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Die der Erfindung zugrundeliegende Anordnung bezieht sich auf ein audio-visuelles Lehrgerät für den programmierten Unterricht für einen oder mehrere Lehrplätze, bestehend aus einem Bildvorführgerät, einem Tonbandgerät, einer Steuereinheit, welche die von einem Lehrplatz oder mehreren Lehrplätzen kommenden codierten Ist-Daten (Schülerantworten) mit den vom Tonbandgerät abgenommenen Soll-Daten (programmierte, richtige Antwort) vergleicht und auswertet sowie die Bildfortschaltung im Bildvorführgerät und das Laufwerk des Tonbandgerätes steuert, und einer Ein-/Ausgabeeinheit je Lehrplatz.
Audio-visuelle Lehrsysteme werden zur Vermittlung von Wissen mittels einer maschinellen Anlage verwendet, wobei speziell der Gedanke eines programmierten Unterrichts verfolgt wird. Gleichzeitig wird mit diesen Anlagen der momentane Wissensstand des Schülers überprüft und vornehmlich in Abhängigkeit davon das weitere Wissensangebot gesteuert. Audio-visuelle Lehrsysteme werden als Einzelschulungsgeräte oder aber als Gruppenschulungsgeräte verwendet und können die verschiedensten Lehrprogramme beliebig oft abwickeln.
Es gibt derzeit drei Hauptgruppen von audio-visuellen Lehrsystemen : a) basierend auf dem Prinzip der handelsüblichen automatischen Rechenmaschinen mit Tastaturein- gabe und Druckerausgabe b) basierend auf dem Prinzip der automatischen Rechenmaschinen, welche durch spezielle
Baugruppen zur Steuerung von Bildvorführgeräten und Tonbandgeräten adaptiert sind c) spezielle Konstruktionen, bestehend aus einer Ein- bzw. Ausgabeeinheit und einer Steuereinheit sowie einem Bildvorführgerät und einem Tonbandgerät.
Der hauptsächliche Nachteil der Systeme a) und b) liegt im enormen Aufwand, speziell bei Gruppenunterricht, und der schwierigen und aufwendigen Bedienung und Programmherstellung.
Die meisten der unter c) fallenden Geräte verwenden als Bildvorführgerät einen fernsteuerbaren Dia-Projektor, als Tonwiedergabegerät ein mehrspuriges und fernsteuerbares Tonbandgerät. Die Steuereinheit stellt meist elektronische Schaltungen zur Steuerung des Programmablaufes sowie der beteiligten Geräte dar. Als Eingabeeinheit wird bei den bekannten Anordnungen eine mehrteilige Tastatur verwendet, während als Ausgabeeinheit zumeist zwei Lampen die richtige oder falsche Antwort anzeigen.
Die Programmierung erfolgt mittels eigener Programmiergeräte. Die Verbindung der einzelnen Geräte wird mittels Kabel hergestellt.
Die meisten der unter c) fallenden Geräte sind nur für Auswahlantworten geeignet. Zur Steuerung wird meist ein eigenes Steuermedium (meist Filmstreifen oder Magnetband) zusätzlich zum Bild- und Tonträger benötigt. Damit ist eine kostspielige Programmherstellung verbunden. Die meisten Maschinen sind als Einzweckmaschinen anzusehen.
Der Nachteil dieser Anordnungen besteht in einem hohen Material- und Kostenaufwand bei vielstelligen Eingaben, der nicht vorhandenen Möglichkeit zur genauen Feststellung des etwaigen Fehlers der Antwort an der Ein- und Ausgabeeinheit, der nicht vorhandenen Möglichkeit der Kontrolle der eingegebenen Antwort, der nicht vorhandenen Rückmeldung an den Schüler über die tatsächlich erfolgte Bearbeitung der Schülerantwort in der Steuereinheit sowie der starren Anordnung im Raum. Es ist mit den bekannten Anordnungen unmöglich Rechnungen, wie sie im Unterricht technischer Fächer häufig vorkommen, mit dem System selbst auszuführen. Weiters wird ein eigenes Programmiergerät benötigt, bei dem die vorhin genannten Kontrollmöglichkeiten ebenfalls nicht vorhanden sind.
Bei Rechenprogrammen treten Schwierigkeiten wegen Stellenzahl und Genauigkeit der Berechnungen zwischen Programmierer und Schüler auf.
