一种用于积木块编程学习的智能教具控制系统和方法与流程

专利2022-05-10  2



1.本技术涉及智能教具技术领域,尤其涉及一种用于积木块编程学习的智能教具控制系统和方法。


背景技术:

2.积木式编程是一类编程形式,用户可以不用记忆和书写程序代码,只需要从系统提供好的一系列语句“积木块”中选择并组合就可以编写自己的程序,例如scratch和blockly。随着scratch和blockly等图形化编程工具的兴起,少儿编程教育的市场也在逐步扩大,随之而来的是少儿编程教育配套使用的教具的发展。
3.现有的积木式编程在和教具配套使用时,来实现不同的功能,但是教学反馈效果不好。如中国专利申请,申请号201810579535.4,公开日2018年9月4日,公开了电子积木玩具或教具领域,尤其涉及基于智能积木的可编程学习装置及智能电子积木装置。包括装置本体、指令积木以及动作执行装置;所述指令积木内设有记录单元;所述装置本体内设有主控单元,且所述装置本体上设有连接口,所述装置本体上还设有发送接收单元和显示模块;所述动作执行装置内设有接收单元;所述指令积木连接至连接口后与所述主控单元电连接,且主控单元依次扫描并识别连接口上的指令积木并根据指令积木的指令序号信息来调用对应的指令信号,并依次将指令信号传输至发送接收单元发送或通过显示模块显示,且发送接收单元发送指令信号后,动作执行装置的接收单元接收该指令信号并执行对应动作。但此单元主要是通过下载完全成型的硬件驱动程序,不能将硬件动作反馈生成积木拼接过程从而教导学员学习,教学性差。


技术实现要素:

