CN108831262A - 建筑数学思维能力训练教具及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种建筑数学思维能力训练教具及其使用方法，教具包括图形和空间能力训练单元、数及数的计算能力训练单元、概率和统计能力训练单元、逻辑推理思维能力训练单元、量与测量能力训练单元、建筑积木单元和情景导入绘本；图形和空间能力训练单元、数及数的计算能力训练单元、概率和统计能力训练单元、逻辑推理思维能力训练单元和量与测量能力训练单元分别用于对学生的图形和空间能力、数及数的计算能力、概率和统计能力、逻辑推理思维能力和量与测量能力进行训练。优点为：不仅可以全面有效的对学生的建筑数学思维能力进行训练，而且，可以显著增强建筑数学思维能力过程中的趣味性，从而充分调动学生的学习积极性，提高学习效果。

Description

建筑数学思维能力训练教具及其使用方法

技术领域

本发明属于数学教具技术领域，具体涉及一种建筑数学思维能力训练教具及其使用方法。

背景技术

数学学科是一门非常抽象的学科，目前学生的数学教育模式主要为：学校以书本为载体，以读写看为主要形式，从而培养学生的各种数学思维能力。然而，对于低龄学生进行数学启蒙教学时，如果主要依靠书本进行教学，则存在以下问题：(一)教学方式枯燥，尤其对于低龄学生，无法充分调动学生的学习积极性，导致学生的学习积极性较差；(二)学生仅靠书本方式学习数字，对数学的理解认识不够深刻，导致学生难以真正理解数学的各种概念和知识，因此，对学生数学思维能力训练的效果较差。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种建筑数学思维能力训练教具及其使用方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种建筑数学思维能力训练教具，包括图形和空间能力训练单元(A)、数及数的计算能力训练单元(B)、概率和统计能力训练单元(C)、逻辑推理思维能力训练单元(D)、量与测量能力训练单元(E)、建筑积木单元和情景导入绘本；

所述建筑积木单元包括多个以原木为材料的积木元件，积木元件是以古典建筑基本元素作为积木基础进行设计的，各个所述积木元件通过组合搭建，搭建得到各个类型的古典建筑三维模型；

所述情景导入绘本是以生活为原型，以各种人物动物为主体的故事情境内容；

所述图形和空间能力训练单元(A)、所述数及数的计算能力训练单元(B)、所述概率和统计能力训练单元(C)、所述逻辑推理思维能力训练单元(D)和所述量与测量能力训练单元(E)，分别用于结合所述情景导入绘本，对学生的图形和空间能力、数及数的计算能力、概率和统计能力、逻辑推理思维能力和量与测量能力进行训练。

优选的，所述图形和空间能力训练单元(A)包括工作板(A-1)、基础元件 (A-2)、基础轨道(A-3)、提升装置(A-4)、下落装置(A-5)和测试球(A-6)；在所述工作板(A-1)上方，根据任务需求对基础元件(A-2)、基础轨道(A-3)、提升装置(A-4)和/或下落装置(A-5)进行搭建组成，从而对学生的图形和空间能力进行训练；

其中，所述基础元件(A-2)包括各种基础形状的积木块；所述基础轨道(A-3) 包括各种截面尺寸相同、具有凹槽或孔的可供所述测试球(A-6)通过的积木块；

所述提升装置(A-4)包括支撑座体(A-4.1)、提升外壳(A-4.2)、提升操作手柄(A-4.3)和限位臂(A-4.4)；

所述支撑座体(A-4.1)具有垂直设置的第1提升轨道(A-4.1.1)；所述提升操作手柄(A-4.3)和所述限位臂(A-4.4)分别位于所述第1提升轨道(A-4.1.1) 的左右两侧；并且，所述提升操作手柄(A-4.3)的一端与所述支撑座体(A-4.1) 的左侧铰接，所述提升操作手柄(A-4.3)的另一端位于所述第1提升轨道 (A-4.1.1)的前方，用于将所述测试球(A-6)向上弹出；所述限位臂(A-4.4) 的一端与所述支撑座体(A-4.1)的右侧铰接，所述限位臂(A-4.4)的另一端位于所述第1提升轨道(A-4.1.1)的前方，且位于所述提升操作手柄(A-4.3)的上方，用于防止被所述提升操作手柄(A-4.3)弹出的所述测试球(A-6)回落；

在所述支撑座体(A-4.1)的上面搭建所述提升外壳(A-4.2)，所述提升外壳(A-4.2)的内部具有垂直设置的第2提升轨道(A-4.2.1)，所述第2提升轨道 (A-4.2.1)的入口端与所述第1提升轨道(A-4.1.1)的出口端连通；

所述下落装置(A-5)包括基座(A-5.1)、固定凹槽(A-5.2)和下落手柄 (A-5.3)；

所述基座(A-5.1)为圆筒形状，所述基座(A-5.1)的内部形成倾斜向下的下落轨道(A-5.1.1)；所述基座(A-5.1)的上方固定安装所述固定凹槽 (A-5.2)，所述固定凹槽(A-5.2)的底部具有与所述基座(A-5.1)的内部连通的球体出口；在所述固定凹槽(A-5.2)和所述基座(A-5.1)之间安装所述下落手柄(A-5.3)，所述下落手柄(A-5.3)的一端通过轴(A-5.4)与所述基座(A-5.1)铰接，所述下落手柄(A-5.3)位于所述球体出口的下方，所述下落手柄(A-5.3)的另一端与所述固定凹槽(A-5.2)之间固定安装复位弹簧；当所述下落手柄(A-5.3)被下压时，所述下落手柄(A-5.3)绕所述轴(A-5.4) 向下转动，进而释放所述球体出口，所述测试球(A-6)从所述球体出口下落后，落到所述下落轨道(A-5.1.1)下，并沿所述下落轨道(A-5.1.1)向下滚动。

优选的，所述数及数的计算能力训练单元(B)包括支架(B-1)，所述支架 (B-1)上安装可在垂直面转动的提升齿轮(B-2)，所述提升齿轮(B-2)的齿盘上等间距开设若干个相同孔径的容置通孔(B-3)，各个所述容置通孔(B-3) 呈圆形排列，所述容置通孔(B-3)的孔径大于被采用的球体直径；齿盘上位于最低位置的容置通孔(B-3)所对应的位置为入口位置；齿盘上位于最高位置的容置通孔(B-3)所对应的位置为出口位置；

在所述提升齿轮(B-2)的正面和反面各布置第1挡板(B-4)和第2挡板(B-5)；当所述提升齿轮(B-2)转动时，所述第1挡板(B-4)和所述第2挡板(B-5)固定不动；其中，所述第1挡板(B-4)在齿盘的正面挡住所述入口位置到所述出口位置之间呈弧形排列的各个容置通孔(B-3)，同时，所述第1挡板(B-4)未挡住所述入口位置对应的容置通孔(B-3)，但所述第1挡板(B-4)挡住所述出口位置对应的容置通孔(B-3)；所述第2挡板(B-5)在齿盘的背面挡住所述入口位置到所述出口位置之间呈弧形排列的各个容置通孔(B-3)，同时，所述第2 挡板(B-5)挡住所述入口位置对应的容置通孔(B-3)，但未挡住所述出口位置对应的容置通孔(B-3)；

还包括入口轨道(B-6)、出口轨道(B-7)和齿轮转动驱动机构；所述入口轨道(B-6)的出口端与齿盘正面的入口位置对应的容置通孔(B-3)连通；并且，所述入口轨道(B-6)为倾斜轨道，所述入口轨道(B-6)的入口端高于所述入口轨道(B-6)的出口端；所述出口轨道(B-7)的入口端与齿盘背面的出口位置对应的容置通孔(B-3)连通；并且，所述出口轨道(B-7)为倾斜轨道，所述出口轨道(B-7)的入口端高于所述出口轨道(B-7)的出口端；

所述齿轮转动驱动机构与所述提升齿轮(B-2)联动，用于驱动所述提升齿轮(B-2)转动。

优选的，所述齿轮转动驱动机构包括拨叉(B-8)、传动杆(B-9)、异形半轮(B-10)、异形半轮驱动件(B-11)以及底座(B-19)；

所述异形半轮(B-10)通过第1转轴(B-12)与所述底座(B-19)转动连接；所述传动杆(B-9)为三角形传动结构，其具有的三个顶点分别记为：将位于顶部的顶点称为第1顶点，将位于底边左侧的顶点称为第2顶点，将位于底边右侧的顶点称为第3顶点；所述传动杆(B-9)在第1顶点位置通过第2转轴(B-13) 与所述拨叉(B-8)转动连接，所述传动杆(B-9)在第2顶点位置通过第3转轴 (B-14)与所述底座(B-19)转动连接；所述传动杆(B-9)在第3顶点位置通过第4转轴(B-15)可转动安装滚轮(B-16)；所述滚轮(B-16)与所述异形半轮(B-10)的外表面接触；所述异形半轮(B-10)转动过程中，每转动一周，通过传动杆(B-9)带动拨叉(B-8)向前拨动提升齿轮(B-2)的一个齿，如此不断循环，实现不断向前拨动提升齿轮(B-2)的效果。

优选的，所述异形半轮(B-10)的外表面包括弧面(B-10.1)和曲面(B-10.2)；所述弧面(B-10.1)的两端分别与所述曲面(B-10.2)的两端相接，将相接点分别记为第1支撑点(B-10.3)和第2支撑点(B-10.4)；其中，所述异形半轮(B-10) 的转动点(B-10.5)到所述第1支撑点(B-10.3)的距离，与所述异形半轮(B-10) 的转动点(B-10.5)到所述第2支撑点(B-10.4)的距离相等，该距离大于所述转动点(B-10.5)到所述异形半轮(B-10)外表面其他位置的距离；

当所述异形半轮(B-10)转动过程中，当转动到所述第1支撑点(B-10.3) 与所述滚轮(B-16)接触时，异形半轮(B-10)通过传动杆(B-9)带动拨叉(B-8) 向前拨动提升齿轮(B-2)的齿A；然后，当异形半轮(B-10)转动到所述曲面 (B-10.2)与所述滚轮(B-16)接触时，由于对滚轮(B-16)的支撑高度变低，因此，异形半轮(B-10)通过传动杆(B-9)带动拨叉(B-8)离开齿A，并使拨叉(B-8)叉入到位于齿A下面的齿B的间隙中；然后，异形半轮(B-10)继续转动到第2支撑点(B-10.4)与所述滚轮(B-16)接触，由于对滚轮(B-16)的支撑高度变高，因此，异形半轮(B-10)向上抬起传动杆(B-9)，进而通过传动杆(B-9)带动拨叉(B-8)向前拨动齿B，如此使提升齿轮(B-2)转动。

优选的，所述概率和统计能力训练单元(C)包括旋转装置(C-1)和统计装置(C-2)；

所述旋转装置(C-1)包括旋转盘(C-1.1)、色板(C-1.6)和旋转轴(C-1.9)；所述旋转盘(C-1.1)的底部中心位置固定安装底盘(C-1.2)，所述旋转盘(C-1.1) 的顶部中心位置固定安装轴承(C-1.3)，所述轴承(C-1.3)的下部嵌入到所述底盘(C-1.2)的内部，且使所述轴承(C-1.3)的外套与所述底盘(C-1.2)的内壁固定连接；所述轴承(C-1.3)的上部延伸到所述旋转盘(C-1.1)的盘面上方形成突出部；所述旋转轴(C-1.9)竖直设置，所述旋转轴(C-1.9)的底部嵌入到所述轴承(C-1.3)的内套；

在所述轴承(C-1.3)的外套等间距开设若干个第1水平插槽(C-1.4)；所述旋转盘(C-1.1)的外边缘对应开设若干个第2水平插槽(C-1.5)；每个色板 (C-1.6)的一侧具有第1插件(C-1.7)，另一侧具有第2插件(C-1.8)，使所述色板(C-1.6)的第1插件(C-1.7)插入到所述第1水平插槽(C-1.4)，使所述色板(C-1.6)的第2插件(C-1.8)插入到所述第2水平插槽(C-1.5)，多个色板(C-1.6)插接完成后形成完整的圆形结果展示面板；

所述统计装置(C-2)包括统计盘(C-2.1)和若干张颜色卡片(C-2.2)。

优选的，所述逻辑推理思维能力训练单元(D)包括：底座(D-1)，所述底座(D-1)的一侧设置结果展示训练单元；所述底座(D-1)的另一侧设置预览展示单元；

其中，所述结果展示训练单元包括第1主轴(D-2)、第1左支撑座(D-3)、第1右支撑座(D-4)、结果展示单元(D-5)、支撑板(D-6)和第1主轴驱动机构 (D-7)；所述第1左支撑座(D-3)和所述第1右支撑座(D-4)左右对称安装于所述底座(D-1)上面；所述第1主轴(D-2)的左右两侧分别可转动安装于所述第1左支撑座(D-3)和所述第1右支撑座(D-4)的支撑孔中；所述第1主轴驱动机构(D-7)与所述第1主轴(D-2)联动，用于驱动所述第1主轴(D-2)转动；在所述第1左支撑座(D-3)和所述第1右支撑座(D-4)之间固定安装所述支撑板(D-6)，所述支撑板(D-6)位于所述第1主轴(D-2)的上方；在所述支撑板 (D-6)上，等间距布置若干个结果展示单元(D-5)，每个所述结果展示单元(D-5) 均包括三个呈三角形布置的结果展示面板(D-5.1)；每个所述结果展示单元 (D-5)的底部与位于支撑板(D-6)下面的第1齿轮(D-8)固定连接；所述第1 齿轮(D-8)为水平齿轮；并且，每个所述第1齿轮(D-8)均与对应的固定安装于第1主轴(D-2)上的第2齿轮(D-9)啮合；当所述第1主轴(D-2)转动时，通过第2齿轮(D-9)和第1齿轮(D-8)的啮合传递作用，带动所述结果展示单元(D-5)旋转，每转动120度，各个所述结果展示单元(D-5)的位于前侧的结果展示面板即拼为一个平面面板。

