CN102112942A - 基于计算机的算盘训练系统 - Google Patents

Abstract

提供一种以基于计算机的算盘训练系统。该系统可包括模拟算盘显示器、用于输出待用户解决的问题的装置、用于接受来自该用户的输入的装置、以及用于检查该用户的答案的装置。显示可以是模拟算盘、模拟手部动作、或二者。可包括文本形式及算盘形式表示之间的转换。

Description

基于计算机的算盘训练系统

本申请要求2008年7月31日提交的美国临时专利申请61/085,333的优先权，在此通过引用将其全部内容合并于此。

技术领域

本申请涉及基于计算机的训练系统。更明确地说，本申请涉及用于基于计算机的算盘使用训练的技术及关联技术。

背景技术

算盘，也以诸如soroban(日文)、算盘(中文)、supan(韩文)、以及schoty(俄文)等其他名称为人所知，在亚洲的许多区域仍是日常用品。算盘可容易地制造且不需要电力以用于运算。即使掌上型计算机流行，许多人更喜欢算盘，且高度精通于其使用。

在数学教学中使用算盘被认为是有益的，因为算盘提供数字的视觉表示。此视觉表示可使学习数字系统及算术实施背后的概念变得更容易。将诸如小数点、位值、进位、借位等的概念从抽象概念转换为可在算盘上观察到的实体运算。此外，在实施计算时，可通过将算盘虚拟化而将实施珠算的熟练度转换为实施心算的熟练度。

在认识到算盘可在数学概念教学上提供益处后，部分学校在基础算术课中使用算盘。此外，已有许多不同的珠算训练学校，从而个人能够发展在算盘使用上的熟练度。

珠算学校的传统教学依赖专业教师。为检查学生的进步，教师观察每个人对算珠的操作。此观察是必要的，虽然检查所得到的最终结果通常不足以确定该学生是否正确地实施运算(特别是当学生犯错时)。不幸地，在训练的早期阶段，需要教师密集的介入，限制了可同时受教的学生数量。

随着学生进步，通过说出将在算盘上实施的数字及运算而实施练习。学生实施计算，然后检查他们已得到的正确结果。虽然这些练习可改善学生的速度，但是当错误发生时，关于学生作错什么而导致该错误，仅得到少量反馈。此外，因为未留下在算盘上实施的运算的永久记录，即时在学生发生系统性错误时，也难以确定该错误的原因。

虽然已然提出提供基于计算机的算盘训练的一些尝试，至今多数可用系统仍非常不发达并缺乏许多期望特性。

发明内容

因此，已开发用于基于计算机的算盘训练的技术。

在本发明的一些实施例中，提供一种在基于计算机的算盘训练系统中提供模拟算盘显示的方法。该方法可包括接受输入文本字符串，该输入文本字符串包含可显示在算盘上的数值及数学运算。该方法也可包括解析该输入文本字符串，以提取该数值及该数学运算。该方法也可包括将该数值转换为算盘形式表示，并将该数学运算转换为一系列的对应算珠动作。该方法的其他操作可包括使用该算盘形式表示及该一系列对应算珠动作来产生算盘动画。该方法也可包括在显示器上显示该动画。

在本发明的一些实施例中，提供一种用于训练用户操作算盘的基于计算机的方法。该方法可包括产生将由该用户解答的一系列数学问题，并将这些数学问题呈现给该用户以要求解答，其中各数学问题具有使用算盘的对应答案。该方法也可包括接受描述解答该一系列数学问题的算盘运算的用户输入。该方法可另外包括比较该用户输入与对应答案，以确定该用户输入的精确性，基于该用户输入的精确性，用公式表示用户精通度的度量，以及基于用户精通度的度量调整待解答的这一系列数学问题。

在本发明的一些实施例中，提供一种用于训练用户操作算盘的基于计算机的方法。该方法可包括产生一系列数学问题，并将这些数学问题转换为用于算盘的算珠操作的对应手部动作。该方法可包括产生对应手部动作的动画并将动画显示给用户。该方法也可包括接受描述数学问题的用户输入。该方法另外包括比较该用户输入与数学问题，以确定该用户输入的精确性，基于该用户输入的精确性，用公式表示用户精通度的度量，以及基于用户精通度的度量调整这一系列数学问题。

在本发明的一些实施例中，提供一种用于在计算机驱动显示器上显示模拟算盘运算的方法。该方法可包括接受待显示的算盘运算字符串，以及将该算盘运算字符串转换为用于算盘的算珠操作的对应手部动作。该方法也可包括产生对应手部动作的动画并在该计算机驱动显示器上显示动画。

在本发明的一些实施例中，提供一种算盘训练系统。该系统可包括具有用户输入装置及输出装置的用户接口装置。处理器可耦合至该用户接口装置。指令存储器可耦合至该处理器，且该指令存储器可具有处理器可执行指令，该指令用于使该处理器执行用于训练用户使用算盘的基于计算机的方法。

