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INTERAKTIVES COMPUTERUNTERSTUETZES NATUERLICHES LERNVERFAHREN UND-GERAET - Dokument DE69324924T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69324924T2 16.09.1999
EP-Veröffentlichungsnummer 0656139
Titel INTERAKTIVES COMPUTERUNTERSTUETZES NATUERLICHES LERNVERFAHREN UND-GERAET
Anmelder Lee, John R., New Orleans, La., US
Erfinder LEE, John, R., New Orleans, LA 70115-2745, US;
ALVENDIA, John, Metairie, LA 70001, US
Vertreter PATENTANWÄLTE CHARRIER RAPP & LIEBAU, 86152 Augsburg
DE-Aktenzeichen 69324924
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 11.02.1993
EP-Aktenzeichen 939058905
WO-Anmeldetag 11.02.1993
PCT-Aktenzeichen US9301238
WO-Veröffentlichungsnummer 9316454
WO-Veröffentlichungsdatum 19.08.1993
EP-Offenlegungsdatum 07.06.1995
EP date of grant 12.05.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.09.1999
IPC-Hauptklasse G09B 3/00
IPC-Nebenklasse G09B 5/14   G09B 7/04   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Unterrichtsmethoden in Klassenzimmern und im Individualunterricht im allgemeinen sowie auf Systeme zur Implementierung derartiger Methoden. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Unterrichtsmethode, welche audiovisuelle Techniken und Computertechnologie miteinander verbindet, um die Rolle des Lehrers vom Massenunterricht und der damit zusammenhängenden Papierarbeit zu verlagern auf die mehr traditionelle Rolle des Helfens jedes einzelnen Studenten bzw. Schülers bei seinen bzw. ihren persönlichen Schwierigkeiten.

Stand der Technik

Die Unterrichtsmethoden in Klassenzimmern haben sich seit den frühen Tagen unseres Landes nur wenig verändert. Die Grundlage der Ausbildung bleibt der Lehrer oder Professor, welcher Gruppen von Studenten bzw. Schülern üblicherweise im Zusammenhang mit einem Text unterrichtet. Hausaufgaben werden erteilt, um die in der Klasse gelernten Lektionen einzuüben und Proben werden durchgeführt, um die Aufnahme des gelernten Materials durch den Studenten bzw. Schüler zu messen. In den frühen Stadien der Ausbildung wurden diese Instruktionen im Klassenzimmer, öffentlich oder privat, gegeben, wo ein Lehrer für eine Gruppe, beispielsweise bestehend aus 15 bis 40 Studenten bzw. Schüler, verantwortlich ist.

Die herkömmliche Klassenzimmermethode für das Unterrichten einer Person weist typischerweise einen Stundenplan auf, der eine Vielzahl von Lektionen umfaßt, wobei jeder dieser Lektionen eine schriftliche Hausaufgabe für den Studenten bzw. Schüler zugeordnet ist, um die Lektion zu lernen bzw. einzuüben. Der Lehrer sammelt die Hausaufgaben, wertet sie aus und gibt dem Studenten bzw. dem Schüler gelegentlich Tests zur Messung der Aufnahme des Materials durch den Studenten bzw. den Schüler. Der Lehrer muß auch eine Vielzahl anderer subsidiärer Aufgaben ausführen, beispielsweise Berichtskarten erstellen und Eltern-Lehrer-Konferenzen durchführen, um die Gemeinschaft sowohl mit den Leistungen der Studenten bzw. der Schüler als auch der Lehrer zufriedenzustellen. Im herkömmlichen Klassenzimmer-Szenario müssen daher die Lehrer ihre Zeit aufteilen, um die Rolle eines Verwalters und Werbebeauftragten einerseits als auch die ihnen eigentlich zugeordnete Rolle eines Lehrers andererseits wahrzunehmen.

Ausbilder haben schon lange erkannt, daß das Klassenzimmer-Szenario, obwohl es wirtschaftlich ist, den Nachteil aufweist, daß Studenten bzw. Schüler verschiedener Altersstufen und Fähigkeiten mit verschiedener Geschwindigkeit lernen und einen verschiedenen Bedarf an individueller Aufmerksamkeit haben. Diese Erkenntnis führte zu privaten Tutoren- bzw. Nachhilfestunden, für diejenigen, die sich dies leisten können, wodurch eine erhöhte Flexibilität bei der Anpassung an die studentischen Bedürfnisse ermöglicht wird. Auf der anderen Seite wurden private Nachhilfestunden auch schon kritisiert, weil sie dem Studenten bzw. dem Schüler nicht die Möglichkeit geben, soziale Fähigkeiten zu entwickeln, was im Klassenzimmer selbstverständlich ist.

Obwohl diese traditionelle Bildungsmethode sich über die Jahre nur wenig geändert hat, ist die Menge an Information, welche Studenten bzw. Schüler benötigen, um als gut ausgebildet zu gelten, drastisch angestiegen. Diese Tatsache ergibt sich augenfällig durch technologische Wunder, die uns täglich umgeben wie Micro-Computer, DNA- Sequenzierung, Videotelefone etc. Der Zuwachs an Information entspricht einer entsprechend größeren Belastung der Lehrer, die mehr Unterrichtsstoff in der gleichen Zeit unterbringen müssen, was zu einem entsprechenden Anwachsen bei dem Bearbeitungsaufwand für schriftliche Arbeiten führt. Weil darüber hinaus die öffentlichen Ausgaben mehr und mehr beschnitten werden, wird den Lehrern abverlangt, immer größere Gruppen von Studenten und Schülern zu betreuen, was zu einem geringeren Eingehen auf den einzelnen Schüler führt.

