DE2317483A1

DE2317483A1 - Lehranlage

Info

Publication number: DE2317483A1
Application number: DE2317483A
Authority: DE
Inventors: Harvey J Brudner
Original assignee: Westinghouse Learning Corp
Current assignee: Westinghouse Learning Corp
Priority date: 1972-04-07
Filing date: 1973-04-06
Publication date: 1973-10-18
Also published as: ES413422A0; JPS498331A; FR2179474A6; BE797920R; GB1419600A; CA1005588A

Description

— 3 w. 578 - Dr.Hk/bgr

Westinghouse Learning Corporation
in New York, N.Y., V.St.A.

Lehranlage
Zusatz zu Patent (Patentanmeldung P 21.59 341.9)

Das Hauptpatent betrifft eine Lehranlage mit einem zentralen, zur aufeinanderfolgenden visuellen Übermittlung von Lehrinformation nach seiner fortschreitenden Abfrage geeigneten Videoinformation-Speichermedium, einem damit verbundenen zentralen, die Lehrinformation enthaltenden elektronischen Datenverarbeitungsgerät mit Steuer- und Logikkreisen für die Bestimmung der entsprechend dem Lehrprogramm und einer von einem Schüler an das Datenverarbeitungsgerät gegebenen Antwort zu liefernden Lehrinformation, mindestens einem mit einem Bildschirm versehenen Video-Telefon für die Aufnahme der Lehrinformation von dem Datenverarbeitungsgerät über das zentrale Videoinformations-Speichermedium, sowie einer an das Video-Telefon angeschlossenen Steuereinrichtung, mittels der ein Schüler über eine zur Signalübermittlung zwischen das Datenverarbeitungsgerät und das

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Video-Telefon geschaltete übertragungsleitung Antworten an das Datenverarbeitungsgerät geben kann.

Diese Lehranlage nach dem Hauptpatent besitzt ferner vorzugsweise einen mit dem elektronischen Datenverarbeitungsgerät und dem zentralen Videoinformations-Speichermedium gekoppelten Empfänger für die Abgabe und den Empfang von Signalen und für die Umsetzung der von dem Datenverarbeitungsgerät und dem zentralen Videoinformations-Speichermedium abgegebenen Information in an das Video-Telefon gelieferte Audio- und Videosignale. Der Empfänger dient also zur Steuerung der verschiedenen an ihn angeschlossenen Geräte.

Diese Lehranlage benutzt handelsübliche Datenendgeräte, wie sie in Firmen, Lehrinstituten und Eigenheimen häufig bereits zur Verfügung stehen, zum Austausch von Informationen zwischen einer Zentralstelle, in der verschiedene Lehrprogramme gespeichert sind, und den einzelnen Teilnehmern des Lehrprogramms.

Die vorliegende Zusatzerfindung hat die Aufgabe, die beschriebene Lehranlage insbesondere an die Bedürfnisse des Fremdsprachenunterrichts anzupassen und die Wechselwirkung zwischen Schüler und Lehrgerät entsprechend den Erkenntnissen der Verhaltensforschung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das

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Video-Telefon eine Vorrichtung zur Aufzeichnung der Stimme des Benutzers während eines von diesem gewählten Zeitintervalls zur Speicherung derselben auf einer Tonspur parallel zu einer voraufgezeichneten Videospur und einer ebenfalls voraufgezeichneten Tonspur mit Lehrinformationen aufweist und daß der Steuerempfänger eine Wählvorrichtung aufweist, mittels derer eine der beiden Tonaufzeichnungen wahlweise gleichzeitig mit der bildlichen Lehrinformation auf der Videospur abgespielt werden kann.

