交互界面上的实物编程系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于人机交互领域，尤其是涉及一种交互界面上的实物编程系统和方法。
【背景技术】
[0002]伴随着计算技术的迅速发展，计算思维得到了越来越多的研宄人员的重视。卡内基梅隆大学的教授周以真提出，计算思维是21世纪每个人都应该具备的基本技能，同时指出计算思维将成为和读、写、算同样重要的每个儿童都应该具备的能力。计算思维有助于儿童发展分析能力，对他们在STEM (科学、技术、工程和数学)学科和其他领域，甚至是日常生活都有很大的好处。编程允许儿童去探讨创造性的议题，并使其学习问题求解的技能。虽然计算思维并不只是计算机编程，但计算机科学与技术学科要求的编程能力中却处处需要计算思维能力，两者是相互促进的。
[0003]传统的编程通常是通过键盘输入文本语言来完成。这种编程方式对儿童而言，理解和使用起来很不方便，主要原因是传统编程语言中的语法、复杂指令以及大量输入工作。儿童很难记住和理解程序语言的语法、逻辑关系和程序架构等非常专业的知识。此外，对文字掌握得还不纯熟的儿童来说，程序的文本编辑方式缺乏直观性，儿童无法采用传统的编程方式来创作自己的程序。
[0004]图形化编程向儿童提供了一种编程的可行途径。它将各种编程的概念转化为显示在屏幕上的各种图形，儿童只需要对于各种图形进行拖动，就可以完成编程的整个过程。而实物编程被认为是图形化编程的一个分支。与图形化编程不同之处在于，实物编程对于程序的操作超越了计算机屏幕的限制。实物编程通过触觉、物理感知等技术与实物交互，再将实物逻辑转化为程序逻辑来进行编程。与直接让儿童操控电脑相比，让儿童通过操纵实物来与电脑进行交互，更容易让儿童投入在整个过程当中。通过实物编程系统，儿童可以对程序语言的逻辑有更加直观的理解。程序不再是一行行枯燥的代码，而是一组实物的组合，儿童通过对实物的拼接组合，就可以完成普通程序语言通过键盘输入代码完成的工作。实物编程的特点决定了它更适合儿童进行编程操作。
[0005]当前已经有一些实物编程的工作，这些工作是用户根据所选实物编程的任务及任务执行规则摆放实物编程块，形成一个实物编程块序列，对实物编程块位置的限制比较多。
【发明内容】
[0006]针对上述存在的问题，本发明提供一种交互界面上的实物编程系统和方法，用手指触摸手势表示实物编程块的编程符号的程序设计逻辑。
[0007]本发明提供一种交互界面上的实物编程系统，包括:
若干实物编程块，每一所述实物编程块包括一个标记在表面的编程符号；
一个交互界面，所述交互界面包括一个电极阵列；
一个与所述交互界面相连的处理器，所述处理器用于探测所述实物编程块与所述交互界面的电极阵列的电容耦合程度，进而识别所述实物编程块的位置信息和作用于所述实物编程块上的手指触摸手势，所述处理器还用于识别放置在所述交互界面上的所述实物编程块的身份信息；
一个与所述处理器相连的第一存储器，所述第一存储器用于存储所述实物编程块的身份、编程符号与程序代码之间的关系；
一个与所述处理器相连的第二存储器，所述第二存储器用于存储所述手指触摸手势与编程符号的程序设计逻辑之间的关系；
其中，若干所述实物编程块放置在所述交互界面上，所述手指触摸手势作用于若干所述实物编程块，所述处理器生成基于所述手指触摸手势和编程符号的一段程序代码。
[0008]进一步地，所述处理器识别放置在所述交互界面上的所述实物编程块的身份的方式为:所述实物编程块的射频识别标签与所述交互界面的射频天线阵列进行无线通信。
[0009]进一步地，所述手指触摸手势包括轻点手势、双轻点手势、按压手势。所述轻点手势，指快速碰触实物编程块。所述双轻点手势，指连续快速轻点实物编程块两次。按压手势，指将手指放置在实物编程块上维持一段时间。