Obwohl diese Probleme immer schneller akut werden, wurden sie von Lehrern über viele Jahre hingenommen. Viele Länder haben durch Streichung freier Tage im Schuljahr reagiert oder schicken ihre Kinder zu einem früheren Zeitpunkt in die Schule, so daß mehr Zeit zum Erlernen des zusätzlichen Wissens zur Verfügung steht. Diese Lösung ist jedoch nur kurzfristig, weil sie nur eine begrenzte zusätzliche Lernzeit erbringt, welche vernünftigerweise in die Stundenpläne der Studenten bzw. der Schüler eingebracht werden kann, während das allgemeine Wissen immer stärker zunimmt. Darüber hinaus werden durch die zusätzliche Lernzeit die öffentlichen Ausgaben weiter zunehmen und der Druck auf die Lehrer wird größer.

Ausbilder haben auch bereits mit alternativen Lehrmethoden experimentiert, beispielsweise mit Selbststudienprogrammen und Videostunden, um die Zeit des Lehrers effizienter zu nutzen und dem Studienprogramm des Studenten bzw. des Schülers ein individuelles Element zu geben. Obwohl diese Ausbildungsmethoden bei höheren Ausbildungsniveaus zum Teil erfolgreich arbeiten, sind sie bei geringeren Ausbildungsniveaus uneffektiv, weil jüngere Schüler weniger Disziplin zum Selbstunterricht haben. Eine alternative Lernmethode ist in dem US-Patent Nr. 5,002, 491 beschrieben, worin ein Zentralcomputer in Kombination mit einer Vielzahl von Studentencomputern Verwendung findet.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß hat eine interaktive Unterrichtsmethode zum Ziel, verglichen mit den herkömmlichen Klassenzimmerunterrichtsmethoden eine flexible Alternative bereitszustellen, welche den Lehrer von vielen der oben genannten Lasten, die nichts mit dem Unterrichten zu tun haben, befreit, während sie dem Studenten bzw. dem Schüler die Möglichkeit gibt, in der ihm eigenen Geschwindigkeit zu lernen. Der Lehrer soll nicht mehr die wiederholte Papierarbeit zur Vorbereitung der täglichen Unterrichtsstunde machen müssen, Hausaufgaben vorbereiten und korrigieren müssen, Proben ausführen und korrigieren müssen und den Fortschritt der einzelnen Studenten bzw. Schüler und ihre Leistungsfähigkeit dokumentieren müssen oder gegenüber den Eltern die Bewertungen der Studenten bzw. der Schüler rechtfertigen müssen.

Hierdurch werden die Lehrer ihre primären Fähigkeiten der Bereitstellung individueller Anleitungen für Studenten bzw. für Schüler, die Schwierigkeiten mit verschiedenen Lerngebieten haben, besser einsetzen können. Mit anderen Worten soll der Lehrer nicht länger Verwalter oder Werbebeauftragter, sondern wieder reiner Lehrer werden.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines interaktiven, audiovisuellen Systems, welches es jedem Studenten bzw. Schüler ermöglicht, mit seinem bzw. ihrem individuellen Tempo zu lernen. Darüber hinaus wird jeder Student bzw. Schüler mit Übungsanleitungen in Form von Fragen ausgestattet und seine bzw. ihre Leistung wird von dem System überwacht. Falls ein Student bzw. Schüler in einem bestimmten Gebiet Schwierigkeiten hat, macht das System den Lehrer hierauf aufmerksam, der dann zusätzliche Hilfe leisten kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und andere Vorteile und Ziele der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den Zeichnungen besser ersichtlich, welche zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm der Elemente eines Systems zur Implementierung der Unterrichtsmethode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Flußdiagramm, welches eine Gesamtsequenz von Ereignissen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einer Unterrichtsmethode gemäß der vorliegenden Erfindung indiziert;

Fig. 3 und 4 Flußdiagramme, welche Unterprozesse der unter Fig. 2 beschriebenen Sequenz darstellen.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ein System zur Implementierung der Unterrichtsmethode eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist es vorgesehen, daß jeder Student bzw. Schüler einen Studentenarbeitsplatz 10 besitzt, der alle Vorrichtungen aufweisen kann, die in Blockform innerhalb der gestrichelten Linien von Fig. 1 dargestellt sind und über den Systembus 12 miteinander verbunden sind. Der Studentenarbeitsplatz 10 kann beispielsweise ein verbesserter Microcomputer sein und die CPU 14 kann eine CPU sein, wie sie üblicherweise mit einem derartigen Microcomputer verwendet wird. Beispielsweise kann ein IBM PC mit einem Intel 80386 Microprozessor die Plattform für den Arbeitsplatz bilden. Alternativ hierzu können leistungsfähigere oder weniger leistungsfähige Computersysteme verwendet werden.

Der Arbeitsplatz 10 kann innerhalb oder um eine ergonomische Umgebung integriert sein. Jede Station kann einen ergonomisch gestalteten (nicht dargestellten) Stuhl aufweisen, so daß der Student bzw. Schüler während längerer Zeiträume komfortabel sitzen kann. Die Anzeige 16, welche aus einem herkömmlichen VGA Monitor bestehen kann, der über eine serielle Schnittstelle mit dem Systembus 12 verbunden ist, kann innerhalb des Tisches des Studenten bzw. des Schülers unter Glas und unter einem Winkel von etwa 45º angeordnet sein. Alternativ hierzu kann die Anzeige einfach auf dem Desktop stehen. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Anzeige berührungssensitiv, so daß der Student bzw. Schüler Daten eingeben und auf Fragen antworten kann, indem er den Bildschirm berührt.

