CN101281686A - 一种手持式学习设备及其演示系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手持式学习设备及其演示系统，包括微处理器及其控制和管理的显示屏、键盘、存储器，VGA输入输出模块以及电源模块；存储器中包括的数据库和控制程序使得所述手持式学习设备可以实现词典的功能、人机交互式多媒体课件播放的功能、以及搜索功能，以外，还能实现CAS代数计算和函数编程功能、DMS图形绘制功能和GDK几何试题搜索及动态图文解析的功能，帮助学生交互式自主式学习，使数学知识直观图形化；手持式学习设备通过VGA连接线连接外部投影设备构成演示系统，便于大屏幕课堂演示；手持式学习设备还包括可以与外部互相交换资料并与所述存储器相连的下载单元，便于手持式学习设备及时更新数据库和升级控制程序。

Description

一种手持式学习设备及其演示系统

技术领域

本发明涉及一种手持式学习设备，以及可以在课堂上实现互动教学和小组讨论的手持式学习设备演示系统。

背景技术

教育部制订的《普通高中数学课程标准(实验)》(以下简称《课标》)的课程基本理念要求“注重信息技术与数学课程的整合”，这为在教学系统中使用信息技术提出了新的要求。在传统的数学教学中，由于受计算工具的制约，为了避免繁杂的计算而只能对来自生活的数字进行裁减，由此产生了许多人为编造的应用问题，使学生感到数学与真实生活脱节，感到数学乏味，而信息技术为来自真实生活的数学，为教学的直观性、应用性与真实性创造了条件。

随着时代的发展，特别是数学的广泛应用、计算机技术和现代信息技术的发展，数学课程设置和实施应重新审视基础知识、基本技能和能力的内涵，形成符合时代要求的新的“双基”。一些新的数学内容(如数据的收集与处理，线性方程组与矩阵运算，计算方法的优化等)已成为了一个现代公民所应该掌握的知识和进一步学习的基础，而这些内容在高中阶段的学习往往有赖于技术的支撑，如果没有技术的帮助，统计工作只能求平均数，画频方图，不涉及决策，不能有效地进行数据处理和分析；矩阵的运算无法有效地处理具体的问题。只有在技术的环境中学生才能有效地运用知识，体会并学好这些内容。

由于传统的手持式学习机显示器比较小，不利于老师上课时做课堂演示，同学们在学习中作出了有益尝试的，也不方便在课堂上展示给其它同学。并且传统的手持式学习机提供的基本是对语言的学习功能和试题的静态解析功能，没有动态的、几何的方法来解决学生学习数学的直观性，不便于发现、总结数学的规律性，不利于培养学生的创新能力。具有动态数学学习功能的手持式学习机还要有下载功能，才能及时下载新的数据库，方便随时更新控制程序的升级版。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，公开了一种手持式学习设备及其演示系统，具有下载功能，便于及时下载新的学习的内容和更新更完善的控制程序。而且可以连接演示设备，方便老师进行课堂演示教学，方便演示作业相互讨论。不仅可以使学生在技术的帮助下更好地学习，而且能够动态的学习数学。

本发明公开的一种手持式学习设备，包括微处理器，由所述微处理器控制和管理的显示屏、键盘、存储器，以及为所述手持式学习机供电的电源模块；所述存储器中包括的数据库和控制程序使得所述手持式学习设备可以实现词典的功能、人机交互式多媒体课件播放的功能、以及试题检索、单词检索、图书检索、句子检索和百科知识检索的功能；还包括，可以与外部互相交换资料并与所述存储器相连的下载单元和VGA输入输出模块；所述VGA输入输出模块进一步包括顺序相联的接收微处理器输出的RGB信号的VGA输入模块、D/A转换模块、和VGA输出模块。

本发明公开的手持式学习设备，还包括如下附属技术特征：

所述显示屏是可以通过被触摸接收外部输入的指令并传送给所述微处理器的触摸显示屏。

所述存储器中还包括CAS代数计算和函数编程模块的数据库和控制程序，在所述微处理器的控制下构成CAS后台计算平台，使得所述手持式学习设备可以根据外部输入的指令实现函数计算和函数编程的功能

所述存储器中还包括DMS图形绘制模块的数据库和控制程序，在所述微处理器的控制下构成DMS后台支持平台，使得所述手持式学习设备可以根据外部输入的指令在所述显示屏上画出数学上常用的图形，并进行复杂的图形变换、测量和计算。