优选的，所述量与测量能力训练单元(E)包括基座(E-1)、水平旋转机构、俯仰调节机构以及发射机构；

所述水平旋转机构包括固定座(E-2)和活动座(E-3)；所述固定座(E-2) 的底部固定安装于所述基座(E-1)的上面；所述固定座(E-2)的水平截面为圆环形，所述固定座(E-2)靠近顶部的外圆表面设置有水平旋转指示刻度带 (E-4)；所述活动座(E-3)的底部套于所述固定座(E-2)的顶部外缘，所述活动座(E-3)可沿所述固定座(E-2)进行水平旋转，并且，所述活动座(E-3) 的下面固定安装第1指示标记(E-5)；所述第1指示标记(E-5)位于所述水平旋转指示刻度带(E-4)的外面；

所述俯仰调节机构包括固定支撑座(E-6)、套箍(E-7)和俯仰轴(E-8)；所述固定支撑座(E-6)的底部固定安装于所述活动座(E-3)的顶部；所述固定支撑座(E-6)的靠近顶部的外圆表面设置有俯仰指示刻度带(E-9)，所述俯仰指示刻度带(E-9)上面的刻度线呈半圆形布置；在半圆形的圆心位置开设有通孔(E-16)；所述套箍(E-7)包括套箍本体(E-7.1)以及固定于所述套箍本体(E-7.1)下面的插销(E-7.2)，所述插销(E-7.2)的外面固定有圆环状凸起(E-7.3)；所述插销(E-7.2)插入到所述通孔(E-16)中，并使所述圆环状凸起(E-7.3)穿过所述通孔(E-16)而延伸到通孔外面，在所述圆环状凸起 (E-7.3)上面固定安装第2指示标记(E-10)；所述俯仰轴(E-8)水平穿过所述通孔(E-16)、所述插销(E-7.2)的底部以及所述圆环状凸起(E-7.3)的环心，进而将所述套箍(E-7)和所述固定支撑座(E-6)装配到一起，使所述套箍(E-7)可相对于所述固定支撑座(E-6)进行俯仰调节；

所述发射机构包括外筒(E-11)、内筒(E-12)以及动力装置(E-13)；所述内筒(E-12)装配于所述外筒(E-11)的内部，所述内筒(E-12)在所述动力装置(E-13)的驱动作用下，进行发射动作；所述外筒(E-11)的外周套接所述套箍(E-7)的套箍本体(E-7.1)，进而实现所述外筒(E-11)和所述套箍 (E-7)的连接固定。

优选的，所述动力装置(E-13)包括：复位弹簧(E-13.1)、手摇轮(E-13.2)、棘轮(E-13.3)、棘轮轴(E-13.4)、齿轮(E-13.5)、止逆棘爪(E-13.6)、棘爪手柄(E-13.7)和齿槽(E-13.8)；

所述复位弹簧(E-13.1)连接在所述内筒(E-12)和所述外筒(E-11)之间；所述内筒(E-12)上开设所述齿槽(E-13.8)；

所述手摇轮(E-13.2)和所述棘轮(E-13.3)均同轴固定安装于所述棘轮轴(E-13.4)的一端，所述棘轮轴(E-13.4)的另一端固定安装所述齿轮(E-13.5)，所述齿轮(E-13.5)与所述齿槽(E-13.8)啮合；当所述手摇轮(E-13.2)转动时，同时带动所述棘轮(E-13.3)和所述齿轮(E-13.5)转动，当所述齿轮 (E-13.5)转动时，既推动所述齿槽(E-13.8)运动，进而实现所述内筒(E-12) 相对于所述外筒(E-11)的运动；

所述止逆棘爪(E-13.6)的一端与所述外筒(E-11)通过棘爪转轴(E-13.9) 可转动连接，所述止逆棘爪(E-13.6)的另一端卡入所述棘轮(E-13.3)，使所述棘轮(E-13.3)只能进行单向逆时针转动；所述止逆棘爪(E-13.6)与所述棘爪手柄(E-13.7)连接，当所述棘爪手柄(E-13.7)向上被提起时，带动所述止逆棘爪(E-13.6)绕棘爪转轴(E-13.9)顺时针转动，进而释放所述止逆棘爪(E-13.6)对所述棘轮(E-13.3)的单向限位作用。

本发明还提供一种基于建筑数学思维能力训练教具的使用方法，包括以下步骤：

(一)当需要对学生的图形和空间能力进行训练时，采用图形和空间能力训练单元(A)，以游戏的方式引入图形和空间的概念，借用情景导入绘本辅助工具，以任务的形式引导学生理解图形和空间的知识，从而实现对学生图形和空间能力的训练，具体的，根据情景导入绘本，在工作板(A-1)上方，根据任务需求对基础元件(A-2)、基础轨道(A-3)、提升装置(A-4)和/或下落装置 (A-5)进行搭建组成某种特定的三维模型，在将测试球放置在三维模型的入口后，测试球通过轨道、下落装置5和提升装置(A-4)的作用，顺利滑动到三维模型的出口；

其中，提升装置(A-4)对测试球进行提升的方法为：当测试球通过辅助轨道滑动到提升操作手柄(A-4.3)和限位臂(A-4.4)之间的间隙时，此时，提升操作手柄的末端位于测试球的下面，限位臂的末端位于测试球的上面；然后，向下按压提升操作手柄，使提升操作手柄绕转轴逆时针转动，提升操作手柄末端向上抬升，从而向上弹出测试球，测试球通过第1提升轨道(A-4.1.1)和第2 提升轨道(A-4.2.1)后，从第2提升轨道(A-4.2.1)的顶端的出口弹出；其中，在测试球向上弹出的过程中，在经过限位臂(A-4.4)时，会使限位臂(A-4.4)绕自身转轴顺时针转动一个小角度，在测试球越过限位臂后，限位臂又在回复力的作用下复原，使限位臂的末端挡在第1提升轨道(A-4.1.1)上，从而防止已被弹出的测试球回落；

下落装置(A-5)引导测试球下落的方法为：

在没有对下落手柄(A-5.3)进行操作时，下落手柄(A-5.3)在复位弹簧的作用下保持水平状态，此时，下落手柄(A-5.3)封堵固定凹槽(A-5.2)的测试球出口；测试球进入到固定凹槽(A-5.2)内；然后，向下按压下落手柄 (A-5.3)，下落手柄(A-5.3)绕轴(A-5.4)进行顺时针转动，从而使下落手柄和固定凹槽(A-5.2)的测试球出口之间形成间隙，因此，测试球滑动该间隙后落入到下落轨道(A-5.1.1)上，并沿下落轨道(A-5.1.1)向下滑动；然后，当松开下落手柄(A-5.3)时，下落手柄(A-5.3)在复位弹簧的作用下又回复到水平状态；

(二)当需要对学生的数及数的计算能力进行训练时，采用数及数的计算能力训练单元(B)，数及数的计算能力训练单元(B)对学生进行数及数的计算能力训练的过程包括：

(2.1)在入口轨道(B-6)放置所需数量、所需颜色的球体，由于入口轨道(B-6)是倾斜轨道，因此，球体Q在重力作用下沿入口轨道(B-6)向前滚动；由于入口轨道(B-6)的出口与提升齿轮(B-2)最低位置的容置通孔D连通，并且，容置通孔D的背面通过第2挡板(B-5)挡住，因此，球体Q可沿入口轨道(B-6) 顺序滚动到容置通孔D内，并由于第2挡板(B-5)和球体的惯性，球体Q短时间内不会脱离容置通孔D；

(2.2)启动齿轮转动驱动机构，齿轮转动驱动机构驱动提升齿轮(B-2) 转动；容置通孔D携带球体Q的位置不断升高，在球体Q随容置通孔D不断转向高位置的过程中，容置通孔D的正反两侧同时被第1挡板(B-4)和第2挡板(B-5) 所挡住，因此，可保证在球体Q转动升高过程中，球体Q不会脱离容置通孔D；

当提升齿轮(B-2)带动容置通孔D转动到最顶部位置时，此时，最顶部位置仅被第1挡板(B-4)挡住，没有被第2挡板(B-5)挡住，并且，最顶部位置与出口轨道(B-7)连通；因此，当容置通孔D携带球体Q转动到最顶部位置时，在惯性的作用下，球体Q被投入到出口轨道(B-7)上；

(2.3)由于出口轨道(B-7)为倾斜轨道，因此，当球体Q进入到出口轨道 (B-7)后，在球体重力作用下，球体Q沿出口轨道(B-7)向下滑动，出口轨道 (B-7)的出口端连接思维盘；则球体Q进入到思维盘中；

在启动齿轮转动驱动机构后，如果在入口轨道(B-6)放置多个球体，则齿轮转动驱动机构会依次将入口轨道(B-6)的球体输送到思维盘中，并在思维盘中按先后顺序排成一列，通过观察到达思维盘的球体，进而训练数及数的计算能力；

(三)当需要对学生的概率和统计能力进行训练时，采用概率和统计能力训练单元(C)，概率和统计能力训练单元(C)对学生进行概率和统计能力训练的过程包括：

(3.1)根据题卡提示，选择所需颜色的色板(C-1.6)，拼装得到完整的圆形结果展示面板；

(3.2)然后，转动旋转盘(C-1.1)的旋转轴，使旋转盘(C-1.1)开始旋转，进而使结果展示面板旋转；然后，向结果展示面板的上面放入测试球；

(3.3)受离心力的作用，测试球会在结果展示面板上面不停滚动；当旋转盘停止转动时，测试球会停留在结果展示面板的某个颜色的色板(C-1.6)上，根据测试球所停留的色板(C-1.6)的颜色，在统计盘(C-2.1)的凹槽内，放入相同颜色的卡片；

重复步骤3.1-3.3多次，完成对学生概率和统计能力的训练；

(四)当需要对学生的逻辑推理思维能力进行训练时，采用逻辑推理思维能力训练单元(D)，逻辑推理思维能力训练单元(D)对学生进行逻辑推理思维能力训练的过程包括：

(4.1)根据训练难度以及情景导入绘本的要求，将卡片分别插入到各个结果展示单元(D-5)的对应位置的结果展示面板中；其中，每个结果展示单元(D-5) 具有呈三角形布置的三个结果展示面板(D-5.1)；摇动手柄，通过第1主轴驱动机构(D-7)带动第1主轴(D-2)转动，进而带动各个结果展示单元(D-5)同步旋转，并且，每当第1主轴(D-2)转动一周360度，带动结果展示单元(D-5) 转动120度，正好完成结果展示单元中结果展示面板的旋转替换；

(4.2)在预览展示单元上安装预览展示卡纸，转动手柄时，以动画的形式展示预览内容；

(五)当需要对学生的量与测量能力进行训练时，采用量与测量能力训练单元(E)，量与测量能力训练单元(E)对学生进行量与测量能力训练的过程包括：

(5.1)通过水平旋转机构旋转发射机构的水平方位，并通过观察第1指示标记(E-5)和水平旋转指示刻度带，记录调整后的发射机构的水平旋转角度值；

通过俯仰调节机构调节发射机构的俯仰角度，并通过观察第2指示标记和俯仰指示刻度带，记录调整后的发射机构的俯仰角度值；

(5.2)向发射机构的内筒(E-12)中放入球体，操纵手摇轮，并通过棘轮和止逆棘爪的撞击次数控制发射力的大小，当发射力符合要求时，操纵棘爪手柄，在复位弹簧的推动力作用下，推动球体经内筒(E-12)抛出，并可通过测量尺测量到球体被抛出的距离值；

因此，调节发射力、球体质量、水平旋转角度和俯仰角度值参数，平行进行多次实验，从而训练学生的量与测量能力。

本发明提供的建筑数学思维能力训练教具及其使用方法具有以下优点：

本发明提供一种建筑数学思维能力训练教具及其使用方法，通过对教具的机械结构进行设计，不仅可以全面有效的对学生的建筑数学思维能力进行训练，而且，可以显著增强建筑数学思维能力过程中的趣味性，从而充分调动学生的学习积极性，提高学习效果。