Die Tastatur 18, Laufwerke 20 und eine Festplatte 22 sind jeweils konventionelle Komponenten, welche über geeignete Schnittstellen mit der CPU 14 verbunden sind.

Die zusätzliche Eingabevorrichtung 24 kann beispielsweise eine Zeigervorrichtung wie eine Maus, ein Digitalisiertablett oder ein Lichtgriffel sein. Die CD-ROM 26 und Bildplatte 28 zur Bereitstellung von Text- und Videodaten, sind ebenfalls von herkömmlicher Bauart und können entweder in den Arbeitsplatz eingebaut oder als Einzelgeräte an diesem angeschlossen sein.

Sowohl das Fernseheingangsmodul 30 als auch die Audioschnittstelle 32 und das Stereoeingabemodul 34 können als Karten ausgebildet sein, die in die Erweiterungsschlitze eines Mikrocomputers in an sich bekannter Weise eingesteckt sind. Das Fernseheingangsmodul 30 ist eine Karte, mit der der Computer Fernsehsignale über eine Antenne oder ein Kabel empfangen und diese Signale in Bildsignale umwandeln kann, welche auf der Anzeige 16 oder einem Teil dieser Anzeige darstellbar sind. Die Audioschnittstelle 32 ist eine Eingangs-/Ausgangs-Karte, über die der Computer Töne, einschließlich Sprache und Musik, über (nicht dargestellte) Kopfhörer an einen Studenten bzw. Schüler senden kann, wobei der Kopfhörer in die Karte eingesteckt ist und derartige Klänge auch über ein (nicht dargestelltes) Mikrofon empfangen kann. Alternativ hierzu kann die Audioschnittstelle auch einfach ein Lautsprecher sein, der an eine Soundkarte und/oder einen Sprachsynthesizer in an sich bekannter Weise angeschlossen ist. Das Stereoeingabemodul 34 ist eine Karte, über welche der Mikrocomputer Radioübertragungssignale oder Signale von einem Bandgerät, CD-Spieler oder einer anderen Audiovorrichtung empfangen kann, der ein Student bzw. Schüler zur Wiedergabe von Hintergrundmusik zuhören könnte. Der Drucker 36 kann jeder Mikrocomputer kompatible Drucker sein, beispielsweise ein Punktmatrix-, Tintenstrahl- oder Laserdrucker, welcher mit der CPU in an sich bekannter Weise kommuniziert.

Alle Studentenarbeitsplätze befinden sich in konstanter Verbindung mit einem Lehrerarbeitsplatz 40, und zwar über eine Schnittstelle 42 eines lokalen Netzwerkes LAN (local area network) 44. Wie weiter unten genauer beschrieben wird, ermöglicht es diese Echt-Zeit-Kommunikation zwischen Studentenarbeitsplatz und Lehrerarbeitsplatz dem Lehrer, über den Fortschritt und die Aktivitäten des Studenten bzw. des Schülers informiert zu sein und für den Studenten bzw. den Schüler maßgeschneiderte Lernprogramme zu erzeugen.

Der Fachmann versteht die vorstehende Beschreibung eines Systems lediglich als ein Beispiel, welches die verschiedensten Modifikationen in verschiedenen Ausführungsformen der Unterrichtsmethode gemäß der vorliegenen Erfindung, wie sie weiter unten im Detail beschrieben wird, zuläßt. Es können auch andere Konfigurationen und Geräte verwendet werden. Die Herausstellung der herkömmlichen Bauart der verschiedenen Ein- und Ausgabevorrichtungen erfolgt lediglich, um zu betonen, daß der Fachmann erkennt, daß das unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebene Gerät unter Verwendung bekannter Schnittstellen und Software-Pakete ausführbar ist.

Zunächst besteht ein vorteilhaftes Merkmal der Unterrichtsmethode gemäß der vorliegenden Erfindung darin, daß Unterrichts-Software für jede Klasse, Schule, für jedes Schulsystem oder jeden anderen Bereich einer Studentenpopulation einzeln entwickelt werden kann, um ein von den Ausbildern gewünschtes Curriculum unter Verwendung des Systems und der Methode der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Der Ausdruck "Unterrichts-Software" bedeutet in dieser Beschreibung eine Kombination von Steuerungsprogrammen und Daten, welche jede Lektion dem Studenten bzw. Schüler an einem Arbeitsplatz zur Verfügung stellen und beinhaltet beispielsweise sowohl die auf der Festplatte, optischen Platte und CD-ROM gespeicherte Information, als auch die Eingaben durch das Fernseheingangsmodul und die programmierte Präsentation dieser Daten. Der Ausdruck "Lektionssegment" bezeichnet einen Materialblock, der einem Studenten bzw. einem Schüler präsentiert wird und von diesem innerhalb einer Sitzung gesehen und interaktiv behandelt werden soll, die typischerweise 15 bis 40 Minuten dauert. Ein Lektionssegment kann auch ein Test sein, bei dem bewertet wird, wie die Aufnahme des Studenten bzw. des Schülers einer oder mehrerer Lektionssegmente oder eines ganzen Semesters erfolgte.