Vorzugsweise enthält das zentrale audiovisuelle Informationsspeichermedium eine Videospur, worin eine Bildfolge von Gegenständen oder Situationen zur Unterstützung im Sprachunterricht gespeichert ist, und eine Mehrzahl von Tonspuren außer den er-

Ausdrücke wähnten beiden Spuren, auf denen jeweils / in einer anderen Fremdsprache aufgezeichnet sind, die mit der erwähnten Bildfolge in Beziehung stehen, und es ist eine mit dem Video-Telefon verbundene Schaltvorrichtung vorgesehen, um zu bestimmen, welche Lehrinformation und welche Sprache durch Wahl der entsprechenden Tonspuren dem Benutzer zugänglich gemacht werden soll.

Mit einer solchen Anlage kann der Schüler nach Betätigung einer entsprechenden Taste einen fremdsprachigen Satz auf eine freie Tonspur eines Magnetbandes sprechen und dann zwischen der Wiedergabe dieses Satzes mit seiner eigenen Stimme oder mit der Stimme des Sprachlehrers auf einer anderen Tonspur des gleichen Magnetbandes wählen, während gleichzeitig auf dem Bildschirm

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die Mundbewegungen des Lehrers für den entsprechenden fremdsprachigen Satz erscheinen. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung läßt sich ein gleichzeitiger unterricht verschiedener Schüler in mehreren Sprachen durchführen, in*-dem eine einzige Bildfolge zur übung in mehreren Fremdsprachen auf einer Videospur eines Magnetbandes aufgezeichnet wird und parallel dazu mehrere Tonspuren mit einer Beschreibung dieser Bildfolge in verschiedenen Fremdsprachen aufgezeichnet werden. Hier wählt der Schüler die Fremdsprache, die er hören will, durch Betätigung einer entsprechenden Taste, wodurch die gewünschte Tonspur zusammen mit der zugehörigen Bildfolge auf der Videospur abgetastet wird. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind im Computer Programme gespeichert, die zur Erzeugung von Steuersignalen dienen, welche auf Wunsch oder nach Anweisung im Endgerät des Schülers empfangen werden und dort elektromechanische Vorrichtungen betätigen, die zur audiovisuellen Wiedergabe führen oder Demonstrationsmodelle oder auch Belohnungs- und Strafvorrichtungen in Betrieb setzen.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben. Hierin sind

Fig. 1 eine schematische Blockdarstellung des grundsätzlichen Aufbaues einer Lehranlage nach der Erfindung

Fig. 2 eine schematische Darstellung mit weiteren Einzel-

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heiten der zentralen Station bei der Ausführungsform nach Fig. 1

Fig. 3 eine schematische Darstellung weiterer Einzelheiten der Ausführungsform nach Fig. 2

Fig. 4 ein Flußdiagramm der Arbeitsweise der Lehranlage
in Anwendung auf den Sprachunterricht

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts
aus einem Magnetband mit parallelen Tonspuren
für mehrere Sprachen

Fig. 6 eine funktionelle Blockdarstellung einer Ausführungsform der Lehranlage, bei der elektrpmechanische Vorrichtungen im Schülerendgerät betätigt werden,

Fig. 7 eine schematische Darstellung des mit einer lichtempfindlichen Matrix ausgerüsteten Video-Telefons gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 8 eine funktionelle Blockdarstellung der Lehranlage in Verbindung mit einer Zeitdehner- und -rafferanlage gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 ein elektronisches Datenverarbeitungsgerät 10, zum Beispiel einen Universalcomputer, in dem alpha-

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numerische Information in der den Schülern darzubietenden Form gespeichert ist. Die entsprechenden alphanumerischen Daten können über eine Eingabevorrichtung, z.B. eine Kathodenstrahlröhren-Eingabevorrichtung, eingespeist werden. Mittels üblicher Telefonschaltung ist ein Steuerempfänger 11 mit dem Computer IO verbunden. Der Steuerempfänger 11 enthält übertragungs- und Umschaltkreise zur Verbindung mehrerer Video-Telefone 13 mit dem Computer 10 und einem Videoinformationsspeicher 19, der die programmgemäß in den Computer einzugebende Lehrinformation enthält. Der Steuerempfänger 11 enthält auch Modulations- und Demodulationsstufen für die Sendung und den Empfang der Signale über eine Fernleitung 12. Der Steuerempfänger 11 übersetzt also die von dem Computer und dem Videospeicher gelieferte Information in Bild- und Tonsignale, die dem Video-Telefon 13 derart übermittelt werden, daß ein Schüler, der das Video-Telefon vor sich hat, verwertbare Informationen erhält.