在本发明的一些实施例中，提供计算机程序产品。该计算机程序产品可包含计算机可读媒体，该计算机可读媒体上有计算机可执行指令，用于使计算机执行用于训练用户使用算盘的基于计算机的方法。

附图说明

本发明的其他特性及优点将藉由以示例方式共同说明本发明特性的下文详细描述及所附附图而变得明显，附图中：

图1是依据本发明的一些实施例的基于计算机的算盘训练系统的方框图。

图2是依据本发明的一些实施例的输入字符串的树状表示的图。

图3是数字162的算盘形式表示的图。

图4是依据本发明的一些实施例的另一基于计算机的算盘训练系统的方框图。

图5是依据本发明的一些实施例的计算机显示的用户接口的图。

图6是依据本发明的一些实施例的另一计算机显示的用户接口的图。

图7是依据本发明的一些实施例的另一计算机显示的用户接口的图。

具体实施方式

现在将参考附图中描绘的示意实施例，且本文将使用特定语言以描述这些示意实施例。然而将理解，并非意在限制本发明的申请专利范围。本领域并具有本公开的本领域技术人员可想到的本文所说明的本发明特性的变更及其它修改、以及如本文所说明的本发明原理的其它应用，应视为在本发明的范围内。

在描述本发明时，将使用以下术语：

除非上下文另行明确地指定，单数形式的“一”以及“该”包含复数指示物。因此，例如，对“一算珠”的引用包含对“一或多个算珠”的引用。

在本文中，数值数据可用范围格式表示或呈现。应该理解，这种范围格式仅为了方便及简洁而使用，并因此应灵活地解译为不仅包含如该范围的边界所明确记载的数值，也包含包括在该范围内的所有单个数值或子范围，如同明确地记载了各数值及子范围一样。作为说明，“约为1至5”的数值范围应解译为不仅包含明确记载的约为1至5的值，也包含在该指定范围内的单个值及子范围。因此，包含在此数值范围内的有单个值，诸如2、3、以及4，以及子范围，诸如1-3、2-4、以及3-5等。此相同原则适用于仅记载一个数值的范围，且无论被描述的范围或特征的宽度如何都适用。

如本文所使用的，为了方便，可将多个项目呈现在共同列表中。然而，这些列表应解释为该列表的各成员独立地被识别为分开且唯一的成员。因此，在没有相反指示的情况下，这种列表的单个成员不应仅基于成员出现在共同群组中而解释为相同列表的任何其他成员的实际等同。

本发明人已认识到用于算盘的基于计算机的训练系统可有助于减少传统现场算盘教学的缺点。然而，现有的基于计算机的系统具有有限能力。

例如，现有系统不提供手部的适当位置及使用的教学，且不提供检查用户对适当的手部及手指动作技巧的理解的能力。因此，在本发明的一些实施例中，可提供执行算盘运算的手部动作的显示。在本实施例的一些实施例中，可显示手部动作，而没有对应的算珠动作，且可测试该用户对对应于手部动作的运算的理解。

作为另一范例，现有系统不提供适应单个用户的训练需求的能力。然而，不同的个人以不同速率进步。部分学生可能受困于不同概念中并迅速地领会其他概念。因此，在本发明的一些实施例中，可基于该学生对不同技术的精通度的度量而呈现教学及练习问题。

作为另一范例，现有系统不提供交替地以文本形式及算盘形式接受输入及输出的能力。因此，在本发明的一些实施例中，数学问题的文本形式表示可转换为数字的算盘形式表示及算盘运算。算盘形式表示及算盘运算可显示给该用户。该算盘运算可与或不与对应的手部动作共同显示，或单独显示手部动作，如上文所提及。

转向图1，依据本发明的一些实施例的算盘训练系统以方框图形式描绘。该系统(大体示为100)可包括计算机系统102，计算机系统102可为通用或专用计算机系统。例如，该计算机系统可以是个人计算机、笔记本计算机、个人数字助理(PDA)或其他手持型装置(例如，行动电话)、工作站、迷你计算机、大型主机、超级计算机、多处理器系统、网络计算机、基于处理器的消费性电子装置等。该计算机系统可包括处理器104，处理器104能执行经由总线107或类似接口从指令存储器106接收的计算机可执行指令。该处理器可以是单个处理器或多个处理器(例如，设计成实施特定功能或任务的中央处理器及一或多个其他处理器)。该指令存储器可集成到与该处理器相同的半导体器件或封装中。该总线可被配置为连接该计算机系统的不同组件，且可包括任何各式总线结构，这些总线结构包括存储器总线或存储器控制器、外围总线、或使用任何各式总线架构的局部总线。该总线可用于互连该处理器、指令存储器、及其他组件，诸如大容量存储装置、输入/输出接口、网络接口等。