附图说明

图1为本发明提供的用于图形和空间能力训练的数学教具的第1立体结构示意图；

图2为本发明提供的用于图形和空间能力训练的数学教具的轨道部分局部剖面结构示意图；

图3为本发明提供的用于图形和空间能力训练的数学教具的基础元件的结构示意图；

图4为本发明提供的用于图形和空间能力训练的数学教具的基础轨道的结构示意图；

图5为本发明提供的提升装置的部分局部剖面结构示意图；

图6为本发明提供的下落装置的部分局部剖面立体结构示意图；

图7为本发明提供的下落装置的剖面前侧结构示意图；

图8为本发明提供的用于数及数的计算能力训练的数学教具在一个角度下的立体结构图；

图9为本发明提供的用于数及数的计算能力训练的数学教具在另一个角度下的立体结构图；

图10为本发明提供的用于数及数的计算能力训练的数学教具的侧面图；

图11为本发明提供的提升齿轮和挡板在齿盘正面的结构图；

图12为本发明提供的提升齿轮和挡板在齿盘背面的结构图；

图13为本发明提供的一种齿轮转动驱动机构的立体结构图；

图14为本发明提供的一种齿轮转动驱动机构的侧面结构图；

图15为本发明提供的异形半轮的立体结构图；

图16为本发明提供的旋转装置的立体结构示意图；

图17为本发明提供的旋转装置的侧视结构示意图；

图18为本发明提供的旋转盘和轴承组装后的立体结构示意图；

图19为本发明提供的色板和轴承组装后的立体结构示意图；

图20为本发明提供的色板的立体结构示意图；

图21为本发明提供的统计装置的立体结构示意图；

图22为本发明提供的用于逻辑推理思维能力训练的教具的主视结构示意图；

图23为本发明提供的用于逻辑推理思维能力训练的教具的侧视结构示意图；

图24为本发明提供的第1主轴驱动机构在一个角度下的立体结构示意图；

图25为曲柄单元的限位销未进入槽轮的限位槽时的状态图；

图26为曲柄单元的限位销开始进入槽轮的限位槽时的状态图；

图27为曲柄单元的限位销完全进入槽轮的限位槽时的状态图；

图28为曲柄单元的限位销将要脱离槽轮的限位槽时的状态图；

图29为曲柄单元的限位销完全脱离槽轮的限位槽时的状态图；

图30为预览展示单元的立体结构示意图。

图31为本发明提供的用于量与测量能力训练的数学教具在一个角度下的立体结构图；

图32为本发明提供的用于量与测量能力训练的数学教具在另一个角度下的立体结构图；

图33为本发明提供的水平旋转指示刻度带和第1指示标记的布置位置图；

图34为本发明提供的固定支撑座的结构示意图；

图35为本发明提供的俯仰调节机构在一个角度下的分解状态图；

图36为本发明提供的俯仰调节机构在另一个角度下的分解状态图；

图37为本发明提供的俯仰调节机构在一个角度下的组装状态图；

图38为本发明提供的动力装置的结构示意图；

图39为本发明提供的发射机构的结构示意图；

图40为发射机构在初始未发射时的结构示意图；

图41为发射机构在最大发射状态时的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对低龄学生在建筑数学思维能力训练方面的难点，本发明提供一种建筑数学思维能力训练教具及其使用方法，不仅可以全面有效的对学生的建筑数学思维能力进行训练，而且，可以显著增强建筑数学思维能力训练过程中的趣味性，从而充分调动学生的学习积极性，提高学习效果。

具体的，本发明提供的建筑数学思维能力训练教具及其使用方法，通过对教具的机械结构进行设计，以游戏的方式引入建筑数学思维能力训练的题目，可以借用题卡等辅助工具，以任务的形式增强学生建筑数学思维能力训练的趣味性，包括：图形和空间能力、数及数的计算能力、概率和统计能力、逻辑推理思维能力、量与测量能力，从而完成学生建筑数学思维能力训练。

具体的，本发明结合了古典建筑美学，基础机械原理，情景导入绘本，完成数学基本概念学习的思维教学方法。特点是以游戏为载体，以亲子互动为主要形式。其按照数学思维概念内容分五个大类别：图形和空间能力训练单元A、数及数的计算能力训练单元B、概率和统计能力训练单元C、逻辑推理思维能力训练单元D、量与测量能力训练单元E；旨在培养孩子的美学鉴赏能力、逻辑思维能力和数学素养(数的意识，估值能力，构建事实链，对图形和空间的解读)。

发明中涉及到的教具包括建筑积木，装置，情景导入绘本三个部分。三者共同作用的结果是帮助孩子在游戏的过程中建立情绪记忆和动作记忆，促进孩子完成数学概念的学习理解和数学思维的培养。

建筑积木单元包括多个以原木为材料的积木元件，积木元件是以古典建筑基本元素作为积木基础进行设计的，各个积木元件通过组合搭建，搭建得到各个类型的古典建筑三维模型；

情景导入绘本，也称为题卡，是以生活为原型，以各种人物动物为主体的故事情境内容；其特点是和生活紧密结合，让学生快速建立起学习和生活场景的联系。

图形和空间能力训练单元A、数及数的计算能力训练单元B、概率和统计能力训练单元C、逻辑推理思维能力训练单元D和量与测量能力训练单元E，分别用于结合情景导入绘本，对学生的图形和空间能力、数及数的计算能力、概率和统计能力、逻辑推理思维能力和量与测量能力进行训练，从而全面对学生的数学思维能力进行训练。实际应用中，这五个训练单元可独立使用，也可以结合起来搭建为一个完整的教具，例如，采用测试球，首先进入到图形和空间能力训练单元A的轨道入口，从图形和空间能力训练单元A的轨道出口滑出后，直接滑动到数及数的计算能力训练单元B的轨道入口，从数及数的计算能力训练单元B的轨道出口滑出后，滑动到量与测量能力训练单元E的发射筒内部；经量与测量能力训练单元E发射出的测试球，瞄准后发射到概率和统计能力训练单元C 的旋转盘上，经概率和统计能力训练单元C进行训练后，得到训练结果。当然，实际应用中，也可以在这五个能力训练单元之间搭建一定高度和形状的轨道，从而形成完整的一套数学思维能力训练教具。

下面对图形和空间能力训练单元、数及数的计算能力训练单元、概率和统计能力训练单元、逻辑推理思维能力训练单元、量与测量能力训练单元分别详细介绍：

(一)图形和空间能力训练单元A

参考附图1-7，用于图形和空间能力训练的数学教具，包括工作板A-1、基础元件A-2、基础轨道A-3、提升装置A-4、下落装置A-5和测试球A-6；下面对各主要装置分别详细介绍：

(1)工作板

工作板是整个装置的基础承载件，为实现对不同体积模型的搭建，工作板设计为可调整尺寸的工作板。

(2)基础元件和基础轨道

基础元件A-2包括各种基础形状的积木块，例如，长方体、圆柱体、棱柱、棱锥和圆台等；参考图3，为各种形状的基础元件的结构示意图；

基础轨道A-3包括各种截面尺寸相同、具有凹槽或孔的可供测试球A-6通过的积木块；参考图4，为各种形状的基础轨道的结构示意图。

通过基础元件和基础轨道的配合，可搭建到不同高度、不同形状的具有轨道的支撑体，从而供测试球通过，完成任务测试。

(3)提升装置

提升装置A-4用于实现对测试球的提升操作。其结构可简要描述为：提升装置是一种底部具有轨道入口、内部包含中空轨道、顶部具有轨道出口，可拆分的原件组合，提升装置设置有按压手柄。测试球可通过底部轨道入口进入装置内部，按压手柄后，测试球可沿中空轨道上升，最后从轨道出口弹出。中空轨道可按需求安装不同高度。

具体的，参考图5，提升装置4包括支撑座体A-4.1、提升外壳A-4.2、提升操作手柄A-4.3和限位臂A-4.4；

支撑座体A-4.1具有垂直设置的第1提升轨道A-4.1.1；提升操作手柄A-4.3和限位臂A-4.4分别位于第1提升轨道A-4.1.1的左右两侧；并且，提升操作手柄A-4.3 的一端与支撑座体A-4.1的左侧铰接，提升操作手柄A-4.3的另一端位于第1提升轨道A-4.1.1的前方，用于将测试球A-6向上弹出；限位臂A-4.4的一端与支撑座体A-4.1的右侧铰接，限位臂A-4.4的另一端位于第1提升轨道A-4.1.1的前方，且位于提升操作手柄A-4.3的上方，用于防止被提升操作手柄A-4.3弹出的测试球A-6 回落；

在支撑座体A-4.1的上面搭建提升外壳A-4.2，提升外壳A-4.2的内部具有垂直设置的第2提升轨道A-4.2.1，第2提升轨道A-4.2.1的入口端与第1提升轨道A-4.1.1 的出口端连通。

提升装置A-4的使用原理为：

当测试球通过其他辅助轨道滑动到提升操作手柄A-4.3和限位臂A-4.4之间的间隙时，此时，提升操作手柄的末端位于测试球的下面，限位臂的末端位于测试球的上面，即为图5所示状态；然后，向下按压提升操作手柄，使提升操作手柄绕转轴逆时针转动，提升操作手柄末端向上抬升，从而向上弹出测试球，测试球通过第1提升轨道A-4.1.1和第2提升轨道A-4.2.1后，从第2提升轨道A-4.2.1 的顶端的出口弹出；其中，在测试球向上弹出的过程中，在经过限位臂A-4.4时，会使限位臂A-4.4绕自身转轴顺时针转动一个小角度，在测试球越过限位臂后，限位臂又在回复力的作用下复原，使限位臂的末端挡在第1提升轨道A-4.1.1上，从而防止已被弹出的测试球回落。

(4)下落装置

下落装置A-5用于实现对测试球的下落操作。下落装置设置有开关，每按动开关一次，下落一颗测试球。

具体的，参考图6-7，下落装置A-5包括基座A-5.1、固定凹槽A-5.2和下落手柄A-5.3；

基座A-5.1为圆筒形状，基座A-5.1的内部形成倾斜向下的下落轨道A-5.1.1；基座A-5.1的上方固定安装固定凹槽A-5.2，固定凹槽A-5.2的底部具有与基座 A-5.1的内部连通的球体出口；在固定凹槽A-5.2和基座A-5.1之间安装下落手柄 A-5.3，下落手柄A-5.3的一端通过轴A-5.4与基座A-5.1铰接，下落手柄A-5.3位于球体出口的下方，下落手柄A-5.3的另一端与固定凹槽A-5.2之间固定安装复位弹簧，在图7中，A位置即为复位弹簧的安装位置，由于在图7中，复位弹簧处于收缩状态，因此，在图中无法看到；当下落手柄A-5.3被下压时，下落手柄A-5.3绕轴A-5.4向下转动，进而释放球体出口，测试球A-6从球体出口下落后，落到下落轨道A-5.1.1上面，并沿下落轨道A-5.1.1向下滚动。

下落装置的工作原理为：

在没有对下落手柄A-5.3进行操作时，下落手柄A-5.3在复位弹簧的作用下保持水平状态，形成图6或图7的状态，此时，下落手柄A-5.3封堵固定凹槽A-5.2的测试球出口；测试球进入到固定凹槽A-5.2内；然后，向下按压下落手柄A-5.3，下落手柄A-5.3绕轴A-5.4进行顺时针转动，从而使下落手柄和固定凹槽A-5.2的测试球出口之间形成间隙，因此，测试球滑动该间隙后落入到下落轨道A-5.1.1上，并沿下落轨道A-5.1.1向下滑动。然后，当松开下落手柄A-5.3时，下落手柄A-5.3 在复位弹簧的作用下又回复到水平状态。

本发明提供的用于图形和空间能力训练的数学教具，包括工作板A-1、基础元件A-2、基础轨道A-3、提升装置A-4、下落装置A-5和测试球A-6；根据题卡，学生可选择不同种类、数量和形状的基础元件A-2和基础轨道A-3，并配合搭建提升装置A-4和下落装置A-5，由此在工作板内搭建得到不同的三维模型，在将测试球放置在三维模型的入口后，测试球通过轨道、下落装置A-5和测试球A-6 等的作用，可顺利滑动到三维模型的出口，由此验证三维模型搭建成功。

在学生搭建三维模型的过程中，需要选择基础元件A-2和基础轨道A-3，并需要设计下落装置A-5和测试球A-6的位置，并且，基础轨道、基础元件的种类和数量越多，训练难度越大，工作板的面基也会相应增大，由此训练了学生的图形和空间能力。

当然，实际应用中，也可以将轨道设计为有颜色的轨道，在三维模型搭建完成后，采用编程机器人验证模型是否搭建正确，即：将编程机器人放置在起点，启动编程机器人后，如果编程机器人能够顺利行走到终点位置，代表编程机器人内部具有连通的路径，从而表明模型搭建正确。

为充分对本申请进行理解，下面介绍一种具体的搭建成功的三维模型。如图1-2所示，为搭建成功的三维模型的结构示意图，通过基础元件A-2和基础轨道 A-3，在工作板A-1上搭建得到不同高度和形状的第1支撑座A-7、第2支撑座A-8 和第3支撑座A-9；其中，第1支撑座A-7的内部具有倾斜向下的第1轨道A-7.1，第 1支撑座A-7的顶部具有第1轨道入口A-7.2、第1支撑座A-7的侧面下方具有第1轨道出口A-7.3；第2支撑座A-8的顶部具有第2轨道入口A-8.1，第2支撑座A-8的侧面具有第2轨道出口A-8.2；第3支撑座A-9具有倾斜向下的第3轨道A-9.1以及球体容纳室A-9.2；其中，第3轨道A-9.1的入口端与第2轨道出口A-8.2连通；第3轨道 A-9.1的出口端与球体容纳室A-9.2连通；

在第1支撑座A-7的顶部安装下落装置A-5，下落装置A-5的球体出口与第1支撑座A-7的第1轨道入口A-7.2连通；在第1支撑座A-7的外部搭建倾斜向下的第4 轨道A-11，并且，第1支撑座A-7的第1轨道出口A-7.3与第4轨道A-11的入口连通；第4轨道A-11的出口与提升装置A-4的入口连通；提升装置A-4的出口通过封闭弧形轨道A-10与第2支撑座A-8的第2轨道入口A-8.1连通；第2支撑座A-8的第2轨道出口A-8.2通过第3轨道A-9.1连通到球体容纳室A-8.2。

