DE202014007751U1

DE202014007751U1 - Elektronisches Lerngerät

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Publication number: DE202014007751U1
Application number: DE201420007751
Authority: DE
Original assignee: MATTHAUS HAHN E K; Matthaus Hahn eK
Current assignee: Wittmann Maria De
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2014-11-10
Anticipated expiration: 2024-10-01

Abstract

Elektronische Schreib-, Lese- und Rechenlernvorrichtung, umfassend:
– Zumindest einen Setzkasten (SK), der zum Einsetzen von Setzelementen (SE) bestimmt ist
– Eine Sensoreinheit (L), die dazu bestimmt ist, ein Muster aus in dem Setzkasten (SK) gesetzten Setzelementen (SE) zu erfassen
– Ein elektronisches Gerät (G) mit:
– einer Auswertelogik (A), die eine Vergleichseinheit (V) umfasst, wobei die Vergleichseinheit (V) dazu bestimmt ist, das von der Sensoreinheit (L) erfasste Muster mit einem vorgespeicherten Referenzmuster zum Berechnen eines Lernergebnisses auf Übereinstimmung zu vergleichen
– einer Ein- und Ausgabeschnittstelle (UI)
– einer Signaleinheit (S), die dazu bestimmt ist, in Abhängigkeit von dem berechneten Lernergebnis ein Ausgangssignal (AS) zu erzeugen, das zur Ausgabe an die Ein- und Ausgabeschnittstelle (UI) weitergeleitet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lern- und Lehreinrichtung zum Erlernen Schreibens, Lesens und Rechnens mit Hilfe eines Setzkastens. Der Setzkasten ist ein flacher Quader, der in eine geöffnete Stellung geklappt werden kann, in der er als Tragekonstruktion für eine herausnehmbare Setztafel dient und Aufbewahrungsfächer aufweist für unterschiedliche Setzelemente, die mit Buchstaben und/oder Ziffern, Satzzeichen oder Rechenzeichen beschriftet sind.
Setzkästen sind im Stand der Technik bekannt. Die Anmelderin entwickelt und vertreibt seit über 50 Jahren Setzkästen, die pädagogisch erprobt und durch Erfahrungswissen ständig weiterentwickelt wurden. Der im Stand der Technik bekannte Setzkasten ist in 1 dargestellt. Er besteht aus einer Setztafel 10, einem Aufbewahrungskasten SK, in dem auch eine Vielzahl von Setzelementen SE (Buchstaben, Zahlen und/oder Satzzeichen) angeordnet und einsortiert sind. Bei Gebrauch kann die Setztafel 10 dachförmig in den Deckel des Kastens SK gestellt und in der Nut der oberen Leiste des Lesekastens verankert werden. Im Gebrauch such das Kind für die jeweilige Aufgabe die passenden Buchstaben und/oder Ziffern, die auf den Setzelementen SE abgebildet sind aus und setzt diese in der korrekten Reihenfolge in die Nut der Setztafel 10 ein. Vorteilhaft ist die Setztafel 10 derart konstruiert, dass die eingeordneten Buchstaben – auch bei einer Lageänderung oder bei Umkippen der Setztafel 10 – weder aus dem Kasten SK noch aus der Setztafel 10 fallen können. Des Weiteren kann der Lern- oder Spielzustand zu jedem Zeitpunkt vorgehalten werden, indem der Lesekasten einfach mit eingelegter Setztafel 10 geschlossen wird.
Der im Stand der Technik bekannte Setzkasten soll nun durch mehrere technische Maßnahmen weiterentwickelt werden.
Die vorliegende Neuerung hat sich zur Aufgabe gestellt, dass der Setzkasten in seiner Funktionalität erweitert werden soll. Es soll möglich sein, dem anwendenden Kind Handlungsaufforderungen von einem Gerät zu erteilen, die es dann durch entsprechendes Setzen der Setzelemente erfüllen muss. Das Lernergebnis soll anschließend einer Auswertung unterzogen und dem Kind als Rückmeldung zur Selbstkontrolle mitgeteilt werden. Dazu sollen elektronische Handgeräte zum Einsatz kommen, wie Smartphones oder Laptops etc. Die Rückmeldung soll in akustischer und/oder optischer Form möglich sein. Das bekannte Setzverfahren soll auch dahingehend erweitert werden, dass das jeweils erzielte Lernergebnis in Bezug auf die Zeit mitgeführt wird, so dass unmittelbar eine Aussage abgeleitet werden kann, wie lange der Zeitraum zwischen Handlungsaufforderung und korrekt gesetzten Setzelementen beträgt.
Diese Aufgabe wird durch die beiliegenden Schutzansprüche gelöst und insbesondere durch eine elektronische Schreib-, Lese- und Rechenlernvorrichtung und ein entsprechendes System.