如下文另行描述的，计算机可执行指令可使处理器104协调该算盘训练系统的操作。该计算机可执行指令可永久地存储在指令存储器106中或暂时地存储在该指令存储器中，并例如经由接口112，从计算机可读媒体载入至该指令存储器中。该计算机可执行指令可包括可由该处理器访问的数据结构、对象、程序、例程、或其他程序模块。例如，计算机可执行指令可包括：诸如在该计算机系统的启动期间，用于建立通信或实现程序载入的操作系统指令。通常，计算机可执行指令使该处理器实施特定功能或功能群组，并且是用于执行本文揭示的方法的程序代码装置的范例。另外，该可执行指令的特定序列提供可用于执行这种方法的操作的对应动作的范例。

计算机可读媒体的范例包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电子可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、光碟只读存储器(CD-ROM)、数字视频光碟(DVD)、磁性媒体、或能提供可由处理器访问的数据或可执行指令的任何其他装置或组件。

计算机系统102可包括不同输入/输出接口，例如，包括至输入装置108及输出装置110的接口。可使用不同类型的输入装置，例如包括键盘120、鼠标124、或其他输入装置126类型(例如轨迹球、光笔、触控笔、摇杆、或其他指标装置；写字板或触控板；算盘控制器；游戏控制器；麦克风；数字相机等)。可用于将输入装置连接至该计算机系统的接口的范例包括串行端口、并行端口、游戏端口、通用串行总线(USB)、火线端口(IEEE 1394)等。输出装置可包括显示器130、扬声器132、或其他输出装置(诸如，打印机等)。可用于将输出装置连接至该计算机系统的接口的范例包括视频适配器、音频适配器、并行端口等。无须包括图1描绘或在本文描述的所有输入装置类型及输出装置类型，且系统可包括一种或多种不同的输入装置及输出装置类型、及各输入或输出装置类型的一个或多个。

计算机系统102可包括网络接口114，以使该系统能够与一或多个其他本地或远端计算机交换信息。网络接口可包括有线及无线连接，例如包括至局域网(LAN)、广域网(WAN)(例如，网际网络)、调制解调器、无线链路等的连接。在联网系统中，可访问的程序模块或其部分可存储在远端存储器存储装置中，并可经由该网络传输以载入至指令存储器106中。此外，在联网系统中，该计算机系统可加入分散式计算环境，其中，功能或任务由多个联网计算机来执行。例如，可使用客户端-服务器架构，其中部分功能由本地客户端计算机系统执行而其他功能由远端服务器计算机执行，通过网络连接来协调本地客户端计算机系统及远端服务器计算机的操作。服务器计算机可包括通常与该计算机系统相似的架构，且因此无须另行描述。

转向该算盘训练系统的操作，可依据本发明的一些实施例来提供不同的操作模式。例如，该系统可操作在教学模式、练习模式、测试模式、及这些模式的组合中。

在教学模式中，如下文另行描述的，该系统可在显示器上示范模拟算盘的运作、显示如何实际地操作算珠的手部动画、该模拟算盘及该手部动画。

在练习模式中，该系统可呈现将由该用户解答的问题，并检查该用户答案的精确性。例如，该系统可用文本形式呈现问题，并检查用户使用所显示的算盘控制或算盘控制器装置(例如，如下文另行描述的)的答案输入。作为另一范例，该系统可显示一系列手部动作(不含算珠的对应动作)，并检查描述所实施运算的用户文本输入。作为另一范例，该系统可显示一系列手部动作并检查该用户输入的算珠操作。用户的错误可触发教学指导或附加练习，以强化正确过程。

在测试模式中，该系统可用不同格式呈现问题(例如，藉由以文本、算盘、或手部动作格式等显示数学问题)，接受用户输入(例如，数学文本输入、算珠动作等)、并检查用户输入的精确度。藉由以下范例提供针对不同操作模式的附加细节及范例。

在一些实施例中，本发明可提供将输入文本字符串转换为对应算盘运算的转换。例如，该输入文本字符串可包括可显示在算盘上的数值及数学运算。作为特定范例，输入文本字符串可以是“3+4-2”。该输入文本字符串可由该系统解析以提取数值及数学运算。该输入文本字符串可分拆为单独符号(token)，且各符号以类型分类(例如，“数字”或“数学运算子”)。该输入字符串可用树状形式表示，其中该树的节点对应于数值且该树中的分枝对应于运算。例如，形式为“(1+4)*2-3”的复杂表示式可以图2所描绘的树状形式表示。

可将数值表示为算盘形式。众所周知的，可使用将每一档(rod)用于数字的不同数位的日式算盘来表示以10为基的数字。低于梁(bar)的算珠(有时称为下算珠)具有为1的值，且高于梁的算珠(有时称为上算珠)具有为5的值。使算珠滑向梁以表示值。因此，1至4的值是通过将1至4个下算珠向上滑动而表示，且5-9的值是通过将1至4个下算珠向上滑动并将上算珠向下滑动而表示。零通过使所有算珠从梁滑开而表示。例如，数字162.00如图3所描绘地呈现在日式算盘上。