上述模型搭建完成后，向下落装置A-5的固定凹槽中放入测试球，向下按压下落手柄A-5.3，测试球落入到下落装置A-5内部的下落轨道A-5.1.1上上面，并沿下落轨道A-5.1.1向下滑动，从而滑入到第1支撑座A-7的第1轨道入口A-7.2，然后球体沿第1支撑座A-7内部的第1轨道A-7.1向下滑动，并从第1支撑座A-7的第1轨道出口A-7.3滑出，并滑入到第4轨道A-11上；再沿第4轨道A-11滑动，并滑入到提升装置A-4的入口；按压提升操作手柄，将测试球向上弹出，通过第1提升轨道A-4.1.1和第2提升轨道A-4.2.1后，从第2提升轨道A-4.2.1的顶端的出口弹出，然后经过封闭弧形轨道A-10后，滑入到第2支撑座A-8的第2轨道入口A-8.1，再从第2支撑座A-8的第2轨道出口A-8.2滑出后，又滑入到第3支撑座A-9的第3轨道 A-9.1的入口端，通过第3轨道A-9.1后，最后落入到第3支撑座A-9的的球体容纳室A-9.2，由此使测试球从起点顺利到达终点位置。

本装置可以单独使用，也可以和同系列建筑积木玩具组合使用。

用于图形和空间能力训练的数学教具，以三维空间为基础引导学生构建不同形状的三维模型，在搭建三维模型的过程中，使学生认知图形，了解图形的变化，认识空间方位的相互关系，完成图形认知和空间观念的培养。因此，不仅可以全面有效的对学生的图形和空间能力进行训练，而且，可以显著增强图形和空间能力训练过程中的趣味性，从而充分调动学生的学习积极性，提高学习效果。

(二)数及数的计算能力训练单元B

参考图8-15，本发明提供的一种用于数及数的计算能力训练的数学教具，包括支架B-1，支架B-1上安装可在垂直面转动的提升齿轮B-2，提升齿轮B-2的齿盘上等间距开设若干个相同孔径的容置通孔B-3，各个容置通孔B-3呈圆形排列，容置通孔B-3的孔径大于被采用的球体直径；齿盘上位于最低位置的容置通孔 B-3所对应的位置为入口位置；齿盘上位于最高位置的容置通孔B-3所对应的位置为出口位置；

在提升齿轮B-2的正面和反面各布置第1挡板B-4和第2挡板B-5；参考图11和图12，分别为提升齿轮B-2的正面和反面布置挡板的示意图；当提升齿轮B-2转动时，第1挡板B-4和第2挡板B-5固定不动；其中，第1挡板B-4在齿盘的正面挡住入口位置到出口位置之间呈弧形排列的各个容置通孔B-3，同时，第1挡板B-4 未挡住入口位置对应的容置通孔B-3，但第1挡板B-4挡住出口位置对应的容置通孔B-3；第2挡板B-5在齿盘的背面挡住入口位置到出口位置之间呈弧形排列的各个容置通孔B-3，同时，第2挡板B-5挡住入口位置对应的容置通孔B-3，但未挡住出口位置对应的容置通孔B-3；

还包括入口轨道B-6、出口轨道B-7和齿轮转动驱动机构；入口轨道B-6的出口端与齿盘正面的入口位置对应的容置通孔B-3连通；并且，入口轨道B-6为倾斜轨道，入口轨道B-6的入口端高于入口轨道B-6的出口端；出口轨道B-7的入口端与齿盘背面的出口位置对应的容置通孔B-3连通；并且，出口轨道B-7为倾斜轨道，出口轨道B-7的入口端高于出口轨道B-7的出口端。

其使用原理为：

(1)在入口轨道放置所需数量、所需颜色的球体，由于入口轨道是倾斜轨道，因此，对于球体Q，球体Q在重力作用下沿入口轨道向前滚动；由于入口轨道的出口与提升齿轮最低位置的容置通孔D连通，并且，容置通孔D的背面通过第2挡板挡住，因此，球体Q可沿入口轨道顺序滚动到容置通孔D内，并由于第2 挡板和球体的惯性，球体Q短时间内不会脱离容置通孔D；

(2)启动齿轮转动驱动机构，齿轮转动驱动机构驱动提升齿轮转动；容置通孔D携带球体Q的位置不断升高，在球体Q随容置通孔D不断转向高位置的过程中，容置通孔D的正反两侧同时被第1挡板B-4和第2挡板B-5所挡住，因此，可保证在球体Q转动升高过程中，球体Q不会脱离容置通孔D；

当提升齿轮带动容置通孔D转动到最顶部位置时，此时，最顶部位置仅被第 1挡板B-4挡住，没有被第2挡板B-5挡住，并且，最顶部位置与出口轨道连通；因此，当容置通孔D携带球体Q转动到最顶部位置时，在惯性的作用下，球体Q 被投入到出口轨道上；

(3)由于出口轨道为倾斜轨道，因此，当球体Q进入到出口轨道后，在球体重力作用下，球体Q沿出口轨道向下滑动，出口轨道的出口端可连接思维盘；则球体Q进入到思维盘中。

在启动齿轮转动驱动机构后，如果在入口轨道放置多个球体，则齿轮转动驱动机构会依次将入口轨道的球体输送到思维盘中，并在思维盘中按先后顺序排成一列，学生通过观察到达思维盘的球体，进而训练了数及数的计算能力，包括：训练学生认识数、数的构成、数的内包含关系、基数序数、点数群数以及简单的组合逻辑推理等数学能力。

例如：

(1)在入口轨道放置5个小球，经过提升齿轮输送后，按先后顺序依次到达思维盘中，可以教学生从1到5数数，从而使学生深刻形象的理解1到5这五个数字的含义；并进一步使学生理解5的内包含关系，即：5是由0和5，1和4，2和 3，3和2，4和1，5和0构成的内包含关系。

如果在入口轨道放置10个球体，则扩展到10，以此类推。

(2)在入口轨道持续放入不同颜色的球体，例如每放置两个红色球体后放一个黄色球体。启动装置后，球体被提升齿轮提升并进入到出口轨道，最终按顺序下落到思维盘中，即：下落顺序为，首先到达两个红色球，然后到达一个黄色球，然后又到达两个红色球，此时，可让学生猜测下一颗球体的颜色，实现训练学生简单的思维推理的能力。

(3)可进一步针对不同的数学训练，设计相应的题卡，家长可根据题卡提示，完成在入口轨道按所需顺序放置球体，同时交给学生不同的任务，完成后可根据题卡提示判断任务完成是否正确。从而实现训练学生完成基础的数字建模和逻辑推理的能力。

因此，上述用于数及数的计算能力训练的数学教具，可对学生的多种数及数的计算能力进行训练，例如，理解数字的含义，学习数字的大小顺序，学习数字的构成，学习数字的内包含关系等。通过设计轨道输送、齿轮提升等机构，使球体进行直线运动和圆形运动等多种多样的运动，从而显著增强数及数的计算能力训练过程中的趣味性，提高了学生进行学习训练的积极性，提高学习效果。

基于上述构思，可进一步对齿轮转动驱动机构进行设计，本申请对齿轮转动驱动机构的具体形式并不限制，只要能实现提升齿轮在垂直面的转动的机构均在本申请保护范围内。

为方便对本申请进行理解，下面介绍一种具体形式的齿轮转动驱动机构：

齿轮转动驱动机构与提升齿轮B-2联动，用于驱动提升齿轮B-2转动。

参考图13、图14和图8，齿轮转动驱动机构包括拨叉B-8、传动杆B-9、异形半轮B-10、异形半轮驱动件B-11以及底座B-19；

异形半轮B-10通过第1转轴B-12与底座B-19转动连接；传动杆B-9为三角形传动结构，其具有的三个顶点分别记为：将位于顶部的顶点称为第1顶点，将位于底边左侧的顶点称为第2顶点，将位于底边右侧的顶点称为第3顶点；传动杆 B-9在第1顶点位置通过第2转轴B-13与拨叉B-8转动连接，传动杆B-9在第2顶点位置通过第3转轴B-14与底座B-19转动连接；传动杆B-9在第3顶点位置通过第4 转轴B-15可转动安装滚轮B-16；滚轮B-16与异形半轮B-10的外表面接触；异形半轮B-10转动过程中，每转动一周，通过传动杆B-9带动拨叉B-8向前拨动提升齿轮B-2的一个齿，如此不断循环，实现不断向前拨动提升齿轮B-2的效果。

参考图15，为异形半轮的结构示意图，异形半轮B-10的外表面包括弧面 B-10.1和曲面B-10.2；弧面B-10.1的两端分别与曲面B-10.2的两端相接，将相接点分别记为第1支撑点B-10.3和第2支撑点B-10.4；其中，异形半轮B-10的转动点 B-10.5到第1支撑点B-10.3的距离，与异形半轮B-10的转动点B-10.5到第2支撑点 B-10.4的距离相等，该距离大于转动点B-10.5到异形半轮B-10外表面其他位置的距离；

当异形半轮B-10转动过程中，当转动到第1支撑点B-10.3与滚轮B-16接触时，异形半轮B-10通过传动杆B-9带动拨叉B-8向前拨动提升齿轮B-2的齿A；然后，当异形半轮B-10转动到曲面B-10.2与滚轮B-16接触时，由于对滚轮B-16的支撑高度变低，因此，异形半轮B-10通过传动杆B-9带动拨叉B-8离开齿A，并使拨叉B-8 叉入到位于齿A下面的齿B的间隙中；然后，异形半轮B-10继续转动到第2支撑点 B-10.4与滚轮B-16接触，由于对滚轮B-16的支撑高度变高，因此，异形半轮B-10 向上抬起传动杆B-9，进而通过传动杆B-9带动拨叉B-8向前拨动齿B，如此使提升齿轮B-2转动。

对于异形半轮驱动件，可采用纯手动驱动方式，也可以采用扭簧式驱动方式或电机驱动方式。在本申请附图中示出的，均为扭簧式驱动方式的结构示意图。下面对扭簧式驱动方式和电机驱动方式分别详细介绍：

(1)扭簧式驱动方式

异形半轮驱动件B-11采用扭簧式驱动件；扭簧式驱动件包括手摇轮B-17、棘轮B-18和扭簧；手摇轮B-17和棘轮B-18均装配在第1转轴B-12上面；扭簧套于第1转轴B-12上面。

其工作原理为：当需要使提升齿轮转动时，首先手动摇动手摇轮，在手摇转摇动过程中，扭簧的扭力逐渐增大；然后，当手离开手摇轮后，在扭簧的扭力作用下，通过棘轮带动第1转轴转动，进而使异形半轮转动。当然，经过一定时间后，当扭簧的扭力释放完全后，异形半轮的转动逐渐变慢，并最终会停止。因此，如果需要长时间使异形半轮转动，需要不断手动摇动手摇轮。

采用扭簧式驱动方式的优点为：可以让学生亲自摇动手摇轮，从而观察球体被提升的过程，既锻炼了学生的动手能力，也进一步增强了学习训练的趣味性。

(2)电机驱动方式

异形半轮驱动件B-11为电机；电动的输出轴与第1转轴B-12联动，进而驱动第1转轴B-12转动。电机连接有电机控制器以及语音播放装置。

其工作原理为：电机控制器根据设定驱动异形半轮转动，并且，连续转动的角度可控制，从而实现控制各个球体到达思维盘的时间间隔，例如，每隔1分钟达到一个球体，从而给出学生理解数字和思考的时间。

另外，电机控制器和语音播放装置连接，可采用语音方式对电机控制器进行控制，实现简单的人机互动，例如，语音控制到达思维盘的球体数量和球体到达间隔等参数，比如，首先在入口轨道放置50个球体，语音输入“请运送1个球体”，则电机控制提升齿轮仅将1个球体输送到思维盘，即暂停；语音输入“请运送5个球体”，则电机控制提升齿轮连续将5个球体输送到思维盘，即暂停。由此实现对数字认识的训练。当然，具体控制方式可根据实际需求灵活调整。

实际应用中，本装置可以单独使用，也可以和积木玩具组合使用，例如，通过和积木玩具组合，可搭建弯曲的不同长度的入口轨道和出口轨道等，从而既训练学生的动手能力，也增强训练的趣味性。

实际应用中，本装置可以单独使用，也可以和积木玩具组合使用，例如，通过和积木玩具组合，可以搭建不同长度和高度变化的轨道，并使其分别和入口轨道及出口轨道相连。原因为：由于球体的运动主要靠重力和惯性来实现，因此，为实现通过轨道的高度落差引导球体运动的效果，学生在搭建轨道的时候需要考虑轨道的长短、高低和位置变化等因素，从而既训练学生的计算能力、观察能力、思维能力和动手能力，也增强训练的趣味性。

(三)概率和统计能力训练单元C

参考附图，用于概率和统计能力训练的数学教具，包括旋转装置C-1和统计装置C-2；下面对旋转装置C-1和统计装置C-2分别详细介绍：

(1)旋转装置

参考图16-图17，旋转装置C-1包括旋转盘C-1.1、色板C-1.6和旋转轴C-1.9；

参考图18，旋转盘C-1.1是旋转装置的支撑主体，用于承载整个装置，使整个装置可以在水平方向360度持续旋转。

旋转盘C-1.1的底部中心位置固定安装底盘C-1.2，旋转盘C-1.1的顶部中心位置固定安装轴承C-1.3，轴承C-1.3的下部嵌入到底盘C-1.2的内部，且使轴承C-1.3 的外套与底盘C-1.2的内壁固定连接；轴承C-1.3的上部延伸到旋转盘C-1.1的盘面上方形成突出部；旋转轴C-1.9竖直设置，旋转轴C-1.9的顶部可以设置手柄 C-1.10。旋转轴C-1.9的底部嵌入到轴承C-1.3的内套；因此，旋转轴是整个装置的动力部分，通过手柄可以让装置在水平方向持续旋转。