Die der Erfindung zugrundeliegende Anordnung beseitigt diese oben angeführten Nachteile bekannter Anordnungen dadurch, dass als Ein-/Ausgabeeinheit ein elektronischer Kleinstrechner (Taschenrechner) vorgesehen ist und dass bei diesem der Eingabeteil und Ausgabeteil und ein Steuerteil an einen Stecker angeschlossen ist, welcher mit der Steuereinheit verbunden ist, dass weiters im Taschenrechner der Eingabeteil durch eine Übergabetaste und eine Rückmeldelampe zur Steuerung des Datenverkehrs zwischen Ein-/Ausgabeeinheit und Steuereinheit erweitert ist, und dass in den Taschenrechner ein Steuerteil, bestehend aus einem Programmschalter zur Umschaltung zwischen Lehr und Programmierbetrieb und den beiden Steuertasten für Tonbandlauf und Bildwechsel, eingebaut ist und damit die Aufbringung der Ist-Daten und Steuerbefehle auf eine Tonbandspur des Tonbandgerätes bewerkstelligt wird,
dass ausserdem in der Steuereinheit zur Einschreibung der vom Taschenrechner übernommenen Ist-Daten in das Ist-Daten-Register der Ausgang der Übernahmeschaltung für die Ist-Daten mit einem ersten Pegelumsetzer
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und dessen Ausgang sowohl mit einem Ist-Daten-Register direkt als auch über einen ersten Decodierer mit diesem Ist-Daten-Register verbunden ist, dass weiters zum Vergleich der Soll- und Ist-Daten der Ausgang des Ist-Daten-Registers mit dem ersten Eingang, der Ausgang des Soll-Daten-Registers mit dem zweiten Eingang des Vergleichers verbunden ist und dass dessen Ausgang an die Registriereinheit zur Auswertung des Vergleichsergebnisses und diese an die Anzeigeeinheit, welche die Auswertung zur Anzeige bringt, angeschlossen ist,
dass zur Einschreibung der Soll-Daten in das Soll-Daten-Register der Ausgang des Tonbandgerätes an einen zweiten Decodierer angeschlossen und dieser mit dem Soll-Daten-Register verbunden ist, dass weiters zur Aufbringung der Ist-Daten auf eine Tonbandspur des Tonbandgerätes unter Kontrolle der Ablaufsteuerung an das Ist-Daten-Register ein Codierer angeschlossen und dessen Ausgang mit dem Eingang des Tonbandgerätes zusammengeschaltet ist, dass weiters zur Anzeige der Soll-Daten im Ausgabeteil des Taschenrechners der Ausgang des Soll-Daten-Registers an einen dritten Decodierer, dessen Ausgang an einen zweiten Pegelumsetzer und dieser an die Übernahmeschaltung angeschlossen ist, wobei die Steuerung durch die Ablaufsteuerung und der mit ihr verbundenen Registerabfrage erfolgt, welche auch die Rückmeldelampe ansteuert, dass weiters die Ablaufsteuerung mit der Übergabetaste,
der Rückmeldelampe und dem Programmschalter verbunden ist und durch die Übergabetaste die Übernahme der Ist-Daten vom Taschenrechner erfolgt, die Rückmeldelampe angesteuert und ein Lehrmaschinenzyklus zur Auswertung der Ist-Daten und Ausgabe der Soll-Daten ausgelöst wird, und dass die Ablaufsteuerung direkt an die Steuereingänge für das Tonbandlaufwerk und die Bildfortschaltung angeschlossen ist und diese steuert, und dass schliesslich die Übernahmeschaltung mit dem Ausgabeteil und dem Eingabeteil des Taschenrechners zusammengeschaltet ist.
Unter Kleinstrechner (Taschenrechner) ist dabei ein transportabler Rechner mit kleinsten Abmessungen sowie interner Energieversorgung mit Fremdspeisungsmöglichkeit zu verstehen. Eine genaue Erläuterung der gesamten Ausrüstung folgt auf den nächsten Seiten.
Da heute bereits elektronische Kleinstrechner in Bildungsinstitutionen als Lehrbehelf verwendet werden, kann angenommen werden, dass in naher Zukunft viele der Wissen vermittelnden Stellen eine grössere Anzahl solcher Geräte besitzen werden, und können diese Geräte als dort bereits vorhanden betrachtet werden. Da weiters Taschenrechner-im Gegensatz zu audio-visuellen Lehrsystemen - als Massenprodukte gelten können, liegen bereits heute die Kosten eines Taschenrechners günstiger als diejenigen der bekannten Ein-/Ausgabetastaturen, sofern sie für Konstruktivantworten geeignet sind.
Weiters eröffnet die Verwendung eines Taschenrechners einige bedeutende weitere Möglichkeiten in der Anwendung audio-visueller Lehrsysteme für den programmierten Unterricht, wie weiter unten näher erläutert. Und letztlich ist das Gerät mehrfach nutzbar, da es sowohl als Taschenrechner als auch als Teil eines Lehrsystems verwendet werden kann. Dies alles ergibt ein wesentlich günstigeres Verhältnis von Leistung zu Kosten als bei bekannten Eingabeeinheiten für audio-visuelle Lehrsysteme. In der nachstehend erläuterten Funktionsweise des Lehrsystems sowie seiner speziellen Ausführungsvarianten wird die Erfindung erläutert und es werden weitere, zur Ausgestaltung der Erfindung gehörende Merkmale aufgezeigt.
Fig. 1 zeigt schematisch die der Erfindung zugrunde gelegte Anordnung, Fig. 2 die Teile der Ein-/Ausgabeeinheit, Fig. 3 den Anschluss des Steckers im Taschenrechner, Fig. 4 das Blockschaltbild der Steuereinheit, Fig. 5 die Schaltung der Ist-Wert-Abspeicherung, Fig. 6 die Impulsform der vom Taschenrechner kommenden Signale, Fig. 7 die Schaltung zur Eingabe der Sollwerte in den Taschenrechner, Fig. 8 die Registerabfrageschaltung und Fig. 9 das Blockschaltbild der Steuereinheit für mehrere Lehrplätze.
Die Bildinformation wird vorzugsweise über einen fernsteuerbaren Diaprojektor --1--, die Toninformation vorzugsweise über die erste Spur eines fernsteuerbaren, zweikanaligen Tonbandgerätes - dargeboten. Statt des Dia-Projektors kann jedes steuerbare, Bilder produzierende und reprodu-
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so z. B. auch ein Video-Cassetten-Recorder. Es können auch gleichzeitig weniger oder mehr als die beiden genannten Informationsquellen verwendet werden. Die Steuerung beider Geräte erfolgt von der Steuereinheit --3--. Die nötigen Steuerbefehle, wie Dia-Wechsel oder Tonband-Stop, sind vorzugsweise auf der zweiten Tonbandspur in codierter Form gespeichert. Die Eingabe der Schülerantwort erfolgt über den Eingabeteil --6-- der Ein- und Ausgabeeinheit --4--.