4.本技术实施例提供一种用于积木块编程学习的智能教具控制系统和方法,解决了现有的用于积木块编程学习的智能教具存在教学性差的问题。
5.有鉴于此,本技术提供了一种用于积木块编程学习的智能教具控制系统,其特征在于,包括控制终端和智能教具,所述控制终端包括创建模块、拼接模块、第一转换模块、发送模块、接收模块、第二转换模块、计算模块和显示模块,所述智能教具包括执行模块和姿态动作检测模块,所述智能教具包括执行模块和姿态动作检测模块;所述创建模块用于创建包含输入参数的积木块;所述拼接模块用于将不同的积木块进行拼接;所述第一转换模块用于将拼接完成后的积木块对应的代码语句进行组合,生成指令代码;所述发送模块用于向智能教具发送所述指令代码;所述接收模块用于接收所述姿态动作检测单元发送的姿态动作信息;所述第二转换模块用于根据所述姿态动作生成教学代码,并将所述教学代码转换成对应的积木块组合;所述计算模块用于计算搭建所述积木块组合所需的积木块、拼接顺序和拼接步骤;所述显示模块用于展示所述积木块组合的拼接步骤和对应的代码;所述执行模块用于接收所述发送模块发送的所述指令代码并根据所述指令代码执行对应动作;所述姿态动作检测模块用于检测所述智能教具的姿态动作信息并将所述姿态动作信息
发送给所述第一接收模块。
6.可选地,所述控制终端还包括:动画模块,用于根据所述姿态动作生成所述智能教具的运动动画模型;分解模块,用于将所述运动动画模型分解成若干对应所述积木块组合的拼接步骤状态的动画子模型。
7.可选地,所述控制终端还包括:定格模块,用于定格所述积木块组合的拼接步骤;运行模块,用于显示当前拼接步骤状态下对应的动画子模型的运行过程。
8.可选地,所述控制终端还包括:操作栈模块,用于在根据积木块的形状属性将不同的积木块进行拼接时,保存按拼接的时间顺序依次生成的积木块拼接形状和指令代码;堆入栈模块,用于保存从所述操作栈模块中弹出的不同时间顺序下的积木块拼接形状和指令代码,以及在恢复操作时将积木块拼接形状和指令代码弹回至所述操作栈模块。
9.可选地,所述积木块包括顺序积木块、分支积木块以及循环积木块。
10.可选地,所述发送模块为无线网络发送模块。
11.本技术还提出了一种用于积木块编程学习的智能教具控制方法,包括以下步骤:创建包含输入参数的积木块和用于将所述积木块转换成代码语句的转换单元;根据积木块的形状属性将不同的积木块进行拼接,所述转换单元将拼接完成后的积木块对应的代码语句进行组合,生成指令代码;向智能教具发送所述指令代码,所述智能教具接收所述指令代码并根据所述指令代码执行对应动作;检测智能教具的姿态动作,根据所述姿态动作生成教学代码,将所述教学代码转换成对应的积木块组合;计算搭建所述积木块组合所需的积木块和拼接顺序,展示所述积木块组合的拼接过程。
12.可选地,还包括:根据所述姿态动作生成所述智能教具的运动动画模型,将所述运动动画模型分解成若干对应所述积木块组合的拼接步骤状态的动画子模型。
13.可选地,还包括:定格所述积木块组合的拼接步骤,显示当前拼接步骤状态下对应的动画子模型的运行过程。
14.可选地,在根据积木块的形状属性将不同的积木块进行拼接时,采用操作栈保存按拼接的时间顺序依次生成的积木块拼接形状和指令代码;采用堆入栈保存从所述操作栈中弹出的不同时间顺序下的积木块拼接形状和指令代码,在恢复操作时堆入栈将积木块拼接形状和指令代码弹回至所述操作栈。
15.从以上技术方案可以看出,本技术实施例具有以下优点:
16.一种用于积木块编程学习的智能教具控制系统,其特征在于,包括控制终端和智能教具,所述控制终端包括创建模块、拼接模块、第一转换模块、发送模块、接收模块、第二转换模块、计算模块和显示模块,所述智能教具包括执行模块和姿态动作检测模块,所述智能教具包括执行模块和姿态动作检测模块。一方面,通过将拼接完成后的积木块对应的代码语句进行组合,生成指令代码,然后向智能教具发送所述指令代码,执行模块接收发送模块发送的指令代码后根据指令代码执行对应动作;另一方面,教员手动控制智能教具动作,然后通过姿态动作检测模块用于检测所述智能教具的姿态动作信息并将所述姿态动作信息发送给控制终端,第二转换模块根据所述姿态动作生成教学代码,并将所述教学代码转换成对应的积木块组合,然后计算模块计算搭建积木块组合所需的积木块、拼接顺序和拼接步骤,最后显示模块展示所述积木块组合的拼接步骤以及对应的代码,在控制终端上将如何控制智能教具实现该动作姿态的积木拼接步骤拆解显示,并可以对照显示的代码,方
便教员学习如何通过控制积木块拼接控制智能教具运动,软硬件交互灵活,教学性好。
附图说明
17.为了更清楚地表达说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本说明书实施例中智能教具控制系统的模块框图;
19.图2为本说明书实施例中智能教具控制方法的流程图。
具体实施方式
20.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案,下面将结合本技术实施例中的附图,对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本技术保护的范围。
21.请参照图1,本技术提供了一种用于积木块编程学习的智能教具控制系统,其特征在于,包括控制终端1和智能教具2,控制终端1包括创建模块11、拼接模块12、第一转换模块13、发送模块14、接收模块15、第二转换模块16、计算模块17和显示模块18,智能教具2包括执行模块21和姿态动作检测模块22,智能教具2包括执行模块21和姿态动作检测模块22;创建模块11用于创建包含输入参数的积木块;拼接模块12用于将不同的积木块进行拼接;第一转换模块13用于将拼接完成后的积木块对应的代码语句进行组合,生成指令代码;发送模块14用于向智能教具2发送指令代码;接收模块15用于接收姿态动作检测单元发送的姿态动作信息;第二转换模块16用于根据姿态动作生成教学代码,并将教学代码转换成对应的积木块组合;计算模块17用于计算搭建积木块组合所需的积木块、拼接顺序和拼接步骤;显示模块18用于展示积木块组合的拼接步骤和对应的代码;执行模块21用于接收发送模块14发送的指令代码并根据指令代码执行对应动作;姿态动作检测模块22用于检测智能教具2的姿态动作信息并将姿态动作信息发送给第一接收模块15。