预先设计多块形状完全相同的色板，色板与旋转盘为可拆分结构，色板通过以下结构设计，设计为可拆分结构：

在轴承C-1.3的外套等间距开设若干个第1水平插槽C-1.4；旋转盘C-1.1的外边缘对应开设若干个第2水平插槽C-1.5；

如图20所示，为单独一块色板的结构图。每个色板C-1.6的一侧具有第1插件 C-1.7，另一侧具有第2插件C-1.8，使色板C-1.6的第1插件C-1.7插入到第1水平插槽C-1.4，使色板C-1.6的第2插件C-1.8插入到第2水平插槽C-1.5，多个色板C-1.6 插接完成后形成完整的圆形结果展示面板。参考图19，为结果展示面板的结构图。

色板的表面带有单一颜色，例如，设计红色色板、黑色色板等，因此，当将多块所需颜色的色板拼接到旋转盘时，可形成不同颜色组合的结果展示面板。实际应用中，可以设计为12块色板可插接形成完整的圆形结果展示面板。可设计4色共24块色板，例如，设计6个蓝色色板，6个红色色板，6个黑色色板和6个黄色色板，本申请对设计的色板的颜色、色板的数量并不限制。

为提高色板的利用率，可以使色板的正反面均带有单一颜色的色板，例如，对于某块色板，正面为红色，反面为蓝色。进一步的，为实现色板正反面均可使用，可以将色板设计为等腰梯形形状，该等腰梯形的顶边和底边均为弧形。

(2)统计装置

统计装置C-2用于根据旋转盘得到的结果，排列颜色卡片，记录和展示统计结果。

参考图21，统计装置C-2包括统计盘C-2.1和若干张颜色卡片C-2.2。其中，统计盘C-2.1为带有凹槽的方形盘。颜色卡片C-2.2的颜色种类，与设计的色板的颜色种类相一致。例如，色板设计为四色，分别为：红、蓝、黑和黄色，则颜色卡片也对应设计为：红色卡片、蓝色卡片、黑色卡片和黄色卡片。

本发明提供的用于概率和统计能力训练的数学教具，可以与题卡配合使用，其使用方法举例如下：

(1)根据题卡提示，选择所需颜色的色板，拼装得到完整的圆形结果展示面板。例如，选择6个黑色色板和6个红色色板。

(2)然后，转动旋转盘的旋转轴，使旋转盘开始旋转，进而使结果展示面板旋转；然后，向结果展示面板的上面放入测试球。

(3)受离心力的作用，测试球会在结果展示面板上面不停滚动。当旋转盘停止转动时，测试球会停留在结果展示面板的某个颜色的色板上，根据测试球所停留的色板的颜色，在统计盘的凹槽内，放入相同颜色的卡片。例如，如果测试球所停留的色板颜色为红色，则向统计盘的左侧放入红色卡片；如果测试球所停留的色板颜色为黑色，则向统计盘的右侧放入黑色卡片。

上面的步骤重复20次，使学生通过观察统计盘中的卡片，理解概率的概念，例如，针对本题，在进行20次后，统计盘红色卡片的数量为10个，黑色卡片的数量也是10个，由此理解测试球停留在红色色板的概率与停留在黑色色板的概率相等，加深学生对概率知识的理解。

再例如，在根据题卡拼好结果展示面板后，可以首先让学生猜测测试球最终停留的色板的色板颜色。然后启动装置进行验证，由此训练学生对概率的概念及不确定性的认识。

再例如，可以进行一系列测试，即：在进行第一次测试后，逐渐改变结果展示面板中色板的数量，例如，逐渐增加红色面板，减少黑色面板，让学生猜测测试球最终停留的色板的色板颜色。然后启动装置进行验证，由此训练学生对概率概念和统计概念的理解。根据多次测试结果，可以进一步引导学生进行简单的统计，画统计图、统计表以及计算概率等，由此全面训练学生的概率和统计能力。

再例如，还可以改变采用的色板的颜色种类以及采用的测试球的数量，例如，选用4种颜色的色板以及选用多个测试球进行上述测试，从而配合题卡，引导学生进行复杂的统计，画统计图、统计表以及计算概率等，由此训练学生解决更多复杂的统计和概率问题，强化对学生的概率和统计能力的训练。

再例如，针对解决其他不同数学问题的训练，包括概率统计中的计算、推理，以及整数、分数、比值等，设计对应的题卡，家长可根据题卡提示，交给学生不同的任务，完成多种训练，深化学生对统计和概率的不确定性的理解和认知。

另外，对上面描述的用于概率和统计能力训练的数学教具进行进一步改进，还可以训练学生的计算能力。具体的，在每张色卡的表面印有数字，可以正面和反面均印有数字，其使用方法为：

在根据题卡拼好结果展示面板后，可以同时使用3颗以上测试球，启动装置使旋转盘旋转，当旋转盘停止转动后，每个测试球会落入到一个色板上面。按照事先设计好的规则，例如，使学生计算三个测试球对应的色板上面的数字的和，由此训练学生的计算能力。

实际应用中，本装置可以单独使用，也可以和同系列积木玩具组合使用。

本发明提供的用于概率和统计能力训练的数学教具具有以下优点：

本发明提供一种用于概率和统计能力训练的数学教具，不仅可以全面有效的对学生的概率和统计能力进行训练，而且，可以显著增强概率和统计能力训练过程中的趣味性，从而充分调动学生的学习积极性，提高学习效果。

(四)逻辑推理思维能力训练单元D

参考附图，本发明提供的一种用于逻辑推理思维能力训练的教具，包括底座D-1，底座D-1的一侧设置结果展示训练单元；底座D-1的另一侧设置预览展示单元。底座D-1的作用是支撑结果展示训练单元和预览展示单元。下面对结果展示训练单元和预览展示单元分别详细介绍：

(1)结果展示训练单元

参考图22-23，为教具的整体结构图，结果展示训练单元包括第1主轴D-2、第1左支撑座D-3、第1右支撑座D-4、结果展示单元D-5、支撑板D-6和第1主轴驱动机构D-7；第1左支撑座D-3和第1右支撑座D-4左右对称安装于底座D-1上面；第1主轴D-2的左右两侧分别可转动安装于第1左支撑座D-3和第1右支撑座D-4的支撑孔中；第1主轴驱动机构D-7与第1主轴D-2联动，用于驱动第1主轴D-2转动；在第1左支撑座D-3和第1右支撑座D-4之间固定安装支撑板D-6，支撑板D-6位于第1主轴D-2的上方；在支撑板D-6上，等间距布置若干个结果展示单元D-5，在图22中，共布置有5个结果展示单元；每个结果展示单元D-5均包括三个呈三角形布置的结果展示面板D-5.1，每个结果展示面板可插入一张卡片；每个结果展示单元D-5的底部与位于支撑板D-6下面的第1齿轮D-8固定连接；第1齿轮D-8为水平齿轮；并且，每个第1齿轮D-8均与对应的固定安装于第1主轴D-2上的第2齿轮D-9啮合；当第1主轴D-2转动时，通过第2齿轮D-9和第1齿轮D-8的啮合传递作用，带动结果展示单元D-5旋转，也就是带动图22中的5个结果展示单元同步旋转，每转动120度，各个结果展示单元5的位于前侧的结果展示面板即拼为一个平面面板。

以对学生的分类能力训练为例，介绍一种本教具的具体使用方式：

假设家长或老师共有两组卡片，每组卡片均包括5张卡片，第1组卡片的5张卡片分别显示的图案为：苹果、香蕉、桔子、草莓和裤子；第2组卡片的5张卡片分别显示的图案为：银杏树、侧柏、月季、海棠和小白兔；家长或老师可以首先将第1组的5张卡片打乱顺序，然后分别插入到各个结果展示单元的右后侧的结果展示面板中；再将第2组的5张卡片打乱顺序，然后分别插入到各个结果展示单元的左后侧的结果展示面板中；然后，家长或老师通过操作第1主轴驱动机构，使各个结果展示单元5同步转动120度，将各个结果展示单元的右后侧的结果展示面板旋转到正前方，此时，第1组的5张卡片即呈现在学生面前；然后可引导学生从第1组的5张卡片中，选择出与其他卡片属于不同类别的卡片，即：裤子，因为其他卡片均为水果，属于同一类；然后，家长或老师继续通过操作第1主轴驱动机构，使各个结果展示单元同步转动120度，将各个结果展示单元的左后侧的结果展示面板旋转到正前方，此时，第2组的5张卡片即呈现在学生面前；再继续引导学生从第2组的5张卡片中，选择出与其他卡片属于不同类别的卡片，即：小白兔，因为其他卡片均为植物，属于同一类。由此以游戏方式，持续对学生的分类能力进行训练。

本申请中，第1主轴驱动机构用于驱动各个结果展示单元进行同步旋转。作为一种具体示例，第1主轴驱动机构采用间歇旋转驱动机构，参考图24，第1主轴驱动机构D-7包括转轴D-7.1、手摇轮D-7.2、曲柄单元D-7.3和槽轮D-7.4；

其中，转轴D-7.1水平设置；手摇轮D-7.2与转轴D-7.1固定连接，当转动手摇轮D-7.2时，带动转轴同时旋转；

曲柄单元D-7.3包括曲柄D-7.3.1、连杆D-7.3.2和限位销D-7.3.3；曲柄D-7.3.1的中心与转轴D-7.1固定；当手摇轮D-7.2转动时，通过转轴D-7.1带动曲柄D-7.3.1 进行同步转动；连杆D-7.3.2的一端与曲柄D-7.3.1的中心固定连接，连杆D-7.3.2 的另一端固定安装限位销D-7.3.3；因此，当曲柄转动时，带动连杆和限位销同步转动。

槽轮D-7.4与第1主轴D-2固定连接；在槽轮D-7.4上，沿径向开设若干个与限位销D-7.3.3相匹配的限位槽D-7.4.1，在附图中，槽轮D-7.4上等角距开设3个限位槽D-7.4.1。

当曲柄D-7.3.1通过连杆D-7.3.2带动限位销D-7.3.3进行圆周转动时，从限位销D-7.3.3开始进入到一个限位槽D-7.4.1开始，限位销D-7.3.3即推动槽轮D-7.4转动，当限位销D-7.3.3离开限位槽D-7.4.1时，槽轮D-7.4停止转动。

参考图25-图29，示意了曲柄转动一周时推动槽轮转动的一个完整过程。本申请中，假设初始时，曲柄与槽轮的相对状态为图25所示状态，此时，曲柄的限位销处于正上方位置；然后，曲柄进行逆时针转动，首先转动到图26所示状态，曲柄的限位销开始进入到槽轮的限位槽内部；然后，当曲柄继续转动时，限位销即开始带动槽轮转动，经过图27所示状态后，当转动到图28所示状态时，限位销带动槽轮正好转动120度；然后，限位销从槽轮中脱离，经过图29所示状态后，曲柄转动到初始的图25所示状态。由此可见，每当曲柄转动一周360度，即带动槽轮转动120度，从而带动结果展示单元转动120度，正好完成结果展示单元中结果展示面板的旋转替换。

因此，通过本申请设计的第1主轴驱动机构，与结果展示单元所设计的三角形布置的结果展示面板相配合，每当第1主轴驱动机构的手摇轮转动一周，即可对应的完成结果展示面板的更新，从而完成对应的逻辑推理思维能力训练，具有操作简单、结果展示面板更新方式方便和准确的优点。

假如采用常规的轴驱动方式，当与本申请涉及到的三角形布置的结果展示面板相配合时，当手摇轮转动一周时，会同步带动结果展示单元旋转360度，因此，为实现结果展示单元的三个结果展示面板的逐个更新，即：使三个结果展示面板依次转动到正前方位置，从而使学生可观察，则手摇轮只可以转动120度，具有手摇轮转动角度不易精确控制的问题，从而难以准确的将结果展示面板转动到正前方位置；此外，当手摇轮转动到所需的角度后，还需要采用定位机构对手摇轮位置进行限定，加大了结构设计的复杂度。而采用本申请提供的第1主轴驱动机构，有效的巧妙的解决了上述问题。

(2)预览展示单元

为增强教具使用的趣味性，本申请设计的预览展示单元，可以动画的形式展示预览图片。

参考图30，为预览展示单元的结构示意图，预览展示单元包括第2旋转单元 D-10、第2左支撑座D-11、第2右支撑座D-12、分页挡板D-13、预览展示卡纸D-14 以及第2主轴驱动机构D-15；

其中，第2旋转单元D-10包括左转盘D-10.1、右转盘D-10.2以及固定安装于左转盘D-10.1和右转盘D-10.2之间的若干个沿圆周分布的分隔板D-10.3；在相邻两个分隔板D-10.3之间，固定一张预览展示卡纸D-14；

第2左支撑座D-11和第2右支撑座D-12左右对称安装于底座D-1上面；第2旋转单元D-10的左右两侧分别可转动安装于第2左支撑座D-11和第2右支撑座D-12 的支撑孔中；第2主轴驱动机构D-15用于驱动第2旋转单元D-10旋转；

在第2旋转单元D-10的上方横向固定安装分页挡板D-13，分页挡板D-13到第 2旋转单元D-10上表面的垂直距离，小于一张预览展示卡纸D-14的高度。

其使用原理为：将若干张预览展示卡纸固定到第2旋转单元的不同分隔板的间隔中，并且，各张预览展示卡纸需要按动作发生的前后顺序固定；然后，操作第2主轴驱动机构，进而带动左转盘和右转盘同步转动；通过分页挡板的作用，会实现各张预览展示卡纸依次通过分页挡板并前翻的效果，由此以动画的形式展示了预览内容。