当然，也可使用其他算盘样式及数字系统，且用于呈现不同系统中的数字的规则已为人所熟知。例如，算盘可用于以5为基、以16为基、以20为基、及其他基底的系统，这取决于算珠的数量及配置。因此，在本发明的一些实施例中，在使用不同基底的不同算盘类型上描述数字表示的规则可被包含在该系统中，以能够进行将数字转换为不同算盘形式表示的转换。

数学运算可描述为一系列的算珠动作。可将为人所知的用于在算盘上实施数学运算的各种不同技术编码到该系统中。例如，两个数A及B的加法可描述如下：

各数可分解为独立数位数字，例如A100、A10、以及A1；B100、B10、以及B1。例如，162可由A100＝1、A10＝6、A1＝2表示。将A的数位数字置于该算盘上，例如，从左至右将A100、A10、以及A1呈现在连续的档上(例如，如图3所示)。然后从左至右前进，在一档接一档的基础上，将B的数位数字加至A的各数位数字上。加法可通过加入B的数位数字而实施，或在进位的情形中，减去B的数位数字的补数并将一(进位)加至前一档。

其他数学运算也可使用已知技术在算盘上实施，包括例如减法、乘法、除法、以及开平方根。算盘可用于在算盘上的不同位置同时存储在该计算中使用的数个数字。

可在该系统中使用表示数学运算的各种方法。例如，数学运算可存储在数据库中。该数据库也可包含分等级的表示，其中一些数学运算根据其他数学运算而描述。

例如，数学概念可由该数据库内的对象定义。量子可定义为从0至9的单位数数字。原子可定义为彼此相加或相减的两个量子。分子可定义为以多个量子表示的多位数数字。量子及原子的群组可定义对应于该课程中的特定主题的族。如下文另行描述的，可给用户提供从特定主题制订的教学及练习。

用于评估该数学表示式的算盘动画可根据算盘形式表示及对应的一系列算珠动作而产生。例如，算珠动作可施加于数值的算盘形式表示，以得到一系列算珠动作及算盘表示的动画。该动画可显示在显示器上。在下文提供动画显示的其他范例及描述。

训练体系的一个方面可包含导引，给用户呈现练习问题。例如，在本发明的一些实施例中，该系统可输出一系列数学问题(可在算盘上解答)给该用户。该输出可以是文本表示、音频表示、或其他形式。例如，该系统可在显示器上输出数学问题的文本字符串表示(例如，显示“3+4-2+1”)。作为另一范例，该系统可使用语音合成器或录音片段来提供音频指令(例如，“加二”、“减七”、以及“除以三”)。作为另一范例，问题可在算盘动画上呈现，或仅显示手部动作(如下文另行描述)。

可在练习场景中输出问题，其中，呈现问题，并且该系统等待该用户输入答案。替代地，在考试场景中，问题可以以预定定时呈现，与该学生是否已输入回应无关。呈现限时练习或测试可有助于形成递增的速度。

问题可选自问题类型的各种分类中(课程主题)，且若有需要，可随机选择问题的参数。例如，可呈现加法问题，其中随机产生操作数。作为另一范例，可呈现混合的加法和减法的问题，其中问题的类型(加法或减法)是随机选择的。可控制问题产生的各种参数以实现期望的训练课程(例如，如下文所描述的)。

该系统可接受描述解答这一系列数学问题的算盘运算的用户输入。例如，该用户输入可通过所显示的算盘控制器的鼠标操作或从工具箱选取图标而提供。作为另一范例，该用户输入可经由算盘控制器、游戏控制器、或容许该用户操作算盘的实际算珠或相似类型装置的相似装置而提供。作为另一范例，可使用经由键盘的字母数字文本的用户输入，或可接受来自用户的手写输入(例如，藉由写字板或触控板)并转换为对应的字母数字文本。如上文提及的，可以将多于一个的数字输入到算盘上，例如，在执行乘法或除法时。

呈现给该用户的数学问题每个均可具有一个或多个使用算盘的对应解答方式。因此该用户输入答案的精确性可通过将其与对应答案比较而检查。例如，该用户输入及对应答案的比较可通过核对该用户输入的各独立算珠动作与该对应答案中的独立算珠动作而执行。可给该用户提供与其输入的精确度相关的立即反馈(例如，在训练或练习模式中)、表扬正确答案、在已输入大量不正确答案时的矫正指令。该系统也可产生分数(例如，在测试模式中)。

检查该用户的独立算珠动作是有利，因为可识别错误，并可给该用户提供立即反馈。这可有助于避免错误使用的强化。此也可有助于区分数学错误和算盘操作错误。

在一些情形中，存在多于一个可能的正确答案。此外，当处理复杂问题时，取得该正确答案的正确过程可能多于一个。作为另一范例，在一些情形中，用户可能能够输入一序列的动作，然后取消先前发生的部分动作，并因此得到正确答案。因此，或许并不总是可能指定单一正确的算珠动作序列。