Der Steuerempfänger 11 empfängt auch von dem Schüler ausgelöste Signale, die Antworten auf Fragen darstellen. Diese Information wird in digitalcodierter Form dem Computer 10 zugeführt. Der Steuerempfänger 11 vermittelt die Ton- und Bildinformation zwischen dem Videoinformationsspeicher und den Video-Telefonen 13. Damit diese Information in den geeigneten Zeitpunkten übermittelt wird, enthält der Steuerempfänger 11 Zeitgeberkreise, Abtast- und Haltekreise und Verzögerungskreise zum Abtasten und Festhalten der Ton- und Bildinformation und zur passenden Verzögerung

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derselben.

Die Fernleitung 12, die im Bereich von etwa 1 Megaherb arbeitet, ist einerseits mit dem Steuerempfänger 11 und andererseits mit einem Video-Telefon 13 bekannter Art verbunden. Im Gegensatz zu den computerunterstützten Lehranlagen, die sich durch mit der Maschine geschriebene Informationen auszeichnen, und bei denen die Antworten der Schüler ebenfalls mittels einer Schreibmaschinentastatur eingegeben werden müssen, spricht das Video-Telefon 13 ähnlich wie ein lebendiger Lehrer zu dem Schüler und illustriert die Lektion mit bewegten Bildern. Das Video-Telefon 13 besitzt einen Bildschirm 14, auf dem die Information dargeboten wird. Das Video-Telefon stellt grundsätzlich eine Empfangseinrichtung für Ton- und Bildsignale dar. Eine Schalttafel 15 mit Bedienungstasten 16 ist an das Video-Telefon 13 angeschlossen, so daß der Schüler seine Antworten an den Computer zurückgeben und so ein Instruktionsschema durchlaufen kann. Das Video-Telefon 13 steht ferner mit einer weiteren Schalttafel 17 in Verbindung, über die das Video-Telefon 13 eingeschaltet werden kann und die audiovisuellen Antworten gesteuert werden können. Der vor dem Bildschirm sitzende Schüler betätigt also die Schalttafel 17 und dreht an den Wählskalen 18, um das Gerät auf den Unterrichtskanal abzustimmen und das gewünschte Sachgebiet zu wählen. Wenn z.B. das Sachgebiet Physik gewählt wurde, betätigt der Computer 10, in dem eine Physiklektion programmiert ist, über ein Video-Bandaufzeichnungsgerät den Steuerempfänger 11, der das Physikprogramm zeitlich seriell

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über die Fernleitung 12 dem Video-Telefon 13 zuleitet.

Im Verlauf des Lehrprogramms folgt den Erläuterungen eine Frage. Der Schüler muß die Frage beantworten, damit sein Verständnis des vorher dargebotenen Materials beurteilt werden kann. Die gestellte Frage erscheint nach Abschluß eines Lehrabschnitts auf dem Bildschirm 14. Der Schüler drückt dann diejenigen Antworttasten 16, die nach seiner Meinung die Frage beantworten. Ist die Antwort richtig, schreitet der Computer zum nächsten Lehrabschnitt weiter. Ist die Antwort dagegen falsch, so wird der vorherige Lehrabschnitt wiederholt, wobei zusätzliches Lehrmaterial eingefügt werden kann. Gemäß dem Hauptpatent ist die Schalttafel 15 mit Antworttasten 16 ausgerüstet, die bestimmte Codesignale auslösen. Diese werden im Steuerempfänger 11 erkannt und zum Computer 10 weitergegeben.