本发明提供的用于逻辑推理思维能力训练的数学教具，可以与题卡配合使用，为方便对本申请进行理解，其使用方法举例如下：

(1)分类能力训练：

家长或老师共有5张卡片，其中1张卡片的类别和其他4张不同。，例如，其中4张的图案为不同的动物，1张是植物；家长或老师首先把5张卡片分别插入到各个结果展示单元的属于同一位置的结果展示面板的插槽中；然后，转动手柄，将5张卡片均旋转到正前方位置，再使学生观察卡片内容，选择不同类别的卡片。由此完成对学生分类能力的训练。

当然，为实现持续对三道分类题目进行训练的效果，家长或老师可以首先准备三组卡片，每组卡片均由5张卡片组成；然后将三组卡片分别插入到各个结果展示单元的对应的结果展示面板中。此种方式在此不再赘述。

(2)分类能力训练：

首先准备3组卡片，每组卡片有5张卡片，属于同一类别，例如，有5张卡片均为水果类，5张卡片均为植物类，5张卡片均为动物类。然后，老师或家长将 15张卡片打乱顺序交给学生。

学生按照不同类别将卡片分别插入到对应的结果展示面板中；然后，转动左侧手柄，验证分类是否正确。例如，观察当前位于正前方的5张卡片是否属于同一类，如果是，再转动手柄，将另5张卡片转动到正前方，观察其是否属于同一类，如果是，再继续转动手柄，将另5张卡片转动到正前方。因此，如果三组分类均正确，则表明通过本次题目训练；如果有错误，则由学生调整卡片位置，直到正确为止。

(3)分类和排序的综合能力训练：

家长或老师选择1-3组卡片(按照不同难度级别，一组卡片为初级难度，两组卡片为中级难度，三组卡片为高级难度)，每组有5张卡片，并且，每组的5张卡片为某个图案的拼图卡片，例如，其中一组5张卡片的图案分别为裁开的鳄鱼的一部分。然后，打乱顺序，将卡片交给学生，让学生按照卡片显示的图案关系，插入相应的结果展示面板内。转动摇手，观察位于正前方的五个结果展示面板上的卡片能否形成完成的图案，由此验证分类排序结果。若结果有误，则调整到正确为止。

(4)逻辑推理能力训练：

家长或老师选择2-5组卡片，每组3张卡片。(按照不同难度级别，2-5组卡片分别从易到难)，家长或老师在第一个结果展示单元的三个结果展示面板中，按顺序分别插入第一组的3张卡片。然后将其他剩余卡片交给学生，学生根据已知条件，分别在后面的结果展示单元的结果展示面板中插入对应卡片。转动手柄，验证结果。例如：家长或老师在第一个结果展示单元的三个结果展示面板中分别插入早、午、晚三个时间的钟表图案。学生根据时间，在后面的结果展示单元的三个结果展示面板中插入对应时间的卡片，例如三个时间对应的猫的眼睛，三个时间对应的同一种花等。完成分类排序之后转动手柄，验证结果。通过使学生学习和对比了解在不同条件下(如不同时间(早中晚)，不同状态(固态，液态，气态)，不同温度等)，同一事物的不同表现形式。若结果有误，则调整到正确为止。

(5)逻辑推理能力训练：

家长或老师选择1-3组卡片，每组5张卡片。(1-3组卡片分别从易到难)。每组5张卡片分别为同一事物的发展变化过程，例如，其中一组卡片分别显示以下内容：1起床，2穿衣，3洗漱，4吃饭，5上学。然后，使学生按事物发展的先后顺序，将卡片插入到对应的结果展示面板中。

当选择3组卡片时，3组卡片可以是独立的三个事物(简单)，也可以是一件事情的3个发展阶段(复杂)，例如蚕的发育阶段：第1组卡片为卵到成虫，第2 组卡片为成虫到结茧，第3组卡片为结茧到产卵；然后，转动摇手，验证结果。若结果有误，则调整到正确为止。

对于复杂的逻辑推理内容，或者学生尚未接触过的事物，家长或老师可根据提示，首先在右侧的预览展示单元中内放置对应的卡纸。旋转右侧摇手启动预览展示单元，使学生观察内容。停止转动右侧摇手，预览展示单元停止后，再使学生根据预览结果，复现内容，即，在左侧结果展示训练单元的结果展示面板中，插入对应卡片，同时转动两端手柄，验证结果。

考虑到不同年龄学生的训练需求，装置中结构采用榫卯结构拼装方式。家长或老师可根据实际需要组装不同数量的结果展示面板(最少2个，最多10个)，通过此装置直观了解分类、排序、事物发展的因果关系、逻辑推理、函数关系的数学概念。完成数学学习中的逻辑推理思维能力训练，实现学习分类、排序、事物发展的因果关系、逻辑推理、函数关系等知识。

(五)量与测量能力训练单元E

结合图31-图41，本发明提供的一种用于量与测量能力训练的数学教具，包括基座E-1、水平旋转机构、俯仰调节机构以及发射机构；下面对各部分分别详细介绍：

(1)基座

基座为整个装置的支撑基础，装置的动力部分也可安装在其内。

基座E-1的底部安装行走轮E-14，行走轮可转动，实现移动整个装置的位置。可以由学生手动完成移动，也可通过发动机辅助完成移动。当通过发动机辅助完成移动时，行走轮E-14与行走驱动机构连接。

另外，基座E-1的前面安装测量尺E-15，测量尺用于测量发射的球体的距离。

(2)水平旋转机构

水平旋转机构用于训练学生对水平旋转角度的理解。

结合图31和图33，水平旋转机构包括固定座E-2和活动座E-3；固定座E-2的底部固定安装于基座E-1的上面；固定座E-2的水平截面为圆环形，固定座E-2靠近顶部的外圆表面设置有水平旋转指示刻度带E-4，水平旋转指示刻度带E-4的刻度布置方式为：中间位置布置为0刻度；然后，以0刻度为中心，向左右两侧刻度逐渐增大。

活动座E-3的底部套于固定座E-2的顶部外缘，活动座E-3可沿固定座E-2进行水平旋转，具体可以在水平方向做360°旋转。并且，活动座E-3的下面固定安装第1指示标记E-5；第1指示标记E-5位于水平旋转指示刻度带E-4的外面。

因此，当活动座沿固定座水平旋转到不同方位时，通过观察第1指示标记和水平旋转指示刻度带，即可观察到水平旋转角度。

实际应用中，活动座E-3可手动旋转，也可以使活动座连接活动座水平转动驱动机构，通过活动座水平转动驱动机构驱动活动座自动转动。

(3)俯仰调节机构

俯仰调节机构用于训练学生对俯仰调节角度的理解。

参考图34-图37，俯仰调节机构包括固定支撑座E-6、套箍E-7和俯仰轴E-8；固定支撑座E-6的底部固定安装于活动座E-3的顶部，当然，实际应用中，固定支撑座E-6和活动座E-3可一体成形；固定支撑座E-6的靠近顶部的外圆表面设置有俯仰指示刻度带E-9，俯仰指示刻度带E-9上面的刻度线呈半圆形布置，俯仰指示刻度带E-9的刻度布置方式为：中间位置布置为0刻度；然后，以0刻度为中心，向左右两侧刻度逐渐增大。在固定支撑座的半圆形的圆心位置开设有通孔E-16；套箍E-7包括套箍本体E-7.1以及固定于套箍本体E-7.1下面的插销E-7.2，插销 E-7.2的外面固定有圆环状凸起E-7.3；插销E-7.2插入到通孔E-16中，并使圆环状凸起E-7.3穿过通孔E-16而延伸到通孔外面，在圆环状凸起E-7.3上面固定安装第2 指示标记E-10；俯仰轴E-8水平穿过通孔E-16、插销E-7.2的底部以及圆环状凸起 E-7.3的环心，进而将套箍E-7和固定支撑座E-6装配到一起，使套箍E-7可相对于固定支撑座E-6进行俯仰调节。

本装置中，套箍E-7和固定支撑座E-6装配到一起，因此，套箍E-7可相对于固定支撑座E-6进行俯仰调节，一般可以在垂直方向在90度内任意角度旋转。并且，通过观察第2指示标记和俯仰指示刻度带，即可观察到俯仰调节角度。

(4)发射机构

参考图38-图41，发射机构包括外筒E-11、内筒E-12以及动力装置E-13；内筒E-12装配于外筒E-11的内部，在整个发射过程中，外筒E-11固定不动，使内筒 E-12在动力装置E-13的驱动作用下，进行发射动作；外筒E-11的外周套接套箍E-7 的套箍本体E-7.1，进而实现外筒E-11和套箍E-7的连接固定。

本申请中，发射机构采用棘轮控制机构，其工作过程为：首先将标有质量的球体放入内筒中，外筒E-11和内筒E-12之间连接有复位弹簧E-13.1；然后，动力装置驱动内筒远离外筒到达发射位置，然后，动力装置的动力释放，在复位弹簧的弹力作用下，迅速推动内筒进入到外筒中复位，在内筒向外筒内运动过程中，即将球体发射出去。

为使学生理解发射距离、球体质量和发射力之间的数学关系，发射力需要可控制。因此，设计如下的动力装置：

如图38所示，动力装置E-13包括：复位弹簧E-13.1、手摇轮E-13.2、棘轮 E-13.3、棘轮轴E-13.4、齿轮E-13.5、止逆棘爪E-13.6、棘爪手柄E-13.7和齿槽 E-13.8；复位弹簧E-13.1连接在内筒E-12和外筒E-11之间；内筒E-12上开设齿槽 E-13.8；手摇轮E-13.2和棘轮E-13.3均同轴固定安装于棘轮轴E-13.4的一端，棘轮轴E-13.4的另一端固定安装齿轮E-13.5，齿轮E-13.5与齿槽E-13.8啮合；当手摇轮 E-13.2转动时，同时带动棘轮E-13.3和齿轮E-13.5转动，当齿轮E-13.5转动时，既推动齿槽E-13.8运动，进而实现内筒E-12相对于外筒E-11的运动；

止逆棘爪E-13.6的一端与外筒E-11通过棘爪转轴E-13.9可转动连接，止逆棘爪E-13.6的另一端卡入棘轮E-13.3，使棘轮E-13.3只能进行单向逆时针转动；止逆棘爪E-13.6与棘爪手柄E-13.7连接，当棘爪手柄E-13.7向上被提起时，带动止逆棘爪E-13.6绕棘爪转轴E-13.9顺时针转动，进而释放止逆棘爪E-13.6对棘轮 E-13.3的单向限位作用。

其工作原理为：首先向内筒中放入待发射的球体；

本装置中，在图38所示状态中，由于止逆棘爪E-13.6的限位作用，使棘轮 E-13.3只能在手摇轮E-13.2的作用下进行逆时针单向转动；而止逆棘爪E-13.6只能绕棘爪转轴E-13.9进行顺时针方向转动。并且，在整个发射过程中，只有内筒会相对于外筒进行伸缩运动，而手摇轮E-13.2、棘轮E-13.3和齿轮E-13.5相对于外筒的位置不变。

如图40所示，外筒在位置C，并且，外筒的位置始终保持不变。初始时，齿轮E-13.5在齿槽E-13.8的A位置，逆时针转动手摇轮E-13.2，手摇轮E-13.2同时带动棘轮E-13.3和齿轮E-13.5进行逆时针转动，并且，每当棘轮转动一个齿时，就会与止逆棘爪撞击一次并发出声音，因此，由于棘轮上每个齿的角度均相等，所以，通过撞击的声音次数，即可获知棘轮转动的齿数，从而控制每次发射球体的发射力大小，例如，如果两次发射球体时，棘轮转动的齿数相等，则这两次的发射力相同；如果第2次发射球体时，棘轮转动的齿数大于第1次发射球体时棘轮转动的齿数，则可获知第2次的发射力大于第1次的发射力。

在手摇轮同时带动棘轮和齿轮进行逆时针转动时，由于齿轮和齿槽的啮合作用，齿轮相对于外筒的位置不变，因此，通过齿槽带动内筒向远离外筒的方向运动，如果需要达到最大发射距离，需要使齿轮与啮槽的B位置啮合，即达到图41所示的状态；

当内筒在棘轮的作用下被拉伸到所需的发射位置时，此时，一方面，复位弹簧E-13.1被拉伸，存在拉伸力；另一方面，向上提棘爪手柄E-13.7，带动止逆棘爪E-13.6绕棘爪转轴E-13.9顺时针转动，从而消除止逆棘爪E-13.6对棘轮E-13.3 的单向限位作用，使棘轮E-13.3可自由转动；因此在复位弹簧E-13.1的力的作用下，使内筒快速发射出去，进而使内筒内的球体发射出去，在此过程中，棘轮 E-13.3转动，使齿轮E-13.5从齿槽E-13.8的B端转动到A端，实现复位。

本发明提供的一种用于量与测量能力训练的数学教具，可采用以下方式对学生的量与测量能力进行训练：

(1)通过水平旋转机构旋转发射机构的水平方位，并通过观察第1指示标记和水平旋转指示刻度带，记录调整后的发射机构的水平旋转角度值；

通过俯仰调节机构调节发射机构的俯仰角度，并通过观察第2指示标记和俯仰指示刻度带，记录调整后的发射机构的俯仰角度值。

(2)向发射机构的内筒中放入球体，操纵手摇轮，并通过棘轮和止逆棘爪的撞击次数控制发射力的大小，当发射力符合要求时，操纵棘爪手柄，在复位弹簧的推动力作用下，推动球体经内筒抛出，并可通过测量尺测量到球体被抛出的距离值。

