随着科技的发展以及人们生活水平的提高，计算机在人们生活和工作中越来越普及，并且扮演着非常重要的角色。对儿童进行计算机科学的教育也越来越受到国内外研究人员的关注。计算思维是二十一世纪人人必备的技能，儿童也不例外。编程教育是培养儿童计算思维的有效途径，同时对儿童在数学、科学、语言等方面具有积极的作用。相比传统用户界面，实物用户界面对于儿童来说更加直观、容易掌握，可以降低儿童使用计算机的难度，为低龄儿童学习编程提供了有效途径。　　本研究致力于结合实物交互技术的优点和儿童用户群体认知水平的特点，设计开发面向儿童的实物编程系统。在对国内外相关工作进行调研和分析的基础上，设计并实现了两款实物编程系统，并分别进行了用户评估实验。　　本文的主要工作如下:　　1.面向儿童的实物编程研究现状分析　　通过阅读大量国内外儿童编程、实物交互领域的相关文献，了解儿童编程教育、合作学习相关的理论，了解面向儿童的实物交互方式和交互技术，总结和分析国内外儿童实物编程相关的工作，为新的实物编程系统的设计提供借鉴。　　2.儿童实物编程语言的设计　　结合儿童的认知特点，参考面向儿童的实物交互界面设计准则和面向儿童的学习系统设计准则设计了儿童实物编程语言。儿童可以通过连接积木块搭建程序，为机器人或虚拟的角色编写程序，以完成特定的任务。使用该语言，儿童可以创建自己的编程对象（例如虚拟的人物角色），并为编程对象编写程序。该编程语言也可以支持儿童之间的合作编程。　　3.设计并实现面向儿童的实物编程原型系统　　在使用上述实物编程块的基础上，设计并开发了两款实物编程系统:CoProStory和TanProRobot。CoProStory系统可以支持双人协作编程，两名儿童可以分别创建一个故事角色，并根据故事的情节为各自的角色编写程序控制他们在一个3D故事场景中完成指定的任务。TanProRobot允许儿童采用事件处理的结构为小车编程，并且儿童可以使用类似于房屋模型和彩纸的操作物来自定义游戏场景。儿童在编程过程中可以接触到计算机科学中的一些简单概念，例如事件处理、传感器等。　　4.对原型系统的用户研究　　针对本研究设计的两款实物编程原型系统，分别设计并进行了用户评估实验，根据问卷访谈、实验观察记录等方式所得到的数据对实验结果进行了分析。结果表明儿童很喜欢设计的实物编程原型系统，并且认为易学易用，另一方面，通过用户评估实验，验证了本实物编程研究的设计目标和价值。