Als vereinfachtes Beispiel könnte Geschichts-Unterrichtssoftware, welche sich mit der Amerikanischen Revolution befaßt, eine Vielzahl von Lektionssegmenten beinhalten. Ein Lektionssegment könnte beispielsweise eine erzählende Geschichte der Rolle von George Washington in der Revolution sein. Der Text der Geschichte, gelesen von der CD-ROM könnte eine Hälfte der Anzeige belegen, während Illustrationen von der optischen Platte die andere Hälfte der Anzeige belegen könnten. Nach jedem Segment der Lektion könnte das Programm das Verständnis des Studenten bzw. des Schülers testen, indem es ihm eine Reihe von Fragen stellt, die sich auf das vorangehende Segment der Lektion beziehen und die dieser über die Tastatur beantworten muß.

Auf diese Weise können der Lehrer oder das Schulsystem Material auswählen, welches beispielsweise Text, Illustrationen, die Länge von Lektionen und zu beantwortende Fragen umfassen kann und die Unterrichts-Software irgendein Subjekt bildet. Dieser Schritt der Entwicklung von Unterrichts-Software in der Unterrichtsmethode gemäß der vorliegenden Erfindung gibt Lehrern und Eltern die Möglichkeit, das Unterrichtsmaterial zu erzeugen und für die Präsentation an die Studenten bzw. Schüler auf den neuesten Stand zu bringen.

Ein Lehrer wird schnell erkennen, daß zusätzlich zu den oben genannten weitere Unterrichtsmaterialien in die Unterrichts-Software eingearbeitet werden können, je nach Unterrichtsgegenstand. Beispielsweise ist die Biologie besonders geeignet, um mit Hilfe einer Filmpräsentation unterrichtet zu werden. Dieses Material kann über das Fernseheingangsmodul eingegeben und dargestellt werden, während eine begleitende Sprachbeschreibung dem Studenten bzw. dem Schüler über den Kopfhörer zugeführt wird.

In Fig. 2 ist eine beispielhafte bevorzugte Ausführungsform eines Überblicks über eine Unterrichtsmethode gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei der Student bzw. der Schüler den Arbeitsplatz benutzt und das System mit der entwickelten Unterrichts-Software geladen ist. In Block 100 initialisiert der Lehrer das System und dann geben die Studenten bzw. die Schüler ihre Hausaufgabenzuordnungen vom vorigen Tag bei Block 110 in das System ein. Die Hausaufgabenzuordnung kann manuell eingegeben werden, indem der Student bzw. der Schüler die Antworten in die Tastatur eintippt. Alternativ hierzu kann eine (nicht dargestellte) optische Scanningvorrichtung das Hausaufgabenpapier scannen und die Antworten digitalisieren. In jedem Fall werden die Antworten der Hausaufgaben von der CPU jedes Arbeitsplatzes mit den erwarteten Antworten verglichen und die Ergebnisse über das lokale Netzwerk an den Lehrerarbeitsplatz übertragen, wie es durch den Block 120 angegeben ist. Die Hausaufgabenantworten werden in Datenbankdateien gespeichert, die jedem Studentennamen oder seiner Identifikationsnummer in der Festplatte am Arbeitsplatz des Lehrers zugeordnet sind, zum zukünftigen Gebrauch.

Der Lehrer und/oder ein Systemprogramm können dann diese Ergebnisse der Hausaufgabenzuordnungen in Verbindung mit dem Fortschritt jedes Studenten bzw. Schülers, der in einer anderen Datenbankdatei am Ende des vorangehenden Tages gespeichert ist, verwenden, um jedem Studenten bzw. Schüler Lektionssegmente zuzuordnen, während der Prozeßfluß sich zu Block 130 fortsetzt. Dieser Zuordnungsprozeß erlaubt es dem Lehrer und/oder einem Systemprogramm zu bestimmen, wieviel und welche Art von Material jeder Student bzw. Schüler über einen gegebenen Zeitraum erreichen kann und ergibt die erste von mehreren Möglichkeiten film den Lehrer und/oder das Systemprogramm das individuelle Lernprogramm jedes Studenten bzw. Schülers maßzuschneidern.

Innerhalb des Systems wird dieser Zuordnungsprozeß durch die CPU des Lehrerarbeitsplatzes kontrolliert, welche die Steuerungsprogramme entsprechend den vom Lehrer ausgewählten Lektionssegmenten und/oder ein Systemprogramm von der Festplatte oder einem anderen Speichermittel des Lehrerarbeitsplatzes auf die ausgewählten Studentenarbeitsplätze durch das lokale Netzwerk herunterlädt. Alternativ hierzu kann ein einzelnes Steuerungsprogramm auf die Studentenarbeitsplätze heruntergeladen werden, welches die Auswahl von Lektionssegmenten erlaubt, die bereits auf der Festplatte jedes Studentenarbeitsplatzes gespeichert sind. Wenn der Student bzw. Schüler diese Steuerungsprogramme zum Ablauf bringt, steuern sie die verschiedenen Informationsspeichervorrichtungen an, um die Audio- und Videodaten ihr jedes Lektionssegment abzurufen.

In Block 140 verläuft der Prozeßfluß zum nächsten Schritt des Anzeigens des Hauptbildschirms bei jedem Studentenarbeitsplatz. Zusätzlich zu Lektionssegmenten weist dieser Bildschirm auch andere Auswahlmöglichkeiten auf, beispielsweise Spiele, Filme oder zusätzliche Videoprogramme und kreative Schreib- oder Malaktivitäten. Diese Auswahlen können ebenfalls von dem Lehrer, dem Studenten bzw. Schüler und/oder einem Systemprogramm vorgenommen werden und können durch das lokale Netzwerk an jeden Studentenarbeitsplatz heruntergeladen werden. Wie oben kurz dargestellt, kann der Student bzw. Schüler, abhängig vom Ausbildungsstand, bei dem das System und die Methode implementiert sind, Auswahlen auf verschiedene Weise treffen. Jüngere Studenten bzw. Schüler können beispielsweise durch Berührung farbcodierter Figuren auf einem berührungsempfindlichen Bildschirm ihre Auswahl treffen. Fortgeschrittenere Studenten bzw. Schüler können durch Verwendung der Zeigervorrichtung des Arbeitsplatzes und Anklicken auf entsprechende Symbole ihre Auswahl treffen.