所述存储器中还包括GDK动态几何数据库和控制程序，在所述微处理器的控制下构成GDK后台支持平台，所述控制程序包括搜索引擎模块和动态图文解析模块，使得所述手持式学习设备可以根据外部输入的指令搜索所述GDK动态几何数据库中与输入关键词匹配的所有试题并在所述显示屏上动态演示解题过程。

所述DMS图形绘制模块在绘制切线、函数图形、函数拟合时，通过调用所述CAS后台计算平台计算函数的具体表达式，DMS绘图模块根据所述的函数表达式计算其在显示屏上对应的点，并根据所述的点绘制出相应的图形。

GDK动态图文解析模块进行图文解析时，调用所述的DMS图形绘制模块动态地绘制相应步骤的图形。

本发明公开的一种手持式学习设备演示系统，包括顺序相联的电脑、VGA连接线和外部投影设备；其特征在于，所述电脑是手持式学习设备，该手持式学习设备包括微处理器，由所述微处理器控制和管理的显示屏、键盘、存储器，以及为所述手持式学习机供电的电源模块；所述存储器中包括的数据库和控制程序使得所述手持式学习设备可以实现词典的功能、人机交互式多媒体课件播放的功能、以及试题检索、单词检索、图书检索、句子检索和百科知识检索的功能；所述手持式学习设备还包括可以与外部互相交换资料的、与存储器相连的下载单元和VGA输入输出模块；所述VGA输入输出模块进一步包括顺序相联的接收微处理器输出的RGB信号的VGA输入模块、D/A转换模块、和VGA输出模块；根据外部指令从所述存储器中搜索出的内容，由所述VGA输出模块通过所述VGA连接线传送给所述外部投影设备。

本发明公开的手持式学习设备演示系统中使用的手持式学习设备，还包括本发明的手持式学习设备的其它附属技术特征。

本发明公开的手持式学习设备及其演示系统，作为一种通用的技术平台，具有下载功能，可以及时更新数据库和控制程序，便捷易学、功能强大。

本发明的手持式学习设备演示系统可以使传统的手持式学习设备随时通过VGA输入输出模块连接进行演示，使老师从单一的讲授者变为课堂教学的组织者、合作者，教师从教育的主角，逐步向学习的引导者、组织者转换，不再一言堂，满堂灌，而是精心设计课题背景，继而启发、引导学生自主地进行实验、探索，组织小组交流，总结规律，培养合作精神和团队意识，提高思维能力和创新能力。同时也便于学生在技术的帮助下把自己的经历和体验演示给同学，使不同学习层次的学生相互交流，引导学生探究学习，交流适合自己的数学内容。

本发明的手持式学习设备具有的动态数学功能，包括CAS代数计算功能、CAS函数编程功能，DMS图形绘制功能、GDK动态几何数据库搜索和动态图文解析功能，将抽象难懂的数学概念和规律用直观易学的动态图形展示出来，更直观、简洁地呈现和突出数学教学中的重点内容，创造图文并茂、丰富多彩、人机交互、及时反馈的学习环境，学生可以通过动手操作实验，看到概念的形成和发展过程，揭示数学概念和数学问题的本质，从而使教学的重点更加突出。可以把学生从复杂的数学计算中解放出来，避免做那些繁琐、枯燥和重复性的工作，能使学生花更多的精力进行观察、探究、实验、猜想、论证等探索性活动。

附图说明

本发明包括如下附图：

图1是本发明手持式学习设备的硬件结构原理框图；

图2是本发明手持式学习设备中VGA输入输出模块结构框图；

图3是本发明手持式学习设备的功能模块框图。

具体实施方法

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示是本发明手持式学习设备的硬件结构原理框图，包括微处理器101，显示屏102，键盘103，下载单元104，存储器105，语音处理单元106，VGA输入输出模块108和电源107。硬件各个部分功能说明如下：

微处理器101是中央处理单元，完成数据处理，执行程序指令。

显示屏102是显示界面，接受并显示微处理器送过来的数据。键盘103是用户操作输入界面。

下载单元104分有线和无线两种模式，用于把网络上的资源数据与本机互传。

存储器105，用于存储程序、数据。语音处理单元106完成声音数据的解码，然后在喇叭或者耳机输出成用户可以听到的声音。

电源107提供系统各个方面工作需要的电源。

如图2所示是本发明手持式学习设备中VGA输入输出模块108结构框图，VGA输入输出模块108在微处理器101控制下，通过VGA连接线连接外部投影设备，实现教学课件演示功能。VGA输入输出模块108包括顺序相联的接收微处理器输出的RGB信号的VGA输入模块、D/A转换模块和VGA输出模块。在工作状态下微处理器101作为MCU处理单元送出数字RGB信号，RGB是以数字格式存储的图像(帧)，通过信号同步分离，从RGB信号中取出复合同步信号，再分离出行场同步信号，所有的这些信号在D/A转换模块里经过模拟调制成模拟高频信号，然后通过VGA输出模块和VGA连接线再输出到投影机成像，这样VGA信号在输入端(投影机内)，就不必像其它视频信号那样还要经过矩阵解码电路的换算。其中各部分功能说明如下：