Die gesamte richtige Antwort wird nach Prüfung und Registrierung der Schülerantwort durch die Steuereinheit im Ausgabeteil --7-- der Ein- und Ausgabe- einheit --4-- zur Anzeige gebracht. Die Steuerung der Ein- und Ausgabevorgänge erfolgt sowohl durch
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den Taschenrechner als auch durch die Steuereinheit. Die richtige Antwort ist in codierter Form auf der zweiten Tonbandspur gespeichert.
Nach Start des Programmes wird dem Schüler in einem Lehrschritt Wissen über den Dia-Projektor - und das Tonbandgerät --2-- übermittelt. Da der Taschenrechner vollständig von der Steuereinheit - -3-- fernsteuerbar ist, kann Wissen - vorzugsweise in Form von Zahlen - auch über den Ausgabeteil - vermittelt werden. Damit kann in einigen Fällen der ansonsten notwendige Dia-Projektor entfallen. Soll das Wissen des Schülers, beispielsweise am Ende eines Lehrschrittes, überprüft werden, so wird über das Tonbandgerät bzw. wenn nötig über den Dia-Projektor eine Frage gestellt. Durch das diesbezügliche im zweiten Kanal befindliche codierte Steuersignal wird das Tonbandgerät nach der gestellten Frage gestoppt, um Bandlänge zu sparen.
Der Schüler hat nun Zugzwang und kann, bzw. muss seine Antwort an die Steuereinheit abgeben, soll das Programm fortgesetzt werden. Er gibt seine Antwort über den Eingabeteil --6-- des Taschenrechners an die Steuereinheit --3-- ab.
Es ist bezüglich der Art der eingegebenen Antwort zwischen drei grundsätzlichen Betriebsarten zu unterscheiden, nämlich dem bekannten System der Auswahlantworten, dem bekannten System der Konstruktivantworten sowie dem erst durch den Taschenrechner ermöglichten System der errechneten Konstruktivantworten. Beim ersten System sind die vorgegebenen Auswahlantworten nummeriert. Der Schüler gibt durch Tastendruck der Zifferntasten --8--, dargestellt in Fig. 2, die Nummer der seiner Meinung nach richtigen Antwort ein. Es können vielstellige Nummern sein ; aus pädagogischen Gründen wird man ihre Zahl jedoch einstellig halten. Der Schüler sieht automatisch und sofort im Ausgabeteil --7-- des Taschenrechners die von ihm eingegebene Antwort. Er hat jetzt Gelegenheit zu kontrollieren, ob er richtig eingegeben hat.
Ist dies nicht der Fall, so kann er durch Drücken der Funktionstaste"Clear Display" --9-- die Antwort wieder löschen und von neuem eingeben. Stimmt sie und will er diese Antwort an die Steuereinheit --3-- zwecks Feststellung ihrer Richtigkeit weitergeben, so drückt er die Taste - und die Funktionstaste --10-- "Check". Erst jetzt wird die Schülerantwort weiter an die Steuereinheit--3-- gegeben.
Diese Kontroll- und Korrekturmöglichkeit, die durch das Eingaberegister des Taschenrechners ermöglicht wird, ist äusserst wichtig, da sonst Eingabefehler nicht erkannt werden können und wie bei bekannten Systemen als echte Antwortfehler registriert würden. Die Funktionstaste --9-- hat jeder kommerzielle Taschenrechner eingebaut, während die Funktionstaste --10-- zusätzlich eingebaut werden muss. Sie wird günstigerweise als Leuchttaste ausgeführt, jedoch ist eine getrennte Ausführung von Taste und zugehöriger Lampe ebenfalls wegen des Preisvorteiles denkbar.
Nach Drücken der Funktionstaste --10-- wird während des ablaufenden Vergleiches von Schülerantwort und richtiger Antwort die Rückmeldelampe --11-- der Leuchttaste --10-- leuchten. Diese Rückmeldung zeigt dem Schüler an, dass seine Antwort auch in die Steuereinheit gelangt ist und dort bearbeitet wird. Damit können Übermittlungsfehler sofort erkannt werden. Der Schüler kann durch neuerliches Drücken der Funktionstaste --10-- seine Antwortabgabe noch rechtzeitig wiederholen. Falls auch dann die Lampe --11-- nicht leuchtet, handelt es sich eindeutig um ein technisches Gebrechen, wobei entweder die Lampe ausgefallen sein kann, die Antwort jedoch registriert wurde, oder die Antwort tatsächlich nicht bearbeitet wurde. In letzterem Fall bleibt das ganze Lehrsystem automatisch stehen, da der Schüler im Zugzwang war.
Beim zweiten Antwortsystem, dem System der Konstruktivantworten, ist der Eingabevorgang ähnlich, nur dass der Schüler anstatt der Nummer der seiner Meinung nach richtigen Auswahlantwort gleich die seiner Meinung nach richtige Antwort eingibt. Hier wird er noch weitere Funktionstasten, je nach Taschenrechnermodell, benutzen.