Die Neuerung betrifft insbesondere eine elektronische Lern- und Lehrhilfe, die als Schreib-, Lese- und/oder Rechenlernvorrichtung oder als Spielgerät ausgebildet sein kann, umfassend:

– Zumindest einen Setzkasten oder ein Spielgerät, der bzw. das zum Einsetzen von Setzelementen bestimmt ist
– Eine Sensoreinheit, vorzugsweise ein RFID-Lesegerät und/oder eine optische Kamera, die dazu bestimmt ist/sind, ein Muster aus in dem Setzkasten bzw. Spielgerät gesetzten Setzelementen zu erfassen
– Ein elektronisches Gerät, das vorzugsweise als computerbasiertes Gerät ausgebildet ist, z. B. als Smartphone oder Laptop. Das elektronische Gerät umfasst eine Auswertelogikschaltung (die alternativ auch als Software ausgebildet sein kann). Die Auswertelogik umfasst eine Vergleichseinheit, die dazu bestimmt ist, das von der Sensoreinheit erfasste Muster mit einem vorgespeicherten Referenzmuster zum Berechnen eines Lernergebnisses auf Übereinstimmung zu vergleichen. Das elektronische Gerät umfasst des Weiteren eine Ein- und Ausgabeschnittstelle.
– Die elektronische Lern- und Lehrhilfe umfasst des Weiteren eine Signaleinheit, die dazu bestimmt ist, in Abhängigkeit von dem berechneten Lernergebnis ein Ausgangssignal zu erzeugen, das zur Ausgabe an die Ein- und Ausgabeschnittstelle weitergeleitet wird.

Bei dem Setzkasten soll vorzugsweise der Setzkasten der Firma M. Hahn e.K. zum Einsatz kommen, der im Stand der Technik bekannt ist und vorstehend auch beschrieben worden ist. Alternativ können jedoch auch andere Spiel-, Lern- und Lehrmaterialien und insbesondere Schreib- und Lesekästen erfindungsgemäß weiterentwickelt werden. Ebenso kann alternativ oder kumulativ zum Setzkasten ein Spielgerät als Grundlage für die elektronische Auswertung gemäß dieser Neuerung dienen. Bei dem Spielgerät kann es sich z. B. um ein Holzspielgerät zum Setzen von z. B. farbigen Tafeln handeln, bei dem der Spielstand mit der erfindungsgemäßen Auswertelogik elektronisch ausgewertet wird.
Die Auswertelogik umfasst die Vergleichseinheit und kann in anderen Ausführungsformen auch noch eine Zeiteinheit zur Verarbeitung von Zeitsignalen und weitere Module umfassen.
Die Setzelemente können aus Kunststoff gefertigt sein und tragen als Identifizierungsmerkmal einen setzelement-spezifischen Transponder, der vorzugweise in der oberen Hälfte des Setzelementes angeordnet ist, so dass er auch dann vom Lesegerät lesbar ist, wenn das Setzelement mit einem unteren Einstreckbereich in die in der Setztafel vorgesehene Nut eingesetzt ist. Der Transponder und das bei Aktivierung von ihm gesendete Signal sind somit setzelement-spezifisch und charakterisieren dieses. Somit kann bei Empfang des Transpondersignals auf das Zeichen geschlossen werden, das auf dem jeweiligen Setzelement abgebildet ist.
Das Muster aus Setzelemente soll üblicherweise ein Wort oder ein Satz oder ein Satzgefüge repräsentieren. Auf den Setzelementen können Druckbuchstaben oder Buchstaben in Schreibschrift oder auch Zahlen und Rechenoperationen (für die Ausführung als Rechenkasten) abgebildet sein.
Die Auswertelogik kann dynamisch an den Anwendungsfall angepasst und programmiert werden. So kann die Schreib-, Lese- und Rechenlernvorrichtung für unterschiedliche Sprachen, die auf demselben Alphabet basieren, betrieben werden, obwohl nur ein und derselbe Setzkasten mit Setztafel verwendet wird. Alle Implementierungsanpassungen können direkt in der Auswertelogik realisiert werden. Ebenso können jedoch auch andere Sprachen für andere Alphabete (z. B. kyrillisch oder chinesisch etc.) gelehrt werden, indem der Setzkasten entsprechend andere Setzelemente dieses Alphabets aufweist.
Die elektronische Lern- und Lehrvorrichtung (im Folgenden auch kurz als Lernvorrichtung bezeichnet) kann in zwei Ausführungsform realisiert sein: Zum Einen als RFID-basierte Vorrichtung und zum Anderen als QR-Code oder App-basierte Vorrichtung. Letztere ist vorzugsweise software-basiert.