In den Entscheidungsblöcken 141, 143, 145 und 147 prüft der Prozeßfluß, welche Auswahl von dem Hauptbildschirm vorgenommen wurde. Beispielsweise sind die Auswahlen LEKTIONSSEGMENT, SPIEL, VIDEO in Fig. 2 dargestellt, es können jedoch auch andere verschiedene Arten von Auswahlen bereitgestellt werden. Basierend auf der bestimmten Auswahl wird ein entsprechendes Unterprogramm 142, 144, 146 oder 148 ausgeführt. Die Auswahl LEKTIONSSEGMENT wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 3 näher beschrieben, welches ein beispielhaftes Flußdiagramm zeigt, mit einigen Schritten eines Unterprogramms für das Lektionssegment, wie es diagrammartig bei Block 142 dargestellt ist.

Ein Steuerungsprogramm, welches der ausgewählten Funktion entspricht, die vorher auf der Festplatte oder einer anderen Speichervorrichtung des Studentenarbeitsplatzes während des Zuordnungsverfahrens gespeichert war, wird in Block 152 begonnen. Der Student bzw. der Schüler sieht und hört dann der audiovisuellen Präsentation zu, welche von dem Steuerungsprogramm erzeugt wird, wenn der Prozeßfluß im Block 153 weiter geht. Das Steuerungsprogramm stellt auch Software-Steuerungsoptionen für den Studenten bzw. den Schüler zur Verfügung, beispielsweise eine Einstellung der Geschwindigkeit oder der Lautstärke der Präsentation und die Möglichkeit diese zu beenden und neu zu beginnen, so daß der Student bzw. Schüler eine Pause machen oder dem Lehrer eine Frage stellen kann, wie es weiter unten beschrieben ist.

Beim Entscheidungsblock 154 prüft das Steuerungsprogramm, ob es das gesamte Material für das Lektionssegment bereits präsentiert hat. In diesem Fall endet das Unterprogramm und das Steuerungsprogramm geht zurück zu Block 180 in Fig. 3, um einen "Quizzing"-Unterprozeß auszuführen, wie er weiter unten beschrieben ist. Falls nicht, prüft das Steuerungsprogramm verschiedene Variablen, die den dem Studenten bzw. Schüler verfügenden Befehlen entsprechen, die er während der Präsentation zur Verfügung hat, wie es im Entscheidungsblock 156 dargestellt ist. Falls eine Markierung nicht gesetzt wurde, geht das Steuerungsprogramm zurück, bringt das Material bei Block 153 weiterhin zur Anzeige und prüft dann wiederum, ob das Lektionssegment vorbei ist. Falls eine Markierung gesetzt wurde, was bedeutet, daß der Student bzw. der Schüler die Präsentation ändern oder beenden will, geht der Prozeßfluß bei einem Entscheidungsbaum weiter, um das entsprechende Unterprogramm zu implementieren.

Ein erstes derartiges beispielhaftes Unterprogramm ist, beginnend beim Entscheidungsblock 158 dargestellt, wo gefragt wird, ob die den STOP-BEFEHL repräsentierende Markierung gesetzt wurde. Falls nicht, geht der Fluß beim nächsten Befehl weiter, der den Entscheidungsblock 160 prüft. Falls der Student bzw. der Schüler den Stop-Befehl aktiviert hat, geht der Prozeß beim Entscheidungsblock 159 weiter, wo der Student bzw. der Schüler gefragt wird, ob er oder sie die jetzige Position in dem Lektionssegment zu speichern und anschließend zum Hauptbildschirm zurückzukehren wünscht. In diesem Fall wird ein Zeiger, der einen letzten angezeigten Zeitrahmen in dem Lektionssegment indiziert gespeichert und der Prozeß geht zurück zu Block 140 in Fig. 2. Andernfalls wird die Präsentation vorübergehend bei Block 162 eingefroren.

Anschließend prüft das Steuerungsprogramm, ob der Student bzw. der Schüler das Neustart-Kommando beim Entscheidungsblock 164 aktiviert hat. In diesem Fall geht der Prozeßfluß zurück zu Block 153 und fährt fort, Material in dieser Schleife zur Anzeige zu bringen. Andernfalls wird bei Block 166 ein Zähler inkrementiert und der Zählerstand wird bei Block 168 mit einem vorbestimmten Wert verglichen, beispielsweise einem Zählerstand, der 5 Minuten entspricht, um festzustellen, ob der Lehrer von der Verzögerung zu informieren ist. Falls die gegenwärtige Anzahl gleich der vorbestimmten Anzahl ist, wird eine Nachricht über das lokale Netzwerk gesendet, um den Lehrer bei Block 170 zu informieren. Andernfalls geht der Prozeßfluß zurück, um nochmals zu prüfen, ob das Neuestart-Kommando gegeben wurde.

