淺析ArduBlock教育版及其應(yīng)用

張祿 趙曉卿

近幾年來，中小學(xué)創(chuàng)客教育的發(fā)展如火如荼，作為創(chuàng)客們的一把利器，Arduino在國內(nèi)早已盛行。但在早期，Arduino進(jìn)入中小學(xué)遇到了一個(gè)麻煩——學(xué)生普遍沒有編程基礎(chǔ)。為了降低學(xué)習(xí)門檻，最早的Arduino圖形化編程軟件之一，ArduBlock便應(yīng)運(yùn)而生。ArduBlock的產(chǎn)生，改變了Arduino在圖形化編程方面主要依靠Scratch的局面。

● ArduBlock

Ardublock是一個(gè)開源項(xiàng)目，使用Java語言開發(fā)，通過積木搭建的方式對Arduino進(jìn)行編程，可視化和交互性強(qiáng)，編程門檻低，即使沒有編程經(jīng)驗(yàn)的人也可以輕松編寫Arduino的程序。使用前，一般先下載它的壓縮包，名字通常為“ardublock.jar”或“ardublock-all.jar”，然后在Arduino安裝的根目錄下找到“tools”文件夾，打開后新建文件夾“ArduBlockTool”，在此文件夾中再新建文件夾“tool”，目錄結(jié)構(gòu)為“…tools＼ArduBlockTool＼tool”，將壓縮包放在“tool”文件夾中便完成了安裝工作。安裝完成后，打開Arduino IDE編程環(huán)境，在菜單欄中找到工具“Tools”，就可以看到ArduBlock了，如圖1所示，點(diǎn)擊進(jìn)入即可打開其編程界面。

● ArduBlock教育版

教育版是ArduBlock眾多版本中的一款，是為教育教學(xué)專門定制的版本。它對Arduino IDE版本的要求是1.5或更高版本（但是對一些較新的版本兼容性并不是很好），如果使用較低的版本，ArduBlock教育版則顯示的是英文。軟件的安裝與使用也很簡單，只要將下載的壓縮包（下載地址：http：//blog.sina.com.cn/s/blog_6611ddcf0101kfs7.html）中的libraries和tools文件夾復(fù)制到Arduino的安裝目錄下即可。另外，為方便初學(xué)者，也提供了已經(jīng)集成的ArduBlock的Arduino IDE（網(wǎng)址：http：//pan.baidu.com/s/1qWFJ0EK），直接解壓就可使用。相對于其他版本，教育版的功能劃分清晰，且更強(qiáng)大，兼容Arduino的任何開源產(chǎn)品。啟動(dòng)ArduBlock后，可以發(fā)現(xiàn)其界面（如圖2）主要分為三大部分：工具區(qū)（上），積木區(qū)（左），編程區(qū)（右）。

● ArduBlock教育版的應(yīng)用案例

1.設(shè)計(jì)定制版的ArduBlock

ArduBlock教育版仍然遵循開源精神，用戶完全可以定制專屬的版本。在開發(fā)時(shí)，先找到“…tools＼ArduBlock-Tool＼tool”文件夾下的“ardublock.jar”文件，并對其進(jìn)行“解壓—修改文件—編譯—打包.jar文件”等操作，這一系列操作可以使用eclipse軟件實(shí)現(xiàn)。下面，以在ArduBlock教育版中添加文字Logo為例，做簡單介紹。

首先將“ardublock.jar”文件解壓，在解壓的文件夾中按照路徑“…com＼ardublock＼block”找到“ardublock_zh_CN.properties”文件，此文件是Arduino IDE語言選擇簡體中文時(shí)的版本，若英文版本則對應(yīng)的是“ardublock.properties”文件;用eclipse將此文件打開（如圖3），找到“ardublock.ui.version=”開頭的一行代碼，若沒有找到可手動(dòng)添加，將該條語句修改為“ardublock.ui.version=＼u65E0＼u9521＼u5E02＼u7B2C＼u4E00＼u4E2D＼u5B66＼u5B9A＼u5236＼u7248 2019.09.10”，其中“＼u65E0＼u9521＼u5E02＼u7B2C＼u4E00＼u4E2D＼u5B66＼u5B9A＼u5236＼u7248”為UTF-8編碼對應(yīng)的漢字“無錫市第一中學(xué)定制版”，修改之后保存（此處省略了編譯的過程）。