微处理器：中央处理单元，输出RGB信号。

VGA输入模块：接收从微处理器送过来的RGB信号，同时分离出其中的同步信号。

D/A转换模块：接收从VGA转换模块转换分离完成的数字信号，然后调制成VGA输出模块需要的模拟信号。

VGA输出模块：将D/A转换模块输出的模拟高频信号转换成标准VGA信号。

VGA连接线：把VGA输出模块输出信号送到投影终端设备的连接线。

投影设备：用户用来显示的投影终端设备。

从功能上看，本发明手持式学习设备包括四大功能模块，即词典模块，多媒体课件播放学习模块，搜学模块和动态数学模块，如图3所示就是本发明手持式学习设备的功能模块框图。

其中词典模块又进一步包括词条释义查询模块和单词背诵模块，词条释义查询模块实现了“查询词条在某本词典下的释义”的功能，支持跨词典查询、屏幕取词查询等等；其操作步骤是：进入某本词典，输入关键词条后启动搜索引擎，得到该词条在该词典下的释义；在释义界面可调用跨词典查询功能，得到机器内包含该词条的所有词典后，由用户选择其中的某本词典进入后再查看其释义；在释义界面选择任意词条后启动屏幕取词功能，即可得到该词条在包含的各本词典中的释义。单词背诵模块基于艾宾浩斯遗忘曲线理论，结合学习者对单词记忆的熟练度的变化，根据用户所设置的年级、学期进行单词记忆，用熟练度来控制单词灵活的记忆方式，系统根据单词记忆的熟练度自动给出多变的记忆操作方法(界面)，如抄写、填空或游戏等，以强化学习效果，提高学习效率。

多媒体课件播放学习模块又进一步包括课文播放学习模块和试题播放学习模块。其中课文播放学习模块将集文字、声音、音乐、图形、动画于一体的、与教材同步的多媒体动漫课文课件通过多媒体播放软件Neplayer在机器内播放出来，实现人机交互式的互动型的学习。试题播放学习模块将集文字、声音、音乐、图形、动画于一体的多媒体动漫试题课件通过多媒体播放软件Neplayer在机器内播放出来，实现人机交互式的互动型的学习。

搜学模块又进一步包括试题搜学模块、单词搜学模块、图书搜学模块、句子搜学模块和百科搜学模块。其中试题搜学模块在选定的试题库中搜索包含所输入关键字的试题并在手持式学习设备上显示。支持MathML数学标记语言输入和显示理科公式。有两种搜索方法：第一种是搜索包含输入关键字中全部或若干部分的所有试题的“关键字搜索”；第二种是按照知识点及其难度相结合的“知识点搜索”。搜索结果分页显示，显示字体可切换大小；试题可收入收藏夹或错题集；新建或重命名收藏夹；搜索知识点相同的同类试题；根据试题关联的知识点进行多媒体动漫课件的学习；查看试题的文字解析或属性；查看试题答案等。

图书搜学模块在选定的包含各类书籍的图书库中搜索与所输入关键词匹配的内容并在手持式学习设备上显示该内容。有三种搜索方法：第一种是高级搜索，即将“书名”、“作者”和“内容”分别与不同关键词精确对应的方法；第二种是模糊搜索，即将同一关键词分别与“书名”、“作者”、“内容”进行匹配的方法；第三种是目录浏览，即按目录级别逐级进入文章内容。搜索显示的内容可TTS发音；显示字体大小可切换；可添加书签并定位文章；可屏幕取词进行中英文双向翻译。

单词搜学模块在选定的多本词典间进行中英文字词搜索，提高了操作的快捷、准确性。有三种方法：第一种是“独立单词搜学”，即在多本词典间搜索包含输入单词的所有词典；第二种是“单本词典的单词搜学”，即在单本词典中搜寻未果时在其它词典中搜索；第三种是“释义下的单词搜学”，即单词释义不符要求时在其它词典中搜索。搜索的结果显示包含所输入单词的所有词典，由用户选择其中某本查看其释义。对显示内容屏幕取词选取某本词典查看释义。