Bei einer ersten Ausführungsform ist der Setzkasten mit einem Lesegerät, insbesondere einem RFID-Lesegerät ausgebildet, das die Transpondersignale von den Transpondern empfängt, die auf allen Setzelementen angeordnet sind. In dieser Ausführungsform ist die Sensoreinheit somit als RFID-Sensoreinheit ausgebildet und auf einem beweglichen Schlitten angeordnet, der sich an dem Setzkasten befindet und dazu bestimmt ist, Identifikationssignale bzw. Kennungen der in dem Setzkasten gesetzten Setzelemente zu empfangen, wobei alle Setzelemente mit einem RFID-Transponder ausgebildet sind und wobei die jeweiligen RFID-Transponder Kennungen als Identifikationssignal für das jeweilige Setzelement senden, die von dem RFID-Lesegerät empfangen und setzelement-spezifisch aufgelöst werden. Die Transponder sind somit setzelement-spezifisch und identifizieren genau ein Setzelement. Das RFID-Lesegerät sendet dann die empfangenen Identifikationssignale, die wiederrum setzelement-spezifisch sind und gegebenenfalls noch weitere Datensätze (zum Beispiel Zeitdaten) als Identifikationsdatensatz (ebenfalls setzelementspezifisch) an das elektronische Gerät (z. B. Handy). Das Handy umfasst eine Auswerteschaltung, die eine Vergleichseinheit umfasst. In der Vergleichseinheit sind vorbestimmte Referenzmuster gespeichert. Das empfangene Muster aus im Setzkasten gesetzten Setzelementen kann dann mit dem Referenzmuster, das als SOLL-Muster dient, auf Übereinstimmung verglichen werden. Im Falle einer Übereinstimmung oder einer annähernden Übereinstimmung (auf Basis von vordefinierten Ähnlichkeitsbereichen) wird dann ein Ausgangssignal auf der Benutzeroberfläche des Handys ausgegeben. Im einfachsten Fall kann es sich bei dem Ausgangssignal um ein akustisches Signal handeln (z. B. als lobender Hinweis mit einer Erfolgsbestätigung). Zudem können noch weitere Informationen enthalten sein, wie z. B. die Zeitdauer, die benötigt wurde, um die Setzelemente korrekt zu setzen.
Bei dem Muster und Referenzmuster handelt es sich im einfachsten Fall um eine Abfolge von Setzelementen bzw. Buchstaben (eines Wortes). In komplexeren Anwendungen (z. B. bei einem anderen Alphabet oder einen komplexeren Aufgabe) können 2-dimensionale Strukturen und Muster erfasst werden.
In einer anderen Ausführungsform ist das Lesegerät als optische Kamera ausgebildet, die vorzugsweise auf dem elektronischen Gerät ausgebildet sein kann. Die Kamera kann auch als separate Einheit der Vorrichtung durch entsprechende Datenübertragungsschnittstellen (z. B. drahtlos, mittels Bluetooth) zugeschaltet werden. Sie empfängt die setzelement-spezifischen Kennungen der Setzelemente in optischer Form uns stellt daraus ein Gesamtmuster her, das dann mit dem optischen Referenzmuster auf Übereinstimmung verglichen werden kann. Bevorzugt ist es, dass die Kamera so voreingestellt ist, dass sie in einem Schritt das gesamte Muster der gesetzten Elemente oder Buchenstaben- bzw. Ziffernkärtchen erfasst. Die Auswertelogik kann dann durch eine Software implementiert werden, die ebenfalls die Funktionalität der Vergleichseinheit implementiert. Die Signaleinheit kann auch als Softwaremodul ausgebildet sein, die das Ausgangssignal in Form von Steuerbefehlen an die Schnittstelle zur Anzeige auf der Benutzeroberfläche sendet. In dieser Ausführungsform ist die Sensoreinheit als optische Einheit und insbesondere als Kamera des elektronischen Gerätes ausgebildet und das Muster und das Referenzmuster werden als optische Muster – insbesondere mit Methoden der Bildverarbeitung und der software-basierten Muster- und Bilderkennung -verarbeitet.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Ein- und Ausgabeschnittstelle zur Ausgabe von optischen und/oder akustischen Signalen bestimmt. Dazu umfasst die Vorrichtung und vorzugsweise das elektronische Gerät ein Display und einen Lautsprecher und optional ein Mikrophon zur Ausgabe von akustischen Signalen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann die Lehrvorrichtung auch als Spiel mit mehreren gleichzeitig aktiven Teilnehmern eingesetzt werden. In diesem Fall werden parallel mehrere Setzkästen auf das jeweils erzielt Lernergebnis ausgewertet. Mehrere Setzkästen können unabhängig voneinander von mehreren Anwendern (Kindern) bedient werden. Die Auswertelogik umfasst dann eine zusätzliche Spieleinheit, die dazu bestimmt ist, die jeweils für die einzelnen Anwender berechnete Lernergebnisse zu vergleichen und zu priorisieren und als Gesamtergebnis auf allen oder ausgewählten Schnittstellen auszugeben. Gesamtsieger ist dann derjenige Teilnehmer, der am schnellsten die korrekte Zeichenfolge im Setzkasten gesetzt hat.