Die Steuerungskommandos GESCHWINDIGKEIT und LAUTSTÄRKE werden geprüft und implementiert bei den Blöcken 160, 172, 174 und 178, und zwar auf ähnliche Weise. Weil diese funktionellen Unterprogramme nicht selbst Teil der vorliegenden Erfindung und an sich bekannt sind, werden sie nicht weiter beschrieben. Ein Fachmann wird darüber hinaus erkennen, daß eine Vielzahl anderer Befehle dem Studenten bzw. dem Schüler zur Verfügung gestellt werden kann, indem einfach weitere Unterprogramme an den Entscheidungsprogramm angefügt und mit entsprechenden Symbolen oder Bereichen auf dem berührungsempfindlichen Bildschirm versehen werden, welche eine dieser Funktion entsprechende Markierung setzen.

Nachdem ein Lektionssegment präsentiert wurde, geht der Steuerungsfluß gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vom Entscheidungsblock 154 zum Block 180, der ein Quiz-Unterprogramm ausführt, wie es genauer in Fig. 4 dargestellt ist. Am Ende jedes Lektionssegments, welches auf dem Niveau der Unterrichts-Software hergestellt werden kann, um eine Länge optimaler Aufmerksamkeit für das beabsichtigte Niveau des Studenten bzw. des Schülers zu haben, wird typischerweise eine Reihe von Fragen aus einer Fragendatenbank entnommen, die dem bestimmten Lektionssegment für den Studenten bzw. den Schüler zugeordnet ist und die bei Block 182 zu beantworten sind. Der Student bzw. Schüler gibt die entsprechenden Antworten über die Tastatur ein und die Arbeitsplatz-CPU vergleicht diese Antworten mit den korrekten Antworten, welche in der Datenbank gespeichert sind, bei den Blöcken 184 und 186. Falls gewünscht, kann eine Bewertung der Antworten des Studenten bzw. des Schülers gegeben und an die Lehrerstation übertragen werden, um dort in der Studentendatei gespeichert zu werden.

Beim Entscheidungsblock 186 geht die Schleife, falls der Student bzw. Schüler alle Fragen korrekt beantwortet hat, zurück zum Hauptbildschirmblock 140 aus Fig. 2, wobei der Student bzw. Schüler auf ein weiteres Lektionssegement zugreifen kann, eine Freizeitbeschäftigung abrufen kann oder für den Tag aufhören kann. Falls der Student bzw. Schüler einige Fragen falsch beantwortet hat, geht der Prozeßfluß zurück zum Block 153 aus Fig. 3 und das Programm findet nur noch Material auf und stellt dieses wiederum dar, welches sich auch auf diese falschen Fragen bezieht. Dieses wieder dargestelltes Material kann aus der ursprünglichen Präsentation entnommen sein oder neues Material sein, welches spezifisch die korrekten Antworten zu den falsch beantworteten Fragen enthält. Der Prozeß des Wiederdarstellens dieses Materials beinhaltet alle oben genannten Schritte bezüglich des Unterprogrammblocks 142 und die Unterprogramme aus Fig. 3.

Nach der Wiedergabe dieses zusätzlichen Informationsmaterials werden die gleichen oder andere Fragen wie die ursprünglich falsch beantworteten Fragen dargestellt und bei den Blöcken 182 und 184 beantwortet. Die Arbeitsplatz-CPU prüft wiederum die Antworten beim Entscheidungsblock 186 und überträgt die Ergebnisse zu der Lehrerarbeitsstation zum Zwecke der Speicherung. Falls alle Antworten korrekt sind, geht der Prozeßfluß zurück zum Hauptbildschirmblock 140. Falls jedoch nach einer vorbestimmten Anzahl von Versuchen der Student bzw. der Schüler das Material immer noch nicht verstanden und einige Fragen falsch beantwortet hat, geht der Prozeß bei Block 190 weiter und der Studentenarbeitsplatz sendet an eine Nachricht an den Lehrerarbeitsplatz, um diesem anzugeben, mit welchem Material der Student bzw. der Schüler Probleme hat. Der Lehrer kann dann seine eigenen Methoden anwenden, um dem Studenten bzw. dem Schüler persönlich zu helfen, dieses Material zu verstehen.

Zusätzlich zu den Lektionssegmenten indizieren die Blöcke 144 und 146 im allgemeinen auch Spiele und Videounterprogramme, welche von einem Studenten bzw. einem Schüler von dem Hauptbildschirm ausgewählt werden können, nachdem sie von dem Lehrer und/oder einem Systemprogramm an den Studentenarbeitsplatz gesendet wurden. Diese Auswahlen können benutzt werden, um den Studenten bzw. den Schüler auszuzeichnen oder nur um diesem eine Pause von dem Lernmaterial zu geben. Wie die oben beschriebene Funktion des Lektionssegments initiiert die Auswahl dieser Funktionen ein Steuerungsprogramm, welches es dem Studenten bzw. dem Schüler erlaubt ein Spiel zu spielen oder für eine vorbestimmte Zeit einem Programm zuzusehen. Nachdem die vorbestimmte Zeit verstrichen ist, führt das Programm den Studenten bzw. den Schüler wieder zum Hauptbildschirm zurück, wo ausschließlich Lektionssegmentsauswahlen möglich sind, so daß der Student bzw. der Schüler die zugeordneten Lektionen für diesen Tag beenden kann. Weitere Einzelheiten bezüglich bestimmter Spiele und Videoprogramme und ihrer Steuerung gehen über den Umfang dieser Beschreibung hinaus und können unter Verwendung herkömmlicher Mittel auf einfache Weise implementiert werden. Es sei noch einmal hervorgehoben, daß Spiele und Videos hier nur als Beispiele für andere Funktionen beschrieben sind, welche in das System und die Methode gemäß der vorliegenden Erfindung integriert werden können und das viele andere Auswahlen und Funktionen vom Fachmann ohne weiteres implementierbar sind.