句子搜学模块在包含若干英文例句的句库中搜索包含输入词条的所有句子并将搜索结果显示在手持式学习设备上，以熟练掌握句子写作技巧，轻松跨越英语写作关。将所输入的关键字与句库中句子的内容相匹配，并将包含关键字全部或部分的所有句子和其对应的译文在手持式学习设备上逐条分页显示；显示字体大小可切换；句子内容可TTS发音；可屏幕取词进行中英文双向翻译。

百科搜学模块在选定的百科库中搜索与所输入关键字匹配的内容并在学习机上显示搜索结果。有两种搜索方法：第一种是词条搜索，即将所输入的关键字在文章标题中搜索，搜索未果时在内容中搜索；第二种是全文搜索，即在文章标题和内容中同时搜索的方法，将搜索结果的“标题和摘要”逐条分页超链接显示。通过超链接进入文章内容：显示字体大小可切换；文章内容可TTS发音；将结果加入收藏夹，新建或重命名收藏夹；文章内容中其它词条的超链接处理等

动态数学模块又进一步包括CAS代数计算和函数编程模块、DMS图形绘制模块和GDK几何辞典模块。其中CAS代数计算和函数编程模块又包括CAS代数计算模块和函数编程模块。DMS图形绘制模块又包括图形存储模块、图形动画模块、图形操作模块、图形测量模块和图形绘制模块。GDK几何词典模块又包括试题浏览模块(GDK动态图文解析模块)和试题搜索模块(GDK动态几何数据库搜索模块)，其中试题浏览模块又包括图文动态标记模块、自然语言解析模块和相似题型搜索模块；试题搜索模块又包括知识库搜索模块、内容搜索模块和同义词搜索模块。而且试题搜索模块也可以调用相似题型搜索模块。另外在动态数学模块中，图文动态标记模块可以调用DMS图形绘制模块，DMS图形绘制模块可以调用CAS代数计算模块。

CAS代数计算和函数编程模块可以实现函数计算、函数编程，使用同一个后台计算平台。函数计算给使用者提供了一个很好的函数的计算平台，可以方便的输入函数和参数，得到形式容易接受的数学公式形式答案。函数编程则提供了一套类似于C语言的编程规则，让用户输入一些符合规则的计算函数的程序编码，这些程序编码能够调用CAS代数计算模块的后台计算平台，函数编程模块通过执行这些程序编码去调用相应的后台计算平台得到新的函数结果，而所述的程序编码则构成了形成这个新的函数结果的函数，并且新的函数可加入到系统函数中保存同时作为后台计算函数的补充，供以后的函数编码进行调用，提高了系统的可扩展性；由于CAS计算模块和CAS函数编程模块来自于同一个后台计算平台，函数计算模块里的所有函数都可以在函数编程模块里使用。

DMS图形绘制模块包含了动态几何、函数图像和变换动画等功能，它能把抽象难懂的数学概念和规律用直观易学的动态图形展示出来，可以方便的画出点、线、角、圆、函数等数学上常用的图形并通过测量和计算得出结果，还可以进行复杂的图形变换形成动态的图形来演示数学规律，并且添加了参数的动态设置、二次曲线的交点、函数的切线等新的功能。可以激发学生学习兴趣和参与意识，让学生通过亲身体验学好数学。

GDK几何辞典是以几何解题为基础，以GDK动态几何数据库为资源库，让用户输入关键字启动搜索引擎模块进行试题内容和试题内容对应的知识点搜索，或者按目录进行逐级浏览，或者直接输入题号进入到用户所需要的题目，然后启动动态图文解析模块按步骤进行演示题目的文字解答并配以动态图形同步演示。几何辞典还可以搜索与某个题有相同知识点的同类型题，使用户可以进行同类型题有目的地学习。几何辞典主要功能有：按试题内容搜索、按试题对应的知识点搜索、试题解答步骤的动态图文同步解析、同类型题搜索、目录浏览等。

Claims (14)

1.一种手持式学习设备，包括微处理器，由所述微处理器控制和管理的显示屏、键盘、存储器，以及为所述手持式学习机供电的电源模块；所述存储器中包括的数据库和控制程序使得所述手持式学习设备可以实现词典的功能、人机交互式多媒体课件播放的功能、以及试题检索、单词检索、图书检索、句子检索和百科知识检索的功能；其特征在于，还包括，可以与外部互相交换资料并与所述存储器相连的下载单元和VGA输入输出模块；所述VGA输入输出模块进一步包括顺序相联的接收微处理器输出的RGB信号的VGA输入模块、D/A转换模块、和VGA输出模块。

