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Die
Erfindung betrifft in erster Linie ein Verfahren zum Aufbau von
Sprachverbindungen in einem interaktiven, elektronischen Lernsystem
gemäß Patentanspruch 1. Weiterhin betrifft die
Erfindung eine Vorrichtung zum zum Aufbau von Sprachverbindungen
in einem interaktiven, elektronischen Lernsystem gemäß Patentanspruch
3.
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Interaktive
elektronische Lernsysteme bzw. modulare Lehrsystem für
individuelles Lernen sind seit langem bekannt.
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Beispielsweise
ist aus der
US-A-5,002,491 ein
interaktives elektronisches Klassenzimmer bekannt, bei dem eine
Mehrzahl von Schülerarbeitsplätzen an ein zentrales
Steuerpult angeschlossen sind, das einen Computer enthält,
der als zentraler Rechner für die ebenfalls einen Rechner
enthaltenden Schülerarbeitsplätze dient. Die Kommunikation
zwischen dem Rechner des Schülerarbeitsplatzes und dem
zentralen Rechner erfolgt über ein konventionelles PC-Netz.
Eine solche Ausführungsform hat zwar den Vorteil einer
gegenüber herkömmlichen Lehranlagen erhöhten
Flexibilität, ermöglicht aber keinen Austausch
von gesprochenen Texten und ist somit als Lehranlage für
ein Sprachlabor nicht geeignet.
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Eine
ebenfalls auf digitaler Basis arbeitende Lehranlage für
ein Sprachlabor ist beispielsweise aus der
US-A-4,786,255 bekannt. Dort
werden in einem Speicher (RAM) eines zentralen Steuergerätes
die von einem analogen Wiedergabegerät ausgegebenen Arbeitstexte
nach vorheriger Analog/Digital/Wandlung gespeichert. Mittels eines
zentralen Steuerrechners werden die im Speicher unter vorgegebenen
Adressen gespeicherten digitalen Arbeitstexte an einen Systembus
ausgegeben und an Schülerarbeitsplätze weitergeleitet.
Jeder Schülerarbeitsplatz enthält einen Digital/Analog-Wandler,
mit dem die am Systembus anstehenden digitalen Arbeitstexte in analoge
Signale umgewandelt und an einen Kopfhörer ausgegeben werden.
Ein Schülermikrofon ist über einen Analog/Digital-Wandler
ebenfalls an den Systembus angeschlossen, so dass die vom Schüler
gesprochenen Arbeitstexte in digitalisierter Form an das zentrale
Steuerpult weitergeleitet werden können. Mit diesem bekannten
Aufbau ist es jedoch nicht möglich, dass verschiedene Schüler gleichzeitig
verschiedene Arbeitstexte empfangen können.
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Schließlich
ist aus der
DE 42 38
848 C2 der Anmelderin eine Lehranlage für Unterrichtsräume
mit einem zentralen Steuerpult zur Bereitstellung und Übertragung
von Arbeitsanweisungen und Arbeitstexten an periphere Schülerarbeitsplätze,
das einen Steuerrechner umfasst, der einen Massenspeicher zur dauerhaften
Speicherung sämtlicher relevanter Systemdaten und Arbeitstexte
enthält bekannt, wobei jeder Schülerarbeitsplatz
einen Digital/Analog-Wandler und einen Analog/Digital-Wandler sowie eine
jeweils zugeordnete analoge Schnittstelle zur Aus- bzw. Eingabe
der Arbeitstexte in Form eines Analogsignals enthält. Im
einzelnen kommuniziert mit dem Steuerrechner eine zumindest der
Anzahl der Schülerarbeitsplätze entsprechende
Anzahl Einplatinenrechner mit jeweils einer Recheneinheit und einem Arbeitsspeicher
zum Speichern der vom Massenspeicher übertragenen bzw.
der vom Schüler eingegebenen Arbeitstexte. Der Steuerrechner
enthält einen Festplattenspeicher, einen Hauptarbeitsspeicher
und eine zentrale Hauptrecheneinheit und auf einer Eingabeseite
ist eine Analog/Digital-Wandlereinheit an den Steuerrechner zur
Wandelung analoger Textpassagen in digitale und damit speicherbare sowie
im Steuerrechner verarbeitbare Arbeitstexte anschließbar.