Wie Fig. 1 zeigt, ist die Lehranlage mit einem Video-Bandgerät 19 als Informationsspeicher ausgestattet. Infolgedessen wird dem Schüler statt alphanumerischer Nachrichten eine visuelle oder sogar audiovisuelle Information zur Verfügung gestellt. Dadurch wird der Lernprozess sehr erleichtert.

Gemäß dem Hauptpatent besteht der Videoinformationsspeicher 19, wie in Figur 2 und 3 gezeigt, aus einer Zentralbank 20 mit entsprechende Aufzeichnungen tragenden Magnetbandspulen, die dem Computer und einer Steuereinheit zugeordnet sind. Auf den einzel-

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nen Magnetbändern 21 sind verschiedene Sachgebiete wie Algebra, Physik, Geschichte usw. aufgezeichnet. Der Schüler wählt ein Sachgebiet durch Niederdrücken der entsprechenden Bedienungstaste 16 auf seiner Schalttafel 15. Dadurch wird die Schaltvorrichtung 22 betätigt, die mit dem oben beschriebenen Steuerempfänger 11 identisch ist. Wählt eine Mehrzahl von Schülern zugleich das gleiche Programm, so erhalten diese eine Rückmeldung, daß das betreffende Magnetband besetzt ist. In diesem Falle wird die betreffende Videoaufzeichnung von einem der Magnetbänder 21 in der Zentralbank 20 im Schnellgang auf eines der in einer Zwischenstufe 23 bereitstehenden Videobänder 24 übertragen, so daß anschließend weitere Videoaufzeichnungen einer Anzahl von Schülern gleichzeitig zugänglich gemacht werden können (siehe Fig. 3)

Auch hier kann wie im Hauptpatent das Schleifenverfahren zur Wiederholung und Darbietung zusätzlichen Lehrmaterials gemäß der US-Patentschrift 3 408 749 angewandt werden.

Figur 4 zeigt im Flußdiagramm eine Weiterentwicklung der Lehranlage nach dem Hauptpatent, die insbesondere für den Sprachunterricht gedacht ist und dazu dient, daß der Schüler seine eigene Aussprache in der Fremdsprache gleichzeitig mit den Mundbewegungen des Lehrers auf dem Bildschirm 14 des Video-Telefons nach Fig. 1-3 aufzeichnen kann. Der erste Schritt des Sprachlehrprogramms besteht in einer wiederholten audiovisuellen Darbietung 26 am Video-Telefon 13, worin der Schüler einen fremd-

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sprachigen Satz sieht und hört, der ihm vom Lehrer mittels eines gewählten Videobandes 24 in der Zwischeneinheit 23 dargeboten wird. Der zweite Schritt des Lehrprogramms besteht in der erneuten Darbietung 28 der gleichen Bildfolge, wobei jedoch der begleitende Ton nunmehr abgeschaltet ist; vielmehr zeichnet der Student bei 30 seine eigene Stimme gleichzeitig mit dem auf dem Bildschirm 14 beobachteten Sprechvorgang des Lehrers auf. Der Schüler drückt die betreffenden Tasten 16 auf der Schalttafel 15, um ein Aufzeichnungssteuersignal zu erzeugen, das vom Steuerempfänger und Umschalter 22 dem Computer 10 zugeführt wird, wodurch die Stimme des Schülers über die Fernleitung 12 übertragen wird, wenn er in sein Video-Telefon 13 spricht. Die Schülerstimme wird über den Steuerempfänger 22 dem gewählten Videoband 24 zugeführt, wo sie auf einer passenden freien Spur des Magnetbandes aufgezeichnet wird.