Beim dritten Antwortsystem, dem System der errechneten Konstruktivantworten, führt der Schüler die zur Ermittlung des Resultates bzw. der Teilresultate erforderlichen Rechnungen vorzugsweise auf seinem Taschenrechner aus. Dazu wird er die ebenfalls in jedem kommerziellen Taschenrechner eingebauten Funktionstasten für das Rechenwerk --12--, wie Multiplikation, Division, Subtraktion, Addition usw. bzw. die Funktionstaste "Ergebnis" --13-- benötigen. Will der Schüler sein ermitteltes Teilresultat oder Resultat an die Steuereinheit --3-- weitergeben, drückt er die Funktionstaste --10-- "Check". Vor Drücken dieser Taste können beliebig viele Rechnungen ausgeführt werden. Die Komplexität der ausführbaren Rechnungen hängt allein von der Güte des Taschenrechners ab.
Vorzugsweise wird man
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der Kosten wegen 4-Spezies-Maschinen verwenden, jedoch sind in Zukunft bessere Geräte mit mehr Funktionstasten und Speicher ebenfalls denkbar.
Nach dem Drücken der Funktionstaste --10-- wird die Schülerantwort in der Steuereinheit mit der während der Fragestellung eingespeicherten "richtigen Antwort" verglichen und das Ergebnis des Vergleiches (richtig oder falsch) gespeichert und einzeln als auch in der Summe an der Steuereinheit - zur Anzeige gebracht. Jede Fragestellung wird ebenfalls registriert und in ihrer Summe an der Steuereinheit --3-- zur Anzeige gebracht, so dass das Überwachungsorgan (der Lehrer) sofort das Ergebnis der letzten Frage, den Fortschritt des Programmes durch die Anzahl der schon gestellten Fragen und den Wissenstand des Schülers aus dem Verhältnis der gestellten zu den richtig beantworteten Fragen angezeigt erhält. Die Schaltung der Vergleichslogik ist so gestaltet, dass der Vergleich in kürzester Zeit (Bruchteile einer Sekunde) abläuft.
Nach dem Vergleich wird die noch im Taschenrechner gespeicherte Antwort des Schülers von der Steuereinheit aus gelöscht. Sodann wird das in der Steuereinheit noch gespeicherte richtige Resultat im Ausgabeteil --7-- des Taschenrechners zur Anzeige gebracht. Damit der Schüler weiss, dass das jetzt im
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h.Ausgabeteil --7--, wo er jetzt die vorhin sichtbare Zahlenkombination seiner Antwort mit der nun sichtbaren Zahlenkombination der richtigen Antwort vergleichen soll. Die richtige Antwort wird einige Sekunden lang angezeigt. Sodann wird der Ausgabeteil --7-- wieder gelöscht und die Steuereinheit für den nächsten Lehrschritt bereit gemacht.
Hat der Schüler seine eigene Antwort aus irgendeinem Grunde vergessen, oder ist er sich unsicher, so kann er durch Drücken der Funktionstaste --13-- seine Antwort wieder in der Anzeigeeinheit --7-sichtbar machen, da die Schülerantwort im Rechenregister des Taschenrechners gespeichert wurde und die Steuereinheit nur das Ein-/Ausgaberegister gelöscht hat. Da der Schüler zweimal vergleichen kann, muss er in der Lage sein, seine etwaigen Fehler eindeutig zu erkennen. Weil er seine eigene Antwort auf Knopfdruck wieder greifbar hat, ist er auch in der Lage, mit dieser Antwort weiterzurechnen.
Dieser Umstand eröffnet die Möglichkeit, komplexere Rechnungen von der Lehrmaschine aus in Teilrechnungen zu zerlegen und einen Rechenfehler im Verlauf dieser komplexeren Rechnung, d. h. genauer einen Überlegungsfehler des Schülers, genau einzugrenzen.
Die Länge des Programmes, das mittels des der Erfindung zugrundeliegenden Systems bearbeitet werden kann, ist nur von der Länge des verwendeten Tonbandes abhängig. Die Anzahl der in einem Programm möglichen Fragen hängt von der Zählkapazität des Antwortregistrierteiles --50 und 51-- (Fig. 4) der Steuereinheit --3-- ab und kann beliebig gross gemacht werden. Der Taschenrechner steht auch
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Benutzen des Rechners zu Fehlbewertungen führen, eine nachträgliche Korrektur der Schülerantwort ist aber ausgeschlossen. Die Benutzung des Rechners während des Blinkens führt zu falscher Anzeige des richtigen Resultates.
Wie aus der bisherigen Beschreibung des Systems hervorgeht, ist es nötig, an einem vorhandenen kommerziellen Taschenrechner je nach angestrebter Systemvariante einige kleine Änderungen vorzunehmen, bzw. bei der Fertigung diese Funktionen zu berücksichtigen. Dies ist der Einbau der Funktionstaste - -10--, des Programmierschalters --14--, der Funktionstasten für Steuerbefehle --15-- sowie des Steckers - -16--. Mittels Stecker --16-- ist der Taschenrechner mit der Steuereinheit --3-- zur Abwicklung des Datenverkehrs und der Energieversorgung verbunden.
Der Programmierschalter --14-- sowie die Funktionstasten für Steuerbefehle --15-- stellen den Programmierteil --5-- dar. Das bedeutet, dass für einen blossen Schülerantwortplatz nur Funktionstaste --10-- und Stecker --16-- nachträglich einzubauen sind, was bei vielen kommerziellen Taschenrechnern ohne Gehäuseänderung möglich ist. Natürlich ist es günstiger, wenn die das Lehrsystem benutzende Stelle entsprechend gefertigte Taschenrechner verwendet.
Ein besonderer Vorteil des Systems liegt darin, dass kein eigenes Programmiergerät nötig ist.