Die Peripheriegeräte, insbesondere ein Monitor und eine
Tastatur, sind ebenfalls an den Steuerrechner anschließbar
sind und auf der Eingabeseite sind externe Laufwerke für
externe Datenträger, beispielsweise Speicherdisketten oder CD-ROM,
vorgesehen. An die A/D-Wandlereinheit ist ein Lehrermikrofon und/oder
ein Tonbandabspielgerät – vorzugsweise ein Kassettenrekorder – anschließbar
zur Eingabe der Arbeitsanweisungen und Arbeitstexte in den Steuerrechner.
An die Schnittstelle für die Ausgabe ist der Schülerarbeitsplatz
mit Anschlussbuchsen für ein Empfangsgerät – insbesondere
Schülerkopfhörer – und für einen
Fußschalter sowie mit einer Lautstärkeregelung
anschließbar. Dabei ist an der Eingabeseite eine Digital/Analog-Wandlereinheit
zur Wandelung der digitalen Arbeitstexte im Steuerrechner in über
den Lehrerkopfhörer empfangbare Tonsignale anschließbar.
Ferner ist an die Eingabe-Schnittstelle der Schülerarbeitsplatz
mit einer Anschlussbuchse für ein Sendegerät – insbesondere
Schülermikrofon – anschließbar. Schließlich
ist ein PC-Netz zur visuellen Datenübertragung vorgesehen,
das von dem aus Einplatinenrechnem sowie D/A-Wandlern und A/D-Wandlern
zur Tonübertragung gebildeten Audio-Netz unabhängig verkabelt
ist, wobei der Steuerrechner zur Koordinierung des gleichzeitigen
Betriebes beider Netze sowohl das PC-Netz als auch das Audio-Netz
mit einer Steuersoftware mit einer gemeinsamen Benutzeroberfläche
steuert.
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PC-Netze
bei Lehranlagen sind davon ausgehend heute Stand der Technik wie
eine Audioverkabelung bzw. ein "Audio-Netz", wobei es für
eine solche eine Verbindungseinheit (System Connection Unit) gibt.
Hieran sind in der Regel Mikrofon-Kopfhörer-Kombinationen
(Headsets) angeschlossen. Beim Einsatz von PCs in solchen Lehranlagen
kommen auch Soundkarten zum Einsatz und werden in einer Netzstruktur
geeignet angeschlossen. Dabei kommt häufig der Einsatz
eines einzelnen Standard-PC mit Standard-Festplatte als Aufzeichnungs-
und Wiedergabeinrichtung für eine relativ große
Anzahl von Nutzern zum Einsatz. Beispielsweise dient ein Sprachlabor
der Individualisierung und Differenzierung des Sprachunterrichts.
Es ermöglicht, dass jeder Schüler mit seiner je
eigenen Übung nach eigener Arbeitsgeschwindigkeit arbeiten
kann. Es ermöglicht darüber hinaus, dass die Lehrkraft
sich individuell mit jedem einzelnen Schüler beschäftigen
kann: Durch Mithören bei seiner Schülerleistung,
durch gezielte Ansprache von Einzelnen oder Gruppen, ohne das dabei
die restliche Klasse gestört wird.
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Die
nachfolgende Aufzählung folgt der zunehmenden Komplexität
der Unterrichtsgestaltung
- – Tonprogramm
an Alle (live): eine z. B. Unterrichtskassette wird am Lehrerplatz
abgespielt, der Ton liegt an allen Schülerkopfhörern
an.
- – Übertragung einer Schülerübung,
auf die den Schülern zugeordneten Speicherelemente, damit sie
dort von den Schülern individuell und nach Maßgabe
des eigenen Leistungsvermögens gehört werden können
(Schüler hört eine Sequenz, stoppt, spult ggf.
zurück, hört diese Sequenz nochmals).
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Diese
Modi beziehen sich auf das Hörverstehen beim Erlernen einer
fremden Sprache.