22.在本实施例中,控制终端1包括但不限于智能手机,个人数字助手,台式电脑,笔记本电脑和平板电脑等,智能教具2包括智能小车、智能机器人、显示屏、led灯珠等。以智能小车为例,执行模块21为智能小车的车轮驱动电机和控制车轮方向的机构,姿态动作检测模块22为安装在车轮的姿态传感器组。在本实施例中,一方面,创建模块11创建包含输入参数的积木块,输入参数可以是指通过积木块控制相应的智能小车实现不同功能的参数。如输入参数为“向左移动一米”的积木块,该积木块可以控制智能小车左转然后前进一米。通过将拼接完成后的积木块对应的代码语句进行组合,生成指令代码,这些代码指令用于控制智能小车执行一系列动作,然后向智能教具2发送指令代码,执行模块21接收发送模块14发送的指令代码后根据指令代码执行对应动作;另一方面,还可以通过人为控制智能教具2的运动然后在控制终端1生成对应的积木块组合和代码,便于教学学习。具体的,教员手动控制智能小车动作,如沿着正方形轨迹移动一周,然后通过姿态动作检测模块22用于检测智能小车的姿态动作信息如前进距离、前进方向和前进速度,并将姿态动作信息发送给控制
终端1,第二转换模块16根据姿态动作生成教学代码,并将教学代码转换成对应的积木块组合,然后计算模块17计算搭建积木块组合所需的积木块、拼接顺序和拼接步骤,最后显示模块18展示积木块组合的拼接步骤以及对应的代码,在控制终端1上将如何控制智能教具2实现该动作姿态的积木拼接步骤拆解显示,并可以对照显示的代码,方便教员学习如何通过控制积木块拼接控制智能教具2运动,软硬件交互灵活,教学性好。
23.作为对上述实施例的进一步改进,控制终端1还包括:动画模块,用于根据姿态动作生成智能教具2的运动动画模型。分解模块,用于将运动动画模型分解成若干对应积木块组合的拼接步骤状态的动画子模型。定格模块,用于定格积木块组合的拼接步骤;运行模块,用于显示当前拼接步骤状态下对应的动画子模型的运行过程。在本实施例中,能够按步骤显示智能教具2的运动过程和对应的积木块组合,起到将积木组合和硬件的运动过程相互对照的作用,便于教员学习积木编程。
24.在进一步实施例中,控制终端1还包括:操作栈模块,用于在根据积木块的形状属性将不同的积木块进行拼接时,保存按拼接的时间顺序依次生成的积木块拼接形状和指令代码;堆入栈模块,用于保存从操作栈模块中弹出的不同时间顺序下的积木块拼接形状和指令代码,以及在恢复操作时将积木块拼接形状和指令代码弹回至操作栈模块。当用户需要撤销某一拼接步骤,返回到上一步骤时,只需将操作栈模块中储存的积木块拼接形状和指令代码退回到堆入栈模块储存即可;当需要取消撤销时,将堆入栈模块中的积木块拼接形状和指令代码弹回操作栈模块。通过操作栈模块和堆入栈模块实现对拼接步骤的撤销操作和还原操作,可便捷地进行反复拼接修改。
25.进一步,作为对上述实施例的进一步改进,积木块包括顺序积木块、分支积木块以及循环积木块。对于顺序积木块来说,顺序积木块集成的程序代码可以按照代码的先后顺序,依次执行;对于分支积木块来说,分支积木块集成的程序代码可以根据具体的逻辑运算进行判断,根据判断结果执行不同的代码,比如,分支积木块集成的程序代码可以包括if语句和switch语句等,但不以此为限;对于循环积木块来说,循环积木块集成的程序代码可以在满足循环条件的情况下,反复执行某一段程序代码,这段被重复执行的代码可以被称为循环体语句,当不满足循环条件的情况下,可以结束循环。
26.进一步,在本技术实施例中,发送模块14为无线网络发送模块14,通过局域网实现控制终端1和智能教具2的通讯连接。
27.参见图2,本技术还提出了一种用于积木块编程学习的智能教具控制方法,包括以下步骤:创建包含输入参数的积木块和用于将积木块转换成代码语句的转换单元;根据积木块的形状属性将不同的积木块进行拼接,转换单元将拼接完成后的积木块对应的代码语句进行组合,生成指令代码;向智能教具2发送指令代码,智能教具2接收指令代码并根据指令代码执行对应动作;检测智能教具2的姿态动作,根据姿态动作生成教学代码,将教学代码转换成对应的积木块组合;计算搭建积木块组合所需的积木块和拼接顺序,展示积木块组合的拼接过程。
28.进一步,作为对上述实施例的进一步改进,还包括:根据姿态动作生成智能教具2的运动动画模型,将运动动画模型分解成若干对应积木块组合的拼接步骤状态的动画子模型。
29.进一步,作为对上述实施例的进一步改进,还包括:定格积木块组合的拼接步骤,
显示当前拼接步骤状态下对应的动画子模型的运行过程。
30.进一步,作为对上述实施例的进一步改进,在根据积木块的形状属性将不同的积木块进行拼接时,采用操作栈保存按拼接的时间顺序依次生成的积木块拼接形状和指令代码;采用堆入栈保存从操作栈中弹出的不同时间顺序下的积木块拼接形状和指令代码,在恢复操作时堆入栈将积木块拼接形状和指令代码弹回至操作栈。
31.所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述方法实施例中的对应过程,可以参考前述系统实施例中的具体工作过程,作用和效果也相同,在此不再赘述。
32.本技术的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本技术的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
33.在本技术所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统,装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
34.作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
35.另外,在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
36.集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:u盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称:read

only memory,英文缩写:rom)、随机存取存储器(英文全称:random access memory,英文缩写:ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
37.以上所述,以上实施例仅用以说明本技术的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。
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