Die Funktion ENDE, welche beim Entscheidungsblock 147 erkannt wird und bei Block 148 aus Fig. 2 implementiert wird, kann vom Studenten bzw. vom Schüler am Ende des Tages oder als "logoff"-Merkmal gewählt werden, falls andere Studenten bzw. Schüler den Arbeitsplatz benötigen. Ordnungs-Software wird dann die Datenbank an dem Lehrerarbeitsplatz auf den neuesten Stand bringen bezüglich der Aktivität des Studenten bzw. des Schülers während der nun beendeten Sitzung. Die Hausaufgaben für den folgenden Tag, entsprechend den Lektionssegmenten, welche während der Sitzung beendet wurden, können aus einem Speicher abgerufen und vom Drucker ausgedruckt werden. Zusätzlich können Fortschrittsberichte oder Hilfemitteilungen am Drucker erzeugt werden, die der Student bzw. der Schüler seinen Eltern mitbringen kann.

Der Lehrerarbeitsplatz 40 kann ein System aufweisen, welches ähnlich ist zu dem der Studentenarbeitsplätze 10, und ausreichende Verarbeitungsresourcen aufweist, um das lokale Netzwerk zu steuern und jeden Stundentenarbeitsplatz, der daran angeschlossen ist, zu überwachen. Der Lehrerarbeitsplatz kann eine leistungsfähigere CPU, größeren Speicherplatz und eine größere Festplatte enthalten, um beispielsweise sämtliche verschiedenen Steuerungsprogramme für Lektionssegmente zu speichern, die zugeordnet werden können. Zusätzlich zu den oben beschriebenen Funktionen stellt der Lehrerarbeitsplatz dem Lehrer auch andere Möglichkeiten zur Verfügung einschließlich des Editierens der Datenbanken, die dem Material und den Fragen der Lektionssegmente und den Berichtserzeugungsmerkmalen zugeordnet sind, wodurch der Lehrer auf einfache Weise Berichte über einige oder alle der Studenten bzw. Schüler erzeugen kann, indem er nur wenige Tasten betätigt.

Obwohl die vorangehende Beschreibung auf ein bestimmtes Ausführungsbeispiel zur Implementierung der Unterrichtsmethode gemäß der vorliegenden Erfindung gerichtet war, erkennt der Fachmann, daß viele andere Systeme oder Variationen des beschriebenen Systems ohne weiteres konfiguriert und implementiert werden können. Beispielsweise können andere Speichervorrichtungen und Kommunikationssysteme zur Anbindung der Studentenarbeitsplätze an den Lehrerarbeitsplatz implementiert werden. Methoden gemäß der vorliegenden Erfindung sind auch nicht auf eine einzelne Gruppe von Studententerminals beschränkt, die an einen einzelnen Lehrerarbeitsplatz angeschlossen sind, sondern können auch die Arbeitsplätze der gesamten Schule oder noch mehr umfassen.

Darüber hinaus wird der Fachmann erkennen, daß die im Wachstum befindlichen Multimedia-Technologien und Computerentwicklungen ohne weiteres in verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung integriert werden können. Beispielsweise können Expertensysteme als Teil der Unterrichts-Software verwendet werden, so daß das System seine eigenen Fragen und die hierzu gehörigen Hilfspräsentationstechniken entwickelt. Darüber hinaus kann die computergenerierte Sprachsynthese und Spracherkennung eine weitere Alternative sowohl für den Studenteneingang als auch für den Systemaudioausgang bilden.

Die vorangehende Beschreibung, die einige bevorzugte Ausführungsbeispiele einer neuartigen Unterrichtsmethode darstellt sowie ein System zur Ausführung dieser Methode, soll lediglich illustrativen Charakter der vorliegenden Erfindung haben und diese in keiner Weise beschränken. Auf der anderen Seite ist der Schutzumfang der Erfindung in den nachstehenden Ansprüchen beschrieben.


Anspruch[de]

1. Unterrichtsmethode mit einem interaktiven audiovisuellen System, umfassend die folgenden Schritte:

Entwickeln von Unterrichtssoftware, welche audiovisuelles Material in einer gewünschten Weise präsentiert;

Laden dieser Unterrichtssoftware in eine Vielzahl von Studenten- Computerarbeitsplätzen (10) und einen Lehrer-Computerarbeitsplatz (40);

Auswählen eines aus einer Vielzahl von Präsentationsbetriebsarten von einem Studenten-Computerarbeitsplatz (10);

Auffinden und Präsentieren audiovisuellen Materials, basierend auf dem Schritt des Auswählens, an dem Studenten-Computerarbeitsplatz (10);

Darstellen, am Ende des Schritts des Präsentierens, einer Vielzahl von Fragen, basierend auf dem audiovisuellen Material;

Vergleichen von Antworten auf die genannten Fragen an dem Lehrer- Computerarbeitsplatz (40) mit korrekten Antworten;

Auffinden und Präsentieren, auf der Basis des Schritts des Vergleichens, von audiovisuellem Material, welches sich auf falsch beantwortete Fragen bezieht, und Überwachen des Studentenfortschritts und Aufmerksammachen des Lehrers auf ein Bedürfnis des Studenten nach zusätzlichen Instruktionen.

2. Unterrichtsmethode nach Anspruch 1, weiterhin umfassend die folgenden Schritte:

Eingeben von Zuordnungsantworten in das System; und

Klassieren der Zuordnungen durch Vergleichen der in das System eingegebenen Antworten mit in dem System gespeicherten korrekten Antworten.