因此，调节发射力、球体质量、水平旋转角度和俯仰角度值等参数，可平行进行多次实验，从而训练学生的量与测量能力，例如，可进行下列实验：

1、测量不同发射力、相同质量的球体，在相同俯仰角度发射时，其发射距离是否存在差异。2、测量相同发射力、相同质量的球体，在经过不同俯仰角度发射时，其发射距离是否存在差异，如果存在差异，进一步判断发射距离与俯仰角度之间的关系。3、测量相同发射力、不相同质量的球体，在经过相同俯仰角度发射时，其发射距离是否存在差异，如果存在差异，进一步判断发射距离与球体质量之间的关系。

还可以根据题卡提示，对发射力、球体质量、水平旋转角度和俯仰角度值进行调节控制，进而完成不同的抛射任务。在抛射任务完成后，可采用装置上面的测量尺对球体发射距离进行测量，从而验证任务完成结果。

实际应用中，本装置可以单独使用，也可配合同体系积木类产品和题卡组合使用，例如，可以通过积木和题卡进行情景导入和任务安排，如，情景导入和任务安排可以如下设计：采用积木搭建一个岛屿，在岛屿上搭建三个人，表明这3个人因洪水被困在岛上等待救援，在岛屿外一定距离搭建救援人员，假设救援人员需要3天后才能到达。现在岛上的食物仅能够维持一天，岛外的同伴制作了一个简单的装置来投射食物，假设每人每天至少需要1000g食物，投射装置采用45°角投射，每次最多投射1500g食物到岛上，问题1：最少需要投射几次食物，才能满足岛上人员生存需要。问题2：如果想要减少投射次数，需要如何调节投射角度。以上情景导入和任务安排通过不同题卡和积木组合使用，从而既训练学生的观察能力、计算能力和动手能力，也增强训练的趣味性。

本发明通过触觉学习、视觉学习、抽象学习和动手操作，更直观的把抽象的概念一一建模，以沉浸式教学方式，使学生在游戏过程中建立稳固的情绪记忆和动作记忆，完成数学知识的学习和数学素养的培养及数学思维的建立。

综上，本发明提供的用于量与测量能力训练的数学教具具有以下优点：

用于量与测量能力训练的数学教具，不仅可以全面有效的对学生的量与测量能力进行训练，而且，可以显著增强量与测量能力训练过程中的趣味性，从而充分调动学生的学习积极性，提高学习效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种建筑数学思维能力训练教具，其特征在于，包括图形和空间能力训练单元(A)、数及数的计算能力训练单元(B)、概率和统计能力训练单元(C)、逻辑推理思维能力训练单元(D)、量与测量能力训练单元(E)、建筑积木单元和情景导入绘本；

所述建筑积木单元包括多个以原木为材料的积木元件，积木元件是以古典建筑基本元素作为积木基础进行设计的，各个所述积木元件通过组合搭建，搭建得到各个类型的古典建筑三维模型；

所述情景导入绘本是以生活为原型，以各种人物动物为主体的故事情境内容；

所述图形和空间能力训练单元(A)、所述数及数的计算能力训练单元(B)、所述概率和统计能力训练单元(C)、所述逻辑推理思维能力训练单元(D)和所述量与测量能力训练单元(E)，分别用于结合所述情景导入绘本，对学生的图形和空间能力、数及数的计算能力、概率和统计能力、逻辑推理思维能力和量与测量能力进行训练。

2.根据权利要求1所述的建筑数学思维能力训练教具，其特征在于，所述图形和空间能力训练单元(A)包括工作板(A-1)、基础元件(A-2)、基础轨道(A-3)、提升装置(A-4)、下落装置(A-5)和测试球(A-6)；在所述工作板(A-1)上方，根据任务需求对基础元件(A-2)、基础轨道(A-3)、提升装置(A-4)和/或下落装置(A-5)进行搭建组成，从而对学生的图形和空间能力进行训练；

其中，所述基础元件(A-2)包括各种基础形状的积木块；所述基础轨道(A-3)包括各种截面尺寸相同、具有凹槽或孔的可供所述测试球(A-6)通过的积木块；

所述提升装置(A-4)包括支撑座体(A-4.1)、提升外壳(A-4.2)、提升操作手柄(A-4.3)和限位臂(A-4.4)；

所述支撑座体(A-4.1)具有垂直设置的第1提升轨道(A-4.1.1)；所述提升操作手柄(A-4.3)和所述限位臂(A-4.4)分别位于所述第1提升轨道(A-4.1.1)的左右两侧；并且，所述提升操作手柄(A-4.3)的一端与所述支撑座体(A-4.1)的左侧铰接，所述提升操作手柄(A-4.3)的另一端位于所述第1提升轨道(A-4.1.1)的前方，用于将所述测试球(A-6)向上弹出；所述限位臂(A-4.4)的一端与所述支撑座体(A-4.1)的右侧铰接，所述限位臂(A-4.4)的另一端位于所述第1提升轨道(A-4.1.1)的前方，且位于所述提升操作手柄(A-4.3)的上方，用于防止被所述提升操作手柄(A-4.3)弹出的所述测试球(A-6)回落；

在所述支撑座体(A-4.1)的上面搭建所述提升外壳(A-4.2)，所述提升外壳(A-4.2)的内部具有垂直设置的第2提升轨道(A-4.2.1)，所述第2提升轨道(A-4.2.1)的入口端与所述第1提升轨道(A-4.1.1)的出口端连通；

所述下落装置(A-5)包括基座(A-5.1)、固定凹槽(A-5.2)和下落手柄(A-5.3)；

所述基座(A-5.1)为圆筒形状，所述基座(A-5.1)的内部形成倾斜向下的下落轨道(A-5.1.1)；所述基座(A-5.1)的上方固定安装所述固定凹槽(A-5.2)，所述固定凹槽(A-5.2)的底部具有与所述基座(A-5.1)的内部连通的球体出口；在所述固定凹槽(A-5.2)和所述基座(A-5.1)之间安装所述下落手柄(A-5.3)，所述下落手柄(A-5.3)的一端通过轴(A-5.4)与所述基座(A-5.1)铰接，所述下落手柄(A-5.3)位于所述球体出口的下方，所述下落手柄(A-5.3)的另一端与所述固定凹槽(A-5.2)之间固定安装复位弹簧；当所述下落手柄(A-5.3)被下压时，所述下落手柄(A-5.3)绕所述轴(A-5.4)向下转动，进而释放所述球体出口，所述测试球(A-6)从所述球体出口下落后，落到所述下落轨道(A-5.1.1)下，并沿所述下落轨道(A-5.1.1)向下滚动。

3.根据权利要求1所述的建筑数学思维能力训练教具，其特征在于，所述数及数的计算能力训练单元(B)包括支架(B-1)，所述支架(B-1)上安装可在垂直面转动的提升齿轮(B-2)，所述提升齿轮(B-2)的齿盘上等间距开设若干个相同孔径的容置通孔(B-3)，各个所述容置通孔(B-3)呈圆形排列，所述容置通孔(B-3)的孔径大于被采用的球体直径；齿盘上位于最低位置的容置通孔(B-3)所对应的位置为入口位置；齿盘上位于最高位置的容置通孔(B-3)所对应的位置为出口位置；

在所述提升齿轮(B-2)的正面和反面各布置第1挡板(B-4)和第2挡板(B-5)；当所述提升齿轮(B-2)转动时，所述第1挡板(B-4)和所述第2挡板(B-5)固定不动；其中，所述第1挡板(B-4)在齿盘的正面挡住所述入口位置到所述出口位置之间呈弧形排列的各个容置通孔(B-3)，同时，所述第1挡板(B-4)未挡住所述入口位置对应的容置通孔(B-3)，但所述第1挡板(B-4)挡住所述出口位置对应的容置通孔(B-3)；所述第2挡板(B-5)在齿盘的背面挡住所述入口位置到所述出口位置之间呈弧形排列的各个容置通孔(B-3)，同时，所述第2挡板(B-5)挡住所述入口位置对应的容置通孔(B-3)，但未挡住所述出口位置对应的容置通孔(B-3)；

还包括入口轨道(B-6)、出口轨道(B-7)和齿轮转动驱动机构；所述入口轨道(B-6)的出口端与齿盘正面的入口位置对应的容置通孔(B-3)连通；并且，所述入口轨道(B-6)为倾斜轨道，所述入口轨道(B-6)的入口端高于所述入口轨道(B-6)的出口端；所述出口轨道(B-7)的入口端与齿盘背面的出口位置对应的容置通孔(B-3)连通；并且，所述出口轨道(B-7)为倾斜轨道，所述出口轨道(B-7)的入口端高于所述出口轨道(B-7)的出口端；

所述齿轮转动驱动机构与所述提升齿轮(B-2)联动，用于驱动所述提升齿轮(B-2)转动。

4.根据权利要求3所述的建筑数学思维能力训练教具，其特征在于，所述齿轮转动驱动机构包括拨叉(B-8)、传动杆(B-9)、异形半轮(B-10)、异形半轮驱动件(B-11)以及底座(B-19)；

所述异形半轮(B-10)通过第1转轴(B-12)与所述底座(B-19)转动连接；所述传动杆(B-9)为三角形传动结构，其具有的三个顶点分别记为：将位于顶部的顶点称为第1顶点，将位于底边左侧的顶点称为第2顶点，将位于底边右侧的顶点称为第3顶点；所述传动杆(B-9)在第1顶点位置通过第2转轴(B-13)与所述拨叉(B-8)转动连接，所述传动杆(B-9)在第2顶点位置通过第3转轴(B-14)与所述底座(B-19)转动连接；所述传动杆(B-9)在第3顶点位置通过第4转轴(B-15)可转动安装滚轮(B-16)；所述滚轮(B-16)与所述异形半轮(B-10)的外表面接触；所述异形半轮(B-10)转动过程中，每转动一周，通过传动杆(B-9)带动拨叉(B-8)向前拨动提升齿轮(B-2)的一个齿，如此不断循环，实现不断向前拨动提升齿轮(B-2)的效果。

5.根据权利要求4所述的建筑数学思维能力训练教具，其特征在于，所述异形半轮(B-10)的外表面包括弧面(B-10.1)和曲面(B-10.2)；所述弧面(B-10.1)的两端分别与所述曲面(B-10.2)的两端相接，将相接点分别记为第1支撑点(B-10.3)和第2支撑点(B-10.4)；其中，所述异形半轮(B-10)的转动点(B-10.5)到所述第1支撑点(B-10.3)的距离，与所述异形半轮(B-10)的转动点(B-10.5)到所述第2支撑点(B-10.4)的距离相等，该距离大于所述转动点(B-10.5)到所述异形半轮(B-10)外表面其他位置的距离；

当所述异形半轮(B-10)转动过程中，当转动到所述第1支撑点(B-10.3)与所述滚轮(B-16)接触时，异形半轮(B-10)通过传动杆(B-9)带动拨叉(B-8)向前拨动提升齿轮(B-2)的齿A；然后，当异形半轮(B-10)转动到所述曲面(B-10.2)与所述滚轮(B-16)接触时，由于对滚轮(B-16)的支撑高度变低，因此，异形半轮(B-10)通过传动杆(B-9)带动拨叉(B-8)离开齿A，并使拨叉(B-8)叉入到位于齿A下面的齿B的间隙中；然后，异形半轮(B-10)继续转动到第2支撑点(B-10.4)与所述滚轮(B-16)接触，由于对滚轮(B-16)的支撑高度变高，因此，异形半轮(B-10)向上抬起传动杆(B-9)，进而通过传动杆(B-9)带动拨叉(B-8)向前拨动齿B，如此使提升齿轮(B-2)转动。

6.根据权利要求1所述的建筑数学思维能力训练教具，其特征在于，所述概率和统计能力训练单元(C)包括旋转装置(C-1)和统计装置(C-2)；

所述旋转装置(C-1)包括旋转盘(C-1.1)、色板(C-1.6)和旋转轴(C-1.9)；所述旋转盘(C-1.1)的底部中心位置固定安装底盘(C-1.2)，所述旋转盘(C-1.1)的顶部中心位置固定安装轴承(C-1.3)，所述轴承(C-1.3)的下部嵌入到所述底盘(C-1.2)的内部，且使所述轴承(C-1.3)的外套与所述底盘(C-1.2)的内壁固定连接；所述轴承(C-1.3)的上部延伸到所述旋转盘(C-1.1)的盘面上方形成突出部；所述旋转轴(C-1.9)竖直设置，所述旋转轴(C-1.9)的底部嵌入到所述轴承(C-1.3)的内套；

在所述轴承(C-1.3)的外套等间距开设若干个第1水平插槽(C-1.4)；所述旋转盘(C-1.1)的外边缘对应开设若干个第2水平插槽(C-1.5)；每个色板(C-1.6)的一侧具有第1插件(C-1.7)，另一侧具有第2插件(C-1.8)，使所述色板(C-1.6)的第1插件(C-1.7)插入到所述第1水平插槽(C-1.4)，使所述色板(C-1.6)的第2插件(C-1.8)插入到所述第2水平插槽(C-1.5)，多个色板(C-1.6)插接完成后形成完整的圆形结果展示面板；

