学习单元3及平台管理单元4。

如图2所示，教务与辅助单元1用于教务管理、用户管理、营销管理、安全监控分析及客服管理，即为后台管理单元，具体包括：

用于教学进度管理、教学评价管理以及财务内务管理的教务管理子系统11；

用于用户数据管理及付费管理的用户管理子系统12，其中用户数据包括用户账号、用户账号对应的登录验证数据，以及用户账户数据；

用于公众号、微信群管理，分享管理、分发系统管理的营销管理子系统13；

用于网页统计、用户分析及黑客分析的监控分析子系统14；

用于管理自动客服的客服管理子系统15。

如图3所示，课堂教学辅助单元2用于课堂教学，实现师生互动，以及提供编程环境，包括教师端及学生端，教师端与学生端之间通过师生互动单元22实现联结互动，其中，

教师端包括：

课件单元21，用于课件的下发、查看及跳转；

提问单元222，用于教师端向学生端发出提问；

答案同步单元224，用于实现教师端向学生端同步答案；

学生端包括：

抢答单元223，用于实现学生端间抢答；

实时编程单元23，为学生端提供编程环境，实现学生端的在线编程、结对以及作业提交，同时实现教师端对学生端编程环境的监控；

师生互动单元22包括上述位于教师端的提问单元222、答案同步单元224，以及位于学生端的抢答单元223、实时编程单元23，另外，师生互动单元22还包括用于实现学生端向教师端同步代码的代码同步单元221；本发明提供的实现教师和学生间双向互动的编程教育系统，通过师生互动单元22实现了教师端与学生端的问答互动，同时，在课堂上，学生可在允许范围内操纵学生端，实现了学生端的自主性及可操纵性，提高学生参与性，提高学习兴趣，同时教师可通过师生互动单元22查看学生端编写的代码，以及帮助学生纠错，提高教学效果。

如图4，探究学习单元3用于竞赛、课题与论坛的管理，包括：

用于评测学生入学能力的能力评测单元32；

竞赛管理单元31，包括：

竞赛题库310，用于存储竞赛相关的习题；

赛事管理单元311，用于发布及管理赛事；

竞赛OJ系统313，用于在线检测竞赛程序源代码的正确性；

成绩排行单元314，用于发布竞赛成绩与排行；

如图4所示，探究学习单元3还包括论坛管理单元33用于学生端间分享讨论。

如图5所示，平台管理单元4用于学生端课外学习、实践，实现自主学习、自主编程与直播互动，包括：

自主编程平台41，实现场景化编程、任务编程及自主编程；

云端虚拟化平台42，实现云平台学习，提供高阶学习；

课程录播单元43，实现课程的录播与课件、课程的分发；

直播课程单元44，实现直播互动及获取课件。

本发明还披露了与上述编程教育系统配合的基于动态交互的编程教育套件，学生预先采用上述编程教育系统完成程序编写，髯口通过该基于动态交互的编程教育套件运行程序，将程序逻辑动态展示出来，实现了软硬结合，提高编程教学的趣味性，提高学生兴趣，同时开发学生创造性。

如图6所示，本发明披露的基于动态交互的编程教育套件包括：

根据编程指令获取输入参数的采集模组5，具体的，如图7所示，采集模组5包括：

图像识别单元51，用于采集图像信息，包括图像采集器511及与图像采集器511连接的图像处理芯片512，其中，图像采集器511为与图像采集器511连接的若干个摄像头；

语音识别单元52，用于采集语音信息，包括语音芯片521及分别与语音芯片521连接的麦克风522、扬声器523及耳机接口524；

传感单元53，根据预先设计的指令获取所需的输入参数，包括：热敏传感器、光敏传感器、气敏传感器、力敏传感器、磁敏传感器、湿敏传感器、声敏传感器、放射线敏感传感器、色敏传感器和味敏传感器；