Das Ausgangssignal, das z. B. auf dem Smartphone ausgegeben wird, ist akustisch und/oder optisch. Bei Übereinstimmung zwischen dem erfassten Muster und dem Referenzmuster wird als Ausgangssignal ein Erfolgssignal (z. B. in Form einer akustischen lobenden Aussage, die unterlegt von einer ansteigenden Tonfolge sein kann) und andernfalls ein Mißerfolgssignal ausgegeben, das eine Wiederholungsaufforderung umfassen kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung soll der Lernerfolg auch einen Zeitaspekt umfassen, der insbesondere kennzeichnet, wie schnell eine korrekte Zeichenfolge gesetzt worden ist. Dies ist insbesondere dann bevorzugt, falls die Lehrvorrichtung und insbesondere das elektronische Gerät eine Aufforderungseinheit umfasst. Die Aufforderungseinheit ist dazu bestimmt, ein akustisches und/oder optisches Aufforderungssignal zu generieren und auf der Ausgabeschnittstelle auszugeben. Das Aufforderungssignal kann eine Aufforderung zum Setzen eines bestimmten Wortes (z. B. „Lesen lernen”) oder zum Setzen einer bestimmten Rechnung (mit Ergebnis) sein. Das Aufforderungssignal kann auf der Ein- und Ausgabeschnittstelle ausgegeben werden in akustischer und/oder optischer Form. Sobald es ausgegeben worden ist, wird die Zeit erfasst, die das Kind benötigt, die korrekte Folge von Setzelementen zu setzen. Diese Zeit wird als Bestandteil des Lernergebnisses erfasst und kann ebenfalls mit dem Ausgangssignal oder als Bestandteil desselben ausgegeben werden. Im Allgemeinen ist jedem Aufforderungssignal ein Referenzmuster sozusagen als SOLL- oder Zielfolge zugeordnet. Sobald die IST-Folge (die gesetzte Folge) mit der SOLL-Folge übereinstimmt, gilt die Aufgabe bzw. Aufforderung als korrekt erfüllt. Es ist alternativ auch möglich, dass das Zeitsignal den Zeitraum zwischen der Ausgabe des Aufforderungssignals und einem finalen Setzzeitpunkt kennzeichnet, zu dem alle Setzelemente gemäß jeweils zugeordneten Referenzmuster im Setzkasten gesetzt worden sind. Dieser Zeitraum würde dann nur das fertig gesetzte Ergebnis repräsentieren und nicht das Setzen der einzelnen Zeichen der Zeichenfolge.
Das Zeitsignal kann von der Sensoreinheit oder von dem elektronischen Gerät (z. B. Smartphone) oder von einem anderen Modul (auch ein separater Zeitmesser, der über Schnittstellen mit der Vorrichtung in Datenaustausch steht) der erfindungsgemäßen Lern- und Lehrvorrichtung erfasst werden. Das Zeitsignal kennzeichnet, wann das Setzelement an welcher Position im Setzkasten gesetzt worden ist. Damit wird vorteilhafterweise ein detaillierte Aussage über die kognitiven Prozesse bei dem Kind möglich, die unter Umständen auch für therapeutische Zwecke verwendbar ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Schreib-, Lese- und Rechenlernvorrichtung einen Speicher auf, der vorzugsweise in dem elektronischen Gerät angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass alle Lernergebnisse in dem Speicher gespeichert werden und so auch ein Trainingserfolg über zurückliegende Lernzyklen ausgewertet und berechnet werden kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann von der Sensoreinheit auch erfasst werden, an welcher Position im Setzkasten die Setzelemente gesetzt werden. Dies ist insbesondere für therapeutische Anwendungen wichtig, um zu sehen, wie die kognitive Aufgaben neurophysiologisch von dem Kind erfasst und verarbeitet werden.
Die Auswertelogik kann als spezifisch programmierter Mikrocontroller oder als FPGA (Field Programmable Gate Array) ausgebildet sein.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lernvorrichtung können die nicht-mechanischen Bestandteile und insbesondere die Auswertelogik, die Schnittstellen und die Signaleinheit auch als Microcontroller mit einem Microcomputerprogramm ausgebildet sein, wobei der Microcontroller oder das One-Chip-System mit einem Prozessor zur Durchführung von oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Schritten oder Funktionen (z. B. des Vergleichens, Berechnens, Datentransferfunktionen) veranlasst wird, wenn die jeweilige Funktion auf dem Microcomputer bzw. auf dem Prozessor des One-Chip-Systems ausgeführt wird. Dabei kann das Microcomputerprogramm auch auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert sein.
