浅析ArduBlock教育版及其应用
张禄 赵晓卿
近几年来，中小学创客教育的发展如火如荼，作为创客们的一把利器，Arduino在国内早已盛行。但在早期，Arduino进入中小学遇到了一个麻烦——学生普遍没有编程基础。为了降低学习门槛，最早的Arduino图形化编程软件之一，ArduBlock便应运而生。ArduBlock的产生，改变了Arduino在图形化编程方面主要依靠Scratch的局面。
● ArduBlock
Ardublock是一个开源项目，使用Java语言开发，通过积木搭建的方式对Arduino进行编程，可视化和交互性强，编程门槛低，即使没有编程经验的人也可以轻松编写Arduino的程序。使用前，一般先下载它的压缩包，名字通常为“ardublock.jar”或“ardublock-all.jar”，然后在Arduino安装的根目录下找到“tools”文件夹，打开后新建文件夹“ArduBlockTool”，在此文件夾中再新建文件夹“tool”，目录结构为“…tools＼ArduBlockTool＼tool”，将压缩包放在“tool”文件夹中便完成了安装工作。安装完成后，打开Arduino IDE编程环境，在菜单栏中找到工具“Tools”，就可以看到ArduBlock了，如图1所示，点击进入即可打开其编程界面。
● ArduBlock教育版
教育版是ArduBlock众多版本中的一款，是为教育教学专门定制的版本。它对Arduino IDE版本的要求是1.5或更高版本（但是对一些较新的版本兼容性并不是很好），如果使用较低的版本，ArduBlock教育版则显示的是英文。软件的安装与使用也很简单，只要将下载的压缩包（下载地址：http：//blog.sina.com.cn/s/blog_6611ddcf0101kfs7.html）中的libraries和tools文件夹复制到Arduino的安装目录下即可。另外，为方便初学者，也提供了已经集成的ArduBlock的Arduino IDE（网址：http：//pan.baidu.com/s/1qWFJ0EK），直接解压就可使用。相对于其他版本，教育版的功能划分清晰，且更强大，兼容Arduino的任何开源产品。启动ArduBlock后，可以发现其界面（如图2）主要分为三大部分：工具区（上），积木区（左），编程区（右）。
● ArduBlock教育版的应用案例
1.设计定制版的ArduBlock
ArduBlock教育版仍然遵循开源精神，用户完全可以定制专属的版本。在开发时，先找到“…tools＼ArduBlock-Tool＼tool”文件夹下的“ardublock.jar”文件，并对其进行“解压—修改文件—编译—打包.jar文件”等操作，这一系列操作可以使用eclipse软件实现。下面，以在ArduBlock教育版中添加文字Logo为例，做简单介绍。
首先将“ardublock.jar”文件解压，在解压的文件夹中按照路径“…com＼ardublock＼block”找到“ardublock_zh_CN.properties”文件，此文件是Arduino IDE语言选择简体中文时的版本，若英文版本则对应的是“ardublock.properties”文件;用eclipse将此文件打开（如图3），找到“ardublock.ui.version=”开头的一行代码，若没有找到可手动添加，将该条语句修改为“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”为UTF-8编码对应的汉字“无锡市第一中学定制版”，修改之后保存（此处省略了编译的过程）。
接下来是将整个文件夹再打包成“ardublock.jar”文件，有两种方法：一种是通过jar软件打包，另一种方法则相对简单，使用压缩软件将原来的“ardublock.jar”文件打开，找到“ardublock_zh_CN.properties”文件对应的位置，将修改过的文件替换掉此文件，再保存即可。此时重启ArduBlock，就可以看到专属的定制版了（如图4），在软件下方出现了“无锡市第一中学定制版2019.09.10”的字样。
2.在虚谷号上安装ArduBlock教育版
作为开源硬件，虚谷号为国内中小学创客教育的开展提供了良好的平台，虚谷号自带的IDE集成了ArduBlock，但并不是教育版，于是笔者尝试在虚谷号上安装ArduBlock教育版。
首先，虚谷号自带的IDE版本为1.8以上，这个版本并不兼容ArduBlock教育版，需要到Arduino官网下载低版本，这里使用的是Linux ARM的1.6.10版本。接下来，将下载好的Arduino安装包解压到系统桌面，再利用LX终端进入此文件夹（进入文件夹的命令为cd Desktop/arduino-1.6.10）进行安装，如图5所示。
安装完成Arduino
IDE后，只需要将ArduBlock教育版的压缩包“ardublock.jar”拷贝到对应的“…tools＼ArduBlockTool＼tool”文件夹下即可使用教育版了，如图6所示。
3.呼吸灯
呼吸灯是Arduino教学中常见的案例，在编写程序时，通常将呼吸的速度设定为固定的值，因此出现了如图7所示的呼吸灯程序。其中，LED连接数字针脚3。
事实上，上述这种呼吸灯效果并不是很好，灯光强弱的过渡不够柔和。观察k值的变化很容易发现问题所在：LED的亮度变化是呈折线形的，如图8（左）所示，这样的数据变化当然很难体现出“呼吸”这一张一弛的自然变化。正常的呼吸形态如图8（右）所示，很像是一个正弦函数的波形，这样就可以利用三角函数编写呼吸灯的程序，如图9所示。
4.自动变速风扇
自动变速风扇利用超声波测量距离，根据距离使风扇自动调节速度，程序如图10所示。其中，超声波传感器连接数字针脚8和9，风扇连接数字针脚5。
● ArduBlock教育版在教学中的定位
在ArduBlock教育版开发时，用于Arduino编程的图形化软件并不多，虽然现在已经有许多图形化软件了，功能也更强大，但是笔者对ArduBlock教育版仍然情有独钟。在笔者看来，ArduBlock教育版并没有过时，在教育教学中仍然有其特殊的意义。
在教学中，ArduBlock教育版更多地是担任编程入门的角色。值得注意的是，《普通高中信息技术新课标（2017年版）》中新增了一个选择性必修模块——开源硬件项目设计，Arduino正式进入高中教材，可见其重要性。另外，由于ArduBlock教育版是基于Arduino IDE的插件，它可以将图形化模块直接与代码对应起来，如果学生在使用IDE编写程序的时候遇到了困难，可以先通过ArduBlock编写出相应的程序或者部分程序段，生成代码后，在此基础上再进行其他程序代码的编写。所以，对于没有编程基础的学生来说，ArduBlock教育版是一款值得推荐的平台，它不仅有助于快速入门Arduino，也能较容易地从图形化编程过渡到代码编程。