Dadurch, dass Schalter --14-- in die Stellung "Programmieren" gebracht wird, wird aus dem Taschenrechner ein Programmiergerät. Die Programmierung der richtigen Antwort erfolgt über den Eingabeteil - -6--, wobei hier das Resultat ebenfalls wieder im Ausgabeteil --7-- sofort erscheint und vor der tatsächlichen Programmierung korrigiert werden kann. Erst durch Drücken der Funktionstaste --10-- wird
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das im Ausgabeteil --7-- sichtbare Zahlenbild an die Steuereinheit --3-- übergeben und von dort in codierter Form auf den Träger der Steuerbefehle, z. B. die zweite Tonbandspur, aufgebracht. Als Rückmeldung der erfolgten Programmierung leuchtet Lampe --11--. Der Rechner selbst steht dem Programmierer zur Verfügung.
Das bringt besonders dann grosse Vorteile, wenn in der Frage Rechnungen zu lösen sind. Während bei andern Systemen immer grosse Schwierigkeiten dadurch auftreten, dass Programmierer und Schüler bei derselben Rechnung mit jeweils verschiedener Stellenzahl bzw. Genauigkeit rechnen (Rechenschieber) und daher ziffernmässig verschiedene Resultate erhalten, tritt dies hier durch die Verwendung ein-und desselben Gerätes im allgemeinen nicht auf. Das vereinfacht die Schaltungen der Steuereinheit, da sonst immer mehrere richtige Antworten, z. B. 3, 58 oder 3, 585 oder 3, 6 usw. auch als solche erkannt werden müssen. Die Programmierung von Steuerbefehlen erfolgt über die Funktionstasten - -15--.
Das der Erfindung zugrundeliegende Lehrsystem ist sowohl für Einzelschulung als auch für Gruppenunterricht verwendbar. Die bisherige Beschreibung galt der Einfachheit wegen dem Einzel- schulungsgerät.
Beim Gruppengerät wird die Steuereinheit etwas komplizierter. An ihr ist jetzt die gesamte Gruppe angeschlossen. Um den Aufwand so niedrig wie möglich zu halten ist es günstig, die Schülerantworteingabe im Zeitmultiplexverfahren vorzunehmen. Die dafür benötigten Schaltungen werden später beschrieben. Um auch für den Fall, dass mehrere Schüler gleichzeitig antworten, gerüstet zu sein, ist eine Speicherung des Befehles der Funktionstaste--10--vorzusehen.
Bei Gruppenunterricht ist es günstig, der Steuereinheit noch eine Zeitadaptionslogik --64-anzufügen. Durch diese Logik bestimmen die Schüler ihre Antwortzeit von Frage zu Frage indirekt selbst, d. h. die Geschwindigkeit des Programmablaufes hängt vom Wissen der Schüler bei der gestellten Frage ab, während der Lehrer an der Steuereinheit eine gewisse Anzahl von Schülerantworten einstellt, die abgegeben werden müssen, bevor die Steuereinheit keine Antwort mehr annimmt und zum nächsten Lehrschritt weitergeht. Dabei ist es gleichgültig, ob die abgegebenen Schülerantworten richtig oder falsch sind.
Dadurch lässt sich die Lehrmaschine vom Lehrer an das Niveau der Gruppe anpassen und das vorgesehene Niveau vom schlechtesten Teilnehmer (entspricht der Einstellung, dass alle Schüler geantwortet haben müssen) bis zum besten (entspricht der Einstellung, dass nur ein Schüler geantwortet haben muss) variieren. Die Lehrmaschine stoppt bei Erreichen der eingestellten Anzahl von Antworten die Eingabe aber nicht sofort, sondern erst nach einer kurzen Zeitspanne. Ansonsten könnte niemals die volle Teilnehmerzahl registriert werden, auch wenn alle ihre Antworten etwa gleichzeitig abgeben, weil ja die Steuereinheit nach Erreichen der eingestellten Zahl abschaltet. Dies ist pädagogisch ungünstig weil ungerecht. Gleichzeitig kann der Lehrer noch die absolute Zeit einstellen, bei der die Lehrmaschine weitergeht, gleichgültig ob und wieviel Schüler geantwortet haben.
Dies dient dazu, dass das System nicht durch Abgabeverweigerung einzelner Schüler blockiert werden kann.
Nach der allgemeinen Erklärung des in der Erfindung beschriebenen Lehrsystems werden die dafür benötigten Schaltungen, soweit sie nicht allgemein bekannt sind, erläutert. In Fig. 3 ist gezeigt, wie der Stecker --16-- am Taschenrechner anzuschliessen ist, damit das System einwandfrei funktioniert. Es wird in dieser Figur sowie in den nachfolgenden ein konkretes Ausführungsbeispiel erläutert, bei dem ein Taschenrechner nach dem "One-Chip-Calculator"-System als 4-Spezies-Maschine sowie 8-stelliger 7-Segment-Anzeige mittels lichtemittierender Dioden (LED's) verwendet wird, da dies eine der typischen Anordnungen ist.
Entsprechend Fig. 3 sind dem Rechenbaustein-31-spezielle Verstärker-32 bzw. 33-die den Lampenstrom aufbringen und die je nach Art der Anzeigeeinheit --7-- verschieden und handelsüblich sind, nachgeschaltet. Sie bedienen die Anzeigeelemente --34-- und können auch entfallen. An diesen Elementen werden unmittelbar sowohl an der Anodenseite --34'-- als auch an der Kathodenseite --34"-die Datenleitungen für den Stecker --16-- vorteilhaft angeschlossen. Gleichzeitig mit dem Verstärker - wird die Schaltermatrix-35-- vom Rechnerbaustein-31-- angesteuert. Falls hier einige Verbindungen nur die Schaltermatrix --35-- ansteuern, sind diese ebenfalls an den Stecker --16-- zu führen, da ansonsten der Taschenrechner nicht in all seinen Funktionen fernsteuerbar ist.