若有需要，可使用贝叶斯(Bayesian)技术来执行用户输入的比较。例如，可形成具有与各种数学概念(例如，如上文所述的量子、原子、及分子)对应的节点的贝叶斯网络。数学问题可依据与不同节点对应的模板(template)而定义，且该用户输入与节点进行模式匹配。来自该模式匹配的结果可作为证据提交至贝叶斯网络。可评估该贝叶斯网络以提供与节点关联的更新概率。例如，概率可对应于该用户正确地理解或可正确地运用与该节点关联的数学概念的概率。因此节点概率可用于形成用户精通度的度量。

在执行模式匹配时，可能得到各种不同的匹配类型。例如，匹配类型可能是以下任一者：

逐字-与目标或目的的精确匹配

顺序中立-输入顺序不同但顺序无关紧要

顺序-节点匹配但顺序有误且顺序是重要的

不完整-呈现朝向目标或目的的部分步骤

已修正-输入节点包含稍后取消或修正的步骤

已指导-逐字匹配，因为教师执行该问题/任务(按Solve-It按键)

不标准-有效输入，但不标准

不匹配-输入不与任何标准匹配

用户精通度的度量可考虑该用户答案的精确性。当然，即便熟练的用户偶尔也可能犯错；因此，用户精通度的度量可考虑该用户精确性的历史。作为一范例，用户精通度的度量可由双弯曲函数表示。例如，精通度M可由下面的方程式给定

$M=\left|\frac{1}{1+e^{-\mathrm{ax}}}\right|$

其中x是正确回应的次数，且a为系数。系数a的不同值可以是有用的。例如a＝0.1，在8个连续正确的答案后给予约70％的精通度、在14个之后为80％、且在22个之后为90％。该系数值也可调整，例如，基于用户人口统计学信息、主题内容的难度或其他因素。x的初始值可设定为零或其他值，例如，基于用户人口统计学信息或用户自我评估的输入。

若有需要，可存储用户答案的历史。例如，具有0代表不正确答案且1代表正确答案的比特字符串可通过在每次更新时将0或1附加至该比特字符串而建立。例如，“0010111000”的历史字符串代表二个不正确答案，跟随着一个正确、一个不正确、三个正确、三个不正确答案等。若有需要，可分析该历史以确定与该学生的学习风格、在精通前的重复的次数、学习模式等有关的信息。基于这种分析的结果，可相应地调整该系数。

作为精通度度量的双弯曲函数的使用可有助于避免处罚有经验用户的偶然失误(例如，印刷错误)，而在得到精通度之前，需要大量的正确答案。例如，倾向于将从零开始并正确地回答了几个问题的用户保持在低精通度度量。另一方面，具有高数量正确答案的用户即使发生了数个失误也将不受严重处罚。

如上文所述的度量精通性的一个优点是若有需要，仅需要存储正确回应的次数x。因此，当用户回答问题，由于可递增或递减x的值，所以精通度度量的更新较不复杂。

如上文间接提及的，该课程可分为涵盖不同数学概念分类的许多不同主题领域。例如，一组分类的一个范例为：

数字表示(例如，23)

无进位加法(例如，12+21)

具有进位的加法(例如，45+9)

连锁问题(例如，123+32+202)

无借位减法(例如，7-2)

具有借位的减法(例如，21-19)

混合问题(例如，123-33+212)

当然，也可包含额外及其他的分类。可使用许多不同的分类配置，并且可以理解，本发明不受限于任何特定配置。若有需要，也可定义具有子分类、超分类、及多等级的层次化的数学概念配置。例如，单位数、多位数、十进位、以及正和负数的数字表示可以是该数字表示分类的子分类。也可度量不同的技术等级。例如，可呈现从已定义的性能等级(例如，官方珠算检定)制订的测试。

这一系列待解答的数学问题可基于用户精通度而调整。例如，可给用户呈现来自多个概念分类的混合问题(或同时涵盖多于一个分类的问题)。例如，这一系列数学问题可随机选自多个数学概念分类。可针对各分类维持精通度的度量。从不同分类选择的概率可基于用户对各分类的精通度的度量而改变。例如，已精通的分类可具有较低的概率，而尚未精通的分类可具有较高的概率。作为特定范例，概率可设定为使得具有非常低精通度的分类(例如，x≤8)呈现60％的时间、部分精通的分类(例如，8＜x＜14)呈现25％的时间、且已精通的分类(例如，x≥14)呈现10％的时间。

从中选择问题的可使用分类可基于该用户已通过的训练而调整。例如，数学概念可以以教学形式呈现，其后是呈现待解答问题的练习部分，以增强该数学概念。在练习部分期间，可度量用户精通度。当达到用户精通度的预定等级时，可以以教学形式呈现额外的数学概念，其后是另一练习部分。练习部分可呈现被选择以突出近期已教授的概念的问题，并可呈现测试先前已教授的概念的问题，以进行强化。当已教授多个概念后，可对各概念度量精通度，并调整问题以在精通度低于其他领域的领域中提供更多练习。当已作完额外教学时，可从额外分类中选择问题以呈现给该用户。在训练期间，当针对特定概念的用户精通度降到阈值以下时，可启动与该概念关联的教学。

