[发明专利]一种协同实物编程方法

说明书

技术领域

本发明属于人机交互领域，具体涉及到一种通过实物进行多人协同编程的方法。

背景技术

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究人员的重视。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，算一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。

目前大部分的编程语言是基于文本和符号的方式。这种编程方式对儿童来讲，理解和使用起来很不方便，其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。对儿童和初学编程者来讲，学习这种编程语言、理解程序的运行方式是比较困难的一件事。同时，儿童很难理解和记住程序语言的语法、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。因此，进行儿童编程研究的目的在于提供一种对儿童来说容易学习使用的编程软件系统。

正如我们之前申请的专利：一种实物编程方法和系统(公开号：CN 102136208)中所描述的，实物编程将实物交互方式与编程有效的结合起来，为儿童编程提供了一种有效的途径。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。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。

协同工作为人们提供了一种新的工作模式，尤其对于儿童而言，有多方面的优势。有研究表明儿童对于多人共同参与一项任务有着浓厚的兴趣，该方式充分利用面对面交流的优点，帮助儿童综合利用来自其他用户的信息。面对面的合作所带来的社交方面的益处也是人们共享计算机的主要原因之一。在多人共享计算机的情况下，计算机只能由一个人操作时，旁观者由于没有计算机的控制权，很容易失去兴趣和注意力。而一些基于实物交互界面的系统，可以有效避免这一问题。同时，通过协同的合作，也可以有效的提高解决问题的效率和加快学习的速度。

正是基于协同的上述优势，我们提出了一种协同的实物编程方法。通过这种方法，用户有更多的机会进行合作以及相互帮助，每一个人都有机会参与到任务中。协同编程不仅能增强用户的参与意识，也能促进用户之间的交流与合作，增强了编程的趣味性和娱乐性。当前已有的协同编程的方法和系统，都是允许用户通过角色的分工合作来共同编写一个程序。没有能够支持多个用户同时进行编程，并且通过程序来进行相互协作。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种协同实物编程的方法。通过这种方法，多个用户可以同时通过实物编程的方式来编写程序，同时通过所编写的程序来进行协作完成特定的任务。

本发明通过让儿童及新手使用实物编程块来进行协作编程。一方面，解决了儿童及新手学习编程的难题。使得儿童和新手可以摆脱编程语言繁冗的语法，专注于程序设计本身。另一方面，在协作过程中，通过相互的交流沟通，加速了儿童及新手学习和解决编程问题的过程。同时，通过程序间的协作，帮助儿童和新手接触和理解更加复杂的编程概念，比如并行处理和同步等。

本发明的技术方案为：

一种协同实物编程的方法，其步骤为：

1)选取或建立一个双人或多人协同实物编程显示环境，并给出相应双人或多人协同实物编程的任务和协同任务执行规则，存储到协同实物编程处理模块中。下面通过双人协作为例进行说明。

2)协同任务是指参与协作的用户需要分别通过实物编程块来编写的程序，控制游戏中对应的人物进行协作并完成指定的任务。

3)用户1和用户2分别根据1)中的相应的协同任务要求，分别在自己的编程空间中，摆放实物编程块序列完成任务；其中，每个实物编程块的表面都贴有一个计算机视觉识别码和易于儿童理解的语义图形。

4)设置有两个摄像头，分别用于获取用户1和用户2单独摆放的编程块序列。两个摄像头会定时的拍摄用户摆放的实物编程块序列，上传至计算机上的协同实物编程处理模块。

5)协同实物编程处理模块接收到摄像头拍摄的图像后，会利用计算机视觉相关技术分别对于两个摄像头拍摄的图像进行分析，找出每个用户所摆放的实物编程块序列的相关信息。