执行模组6，基于采集模组5获取的输入参数执行预先设计的指令，包括机器人、飞行器、无人机。手机终端等；

主处理器7，与编程教育系统通信连接，写入编程程序；接收采集模组5发送的输入参数，运行预先写入的程序，并发送指令至执行模组6；

扩展单元8，与主处理器7连接，用于增加采集模组5及执行模组6的可接入类型，如图8所示，扩展单元8包括：

扩展中央处理单元81，与主处理器7连接，扩展主处理器7对于采集模组5及执行模组6的接入量，接收可采集模组5发送的输入参数，运行预先写入的程序，并发送指令至执行模组6；

USB接口82，与扩展中央处理单元81连接，用于扩展单元8与采集模组5和/或执行模组6之间数据信息的有限传输，如与图像识别单元51连接；

无线通信单元83，与扩展中央处理单元81连接，实现扩展单元8与采集模组5和/或执行模组6之间数据信息的无线传输，如实现与无人机、飞行器等执行模组6无线连接；

巡线驱动单元84，包括巡线驱动841及与巡线驱动841连接的巡线接口842，巡线驱动841与扩展中央处理单元81连接，巡线接口842用于连接执行模组6（如机器人），巡线驱动841接收扩展中央处理单元81或主处理器7中预先设计的路线指令，控制执行模组6（如机器人）按照设定的路线行走；

电机驱动单元85，包括电机驱动851及与电机驱动851连接的电机接口852，电机驱动851与扩展中央处理单元81连接，电机接口852用于连接执行模组6，驱动执行模组6运行，电机驱动单元85包括若干可编码电机驱动单元850，可编码电机驱动单元850包括编码器接口8501，编码器接口8501与扩展中央处理单元81连接，可编码电机驱动单元850可用于连接执行模组6的行走电机，可编码电机驱动单元850按照巡线指令行踪，同时实时反馈电机的转角与转速，从而实时获取执行模组6的实时行走路径；

扩展单元8还包括物理通信接口86与扩展中央处理单元81连接，在本发明此实施方式中，物理通信接口86为RS485接口通信接口，RS485接口通信接口用于执行模组6和/或采集模组5的通信连接。

本发明提供的编程教育系统通过师生互动单元22实现了教师端与学生端的互动，教师端可以向学生端发出提问，学生可在自己的学生端回答问题，并反馈给教师端，从而实现了教学互动，另外，学生端可在编程环境下通过实时编程单元进行编程，教师端可查看学生端的编程代码，并进行纠错；因此，学生端可在规定范围内自主操作各自的学生端与教师进行互动，如回答问题、进行在线编程，提高学生参与感，从而提高学习效果；另外，通过软硬件结合教学，将程序运行的结果通过执行模组表现出来，让学生脱离电脑和手机，用积木、机器人等智能硬件产品实现编程响应，从而提高编程教学的趣味性。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.编程教育系统，其特征在于，包括：

教务与辅助单元（1），用于教务管理、用户管理、营销管理、安全监控分析及客服管理；

课堂教学辅助单元（2），用于课堂教学，实现教学及师生互动；

探究学习单元（3），用于竞赛、课题与论坛的管理；

平台管理单元（4），用于学生端课外学习、实践，实现自主学习、自主编程与直播互动。

2.根据权利要求1所述的编程教育系统，其特征在于，所述教务与辅助单元（1）包括：

教务管理子系统（11），用于管理教学进度、教学评价，以及进行财务内务管理；

用户管理子系统（12），用于付费及用户账号管理；

营销管理子系统（13），用于管理公众号及社交群，包括分享管理及分发管理；

监控分析子系统（14），用于网页统计、用户分析及黑客分析；

客服管理子系统（15），用于管理自动客服。

3.根据权利要求1所述的编程教育系统，其特征在于，所述课堂教学辅助单元（2）包括：

课件单元（21），用于课件的下发、查看及跳转；

师生互动单元（22），包括用于实现学生端向教师端同步代码的代码同步单元（221）、用于教师端向学生端发出提问的提问单元（222）、用于实现学生端间抢答的抢答单元（223）及用于实现教师端向学生端同步答案的答案同步单元（224）；