Nach Beendigung dieser Schüleraufzeichnung ist der Schüler bereit, zur dritten Stufe des Sprachlehrprogramms fortzuschreiten. Hierzu drückt der Schüler die betreffende Steuertaste 16, wodurch der Bandrücklauf 32 eingeleitet wird. Dadurch kehrt das Magnetband 24 in seine Ausgangslage zurück. Anschließend drückt der Schüler abermals die Taste 16, um bei 34 die Bildfolge des Sprechvorganges des Lehrers zu wiederholen. Gleichzeitig hört der Schüler bei 36 der Aufzeichnung seiner eigenen Stimme zu, die bei 30 in der Stufe 2 gemacht wurde. Hier kann der Schüler zwischen dem Horchen auf seine eigene Stimme bei 36 oder dem Horchen auf die

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Stimme des Lehrers bei 38 wählen, während die gleiche Bildfolge bei 34 wiederholt wird. Dies geschieht durch Druck auf eine der entsprechenden Steuertasten 16. Auf diese Weise erhält der Schüler die Gelegenheit, seine eigene Aussprache nach derjenigen des Lehrers zu korrigieren, während er die Mundbewegungen des Lehrers betrachtet, bis er die gewünschte Sprachgewandtheit erlangt.

Das anhand der Fig. 4 erläuterte Sprachlehrprogramm arbeitet mit der anhand der Fig. 1-3 erläuterten Anlage. Die Tasten 16 auf der Schalttafel 15 ermöglichen dem Schüler die Wahl zwischen den Betriebsweisen der Aufzeichnung seiner eigenen Stimme auf einer Tonspur eines Magnetbandes, der Wiederholung der Stimme des Lehrers auf einer anderen Tonspur des gleichen Magnetbandes und des Abhörens einer der beiden Tonspuren, während er gleichzeitig die Aufzeichnung der Mundbewegungen des Lehrers auf der Videospur betrachtet. Somit ist das Magnetband mit mindestens zwei Tonspuren versehen, die wahlweise gleichzeitig mit einer darauf befindlichen Videospur abgespielt werden können.

Fig. 5 zeigt schematisch einen Abschnitt 50 eines Magnetbandes 24, das für gleichzeitigen Unterricht in mehreren Sprachen geeignet ist. Hierzu ist es erforderlich, eine Bildfolge zu wählen, die zu verschiedenen Fremdsprachen paßt. Dies ist insbesondere für Wortschatzübungen und das Lernen bestimmter Ausdrücke möglich,

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Hierzu ist eine Bildfolge von Gegenständen (Hauptwörter, z.B. "Fenster") oder Vorgängen (Verben, z.B. "Fenster öffnen") auf einer Videospur 52 des gewählten Magnetbandes 24 aufgezeichnet. Die Videospur 52 verläuft parallel zu einer Mehrzahl von Tonspuren 54, 56, 58 und 60, die je den Gegenstand oder den Vorgang in einer anderen Fremdsprache identifizieren. Die Tonspuren 54 bis 60 sind auf dem Magnetbandabschnitt 50 parallel zu der gemeinsamen Videospur 52 angeordnet, so daß eine beliebige Tonspur gleichzeitig mit der Videospur 52 abgespielt werden kann. Selbstverständlich ist diese Parallelanordnung nur funktionell zu verstehen und entspricht nicht notwendig tatsächlich einer solchen Anordnung, solange jede der Tonspuren 54 bis 60 in einfacher Weise zur gleichzeitigen Wiedergabe mit der Videospur 52 gewählt werden kann. Im Betrieb wählt der Schüler die Fremdsprache, die er hören will durch, Druck auf die entsprechende Taste 16, wodurch die gewünschte Tonspur gleichzeitig mit der auf demselben Band aufgezeichneten Videospur gewählt wird.

Der mehrsprachige Unterricht nach diesem Verfahren bedingt erhebliche Einsparungen in der Vorbereitung und Durchführung von SprachÜbungen, da eine einzige verhältnismäßig kostspielige Bildfolge gleichzeitig von mehreren Tonspuren begleitet wird, so daß sich wesentlich geringere Kosten je Schüler und Sprache für das Sprachlehrmaterial ergeben.