Die Schaltermatrix --35-- ist eine Koppelstelle zwischen den in Fig. 3 gezeichneten vertikalen und horizontalen Leitungen. Auf Tastendruck wird die ausgewählte horizontale Leitung mit der ausgewählten vertikalen Leitung verbunden und es können von den vom Rechnerbaustein-31-- in die vertikalen Leitungen
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gesandten Impulsen jene der ausgewählten vertikalen Leitung über die ausgewählte horizontale Leitung wieder zu ihm zurück gelangen, wodurch die Taste identifiziert ist. Weiters werden noch die Leitungen von den zusätzlich eingebauten Funktionstasten--10 und 15--sowie vom Programmierschalter --14-- und der Rückmeldelampe --11-- an den Stecker --16-- geführt. Der Baustein --31-- wird mittels Taktgenerator - angesteuert.
Die Bausteine --31, 32 und 33-- werden vom Spannungswandler --37-- versorgt, der wieder seinerseits vom Stecker-16-- fremdversorgt, von der eingebauten Energieeinheit-38-gespeist oder vom an die Buchse --17-- anschliessbaren Netzgerät --39-- versorgt werden kann.
Der besondere Vorteil der in Fig. 3 aufgezeigten Schaltungsverbindungen mit der Lehrmaschine liegt darin, dass einerseits alle benötigten Verbindungspunkte bei allen kommerziellen Taschenrechnern zugänglich sind, selbst wenn andere Anzeigeelemente verwendet werden oder die Verstärker im Rechnerbaustein --31-- enthalten sind (Entfall von --32 und 33--). Anderseits stellt der Aufwand ein Minimum dar, wobei durch diese Verbindungsanordnung der komplette Taschenrechner ferngesteuert werden kann. Änderungen bei andern Taschenrechnern ergeben sich durch eine abweichende Anzahl von Anzeigestellen (hier 8 + Vorzeichen = 9) bzw. Anzeigeelementen je Stelle (hier 7 Segmente + Dezimalpunkt = 8) des Bausteines sowie durch eine abweichende Anzahl von Schaltern der Matrix --35--.
Es müssen dann entsprechend mehr oder weniger Verbindungen nach dem Schema in Fig. 3 angeordnet werden. Die Anzeigeeinheiten von Taschenrechnern arbeiten wegen der Energieersparnis nach dem "Scanning-Prozess", also mit einer sequentiellen Anzeige. Es ist ein Zeitmultiplexverfahren üblich, bei dem die Segmente (über die Leitungen --34'--) der einzelnen Stellen (über die Leitungen --34"--) nacheinander angesteuert werden und damit zur gleichen Zeit jeweils nur die Segmente einer Stelle leuchten.
Durch die hohe Wiederholfrequenz der Anzeige und die Trägheit des Auges erscheint ein stehendes Bild aller Segmente und Stellen.
Fig. 4 zeigt die grundsätzliche Schaltungsanordnung der Lehrmaschine für Einzelunterricht. Vom Taschenrechner kommen die Daten in Form von Impulsen in die Lehrmaschine. Sie werden dort durch eine Übernahmeschaltung --40--, die eine Kombination von durch die Ablaufsteuerung --49-- kontrollierten Toren dargestellt, übernommen und zum Pegelumsetzer --41-- geführt. Von dort gelangen die von den Anodenleitungen --34'-- stammenden Impulse weiter zum Decodierer --42-- und endlich an das Register
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gelangen nach der Pegelanpassung im Pegelumsetzer --41-- sogleich an das Register-43--, u. zw. jede Kathodenleitung an den Setzeingang jeweils eines Schieberegisters, s. Fig. 5.
Beide Leitungsbündel zusammen, Anordenleitungen --34'-- und Kathodenleitungen --34"-- ergeben die richtige Einschreibung in das Register. Da bei Taschenrechnern ein sequentielles Anzeigeverfahren verwendet wird, muss an einer Stelle eine entsprechende Decodierung dieses Prozesses vorgenommen
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Register --43-- selbst,erzeugen.
Die richtige Zuordnung erfolgt dadurch, dass die der einzuschreibenden Zahl entsprechenden Leitungen --34'-- nur in jenem Register wirksam werden, bei dem auch die entsprechende Leitung --34"-aktiviert ist. Diese Anordnung ist noch aus einem weiteren Grunde sehr vorteilhaft. Sie erlaubt es nämlich, ohne Aufwand die vom Taschenrechner kommenden Impulse zu verarbeiten. Diese Impulse haben in der Regel nach Fig. 6 sehr steile und hohe Spannungsspitzen, die Fehler im Register hervorrufen können, und die zwangsläufig durch das Schalten des Ausgangstransistors des Rechnerbausteins --31-zufolge seiner Kapazität entstehen.
Durch die Verwendung der genannten Schieberegister werden sie jedoch in ihrer Wirkung unschädlich gemacht. Man nutzt hier die Tatsache aus, dass immer dann, wenn die Spannungsspitzen in den Anodenleitungen --34'-- auftreten, die Kathodenleitungen --34"-- Null-Potential aufweisen. Bei Schieberegister der vorhin genannten Art können an den Paralleleingängen anstehende Signale erst dann gesetzt werden, wenn am Setzeingang ein von Null verschiedenes Potential anliegt.