Eine alternative Aufgabenlösung sieht ein Speichermedium vor, das zur Speicherung des vorstehend beschriebenen, microcomputer-implementierten Programms bestimmt ist und von einem Microcomputer lesbar ist.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass nicht alle Module der Vorrichtung zwangsläufig in einer Baueinheit ausgebildet sind, sondern sie können auch auf unterschiedlichen Einheiten bereitgestellt oder ausgeführt werden. Vorzugsweise sind jedoch der Setzkasten und das elektronische Gerät als separate Einheiten ausgebildet. Die Sensoreinheit kann in den Setzkasten integriert oder ihr als separates Bauteil bei Bedarf zugeschaltet oder zugesteckt werden.
In der folgenden detaillierten Figurenbeschreibung werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele mit deren Merkmalen und weiteren Vorteilen anhand der Zeichnung besprochen. In dieser zeigen:
1 eine übersichtsartige Darstellung eines Setzkastens, der in diesem Beispiel als Schreib- und Lesekasten ausgebildet ist, nach dem Stand der Technik,
2 eine übersichtsartige Darstellung einer erfindungsgemäßen Setzkastenvorrichtung mit einem Lesegerät und einem elektronischen Gerät entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
3 eine schematische Darstellung von Setzelementen und dem Lesegerät und
4 eine schematische Darstellung der Datenübertragung zwischen einzelnen Modulen der Lernvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt schematisch einen Setzkasten, wie er im Stand der Technik bekannt ist. Er umfaßt einen Setz- oder Aufbewahrungskasten SK, eine Setztafel 10 und eine Vielzahl von Setzelementen SE, die in einer Sortiereinheit SES in sortierter Form im Setzkasten SK gelagert sind. Dieser bekannte Setzkasten wird ausschließlich händisch betrieben und soll nun erweitert werden.
Dies ist in 2 näher dargestellt. Dazu umfaßt die Schreib-, Lese- und Rechenlernvorrichtung zusätzlich ein elektronisches Gerät G, das in Datenaustausch mit dem Setzkasten SK steht. Das elektronische Gerät G kann als Smartphone oder Laptop oder anderweitiges elektronisches Gerät ausgebildet sein, das über weitere Module verfügt. Dazu zählen eine Auswertelogik A, eine Vergleichseinheit V, eine Signaleinheit S sowie Ein- und Ausgabeschnittstellen UI. Vorzugsweise können die Schnittstellen des Mobilfunktelefons G als Ein- und Ausgabeschnittstellen UI verwendet werden.
In einer Ausführungsform ist der Setzkasten SK mit einer Sensoreinheit L ausgebildet, die als RFID-Lesegerät realisiert ist. Das RFID-Lesegerät L ist auf einem transversal verschiebbaren Schlitten LS angeordnet, der sich in einer Tragekonstruktion Tr befindet. Das RFID-Lesegerät L ist dazu bestimmt, mit Transpondern zu interagieren, die auf allen Setzelementen SE angeordnet sind und dann für das Lesegerät L lesbar sind, wenn sie in der Setztafel 10 gesetzt sind.
Der Aufbau der Setzelemente ist detaillierter in 3 erläutert. Beispielhaft sind in 3 drei Setzelemente SE₁, SE₂, SE_n dargestellt, die mit den Buchstaben „A”, „B” und der Zahl „7” gekennzeichnet sind. Jedes der Setzelemente SE weist einen Transponder T auf, der vorzugsweise in der rechten oberen Ecke des Setzelementes SE angeordnet ist. Alternativ kann er sich auch in der linken oberen Ecke oder im oberen Bereich des Setzelementes SE befinden und damit in einem Bereich der für das Lesegerät L auch dann sichtbar bleibt, wenn das Setzelement in einer Nutz in der Setztafel 10 eingesteckt ist und dann von Pappe oder einem anderen Material, aus dem die Setztafel gefertigt ist, verdeckt wird. Eine Markierung, die in 3 als horizontaler Strich dargestellt ist, kennzeichnet, wie tief das Setzelement SE in die vorgesehene Nut in der Setztafel 10 eingeschoben werden soll.
Aufgrund der enormen Miniaturisierung der RFID-Technologie in den letzten Jahren, ist die Integration eines RFID-Tags auf den jeweiligen Buchstaben- bzw. Zahlen- oder Symbolkärtchen SE möglich. Weiterhin ist hierfür keine separate Stromversorgung notwendig, da diese Bauteile vorzugsweise als Passivbauteile spezifiziert sind. Dazu ist vorzugsweise auf der Rückseite des Setzkastens SK der bewegliche Schlitten LS angebracht, der den RFID-Empfänger einmal über die Setzkastenfläche führt, ähnlich dem Scannen eines Bildes. Um eine gegenseitige Interferenz ausschließen zu können, sollte pro Setzzeile ein Empfänger verwendet werden. Passive RFID-Transponder laden über eine Induktionsschleife eine Art Kondensator (Ladungsspeicher) auf, mit welchem die Logik des Transponders T mit Strom versorgt wird. Bevorzugt werden RFID-Transponder in kleiner Baugröße eingesetzt (z. B. von Murata: 3.2 × 3.2 × 0.7 mm). Der Abstand zwischen Lesegerät L und den Transpondern T sollte eine geringe Reichweite aufweisen, da der Ladungsspeicher nur begrenzt Energie zur Verfügung stellen kann. Insbesondere ist der Schlitten LS mit dem Empfängermodul L direkt an der Rückseite des Setzkastens SK angebracht.