3. Unterrichtsmethode nach Anspruch 2, wobei der Hilfsschritt des Eingebens der Zuordnungsantworten folgenden Schritt umfaßt: Einlesen bzw. Einscannen der Antworten in das System.

4. Unterrichtsmethode nach Anspruch 1, 2 oder 3, weiterhin umfassend folgende Schritte:

Ausdrucken des Fortschritts und von Notizen auf zusätzliche Aktionen; und

Aufnehmen von Bestätigungen dieser Notizen.

5. Unterrichtsmethode nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schritt des Präsentierens von Material weiterhin folgenden Schritt umfaßt: Bereitstellen von Audioinstruktionen unter Verwendung von Sprachsyntheseverfahren.

6. Interaktives Unterrichtssystem mit einer Studentenstation und einer Lehrerstation zur Durchführung der Unterrichtsmethode nach Anspruch 1, wobei: die Studentenstation (10) aufweist Mittel zum Ausgeben von Unterrichtsinformation an einen Benutzer (16, 32), Mittel zum Empfangen von Unterrichtseingabedaten von einem Benutzer (18, 24), Mittel zum Auswählen einer aus einer Vielzahl von Präsentationsbetriebsarten, Mittel zum Verarbeiten dieser Informationen und Daten (14) und zu deren Präsentation an der Studentenstation (10) basierend auf der Auswahl, Mittel zum Darstellen einer Vielzahl von Fragen, und Mittel zur Kommunikation mit der Lehrerstation (40); und die Lehrerstation (40) Mittel aufweist zum Übertragen und zum Empfangen von Daten zu bzw. von den Studentenstationen (10), Mittel zur Analyse eines Fortschritts des Benutzers basierend auf den empfangenen Daten, Mittel zum Ausgeben eines Hinweises auf diesen Fortschritt, Mittel zum Überwachen dieses Fortschritts, und Mittel zum Erzeugen von Hausaufgabenzuordnungen, basierend auf dem überwachten Fortschritt.

7. Interaktives Unterrichtssystem nach Anspruch 6, wobei: die Mittel zum Empfangen von Unterrichtseingabedaten von einem Benutzer (18, 24) mindestens entweder eine berührungsempfindliche Anzeige, eine Zeigervorrichtung, eine Tastatur bzw. optischen Scanner umfassen; und die Mittel zum Ausgeben von Unterrichtsinformation an einen Benutzer (16, 32) mindestens entweder eine Anzeige oder eine Audioausgangsvorrichtung umfassen.

8. Unterrichtssystem nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Lehrerstation (40) weiterhin umfaßt:

Mittel zum Speichern und Auffinden der empfangenen Daten; und

Mittel zum selektiven Erzeugen mindestens eines Berichts, basierend auf den empfangenen Daten.

9. Unterrichtssystem nach Anspruch 8, wobei: der mindestens eine Bericht entweder einen Klassierungsbericht und/oder eine Notiz auf eine zusätzliche Aktion aufweist.

10. Interaktives Unterrichtssystem nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei: die Mittel zur Analyse eines Fortschritts des Benutzers ein Datenbankprogramm zum Abspeichern der Fortschrittsdaten in einem Speicher der Lehrerstation umfassen.

11. Interaktives Unterrichtssystem nach Anspruch 10, wobei ein Lehrstationsprozessor in der Lehrerstation (40) nach Eingang eines Berichtserzeugungsauswahlseingangs von mindestens einer Lehrerstationseingabevorrichtung diese Fortschrittsdaten von dem Speicher der Lehrerstation abruft und die Mittel zum selektiven Erzeugen mindestens eines Berichts anweist, mindestens einen Bericht, basierend auf diesen Fortschrittsdaten, zu erzeugen.

12. Unterrichtssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche 6 bis 11, wobei die Studentenstation (10) weiterhin umfaßt:

Mittel zur Ausgabe der Unterrichtsdaten als audiovisuelle Information und Fragen bezogen auf diese Unterrichtsdaten (16, 32);

Mittel zum Vergleichen der Antworten, welche von den Unterrichtseingabedatenmitteln erhalten werden mit korrekten Antworten (14) und Mittel zur Ausgabe zusätzlichen Materials, basierend auf diesem Vergleich.

13. Unterrichtssystem nach Anspruch 12, wobei die Studentenstation (10) weiterhin umfaßt:

Mittel zur Ausgabe zusätzlicher Fragen bezogen auf das zusätzliche Material;

Mittel zum Vergleichen zusätzlicher Antworten, welche von den zusätzlichen Eingangsdatenmitteln empfangen werden mit zusätzlichen korrekten Antworten; und

Mittel zur Notifizierung der Lehrerstation (40), basierend auf einem Ergebnis dieses Vergleichs.

14. Unterrichtssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche 6 bis 13, wobei die Mittel zur Erzeugung von Hausaufgaben weiterhin umfassen:

Speichermittel zur Speicherung der Hausaufgabenzuordnungen; und

Druckermittel zum Ausdruck von Hausaufgabenzuordnungen.

15. Interaktives Unterrichtssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche 6 bis 14, wobei:

die Lehrerstation (40) weiterhin Speichermittel für die Lehrerstation umfaßt; und

die Studentenstation (10) weiterhin Speichermittel für die Studentenstation (22, 26, 28) umfaßt.

16. Interaktives Unterrichtssystem nach Anspruch 15, wobei die Speichermittel für die Lehrerstation und die Speichermittel für die Studentenstation (22, 26, 28) jeweils mindestens entweder eine Festplatte und/oder eine Bildplatte und/oder eine CD- ROM umfassen.







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