Die auf der zweiten Spur des Tonbandes befindliche, in codierter Form vorliegende, richtige Antwort wird über einen Decodierer --46-- dem Register --45-- seriell zugeführt. Im Vergleicher --44-- werden
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die im Register --43-- und die im Register --45-- gespeicherten Daten stellenweise verglichen. Der Vergleicher gibt sein Vergleichsergebnis an die Registriereinheit --50-- weiter, welche es auswertet und das Ergebnis des Vergleichs sowie die Anzahl der richtigen Antworten als auch die Anzahl der gestellten Fragen in der Anzeigeeinheit --51-- zur Anzeige bringt. Gesteuert wird der Vorgang von der Ablaufsteuerung-49--.
Die richtige Antwort, die im Register --45-- gespeichert ist, gelangt über den Decodierer --47-- und den Pegelumsetzer --48-- zur Übernahmeeinheit --40--, die die Ausgabe an den Taschenrechner steuert, und von dort zur Schaltermatrix --35--. Die Steuerung des Vorganges erfolgt nicht direkt von der Ablaufsteuerung --49-- sondern über die Registerabfrage --52--, eine Art Multiplexer, der in Fig. 8 erläutert wird. Der Tonbandlauf sowie der Diawechsel wird direkt von der Ablaufsteuerung gesteuert.
Sollen Daten programmiert werden, so gelangen sie über den vorhin beschriebenen Weg vom Taschenrechner ins Register --43--. Von dort werden sie seriell ausgelesen und zum Codierer --53-geschickt und gelangen codiert auf die zweite Spur des Tonbandes. Die beiden Steuerbefehle werden ebenfalls als Daten betrachtet und in ein zusätzliches Schieberegister des Registers --43-- in codierter Form eingeschrieben. Im Ausführungsbeispiel weist somit das Register --43-- sowie das Register --45-statt 9 5-bitige Schieberegister deren 10 auf.
Wird der Taschenrechner eingeschaltet, so bringt er eine Null zur Anzeige, was seine Rechenbereitschaft signalisieren soll. Diese Null stört natürlich die von der Lehrmaschine her betriebene Anzeige von Zahlen an den Anzeigeelementen --34-- sehr, da bei einer sinnvollen Anzeige nicht gleichzeitig Rechner (die Null) und Lehrmaschine (ihre Zifferngruppe) ihre Impulse an die Anzeigeeinheit --7-- abgeben können. Es können daher und in Verbindung mit dem Scanning-Prozess die Anzeigeelemente --34-- nicht direkt von der Lehrmaschine über die vorhandenen Leitungen angesteuert werden, da sonst beliebige Zahlen in den Anzeigeelementen --34-- erscheinen würden.
Es müssten für die Zeit der Ansteuerung der Anzeigeeinheit --7-- von der Lehrmaschine alle Leitungen zur Ansteuerung der Anzeigeeinheit --7-- vom Taschenrechner unterbrochen werden, was einen hohen zusätzlichen Aufwand bedeutet. Ein sehr vorteilhafter Weg ist die elektronische Ansteuerung der Schaltermatrix --35--, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist. Die dafür benötigten Impulse stehen über den herausgeführten Leitungen, die die Schaltermatrix bedienen, also Kathodenleitungen --34"-- und die zwei zusätzlichen in Fig. 3 gezeichneten Leitungen, zur Verfügung. Diese Impulse werden nach dem Pegelumsetzer --41-- abgenommen und in negierter Form an die Eingänge der Gatter gelegt. Diese sind Phantom-Und-verknüpfte NAND-Gatter.
Weiters werden die Ausgänge des Decodierers --47-- an diese Gatter so geführt, dass immer gleichnamige Leitungen an ein Gatter kommen. Dadurch wird die einzugebende Ziffer stellenweise-wie von Hand - in den Rechnerbaustein --31-- eingegeben. Die Parallel-Seriell-Wandlung geschieht durch die Registerabfrage --52--, s. weiter unten und Fig. 8. Die Ausgänge der jeweils zusammengeschalteten Gatter werden nach der Pegelumsetzung durch die speziellen Gatter --55--, die den Logikpegel auf jenen des Rechnerbausteins - heben, und die Dioden --56-- an die Leitungen --35'-- angeschlossen. Die Dioden ermöglichen die Bedienung des Rechners durch seine Schaltermatrix auch während des Programmablaufes.
Der Vorteil dieser Schaltungsanordnung liegt in der Bewerkstelligung der gestellten Aufgabe ohne zusätzlichen Aufwand an irgendwelchen Schaltern bzw. ohne zusätzlicher Leitungsführung und mit minimalem elektronischen Schaltungsaufwand und ist für alle Taschenrechner geeignet. Die Anzahl der Gatter bzw. ihre Zusammenschaltung zu den Leitungen --35'-- muss jeweils angepasst werden.
In Fig. 8 ist die Registerabfrage gezeichnet. Nach Einschalten der gesamten Anlage setzt ein von der Ablaufsteuerung --49-- kommender Impuls --91-- sämtliche Parallelausgänge der Abfrageregister --67-auf logisch Null sowie das RS-Flip-Flop --57-- am Serieneingang des ersten Abfrageregisters auf logisch Eins. Die Parallelausgänge der einzelnen Schieberegister des Registers --45-- werden auf Phantom-UNDverknüpfte NAND-Gatter --58-- geführt, welche von den Ausgängen der Abfrageregister --67--, die sich auf logisch Null befinden, gesperrt werden. Gleichnamige Ausgänge der einzelnen Stellen werden auf gemeinsame Schaltungen geführt. Die zu einer Ziffer gehörenden Gatter werden gemeinsam gesteuert, das zum dazugehörigen Dezimalpunkt gehörende Gatter um genau einen Takt später.