可产生用户报告。例如，报告可提供分类列表及该用户在各分类中已得到的精通度。分类可以按照预定顺序呈现，或基于精通度从高至低(或从低至高)排序。作为另一范例，可产生显示该系统的多个用户的精通度等级的用户报告。例如，可以作为鼓励或竞争，提供记分板或比较。

转至该系统的显示方面，可使用数种不同的显示模式。在一些情况中，训练算盘使用的有价值的方面可以是确保该用户使用正确的手部位置及动作。因此，在一些实施例中，算盘运算的显示可包括手部位置动画的显示。此外，在一些情况中，期望可将仅有手部位置及动作而不显示对应的算珠动作的显示用于示范及概念测试。

例如，在教学或指导概念时，可单独显示算珠动作。然而，在这种情况，该用户可能会采用低效率的手部动作模式来操作算珠。因此，除了显示算珠动作外，也可同时显示对应的手部动作(例如，覆加在算珠动作上)。此可辅助该用户形成正确的技术。若有需要，可单独显示手部动作以强调训练的这一方面。

为测试对正确技术的理解，可显示一系列手部动作而不显示算盘，并询问该用户将要显示哪种数学运算。然后可接受用户输入并检查精确性。例如，用户输入可以是数字或所执行的数学运算的文本表示，或已执行的算珠动作。

如上文所述，精通度的度量可基于用户输入的精确性而产生，且额外的测试、教学、或其他功能可基于该用户已达到的精通度而触发。可使用不同技术来接受用户输入，如上文所述。

因此，在一些实施例中，该系统可包括与算盘运算及对应手部动作相关的数据库。该数据库可用于将待显示的算盘运算字符串转换为对应的手部动作。可产生并显示对应手部动作的动画。

也可产生并显示算珠动作的动画。相应地，显示可仅为手部动作、仅为算珠动作、或为手部动作及算珠动作二者。

如上文所述，待显示的算盘运算字符串可呈现为文本字符串，并转换为算珠位置及算珠动作。

现在应理解，该系统可以以多种形式提供算盘运算的表示及显示：文本形式、算盘算珠位置及动作，以及手部动作。因此，在一些实施例中，训练可包括使用多于一种显示形式呈现概念，并以一种形式提供输出给该用户并要求以不同形式输入。相信使用模式组合(例如，练习动作并观看重播动作)包括增强学习的多模态脑部活动。

已概括地描述了该系统的不同实施例的能力，并且以图4的方框图的形式示出了依据一些实施例的算盘训练系统的一个实现。该系统(大体示为400)可包括许多模块，这些模块可以以硬件、软件、或其组合而实现。该系统可包括用户输入接口402。例如，如上文所述，该用户输入接口可包括用于文本输入的键盘、用于操作屏幕控制器(例如，所显示的算盘控制器、工具箱、以及相似的输入控制类型)的鼠标、算盘控制器、游戏控制器等。该用户输入接口可包括用于将该用户输入处理为供其他模块使用的形式的软件驱动器，诸如对象消息或操作系统事件。图5-7提供了基于计算机的用户输入接口屏幕的范例。

可将文本格式的用户输入提供给文本解析器404，文本解析器404可运算以提取数值及数学运算。

系统400可包括问题产生器406，例如，用于产生待由用户解答的问题。该问题产生器可使用用于产生已产生问题的参数、选择问题类型(例如，分类)、或二者的随机数产生器416。可使用算盘运算数据库408及手部位置数据库410将所产生问题转换为对应的算盘运算及用于操作算珠的手部位置。为了测试用户，可使用检查器412比较对应算盘运算及用户输入。基于用户输入的精确性，精通度计算器414可形成用户精通度的一或多个度量。可将该用户精通度提供给问题产生器406，以容许调整所产生问题的类型。

例如，如上文所述，检查器412可被配置成针对算盘运算输入执行用户输入的算珠对算珠的比较。作为另一范例，如上文所述，该检查器可包括贝叶斯网络，并执行贝叶斯分析。

问题可用不同方式呈现给该用户。例如，可使用语音合成器420，将问题经由音频输出接口422呈现给该用户。作为其他范例，问题可经由显示接口418显示给该用户。该音频输出接口及用户显示接口可包括用于接受来自其他模块的输出的软件驱动器，诸如对象消息或操作系统事件。图5-7提供了基于计算机的用户输出接口屏幕的范例。

问题可以以文本、算盘格式、手部动画显示、或其他格式而显示。算盘的动画可基于来自算盘运算数据库408的输出，由算盘动画产生器424产生。手部动作的动画可基于来自手部位置数据库410的输出，由手部动画产生器426产生。