In Zusammenhang mit 4 wird im Folgenden die Datenübertragung näher erläutert. Der Transponder T ist auf einem jeweiligen Setzelement SE angeordnet und sendet eine setzelement-spezifische Kennung K_SE an das Lesegerät L. Das Lesegerät L sendet gemäß einem vorbestimmbaren Datenübertragungsprotokoll ein Identifikationssignal ID_SE an die Auswertelogik A. Das Identifikationssignal ID_SE kann mit der Kennung K_SE identisch übereinstimmen. Vorzugsweise umfasst das Identifikationssignal ID_SE jedoch noch weiteren Datensätze, wie z. B. einen Zeitstempel, der das Fertigstellen der Aufgabe und/oder die Zeitdauer zwischen Aufforderung und Fertigstellung der Aufgabe repräsentiert. Weiterhin können auch noch den Anwender identifizierende Datensätze umfasst sein. Denkbar ist auch die Wahl eines Schwierigkeitslevels (lange Wörter, hohe Schwierigkeiten – einfache und kurze Wörter – niedrige Schwierigkeit), das von der Auswertelogik A verwaltet und bei der Berechnung des Lernergebnisses berücksichtigt wird. Die Auswertelogik A empfängt das Identifikationssignal ID_SE und wertet diese mittels der Vergleichseinheit V aus, indem es das empfangene Muster mit einem Referenzmuster auf Übereinstimmung vergleicht. Bei Übereinstimmung liegt ein korrektes Lernergebnis vor, so dass ein Ausgangssignal AS von der Signaleinheit erzeugt wird, das dann an die Schnittstelle UI zur Ausgabe gesendet wird. Mit anderen Worten erfolgt die Auswertung in einer bevorzugten Ausführungsform durch einen kleinen Mikrocontroller, der die jeweiligen Kennungen der RFID-Tags kennt und entsprechend vergleichen kann. Denkbar wäre aber auch der Einsatz eines FPGAs, dessen Logik einmal fest programmiert wurde.
Die Vorrichtung kann grundsätzlich in zwei Betriebsmodi betrieben werden:

1. Mit einem Challenge-Response Protokoll und
2. Mit einem Spontan-Protokoll.

Bei dem Challenge-Response Protokoll ist es vorgesehen, dass zunächst von der Auswertelogik A eine Aufforderung (Challenge) erzeugt wird, die in 4 beispielhaft von der Signaleinheit S erzeugt und als Aufforderungssignal B auf der Benutzeroberfläche UI ausgegeben wird. Diese Aufforderung kann einen Befehl für eine Schreib- oder Rechen- oder anderen Setzaufgabe umfassen. Die Aufforderung wird vorzugsweise auf der Oberfläche UI des Gerätes G ausgegeben. Fakultativ kann der Zeitpunkt der Ausgabe der Aufforderung erfasst werden. Daraufhin muss das Kind die entsprechenden Setzelemente SE in der Sortiereinheit SES suchen und in die Setztafel 10 setzen. Gemäß einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass ein Bestätigungssignal erfasst wird, das den Lese-(oder Scan-)vorgang triggert. Das Bestätigungssignal kann durch Betätigen einer Taste oder eines Schalters an dem Setzkasten SK und/oder an dem elektronischen Gerät G erfolgen. Es ist dann voreingestellt, dass der Erfassungsvorgang zum Einlesen der Transpondersignale erst nach Erhalt des Bestätigungssignals aktiviert wird. Andernfalls wird der Lesevorgang nach einer vordefinierbaren Zeitintervall automatisch getriggert. Das Zeitintervall ist so bestimmt, dass es einer durchschnittlichen Setzzeit für die entsprechende Aufgabe entspricht. Grundsätzlich soll bei dem Challenge-Response Protokoll geprüft werden, ob die gesetzten Zeichen dem erwarteten Ergebnis entsprechen. Das Ergebnis der Überprüfung soll visuell und/oder auch akustisch signalisiert werden. Als Indikator kann von einer einfachen rot-grünen LED bis zur Auswertung unter Zuhilfenahme eines PC's alles eingesetzt werden.
Bei dem Spontan Protokoll wird – entgegen dem vorstehend beschriebenen Challenge-Response Protokoll – nicht erst eine Aufforderung generiert, sondern die Setzelemente werden spontan, also ohne Aufgabe, gesetzt und das Kind bestimmt selbst den Zeitpunkt der Fertigstellung und damit des Bewertens.