[0010]进一步地，所述实物编程系统还包括一个反馈装置，所述反馈装置包括LED灯、音频装置、视频装置和振动发生器，所述处理器能指示反馈装置产生一个反馈，所述反馈用来指示所述程序代码的执行进度。
[0011]进一步地，所述交互界面用于显示所述编程符号的程序设计逻辑，显示方式包括LED灯、触摸屏和电子墨水屏。
[0012]本发明提供一种交互界面上的实物编程方法，包括以下步骤:
1)将若干实物编程块放置在交互界面上，每一所述实物编程块包括一个标记在表面的编程符号，所述交互界面包括一个电极阵列；
2)与交互界面相连的处理器探测所述实物编程块与所述交互界面的电极阵列的电容耦合程度，进而识别所述实物编程块的位置信息，所述处理器还识别放置在所述交互界面上的所述实物编程块的身份信息；
3)手指触摸手势作用于若干所述实物编程块；
4)所述处理器探测到所述实物编程块与所述电极阵列的电容耦合程度的变化，进而识别所述手指触摸手势；
5)根据与所述处理器相连的第一存储器存储的所述实物编程块的身份、编程符号与程序代码之间的关系以及与所述处理器相连的第二存储器存储的所述手指触摸手势与编程符号的程序设计逻辑之间的关系，所述处理器生成基于所述编程符号和手指触摸手势的一段程序代码。
[0013]进一步的，所述处理器识别放置在交互界面上的实物编程块的身份的方式为:所述实物编程块的射频识别标签与所述交互界面的射频天线阵列进行无线通信。
[0014]进一步地，所述手指触摸手势包括轻点手势、双轻点手势、按压手势。所述轻点手势，指快速碰触实物编程块。所述双轻点手势，指连续快速轻点实物编程块两次。按压手势，指将手指放置在实物编程块上维持一段时间。
[0015]进一步的，所述处理器能指示反馈装置产生一个反馈，所述反馈用来指示所述程序代码的执行进度，所述反馈装置包括LED灯、音频装置、视频装置和振动发生器。
[0016]进一步的，所述交互界面显示所述编程符号的程序设计逻辑，显示方式包括LED灯、触摸屏和电子墨水屏。
[0017]本发明提供一种交互界面上的实物编程系统和方法。本实物编程系统用手指触摸手势表示实物编程块的编程符号的程序设计逻辑。这种实物编程系统使用起来更为方便，使儿童和新手更容易学习编程。
【附图说明】
[0018]图1为本实物编程系统的示意图；
图2A为编程符号代表子函数的实物编程块的示意图；
图2B为编程符号代表运动方式的实物编程块的示意图；
图2C为编程符号代表动作的实物编程块的示意图；
图2D为编程符号代表格点位置的实物编程块的示意图；
图3为用本实物编程系统点亮交互界面上第三排奇数格点的LED灯的示意图；
图4为用本实物编程系统点亮交互界面上第一排三个奇数格点和第三排两个奇数格点的LED灯的示意图；
图5为用本实物编程系统点亮交互界面上第二排奇数格点的LED灯的示意图；
图6为本实物编程方法的流程图。
【具体实施方式】
[0019]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0020]实施例一
实施例一提供了一种用实物编程块和手指触摸手势生成和执行计算机程序的系统。图1是本发明的实物编程系统的示意图。本实物编程系统包括若干实物编程块1、一个交互界面2、一个处理器3、一个第一存储器4和一个第二存储器5。
[0021]每一实物编程块I包括一个标记在表面的编程符号，每个编程符号有不同图案。每一实物编程块I包括一个射频识别(RFID)标签。实物编程块I可以是卡片、按钮、图标、薄片或者雕像。图1所示的交互界面2包括一个电极阵列和一个射频(RF)天线阵列。在本实施例中，电极为诸如铝片、铜片等金属电极。制成实物编程块I的材料包括能与电极进行电容耦合的材料。
[0022]处理器3与交互界面2相连。处理器3能探测到交互界面上的实物编程块I与交