动画产生器424、426的操作可使用不同技术。例如，示出了基本动作的一系列图像(例如，各种下算珠的姆指动作，上算珠的食指动作)可串在一起以示出复杂动作(例如，清除算盘)。作为另一范例，动画可基于计算机产生的虚拟模型的图像而执行。例如，该算盘可建模为在不同位置的一系列几何形状、和通过模型的基于计算机的呈现而产生的可显示图像。已为人所知的不同动画技术可使用在本发明的实施例中，且因此不必另行描述。

该系统也可包括教学产生器428。该教学产生器可藉由算盘动画、手部动画、或二者的显示而提供不同算盘运算的教学。该教学产生器可基于用户精通度的度量、或经由用户输入而触发。

尽管图4表示依据本发明的一些实施例的系统的一种实现，但是可以理解，可使用不同模块的其他配置。例如，由不同模块执行的功能可组合到单一模块中；且由已说明的模块执行的功能可分散到分离的模块中。不同接口及数据通信可在模块之间实现。

如上文所提及，一些模块可用软件实现。例如，软件可具有计算机可执行指令的形式，具有以不同语言(例如C、C++、C#等)写成的原始代码所产生的目标代码的形式。模块在面向对象的变成语言中可实现为对象。数据库可使用结构化查询语言(SQL)定义并编译为计算机可读形式。作为另一范例，计算机可执行指令可以具有Java指令的形式，用于在具有Java虚拟机器实现的任何计算机上执行。例如，用户输入接口及用户显示的部分可实现为在网页浏览器内执行的Java小程序。该系统的其他部分可实现在例如网络服务器中。

模块可用硬件实现。例如，该系统的部分可用分立硬件、现场可编程门阵列(FPGA)、或专用集成电路(ASIC)实现。

虽然至此的讨论主要地聚焦在该系统的一用户，但是可以理解，该系统可容纳多个用户。例如，该系统可针对多个不同用户中的每一个存储用户精通度的度量。该系统的各用户可经由登录名称(若有需要的话，还有关联密码)识别。

图5描绘了依据本发明的一些实施例的基于计算机的用户接口的截屏。用户接口500可包括模拟算盘显示502。该模拟算盘可用于提供算珠动作或最终算盘位置的输出动画。该模拟算盘也可用于算盘动作的输入，诸如使用鼠标以操作独立算珠。列表窗504可包括可呈现的教学课程的列表。文本输入窗506可用于输入文本输入(例如，待解答的数学问题，诸如如图所示的1+45+237)或文本输出。也可提供多种其他控制及显示，包括例如便签本窗508、控制510(例如，用于暂停、开始、停止、倒带、及前进教学课程)、模式控制等。该用户接口显示的不同方面可由该用户控制或调整，包括例如启用及禁用该显示的部分、改变算盘尺寸、及其他特性。

图6描绘了依据本发明的一些实施例的用户接口的另一截屏。用户接口600可视为通常包括与图5中的特性相似的特性，但是在显示算珠的操作时还显示手部动画602。该手部动画显示可基于用户要求、教学模式、及测试模式而选择性地启用或禁用。

图7描绘了示出使用算盘来同时输入并操作多个数字的用户接口的另一截屏。例如，在执行乘法及除法时，一些技术包括在该算盘上操作两个或多个数字。因此，算盘显示对象可包括控制，以容许将该算盘对象分割以用于多数字输入、显示、以及控制。例如，如图所示，将乘数17及23二者存储在算盘中并用于计算乘积391。

在此总结并重申，已开发了基于计算机的训练系统及方法。可包括诸如对应于该等算珠动作的手部动作的显示、测试用户对已显示手部动作的理解、在文本形式及算盘形式表示之间的转换、及适应性训练的能力。

虽然已说明了许多示意性应用，但是当前揭示的技术的许多其他应用可能证明是有用的。因此，上文提及的配置是本发明原理的一些应用的示意。对于本领域技术人员而言显而易见的是，可进行大量修改而不背离权利要求所陈述的本发明的原理及概念。

Claims (30)