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Zum
Hörverstehen tritt die Sprechfertigkeit. Dem Erlangen dieser
Fertigkeit entsprechen die folgenden Arbeitsmodi
- – Schüler
hört eine Übung (live) und spricht das Gehörte
• simultan
nach
• zeitversetzt in einer Pause der Live-Übertragung nach
und
hört sich dabei selbst im eigenen Kopfhörer, da sein
Mikrofon, in das er spricht, über einen sogenannten Audioaktiv-Verstärker
mit dem Kopfhörer verbunden ist. - – Schüler
hört eine zuvor in seinen Speicher übertragene Übung
und spricht diese nach
• ohne die eigene Übung
aufzuzeichnen
• mit Aufzeichnung der eigenen Übung
auf dem Speicher, der dem Schüler zugeordnet ist
- – Mithören der Lehrkraft an den Schülerplätzen
ist bei allen oben beschriebenen Modi möglich (Mikrofon
des Schülerplatzes ist mit Kopfhörer des Lehrerplatzes
verbunden)
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Ergänzend
sei nachgetragen, dass zum Erlernen einer Sprache in der nächsten
Entwicklungsstufe auch das Leseverständnis und die Schreibfertigkeit
gehören.
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Der
Lehrerplatz gliedert sich dabei in ein Steuergerät, welches
prinzipiell durch ein elektromechanisches Schaltpult ausgeführt
werden könnte, oder durch einen Steuerrechner (PC) mit
einem integrierten oder nachgeschalteten Steuerwerk (damit werden
die Funktionen ausgelöst wie: Ton-Live an ..., Übertragung
einer Übung an ..., Mithören bei ..., Ansprechen
von ...). Der Lehrerplatz besteht weiter aus Audioquellen, welche
analoge Medien sein (Kassettenrecorder, Videorecorder) oder digitale
Medien (CD, Wave-Datei auf dem Steuergerät selbst, wenn dieses
als PC ausgeführt ist) können und aus der Live-Audioquelle
Lehrer-Mikrofon. Schließlich besteht der Lehrerplatz aus
Audiosenken. Dabei handelt es sich um den Lehrerkopfhörer,
einen Kassettenrecorder, um vom Lehrer mitgehörte Schülerleistungen mitschneiden
zu können und, falls das Steuergerät als PC ausgeführt
ist, dessen Massenspeicher zur Archivierung von "eingesammelten"
Schülerleistungen.
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Mit
dem Lehrerplatz kommunizierten der/die Schülerplätze über
einen PC, über den auch (s. o.) sämtliche Funktionen
ausgelöst und Kommunikationswege geschaltet werden. Zur
Realisierung der oben beschriebenen Arbeitsmodi besteht der Schülerarbeitsplatz
aus einer Mikrofon-Kopfhörer-Kombination in Verbindung
mit einem Audioaktiv-Verstärker zwischen Mikrofon und Kopfhörer
(dies dient dazu, dass man sich "real" hört, ohne die sonst übliche Rückkopplung
im Schädel über die entsprechenden Knochensysteme).
Weiterhin weist der Schülerarbeitsplatz einen Schülerbedienteil,
welches die Manipulation des dem Schüler zugeordneten Speichers ermöglicht
(Wiedergabe der Lehrer-Spur/Master-Track mit den Funktionen "Stopp",
"Rücklauf", "Vorlauf"), Aufzeichnung auf die Schülerspur/Students'-Track,
(wie Teachers-Track, jedoch ergänzt um die Aufnahme-Funktion
die beim Teachers-Track nicht vorhanden sein kann – sonst
würde dieser Track zerstört); ggf. ergänzt
um eine sog. Ruftaste, mit der der Schüler Lehrerhilfe
anfordern kann; ggf. ergänzt um ein Zählwerk,
welches den aktuellen Stand von Teachers-Track und Students'-Track
anzeigt.
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Weiterhin
verfügt der Schülerplatz über ein Speicherelement,
auf dem die sich zuvor durch die Lehrkraft übertragene
Schülerübung befindet, und auf dem die vom Schüler
selbst erbrachte Leistung aufgezeichnet wird. Die den Schülerplätzen
zugeordneten Speicherelemente sind als digitale Baugruppen ausgeführt,
welche an der Wiedergabeseite einen D/A-Wandler benötigen
und an der Aufnahmeseite einen A/D-Wandler benötigen. die
Live-Audiokommunikation zwischen Programm-Quellen am Lehrerplatz
und Mik rofon-Kopfhörer-Kombination an den Schülerplätzen
analog erfolgt, ebenfalls Ruf-Funktionen und Mithör-Funktionen
analog erfolgen und über sog. Bedienteile erfolgt die Manipulation
des dem jeweiligen Schüler zugeordneten Speichers.