实时编程单元（23），为学生端提供编程环境，实现学生端的在线编程、结对以及作业提交，同时实现教师端对学生端编程环境的监控。

4.根据权利要求1所述的编程教育系统，其特征在于，所述探究学习单元（3）包括用于评测学生入学能力的能力评测单元（32）、竞赛管理单元（31）及论坛管理单元（33），

所述竞赛管理单元（31）包括：

竞赛题库（310），用于存储竞赛相关的习题；

赛事管理单元（311），用于发布及管理赛事；

竞赛OJ系统（313），用于在线检测竞赛程序源代码的正确性；

成绩排行单元（314），用于发布竞赛成绩与排行。

5.根据权利要求1所述的编程教育系统，其特征在于，所述平台管理单元（4）包括：

自主编程平台（41），实现场景化编程、任务编程及自主编程；

云端虚拟化平台（42），实现云平台学习，提供高阶学习；

课程录播单元（43），实现课程的录播与课件、课程的分发；

直播课程单元（44），实现直播互动及获取课件。

6.基于动态交互的编程教育套件，其特征在于，包括：

权1至权5任一所述的编程教育系统；

采集模组（5），根据指令获取输入参数；

执行模组（6），基于所述采集模组（5）获取的输入参数执行预先设计的指令；

主处理器（7），与编程教育系统通信连接，写入编程程序；接收采集模组（5）发送的输入参数，运行预先写入的程序，并发送指令至执行模组（6）；

扩展单元（8），与主处理器（7）连接，用于增加采集模组（5）及执行模组（6）的可接入类型。

7.根据权利要求6所述的基于动态交互的编程教育套件，其特征在于，所述采集模组（5）包括：

图像识别单元（51），用于采集图像信息，包括图像采集器（511）及与所述图像采集器（511）连接的图像处理芯片（512）；

语音识别单元（52），用于采集语音信息，包括语音芯片（521）及分别与所述语音芯片（521）连接的麦克风（522）、扬声器（523）及耳机接口（524）；

传感单元（53），根据预先设计的指令获取所需的输入参数，包括：热敏参数、光敏参数、气敏参数、力敏参数、磁敏参数、湿敏参数、声敏参数、放射线敏感参数、色敏参数和味敏参数。

8.根据权利要求6所述的基于动态交互的编程教育套件，其特征在于，所述扩展单元（8）包括：

扩展中央处理单元（81），与所述主处理器（7）连接，扩展所述主处理器（7）对于采集模组（5）及执行模组（6）的接入量，接收可采集模组（5）发送的输入参数，运行预先写入的程序，并发送指令至执行模组（6）；

USB接口（82），与扩展中央处理单元（81）连接，用于扩展单元（8）与采集模组（5）和/或执行模组（6）之间数据信息的有限传输；

无线通信单元（83），与扩展中央处理单元（81）连接，实现扩展单元（8）与采集模组（5）和/或执行模组（6）之间数据信息的无线传输；

巡线驱动单元（84），包括巡线驱动（841）及与所述巡线驱动（841）连接的巡线接口（142），巡线驱动（841）与扩展中央处理单元（81）连接，巡线接口（842）用于连接所述执行模组（6），所述巡线驱动（841）接收所述扩展中央处理单元（81）或所述主处理器（7）中预先设计的路线指令；

电机驱动单元（85），包括电机驱动（851）及与所述电机驱动（851）连接的电机接口（852），所述电机驱动（851）与所述扩展中央处理单元（81）连接，所述电机接口（852）用于连接所述执行模组（6），驱动所述执行模组（6）运行。

9.根据权利要求8所述的基于动态交互的编程教育套件，其特征在于，所述电机驱动单元（85）包括若干可编码电机驱动单元（850），所述可编码电机驱动单元（850）包括编码器接口（8501），所述编码器接口（8501）与所述扩展中央处理单元（81）连接。

10.根据权利要求8所述的基于动态交互的编程教育套件，其特征在于，所述扩展单元（8）还包括物理通信接口（86）与所述扩展中央处理单元（81）连接。

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