1.一种用于在计算机驱动显示器上显示模拟算盘运算的方法，包括：

接收待显示的算盘运算字符串；

将所述算盘运算字符串转换为针对该算盘的算珠操作的对应手部动作；

根据所述对应手部动作，产生手部的动画图像；且

将所述对应手部动作的动画显示在所述计算机驱动显示器上。

2.如权利要求1所述的方法，其中将所述算盘运算字符串转换为对应手部动作的步骤包括：访问包含多个算盘运算的数据库。

3.如权利要求1所述的方法，还包括：

产生算盘的动画图像；和

将算盘的动画图像显示在显示器屏幕上。

4.如权利要求1所述的方法，还包括：

给用户提供输出，该输出要求该用户键入描述与所显示动画相对应的数学运算的输入；

接收来自该用户的输入；和

比较来自该用户的输入和所述算盘运算字符串，以确定用户输入的精确性。

5.如权利要求4所述的方法，还包括：基于来自该用户的输入的精确性，用公式表示用户精通度的度量。

6.如权利要求4所述的方法，还包括：给该用户提供与来自该用户的输入的精确性相关的反馈。

7.如权利要求4所述的方法，其中比较该用户输入的步骤包括：

使用多个节点，形成与所述算盘运算字符串相对应的数学问题的贝叶斯网络模型，其中所述多个节点中的每一个对应于数学概念并具有对应节点概率；

将来自该用户的输入与所述多个节点进行模式匹配，以得到比较结果；

使用所述比较结果来评估该贝叶斯网络，以得到至少一个更新的节点概率；和

基于所述至少一个更新的节点概率，用公式表示用户精通度的度量。

8.如权利要求1所述的方法，其中待显示的所述算盘运算字符串被表示为文本字符串。

9.如权利要求8所述的方法，还包括：

解析所述输入文本字符串，以提取数值及数学运算；

将所述数值转换为算盘形式表示；和

将所述数学运算转换为一系列的对应算珠动作。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述数值包含以十为基的十进制数。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述数学运算包括加法、减法、乘法、以及除法中的任意一个。

12.如权利要求9所述的方法，其中解析所述文本字符串的步骤包括：

识别所述文本字符串内的单独符号；

将各单独字符分类为数值或数学运算。

13.如权利要求12所述的方法，还包括：使用所述符号来形成所述文本字符串的树状表示。

14.一种用于训练用户操作算盘的基于计算机的方法，包括：

产生一系列数学问题；

将所述数学问题转换为针对算盘的算珠操作的对应手部动作；

产生所述对应手部动作的动画；

给用户显示该动画；

接受描述所述数学问题的用户输入；

比较所述用户输入与所述数学问题，以确定该用户输入的精确性；

基于该用户输入的精确性，用公式表示用户精通度的度量；和

基于用户精通度的度量，调整这一系列数学问题。

15.如权利要求14所述的方法，其中接受用户输入的步骤包括：接受显示算盘控制的鼠标操作，以定义算珠动作。

16.如权利要求15所述的方法，其中接受鼠标操作的步骤包括：接受在显示算盘控制中并列地呈现的多个数字的输入。

17.如权利要求14所述的方法，其中接受用户输入的步骤包括：接受来自算盘控制器的算珠输入。

18.如权利要求15所述的方法，其中比较所述用户输入的步骤包括：检查由所述用户输入的各单独算珠动作。

19.如权利要求14所述的方法，其中比较所述用户输入的步骤包括：

使用多个节点形成所述数学问题的贝叶斯网络模型，其中所述多个节点中的每一个对应于数学概念并具有对应节点概率；

将所述用户输入与所述多个节点进行模式匹配，以得到比较结果；

使用所述比较结果评估所述贝叶斯网络，以得到至少一个更新的节点概率；和

基于所述至少一个更新的节点概率，更新用户精通度的度量。

20.如权利要求14所述的方法，其中产生一系列数学问题的步骤包括：随机地选择所述数学问题的参数。

21.如权利要求14所述的方法，其中用公式表示用户精通度的度量的步骤包括：测量对应于多个数学概念类型的用户精通度。

22.如权利要求21所述的方法，其中产生一系列数学问题的步骤包括：从所述多个数学概念类型中随机地选择所述数学问题的种类。

23.如权利要求22所述的方法，其中调整这一系列数学问题的步骤包括：基于针对所述多个数学概念类型中每一个的用户精通度的度量，改变针对所述多个数学概念类型的选择概率。

24.如权利要求14所述的方法，还包括：给用户提供与用户输入的精确性相关的反馈。

25.如权利要求14所述的方法，还包括：当与数学概念相关联的用户精通度低于阈值时，显示针对该数学概念的教学。

26.如权利要求14所述的方法，还包括：针对多个不同用户中的每一个，存储用户精通度的度量。

27.一种用于训练用户操作算盘的系统，包括：

用于产生一系列数学问题的装置；

用于将所述数学问题转换为针对算盘的算珠操作的对应手部动作的装置；

用于产生所述对应手部动作的动画的装置；

用于给用户显示该动画的装置；

用于接受描述所述数学问题的用户输入的装置；

用于比较所述用户输入与所述数学问题，以确定用户输入的精确性的装置；

用于基于用户输入的精确性，用公式表示用户精通度的度量的装置；和

用于基于用户精通度的该度量，调整这一系列数学问题的装置。

28.如权利要求27所述的系统，其中用于用公式表示用户精通度的度量的装置包括：用于测量与多个数学概念类型相对应的用户精通度的装置。

29.如权利要求28所述的系统，其中用于产生一系列数学问题的装置包括：用于从所述多个数学概念类型中随机地选择数学问题的种类的装置。

30.如权利要求29所述的系统，其中用于调整这一系列数学问题的装置包括：用于基于针对所述多个数学概念类型中的每一个的用户精通度的度量，改变针对所述多个数学概念类型的选择概率的装置。

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