Wird nun eine Abfrage gewünscht, so kommen von der Ablaufsteuerung --49-- Taktimpulse über die Leitung --92-- an die Abfrageregister --67--. Nach dem ersten Takt springt der erste Ausgang --93-des ersten Abfrageregisters auf logisch Eins, gibt somit den letzten Baustein des Registers --45-- über die Gatter --58-- frei und setzt gleichzeitig das RS-Flip-Flop-57-- zurück. Bei den folgenden
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Taktimpulsen durchläuft der logische Eins-Impuls nacheinander sämtliche Ausgänge der Abfrageregister - -67--, d. h. der Impuls gibt immer zuerst die Gatter der Ziffer und erst dann das Gatter des Dezimalpunktes frei, genau wie es einer Eintastung von Hand in die Schaltermatrix --35-- des Rechners entspricht. Die Sammelleitungen --47'-- führen zum Decodierer --47--.
Nach Beendigung des Abfragezyklus setzt ein Rückstellimpuls --91-- das RS-Flip-Flop --57-- auf logisch Eins, worauf die Schaltung zu einer neuerlichen Abfrage bereit ist. Diese Schaltung ist für alle Taschenrechner anwendbar, wenn man die Zahl der Abfrageregister --67-- anpasst.
In Fig. 9 ist die Schaltungsanordnung einer Steuereinheit --3-- für Gruppenunterricht gezeichnet. Sie weist einige Änderungen an der Eingangsseite der Lehrmaschine, der Registratur und der Ablaufsteuerung auf. Da jetzt eine ganze Gruppe von Teilnehmern an einer Lehrmaschine hängt, müssen um den Schaltungsaufwand nicht zu sehr steigen zu lassen, möglichst viele Baugruppen der Fig. 4 für alle Teilnehmer nutzbar sein. Das geschieht am besten durch einen Zeitmultiplexbetrieb der einzelnen Teilnehmer. Dabei schaltet der Multiplexer --59-- die Leitungen, die von allen Taschenrechnern kommen, blockweise nacheinander an die Übernahmeeinheit --40-- der Steuereinheit --3--, wo sie den bereits erläuterten Weg nehmen.
Das vom Vergleicher --44-- gelieferte Vergleichsergebnis wird jetzt vom Demultiplexer --60-- an die je Teilnehmer einmal vorhandenen Registriereinheiten--50--verteilt. Alle Registriereinheiten werden an eine Anzeigeeinheit --62-- geschaltet. Diese zeigt im Anzeigefeld die Anzahl der gestellten Fragen an, anderseits je Schülerplatz das Ergebnis der letzten Frage. Damit hat der Lehrer sofort einen Überblick über die Gruppe. Mittels Wählschaltung (z. B. Tastatur) kann er die Anzahl der richtigen Antworten des von ihm gewählten Schülers an einem zweiten Anzeigefeld ablesen.
Da es nun vorkommt, dass mehrere Schüler gleichzeitig die Funktionstaste --10-- drücken, die Steuereinheit aber immer nur einen nach dem andern bearbeiten kann, muss dieser Befehl zwischengespeichert werden. Dies geschieht im Zwischenspeicher --63--, einem Flip-Flop-Speicher. Er wird von der Ablaufsteuerung --49-- kontrolliert und steuert seinerseits wieder die Übernahmeeinheit --40--. Der Multiplexer --59-- schaltet nämlich nach der Fragestellung pausenlos einen Teilnehmer nach dem andern an die Übernahmeeinheit --40--. Nur bei jenem Teilnehmer, bei dem ein Impuls der Taste --10-- vorliegt, wird aber übernommen. Dadurch wird verhindert, dass bei allen Teilnehmern, die noch keine Antwort abgegeben haben, Fehlantworten registriert werden.
Weiterhin wird vom Zwischenspeicher --63-- noch die Zeitadaptionslogik --64-- angesteuert, die ihrerseits bei Nennungsschluss einen Impuls an die Ablaufsteuerung --49-- abgibt. Die Logik ist in ihrer Funktion bereits in der Systembeschreibung erklärt.
Die Ausgabe der richtigen Antwort an die diversen Taschenrechner kann leider nicht gleichzeitig, d. h. parallel erfolgen. Die notwendige Synchronisierung zum Einschreiben in die jeweilige Schaltermatrix - verhindert dies. Daher wird für diesen Vorgang der Multiplexer --59-- wieder für einen Durchlauf gestartet. Gleichzeitig wird der Demultiplexer --61-- betrieben, der die Verteilung an die diversen Taschenrechner vornimmt. Die Demultiplexer --60 und 61-- und der Multiplexer --59-- müssen synchron laufen und werden von einer Multiplexsteuereinheit --65-- gesteuert. Diese besteht im wesentlichen aus einem, von der Ablaufsteuerung --49-- kontrollierten Taktgenerator, und einer vom Zwischenspeicher - gesteuerten Torschaltung.
Da ein Taschenrechner immer komplett über den Multiplexer und die Demultiplexer an die Lehrmaschine geschaltet ist, steht einer richtigen Einschreibung in beiden Richtungen nichts im Wege.
Der Vergleich pro Teilnehmer, als auch die Eingabe in die Schaltermatrix geht sehr schnell vor sich, so dass für die einzelnen Teilnehmer kaum Wartezeiten entstehen.
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