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Fig. 6 zeigt eine weitere Ausgestaltung, bei der elektromechanische Vorrichtungen 62 am Ort des Video-Telefons 13 vorgesehen sind, um das Lernen des Schülers weiter zu unterstützen. Im allgemeinen sind im Computer 10 Programme gespeichert, die zur Erzeugung von Steuersignalen führen, welche bei Bedarf oder nach Befehl im Schülerendgerät empfangen werden, wo sie die elektromechanischen Vorrichtungen 62 betätigen. Diese dienen als audiovisuelle Darbietungen 64, Demonstrationsmodelle oder Belohnungsvorrichtungen 68 in Übereinstimmung mit den Begriffen der Verhaltenspsychologie. Auch können diese vom Computer gelieferten Signale dazu dienen, die Videodarbietung von Linien, Bewegungen und alphanumerischen Zeichen auszulösen, die als Lernfolgen oder Antworten auf Betätigungen des Schülers zur Vertiefung und Bereicherung eingefügt werden.

Zum Betrieb der elektromechanischen Vorrichtungen 62 wählt der Schüler nach Unterweisung durch eine Lektion, die von einem ausgewählten Speicherband 24 empfangen wird, oder durch Auswahl aus einer Liste mittels der Drucktasten 16 eine Signalfolge, die dem Steuerempfänger 11 als codierte Nachricht zugeht. Der Steuerempfänger 11 verwandelt die codierte Nachricht, die entweder von der betätigten Drucktaste 16 oder von den im Magnetband 24 gespeicherten Signalen ausgeht, in einen Befehl für den Computer 10, ein gespeichertes Programm zu wählen. Dieses erzeugt seinerseits eine Folge digitaler Befehle, welche die Ein- und Ausschaltung und die Reihenfolge der Betätigung einer

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Anzahl von Motoren und Kupplungen bestimmt, welche eine geVeränderung wünschte Konfiguration und die begleitende dynamische/des Anschauungsmaterials 64 herstellen. Zu diesem Zweck werden die vom Computer 10 ausgehenden und über die Fernleitung 12 im Schülergerät empfangenen digitalen Befehle in einem Digitalanalogumsetzer 70, der zwischen das Video-Telefon 13 und die elektromechanischen Vorrichtungen 62 eingeschaltet ist, in Analogform übergeführt. Ein solches bewegliches Anschauungsmaterial 64 besteht z.B. aus Puppen oder Kunststoff- oder Gummifiguren, die entsprechend den Endpunkten und Stellungen der von dem Computer erzeugten Signalen gesteuerten Gestänge unterhaltende oder belehrende Bewegungen und Verrenkunen ausführen .

In gleicher Weise dienen im Computer 10 gespeicherte Programme zur Erzeugung von Steuersignalen für die Ingangsetzung verschiedener mechanischer Modelle 66 entweder in freiem Ablauf oder in durch Schülereingriff gesteuertem Ablauf. Der freie Ablauf bedeutet einen von außen unbeeinflußten Ablauf einer mechanischen Bewegungsfolge, während bei einem vom Schüler gesteuerten Ablauf der nächste Schritt der Bewegungsfolge jeweils die Betätigung einer Steuertaste 16 erfordert, deren Signal dann vom Computer 10 empfangen wird und diesen veranlaßt, den nächsten Bewegungsschritt einzuleiten. Beispielsweise kann damit der Ablauf eines handwerklichen Arbeitsvorganges erlernt werden, oder es werden Stimmgabeln mit verschiedenen Resonanz-

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frequenzen angeschlagen.