2.如权利要求1所述的手持式学习设备，其特征在于，所述显示屏是可以通过被触摸接收外部输入的指令并传送给所述微处理器的触摸显示屏。

3.如权利要求1或者2所述的手持式学习设备，其特征在于，所述存储器中还包括CAS代数计算和函数编程模块的数据库和控制程序，在所述微处理器的控制下构成CAS后台计算平台，使得所述手持式学习设备可以根据外部输入的指令实现函数计算和函数编程的功能。

4.如权利要求3所述的手持式学习设备，其特征在于，所述存储器中还包括DMS图形绘制模块的数据库和控制程序，在所述微处理器的控制下构成DMS后台支持平台，使得所述手持式学习设备可以根据外部输入的指令在所述显示屏上画出数学上常用的图形，并进行复杂的图形变换、测量和计算。

5.如权利要求4所述的手持式学习设备，其特征在于，所述存储器中还包括GDK动态几何数据库和控制程序，在所述微处理器的控制下构成GDK后台支持平台，所述控制程序包括搜索引擎模块和动态图文解析模块，使得所述手持式学习设备可以根据外部输入的指令搜索所述GDK动态几何数据库中与输入关键词匹配的所有试题并在所述显示屏上动态演示解题过程。

6.如权利要求4所述的手持式学习设备，其特征在于，所述DMS图形绘制模块在绘制切线、函数图形、函数拟合时，通过调用所述CAS后台计算平台计算函数的具体表达式，DMS绘图模块根据所述的函数表达式计算其在显示屏上对应的点，并根据所述的点绘制出相应的图形。

7.如权利要求5所述的手持式学习设备，其特征在于，GDK动态图文解析模块进行图文解析时，调用所述的DMS图形绘制模块动态地绘制相应步骤的图形。

8.一种手持式学习设备演示系统，包括顺序相联的电脑、VGA连接线和外部投影设备；其特征在于，所述电脑是手持式学习设备，该手持式学习设备包括微处理器，由所述微处理器控制和管理的显示屏、键盘、存储器，以及为所述手持式学习机供电的电源模块；所述存储器中包括的数据库和控制程序使得所述手持式学习设备可以实现词典的功能、人机交互式多媒体课件播放的功能、以及试题检索、单词检索、图书检索、句子检索和百科知识检索的功能；所述手持式学习设备还包括可以与外部互相交换资料的、与存储器相连的下载单元和VGA输入输出模块；所述VGA输入输出模块进一步包括顺序相联的接收微处理器输出的RGB信号的VGA输入模块、D/A转换模块、和VGA输出模块；根据外部指令从所述存储器中搜索出的内容，由所述VGA输出模块通过所述VGA连接线传送给所述外部投影设备。

9.如权利要求8所述的手持式学习设备演示系统，其特征在于，所述显示屏是可以通过被触摸接收外部输入的指令并传送给所述微处理器的触摸显示屏。

10.如权利要求8或者9所述的手持式学习设备演示系统，其特征在于，所述存储器中还包括CAS代数计算和函数编程模块的数据库和控制程序，在所述微处理器的控制下构成CAS后台计算平台，根据外部输入的指令实现函数计算和函数编程的演示功能。

11.如权利要求10所述的手持式学习设备演示系统，其特征在于，所述存储器中还包括DMS图形绘制模块的数据库和控制程序，在所述微处理器的控制下构成DMS后台支持平台，根据外部输入的指令可以动态地演示数学上常用的图形，并进行复杂的图形变换、测量和计算。

12.如权利要求11所述的手持式学习设备演示系统，其特征在于，所述存储器中还包括GDK动态几何数据库和控制程序，在所述微处理器的控制下构成GDK后台支持平台，所述控制程序包括搜索引擎模块和动态图文解析模块，根据外部输入的指令搜索所述GDK动态几何数据库中与输入关键词匹配的所有试题，并动态演示解题过程。

13.如权利要求11所述的手持式学习设备演示系统，其特征在于，所述DMS图形绘制模块在绘制切线、函数图形、函数拟合时，调用所述CAS后台计算平台计算函数的具体表达式，DMS绘图模块根据所述的函数表达式计算其在显示屏上对应的点，并根据所述的点绘制出相应的图形。

14.如权利要求12所述的手持式学习设备演示系统，其特征在于，GDK动态图文解析模块进行图文解析时，调用所述的DMS图形绘制模块绘制相应步骤的动态图形。

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