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Wie
die vorstehende Würdigung des Standes der Technik aufzeigt,
sind verschiedene interaktive elektronische Lernsysteme bzw. modulare
Lehrsystem für individuelles Lernen bekannt. Soll beispielsweise
der Aufbau des Lehrerplatzes mit PC erfolgen, so ist ein Öffnen
des PC-Gehäuses zum entsprechenden Einbau von mindestens
zwei Soundkarten in den PC erforderlich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Aufbau von Sprachverbindungen in einem interaktiven, elektronischen
Lernsystem anzugeben, welches einen kostengünstigen Aufbau
von Arbeitsplätzen mit Kopfhörer-Mikrofon-Garnitur
und ohne Eingriff in das PC-Gehäuse ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird, gemäß Patentanspruch 1, durch ein
Verfahren zum Aufbau von Sprachverbindungen in einem interaktiven,
elektronischen Lernsystem, bei dem
- • eine
Kopfhörer-Mikrofon-Garnitur zwei Soundkarten aufweist und
diese direkt über eine USB-Schnittstelle mit einem Computer
oder über ein Netzwerk mit einem Server in Verbindung stehen,
und
- • eine dynamische Umschaltung zwischen den Funktionen
eines Hosts und eines Peripheriegeräts, d. h. Umschaltung
zwischen Master/Slawe der beiden Soundkarten erfolgt,
gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf,
dass auf überraschend einfache Art und Weise der Lehrkraft
nahezu unbegrenzt didaktische Funktionen zur Verfügung
stehen – verbunden mit erstaunlich komfortabler und einfacher
Bedienung. Sogar mit einer „persönlichen" Benutzeroberfläche.
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Dabei
ist es egal, ob die Lehrkraft nur ein PC-Netzwerk verwalten möchten
(Übertragung von Programmen und Dateien, Übernahme
von Tastatur, Maus und Bildschirm der Schüler-PCs usw.)
oder ob eine anspruchsvolle Audiokommunikation, mit, zum Beispiel
Dialog, Zweispuraufzeichnung, Pairing usw. durchgeführt
werden soll – und das noch in Verbindung mit bidirektionaler
Videoübertragung per Streaming video. Weiterhin ist von
Vorteil dass der PC des Lehrerplatzes fertig mit Software installiert,
also „plug and plag" werden kann, wobei dieser die zentrale Steuereinheit,
den Lehrer-PC, Mediaquellen, Lautsprecher und einen Switch beinhaltet.
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Weiterhin
wird diese Aufgabe, gemäß Patentanspruch 5, durch
eine Vorrichtung zum Aufbau von Sprachverbindungen in einem interaktiven,
elektronischen Lernsystem, welche
- • eine
Kopfhörer-Mikrofon-Garnitur mit zwei Soundkarten und mit
mindestens einem Lautsprecher und
- • eine USB-Schnittstelle zum Anschluss der Kopfhörer-Mikrofon-Garnitur
an den jeweiligen Arbeitsplatz aufweist,
- • derart, dass über die eine Soundkarte am
Lautsprecher das gesprochene Wort wiedergegeben und dass über
die andere Soundkarte das Sprachsignal des Mikrofons zur USB-Schnittstelle des
jeweiligen Arbeitsplatz zugeführt wird,
gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung weist den Vorteil
auf, dass mit geringem zusätzlichem Kostenaufwand dem Benutzer
ein hoher Bedienkomfort geboten und dass ein kostengünstiger
Aufbau von Arbeitsplätzen mit Kopfhörer-Mikrofon-Garnitur
und ohne Eingriff in das PC-Gehäuse ermöglicht
wird. Die erfindungsgemäße Kopfhörer-Mikrofon-Garnitur
ist mit zwei Soundkarten ausgerüstet und wird einfach über
ein USB-Kabel an den Schüler-PC (oder -Laptop) angeschlossen.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten lassen sich der nachfolgenden Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf
die Zeichnung entnehmen. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung und
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2 eine
erfindungsgemäße Kopfhörer-Mikrofon-Garnitur
im Detail.