In einem ersten Anwendungsszenario gibt das elektronische Gerät G akustisch ein Wort (oder eine Rechenaufgabe) vor, welches anschließend auf dem Setzkasten SK händisch gesetzt werden soll. Zur Verifikation muss ein Taster auf dem Setzkasten SK gedrückt werden, um eine Bestätigungssignal zu erzeugen, das den Scanvorgang auslöst. Das elektronische Gerät G bzw. die Auswertelogikschaltung A vergleicht die eingelesenen Buchstaben (oder die gesetzten Rechenzeichen der Rechenaufgabe) mit dem vorgegebenen Referenzwort. Bei Übereinstimmung soll ein lobender audiovisueller Hinweis an den Probanden ausgeben werden. Bei einem Fehler soll trotzdem in positiver Art und Weise auf einen weiteren Versuch zur Berichtigung des Ergebnisses aufgefordert werden. Abschließend soll gefragt werden, ob ein weiteres Wort gesetzt werden möchte. Wird kein neues Wort abgefragt, sollen die bisherigen Ergebnisse abgespeichert werden, so dass entsprechende Lernerfolge nachvollzogen werden können.
Für jüngere Kinder ist das im ersten Anwendungsszenario beschriebene Setzen von Wörtern noch zu kompliziert, so dass hier ein einfaches Setzen von Farben anstelle von Buchstaben durchgeführt werden kann. Die Auswertung kann analog dem ersten Anwendungsszenario erfolgen.
In einem weiteren Anwendungsszenario zeigt das elektronische Gerät G ein Wort in Druckbuchstaben an (Challenge), welches anschließend in Schreibschrift auf dem Setzkasten SK händisch gesetzt werden soll (Response). Zur Verifikation muss ein Taster auf dem Setzkasten SK oder an dem elektronischen Gerät G gedrückt werden, welcher den Scanvorgang auslöst. Das elektronische Gerät G vergleicht die eingelesenen Buchstaben mit dem vorgegebenen Referenzwort. Bei Übereinstimmung soll ein lobender audiovisueller Hinweis an den Probanden ausgeben werden. Bei einem Fehler soll trotzdem in positiver Art und Weise auf einen weiteren Versuch zur Berichtigung des Ergebnisses aufgefordert werden. Abschließend soll gefragt werden, ob ein weiteres Wort gesetzt werden möchte. Wird kein neues Wort abgefragt, sollen die bisherigen Ergebnisse abgespeichert werden, so dass entsprechende Lernerfolge nachvollzogen werden können.
In einem weiteren Anwendungsszenario zeigt das elektronische Gerät G die Buchstabenfolge eines Wortes in zufälliger Anordnung an (Challenge), welches anschließend auf dem Setzkasten SK händisch in der richtigen Reihenfolge gesetzt werden soll (response). Zur Verifikation muß ebenfalls wieder ein Taster auf dem Setzkasten SK gedrückt werden, welcher den Scanvorgang auslöst. Das elektronische Gerät G führt dann die oben beschriebene Auswertung durch und gibt das Lernergebnis aus und/oder speichert dies.
Die Auswertelogik kann dynamisch programmiert und an den Lernanwendungsfall angepasst werden. Die Schaltung kann so programmiert sein, dass der Anwender Einzelbuchstaben und Buchstabenverbindungen kennenlernen kann. Des Weiteren kann selbständiges „Schreiben” von Wörtern gelehrt werden und Wissen über den Wortaufbau und Wortabbau. Vorteilhafterweise kann das Auswechseln von Buchstaben: (z. B.: Haus – Maus) zum Erzeugen eines anderen Wortes, Rechtschreibfähigkeiten, Wortdiktate, das Füllen von Lückentexten und das Gestalten von „Sinn”- und „Unsinnwörtern” leicht gelehrt werden
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die Beschreibung der Erfindung und die Ausführungsbeispiele grundsätzlich nicht einschränkend in Hinblick auf eine bestimmte physikalische Realisierung der Erfindung zu verstehen sind. Für einen Fachmann ist es insbesondere offensichtlich, dass die Erfindung teilweise oder vollständig in Soft- und/oder Hardware und/oder auf mehrere physikalische Produkte – dabei insbesondere auch Computerprogrammprodukte – verteilt realisiert werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Setztafel
SK: Setzkasten
SE: Setzelement
SE₁: erstes Setzelement
SE₂: zweites Setzelement
SE_n: n-tes Setzelement
T: Transponder
T_n: n-ter Transponder für n-tes Setzelement
SES: Sortiereinheit für Setzelemente
L: Sensoreinheit, insbesondere Lesegerät
LS: Schlitten für Sensoreinheit
Tr: Tragekonstruktion für Leseeinheit
G: elektronisches Gerät, insbesondere Smartphone
A: Auswertelogikschaltung
V: Vergleichseinheit
S: Signaleinheit
UI: Ein- und Ausgabeschnittstelle des elektronischen Gerätes
K_SE: Kennung des Setzelementes
ID_SE: Identifikationssignal für Setzen des Setzelementes
AS: Ausgangssignal
B: Aufforderungssignal

Claims

Elektronische Schreib-, Lese- und Rechenlernvorrichtung, umfassend: – Zumindest einen Setzkasten (SK), der zum Einsetzen von Setzelementen (SE) bestimmt ist – Eine Sensoreinheit (L), die dazu bestimmt ist, ein Muster aus in dem Setzkasten (SK) gesetzten Setzelementen (SE) zu erfassen – Ein elektronisches Gerät (G) mit: – einer Auswertelogik (A), die eine Vergleichseinheit (V) umfasst, wobei die Vergleichseinheit (V) dazu bestimmt ist, das von der Sensoreinheit (L) erfasste Muster mit einem vorgespeicherten Referenzmuster zum Berechnen eines Lernergebnisses auf Übereinstimmung zu vergleichen – einer Ein- und Ausgabeschnittstelle (UI) – einer Signaleinheit (S), die dazu bestimmt ist, in Abhängigkeit von dem berechneten Lernergebnis ein Ausgangssignal (AS) zu erzeugen, das zur Ausgabe an die Ein- und Ausgabeschnittstelle (UI) weitergeleitet wird.