接下來是將整個(gè)文件夾再打包成“ardublock.jar”文件，有兩種方法：一種是通過jar軟件打包，另一種方法則相對簡單，使用壓縮軟件將原來的“ardublock.jar”文件打開，找到“ardublock_zh_CN.properties”文件對應(yīng)的位置，將修改過的文件替換掉此文件，再保存即可。此時(shí)重啟ArduBlock，就可以看到專屬的定制版了（如圖4），在軟件下方出現(xiàn)了“無錫市第一中學(xué)定制版2019.09.10”的字樣。

2.在虛谷號(hào)上安裝ArduBlock教育版

作為開源硬件，虛谷號(hào)為國內(nèi)中小學(xué)創(chuàng)客教育的開展提供了良好的平臺(tái)，虛谷號(hào)自帶的IDE集成了ArduBlock，但并不是教育版，于是筆者嘗試在虛谷號(hào)上安裝ArduBlock教育版。

首先，虛谷號(hào)自帶的IDE版本為1.8以上，這個(gè)版本并不兼容ArduBlock教育版，需要到Arduino官網(wǎng)下載低版本，這里使用的是Linux ARM的1.6.10版本。接下來，將下載好的Arduino安裝包解壓到系統(tǒng)桌面，再利用LX終端進(jìn)入此文件夾（進(jìn)入文件夾的命令為cd Desktop/arduino-1.6.10）進(jìn)行安裝，如圖5所示。

安裝完成Arduino

IDE后，只需要將ArduBlock教育版的壓縮包“ardublock.jar”拷貝到對應(yīng)的“…tools＼ArduBlockTool＼tool”文件夾下即可使用教育版了，如圖6所示。

3.呼吸燈

呼吸燈是Arduino教學(xué)中常見的案例，在編寫程序時(shí)，通常將呼吸的速度設(shè)定為固定的值，因此出現(xiàn)了如圖7所示的呼吸燈程序。其中，LED連接數(shù)字針腳3。

事實(shí)上，上述這種呼吸燈效果并不是很好，燈光強(qiáng)弱的過渡不夠柔和。觀察k值的變化很容易發(fā)現(xiàn)問題所在：LED的亮度變化是呈折線形的，如圖8（左）所示，這樣的數(shù)據(jù)變化當(dāng)然很難體現(xiàn)出“呼吸”這一張一弛的自然變化。正常的呼吸形態(tài)如圖8（右）所示，很像是一個(gè)正弦函數(shù)的波形，這樣就可以利用三角函數(shù)編寫呼吸燈的程序，如圖9所示。

4.自動(dòng)變速風(fēng)扇

自動(dòng)變速風(fēng)扇利用超聲波測量距離，根據(jù)距離使風(fēng)扇自動(dòng)調(diào)節(jié)速度，程序如圖10所示。其中，超聲波傳感器連接數(shù)字針腳8和9，風(fēng)扇連接數(shù)字針腳5。

● ArduBlock教育版在教學(xué)中的定位

在ArduBlock教育版開發(fā)時(shí)，用于Arduino編程的圖形化軟件并不多，雖然現(xiàn)在已經(jīng)有許多圖形化軟件了，功能也更強(qiáng)大，但是筆者對ArduBlock教育版仍然情有獨(dú)鐘。在筆者看來，ArduBlock教育版并沒有過時(shí)，在教育教學(xué)中仍然有其特殊的意義。

在教學(xué)中，ArduBlock教育版更多地是擔(dān)任編程入門的角色。值得注意的是，《普通高中信息技術(shù)新課標(biāo)（2017年版）》中新增了一個(gè)選擇性必修模塊——開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)，Arduino正式進(jìn)入高中教材，可見其重要性。另外，由于ArduBlock教育版是基于Arduino IDE的插件，它可以將圖形化模塊直接與代碼對應(yīng)起來，如果學(xué)生在使用IDE編寫程序的時(shí)候遇到了困難，可以先通過ArduBlock編寫出相應(yīng)的程序或者部分程序段，生成代碼后，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行其他程序代碼的編寫。所以，對于沒有編程基礎(chǔ)的學(xué)生來說，ArduBlock教育版是一款值得推薦的平臺(tái)，它不僅有助于快速入門Arduino，也能較容易地從圖形化編程過渡到代碼編程。