所述统计装置(C-2)包括统计盘(C-2.1)和若干张颜色卡片(C-2.2)。

7.根据权利要求1所述的建筑数学思维能力训练教具，其特征在于，所述逻辑推理思维能力训练单元(D)包括：底座(D-1)，所述底座(D-1)的一侧设置结果展示训练单元；所述底座(D-1)的另一侧设置预览展示单元；

其中，所述结果展示训练单元包括第1主轴(D-2)、第1左支撑座(D-3)、第1右支撑座(D-4)、结果展示单元(D-5)、支撑板(D-6)和第1主轴驱动机构(D-7)；所述第1左支撑座(D-3)和所述第1右支撑座(D-4)左右对称安装于所述底座(D-1)上面；所述第1主轴(D-2)的左右两侧分别可转动安装于所述第1左支撑座(D-3)和所述第1右支撑座(D-4)的支撑孔中；所述第1主轴驱动机构(D-7)与所述第1主轴(D-2)联动，用于驱动所述第1主轴(D-2)转动；在所述第1左支撑座(D-3)和所述第1右支撑座(D-4)之间固定安装所述支撑板(D-6)，所述支撑板(D-6)位于所述第1主轴(D-2)的上方；在所述支撑板(D-6)上，等间距布置若干个结果展示单元(D-5)，每个所述结果展示单元(D-5)均包括三个呈三角形布置的结果展示面板(D-5.1)；每个所述结果展示单元(D-5)的底部与位于支撑板(D-6)下面的第1齿轮(D-8)固定连接；所述第1齿轮(D-8)为水平齿轮；并且，每个所述第1齿轮(D-8)均与对应的固定安装于第1主轴(D-2)上的第2齿轮(D-9)啮合；当所述第1主轴(D-2)转动时，通过第2齿轮(D-9)和第1齿轮(D-8)的啮合传递作用，带动所述结果展示单元(D-5)旋转，每转动120度，各个所述结果展示单元(D-5)的位于前侧的结果展示面板即拼为一个平面面板。

8.根据权利要求1所述的建筑数学思维能力训练教具，其特征在于，所述量与测量能力训练单元(E)包括基座(E-1)、水平旋转机构、俯仰调节机构以及发射机构；

所述水平旋转机构包括固定座(E-2)和活动座(E-3)；所述固定座(E-2)的底部固定安装于所述基座(E-1)的上面；所述固定座(E-2)的水平截面为圆环形，所述固定座(E-2)靠近顶部的外圆表面设置有水平旋转指示刻度带(E-4)；所述活动座(E-3)的底部套于所述固定座(E-2)的顶部外缘，所述活动座(E-3)可沿所述固定座(E-2)进行水平旋转，并且，所述活动座(E-3)的下面固定安装第1指示标记(E-5)；所述第1指示标记(E-5)位于所述水平旋转指示刻度带(E-4)的外面；

所述俯仰调节机构包括固定支撑座(E-6)、套箍(E-7)和俯仰轴(E-8)；所述固定支撑座(E-6)的底部固定安装于所述活动座(E-3)的顶部；所述固定支撑座(E-6)的靠近顶部的外圆表面设置有俯仰指示刻度带(E-9)，所述俯仰指示刻度带(E-9)上面的刻度线呈半圆形布置；在半圆形的圆心位置开设有通孔(E-16)；所述套箍(E-7)包括套箍本体(E-7.1)以及固定于所述套箍本体(E-7.1)下面的插销(E-7.2)，所述插销(E-7.2)的外面固定有圆环状凸起(E-7.3)；所述插销(E-7.2)插入到所述通孔(E-16)中，并使所述圆环状凸起(E-7.3)穿过所述通孔(E-16)而延伸到通孔外面，在所述圆环状凸起(E-7.3)上面固定安装第2指示标记(E-10)；所述俯仰轴(E-8)水平穿过所述通孔(E-16)、所述插销(E-7.2)的底部以及所述圆环状凸起(E-7.3)的环心，进而将所述套箍(E-7)和所述固定支撑座(E-6)装配到一起，使所述套箍(E-7)可相对于所述固定支撑座(E-6)进行俯仰调节；

所述发射机构包括外筒(E-11)、内筒(E-12)以及动力装置(E-13)；所述内筒(E-12)装配于所述外筒(E-11)的内部，所述内筒(E-12)在所述动力装置(E-13)的驱动作用下，进行发射动作；所述外筒(E-11)的外周套接所述套箍(E-7)的套箍本体(E-7.1)，进而实现所述外筒(E-11)和所述套箍(E-7)的连接固定。

9.根据权利要求8所述的建筑数学思维能力训练教具，其特征在于，所述动力装置(E-13)包括：复位弹簧(E-13.1)、手摇轮(E-13.2)、棘轮(E-13.3)、棘轮轴(E-13.4)、齿轮(E-13.5)、止逆棘爪(E-13.6)、棘爪手柄(E-13.7)和齿槽(E-13.8)；

所述复位弹簧(E-13.1)连接在所述内筒(E-12)和所述外筒(E-11)之间；所述内筒(E-12)上开设所述齿槽(E-13.8)；

所述手摇轮(E-13.2)和所述棘轮(E-13.3)均同轴固定安装于所述棘轮轴(E-13.4)的一端，所述棘轮轴(E-13.4)的另一端固定安装所述齿轮(E-13.5)，所述齿轮(E-13.5)与所述齿槽(E-13.8)啮合；当所述手摇轮(E-13.2)转动时，同时带动所述棘轮(E-13.3)和所述齿轮(E-13.5)转动，当所述齿轮(E-13.5)转动时，既推动所述齿槽(E-13.8)运动，进而实现所述内筒(E-12)相对于所述外筒(E-11)的运动；

所述止逆棘爪(E-13.6)的一端与所述外筒(E-11)通过棘爪转轴(E-13.9)可转动连接，所述止逆棘爪(E-13.6)的另一端卡入所述棘轮(E-13.3)，使所述棘轮(E-13.3)只能进行单向逆时针转动；所述止逆棘爪(E-13.6)与所述棘爪手柄(E-13.7)连接，当所述棘爪手柄(E-13.7)向上被提起时，带动所述止逆棘爪(E-13.6)绕棘爪转轴(E-13.9)顺时针转动，进而释放所述止逆棘爪(E-13.6)对所述棘轮(E-13.3)的单向限位作用。

10.一种基于权利要求1-9任一项所述的建筑数学思维能力训练教具的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(一)当需要对学生的图形和空间能力进行训练时，采用图形和空间能力训练单元(A)，以游戏的方式引入图形和空间的概念，借用情景导入绘本辅助工具，以任务的形式引导学生理解图形和空间的知识，从而实现对学生图形和空间能力的训练，具体的，根据情景导入绘本，在工作板(A-1)上方，根据任务需求对基础元件(A-2)、基础轨道(A-3)、提升装置(A-4)和/或下落装置(A-5)进行搭建组成某种特定的三维模型，在将测试球放置在三维模型的入口后，测试球通过轨道、下落装置5和提升装置(A-4)的作用，顺利滑动到三维模型的出口；

其中，提升装置(A-4)对测试球进行提升的方法为：当测试球通过辅助轨道滑动到提升操作手柄(A-4.3)和限位臂(A-4.4)之间的间隙时，此时，提升操作手柄的末端位于测试球的下面，限位臂的末端位于测试球的上面；然后，向下按压提升操作手柄，使提升操作手柄绕转轴逆时针转动，提升操作手柄末端向上抬升，从而向上弹出测试球，测试球通过第1提升轨道(A-4.1.1)和第2提升轨道(A-4.2.1)后，从第2提升轨道(A-4.2.1)的顶端的出口弹出；其中，在测试球向上弹出的过程中，在经过限位臂(A-4.4)时，会使限位臂(A-4.4)绕自身转轴顺时针转动一个小角度，在测试球越过限位臂后，限位臂又在回复力的作用下复原，使限位臂的末端挡在第1提升轨道(A-4.1.1)上，从而防止已被弹出的测试球回落；

下落装置(A-5)引导测试球下落的方法为：

在没有对下落手柄(A-5.3)进行操作时，下落手柄(A-5.3)在复位弹簧的作用下保持水平状态，此时，下落手柄(A-5.3)封堵固定凹槽(A-5.2)的测试球出口；测试球进入到固定凹槽(A-5.2)内；然后，向下按压下落手柄(A-5.3)，下落手柄(A-5.3)绕轴(A-5.4)进行顺时针转动，从而使下落手柄和固定凹槽(A-5.2)的测试球出口之间形成间隙，因此，测试球滑动该间隙后落入到下落轨道(A-5.1.1)上，并沿下落轨道(A-5.1.1)向下滑动；然后，当松开下落手柄(A-5.3)时，下落手柄(A-5.3)在复位弹簧的作用下又回复到水平状态；

(二)当需要对学生的数及数的计算能力进行训练时，采用数及数的计算能力训练单元(B)，数及数的计算能力训练单元(B)对学生进行数及数的计算能力训练的过程包括：

(2.1)在入口轨道(B-6)放置所需数量、所需颜色的球体，由于入口轨道(B-6)是倾斜轨道，因此，球体Q在重力作用下沿入口轨道(B-6)向前滚动；由于入口轨道(B-6)的出口与提升齿轮(B-2)最低位置的容置通孔D连通，并且，容置通孔D的背面通过第2挡板(B-5)挡住，因此，球体Q可沿入口轨道(B-6)顺序滚动到容置通孔D内，并由于第2挡板(B-5)和球体的惯性，球体Q短时间内不会脱离容置通孔D；

(2.2)启动齿轮转动驱动机构，齿轮转动驱动机构驱动提升齿轮(B-2)转动；容置通孔D携带球体Q的位置不断升高，在球体Q随容置通孔D不断转向高位置的过程中，容置通孔D的正反两侧同时被第1挡板(B-4)和第2挡板(B-5)所挡住，因此，可保证在球体Q转动升高过程中，球体Q不会脱离容置通孔D；

当提升齿轮(B-2)带动容置通孔D转动到最顶部位置时，此时，最顶部位置仅被第1挡板(B-4)挡住，没有被第2挡板(B-5)挡住，并且，最顶部位置与出口轨道(B-7)连通；因此，当容置通孔D携带球体Q转动到最顶部位置时，在惯性的作用下，球体Q被投入到出口轨道(B-7)上；

(2.3)由于出口轨道(B-7)为倾斜轨道，因此，当球体Q进入到出口轨道(B-7)后，在球体重力作用下，球体Q沿出口轨道(B-7)向下滑动，出口轨道(B-7)的出口端连接思维盘；则球体Q进入到思维盘中；

在启动齿轮转动驱动机构后，如果在入口轨道(B-6)放置多个球体，则齿轮转动驱动机构会依次将入口轨道(B-6)的球体输送到思维盘中，并在思维盘中按先后顺序排成一列，通过观察到达思维盘的球体，进而训练数及数的计算能力；

(三)当需要对学生的概率和统计能力进行训练时，采用概率和统计能力训练单元(C)，概率和统计能力训练单元(C)对学生进行概率和统计能力训练的过程包括：

(3.1)根据题卡提示，选择所需颜色的色板(C-1.6)，拼装得到完整的圆形结果展示面板；

(3.2)然后，转动旋转盘(C-1.1)的旋转轴，使旋转盘(C-1.1)开始旋转，进而使结果展示面板旋转；然后，向结果展示面板的上面放入测试球；

(3.3)受离心力的作用，测试球会在结果展示面板上面不停滚动；当旋转盘停止转动时，测试球会停留在结果展示面板的某个颜色的色板(C-1.6)上，根据测试球所停留的色板(C-1.6)的颜色，在统计盘(C-2.1)的凹槽内，放入相同颜色的卡片；

重复步骤3.1-3.3多次，完成对学生概率和统计能力的训练；

(四)当需要对学生的逻辑推理思维能力进行训练时，采用逻辑推理思维能力训练单元(D)，逻辑推理思维能力训练单元(D)对学生进行逻辑推理思维能力训练的过程包括：

(4.1)根据训练难度以及情景导入绘本的要求，将卡片分别插入到各个结果展示单元(D-5)的对应位置的结果展示面板中；其中，每个结果展示单元(D-5)具有呈三角形布置的三个结果展示面板(D-5.1)；摇动手柄，通过第1主轴驱动机构(D-7)带动第1主轴(D-2)转动，进而带动各个结果展示单元(D-5)同步旋转，并且，每当第1主轴(D-2)转动一周360度，带动结果展示单元(D-5)转动120度，正好完成结果展示单元中结果展示面板的旋转替换；

(4.2)在预览展示单元上安装预览展示卡纸，转动手柄时，以动画的形式展示预览内容；

(五)当需要对学生的量与测量能力进行训练时，采用量与测量能力训练单元(E)，量与测量能力训练单元(E)对学生进行量与测量能力训练的过程包括：

(5.1)通过水平旋转机构旋转发射机构的水平方位，并通过观察第1指示标记(E-5)和水平旋转指示刻度带，记录调整后的发射机构的水平旋转角度值；

通过俯仰调节机构调节发射机构的俯仰角度，并通过观察第2指示标记和俯仰指示刻度带，记录调整后的发射机构的俯仰角度值；

(5.2)向发射机构的内筒(E-12)中放入球体，操纵手摇轮，并通过棘轮和止逆棘爪的撞击次数控制发射力的大小，当发射力符合要求时，操纵棘爪手柄，在复位弹簧的推动力作用下，推动球体经内筒(E-12)抛出，并可通过测量尺测量到球体被抛出的距离值；

因此，调节发射力、球体质量、水平旋转角度和俯仰角度值参数，平行进行多次实验，从而训练学生的量与测量能力。