Elektronische Schreib-, Lese- und Rechenlernvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Sensoreinheit (L) als RFID-Sensoreinheit ausgebildet ist und auf einem beweglichen Schlitten (LS) angeordnet ist, der sich an dem Setzkasten (SK) befindet und dazu bestimmt ist, Kennungen (K_SE) der in dem Setzkasten (SK) gesetzten Setzelemente (SE) zu empfangen, wobei alle Setzelemente (SE) mit einem RFID-Transponder (T) ausgebildet sind und wobei die jeweiligen RFID-Transponder (T) eine Kennung (K_SE) senden, die von der RFID-Sensoreinheit (L) empfangen und setzelement-spezifisch aufgelöst werden.
Elektronische Schreib-, Lese- und Rechenlernvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Sensoreinheit (L) als optische Einheit und insbesondere als Kamera des elektronischen Gerätes (G) ausgebildet ist und wobei das Muster und das Referenzmuster ein optisches Muster sind.
Elektronische Schreib-, Lese- und Rechenlernvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Ein- und Ausgabeschnittstelle (UI) zur Ausgabe von optischen und/oder akustischen Signalen bestimmt ist.
Elektronische Schreib-, Lese- und Rechenlernvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der mehrere Setzkästen (SK) von mehreren Anwendern bedient werden und bei dem die Auswertelogik (A) eine zusätzliche Spieleinheit umfasst, die dazu bestimmt ist, die jeweils für die einzelnen Anwender berechnete Lernergebnisse zu vergleichen und zu priorisieren und als Gesamtergebnis auf allen oder ausgewählten Schnittstellen (UI) auszugeben.
Elektronische Schreib-, Lese- und Rechenlernvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Ausgangssignal (AS) akustisch und/oder optisch ist und bei Übereinstimmung zwischen dem erfassten Muster und dem Referenzmuster ein Erfolgssignal und andernfalls ein Mißerfolgssignal ist, das eine Wiederholungsaufforderung umfassen kann.
Elektronische Schreib-, Lese- und Rechenlernvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Sensoreinheit (L) oder das elektronische Gerät (G) oder ein anderes Modul der Schreib-, Lese- und Rechenlernvorrichtung ein Zeitsignal erfasst und wobei das Zeitsignal kennzeichnet, wann das Setzelement (SE) an welche Position im Setzkasten (SK) gesetzt worden ist.
Elektronische Schreib-, Lese- und Rechenlernvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das elektronische Gerät (G) eine Aufforderungseinheit umfasst, wobei die Aufforderungseinheit dazu bestimmt ist, ein akustisches und/oder optisches Aufforderungssignal (B) zu generieren und auf der Ein- und Ausgabeschnittstelle (UI) auszugeben, wobei jedem Aufforderungssignal (B) ein Referenzmuster zugeordnet ist.
Elektronische Schreib-, Lese- und Rechenlernvorrichtung nach Patentanspruch 8, bei der die Schreib-, Lese- und Rechenlernvorrichtung oder ein anderes Modul der Schreib-, Lese- und Rechenlernvorrichtung zumindest ein Zeitsignal erfasst und wobei das Zeitsignal den Zeitraum zwischen Ausgabe des Aufforderungssignals (B) und einem Setzzeitpunkt kennzeichnet, zu dem alle Setzelemente (SE) gemäß jeweils zugeordneten Referenzmuster im Setzkasten (SK) gesetzt worden sind.
Elektronische Schreib-, Lese- und Rechenlernvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Ausgangssignal (AS) eine Zeitangabe umfasst, die sich auf einen Zeitpunkt des Lernergebnisses bezieht.
Elektronische Schreib-, Lese- und Rechenlernvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Auswertelogik (A) als Mikrocontroller oder als FPGA ausgebildet ist.