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Die 1 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung für den Anwendungsfall eines Lehrer-Arbeitsplatzes
PC in einem in einem interaktiven, elektronischen Lernsystem. Prinzipiell
ist das erfindungsgemäße Konzept für
viele Anwendungsfälle geeignet, wobei das Einsatzgebiet
von der Leitzentrale bzw. Fernwarte bis hin zur zentralen Auskunftsstelle
in Systemen der Daten- und Telekommunikationstechnik reicht.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren weist eine Kopfhörer-Mikrofon-Garnitur
KM zwei Soundkarten auf und diese stehen direkt über eine USB-Schnittstelle
mit einem Arbeitsplatz/Computer PC oder über ein Netzwerk
mit einem Server in Verbindung. Weiterhin erfolgt eine dynamische
Umschaltung zwischen den Funktionen eines Hosts und eines Peripheriegeräts,
d. h. Umschaltung zwischen Master/Slawe der beiden Soundkarten.
Vorzugsweise erfolgt die Sprachübertragung auf getrennten Sprachkanälen.
Weiterhin testet eine Schnittstellenschaltung der Soundkarte, die
ihr zur Verfügung stehenden Protokolle in Kommunikation
mit der Gegenstelle durch und stellt sich auf das von dort angebotene
Protokoll ein. im Einzelnen erfolgt ein Aufspielen eines nachladbaren
Gerätetreibers über die USB-Schnittstelle selbst,
direkt über serielle Schnittstellen oder durch Herunterladen
des nachladbaren Gerätetreibers von einem Personal Computer
bzw. aus dem Internet mittels des mobilen Telekommunikationsnetzes.
Das Aufspielen des nachladbaren Gerätetreibers ist dabei
nicht auf Endgeräte beschränkt, die über
USB-Anschlussstellen verfügen, sondern lässt sich
ebenso bei anderen Endgeräten einsetzen, die untereinander
zur drahtgebundenen oder drahtlosen Datenkommunikation bestimmt
sind.
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Wie
in 2 dargestellt ist, weist die erfindungsgemäße
Kopfhörer-Mikrofon-Garnitur KM mit zwei Soundkarten mindestens
einem Lautsprecher L und eine USB-Schnittstelle zum Anschluss der
Kopfhörer-Mikrofon-Garnitur KM an den jeweiligen Arbeitsplatz
PC auf. Vorzugsweise erfolgt die Umschaltung derart, dass über
die eine Soundkarte am Lautsprecher L das gesprochene Wort wiedergegeben und
dass über die andere Soundkarte das Sprachsignal des Mikrofons
M zur USB-Schnittstelle des jeweiligen Arbeitsplatz PC zugeführt
wird. Diese Ausgestaltung der Erfindung weist den Vorteil auf, dass eine
unverwechselbare Handhabung und eine hohe Bedienungssicherheit ermöglicht
werden. Daneben kann eine akustische Bedienführung durch
eine optische Anzeige am Arbeitsplatz PC (Lehrer- und/oder Schülerplatz)
unterstützt werden, ohne dass der laufende Betrieb unterbrochen
werden muss (beispielsweise Tastenbetätigung zur Quittierung
der über den Sprachkanal empfangenen Information). Weiterhin ist
von Vorteil, dass sowohl die eindeutige Identifizierbarkeit als
auch die rasche Information des jeweiligen Schülers am
Lehrerplatz gegeben ist, so dass der Benutzer sich am Arbeitsplatz
frei bewegen kann (insbesondere wenn der Arbeitsplatz PC drahtlos
mit der Kopfhörer-Mikrofon-Garnitur KM in Verbindung steh),
beispielsweise während des Gesprächs sich vom
Arbeitsplatz wegbewegen kann, und dass er die Hände frei
hat, um in einem Buch zu blättern und sich Notizen zu machen
(die er später der elektronischen Akte des Schülers
bzw. "Sprachakte" zuführt). Der Zugriff auf diese verschiedenen
Speicher/Speicherbereiche kann über Passwort abgesichert
sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 5002491
A [0003]
- - US 4786255 A [0004]
- - DE 4238848 C2 [0005]