Der Betrieb der Belohnungsvorrichtung 68 ist ähnlich wie die soeben beschriebene Betätigung in Abhängigkeit von Schülerantworten. Der Computer 10 erzeugt Steuersignale, wenn der Schüler diejenigen Tasten 16 betätigt, die der richtigen Antwort auf eine im Unterrichtsmaterial gestellte Frage entsprechen. Hier führen die Steuersignale vom Computer 10 au der Ausgabe einer Belohnung, z.B. eines Bonbons oder eines Kaugummis, oder der Ausgabe eines Stfafsignals, z.B. eines unangenehmen Tons oder eines leichten elektrischen Schlages. Bei allen diesen elektromechanischen Vorrichtungen wird das Computerprogramm zur Erzeugung der Steuersignale für die Vorrichtung dadurch eingeleitet, daß der Schüler entsprechende Tasten 16 in der Schalttafel 15 drückt oder daß in der Aufzeichnung auf dem Magnetband 24 vorhandene Signale im Steuerempfänger 11 abgelesen werden. Im letzteren Falle werden die vom Computer erzeugten Steuersignale als Teil der audiovisuellen Unterstützung für den Lernstoff angesehen.

Die hier zur praktischen Anwendung kommende Verhaltenspsychologie beruht vor allem auf Erkenntnissen über die Wichtigkeit von Sti*- mulation und Kontingenz für den Lernerfolg. Stimulation bedeutet, daß die Wahrscheinlichkeit einer Antwort vom Lernanreiz abhängt. Kontingenz bedeutet, daß ein bestimmtes Verhalten zu dem Eintritt bestimmter Ereignisse führt. Der von Schülerantworten beeinflußte

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Betrieb bedeutet, daß die elektromechanischen Vorrichtungen vom Computerprogramm als unmittelbare Folge der Schülerantwort aktiviert werden, wie dies von der Verhaltenspsychologie gefordert wird. Wenn z.B. eine Belohnung für Aufmerksamkeit in Form eines aufmunternden Ereignisses, z.B. unmittelbarer persönlicher Anerkennung oder der Darbietung einer Erfrischung gewährt wird, läßt sich die Tendenz zu dem gewünschten Verhalten weiter erhöhen. Eine richtig funktionierende individuelle Unterweisung mit Computerunterstützung führt zu positivem Verhalten und demzufolge zu größerem Lehrerfolg. Diese verhaltenspsychologischen Überlegungen wurden mittels der geschilderten elektromechanischen Vorrichtungen 62 in die vorliegende Lehranlage eingebaut.

Eine ins einzelne gehende Beschreibung des Digitalanalogumsetzers 10 und der Steuerung der Antriebsvorrichtungen, Getriebe und Gestänge durch die von ihm erzeugten Analogsignale über Relais und Schalter erübrigt sich, da solche Vorrichtungen zum allgemeinen Fachwissen gehören. Dasselbe gilt für die Synchronisierung der mittels der Drucktasten 16 ausgelösten und vom Computer 10 erzeugten Steuersignale mit der auf dem Magnetband aufgezeichneten audiovisuellen Information.

Die Betätigung der elektromechanischen Vorrichtungen kann auch durch andere Mittel als durch einen Digitalanalogumsetzer erfolgen. Beispielsweise können bekanntlich lichtempfindliche

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Matrizen zur Abtastung und Umwandlung veränderlicher Lichtmuster in entsprechende zeitlich veränderliche Signale herangezogen werden. Diese Signale können dann wieder als Steuersignale für elektromechanische Vorrichtungen dienen. Fig. 7 zeigt die Anwendung einer solchen lichtempfindlichen Matrix für den geschilderten Zweck. Der Bildschirm 14 des Video-Telefons 13 ist mit einer regelmäßigen Anordnung oder Matrix 72 lichtempfindlicher Elemente ausgerüstet, so daß vom Computer 10 auf dem Bildschirm 14 erzeugte Lichtmuster 74 abgetastet und in einem Decoder 76 in Betatigungsspannungen für die elektromechanischen Vorrichtungen verwandelt werden können. Der Decoder 76 enthält logische Schaltungen und kann als Teil des Digitalanalogumsetzers 70 ausgebildet sein, um die Steuersignale auf der Leitung 77 zu den elektromechanischen Vorrichtungen 62 zu erzeugen. Eine solche lichtempfindliche Matrix 72 kann einfach auf den Bildschirm 14 aufgesetzt und auf Wunsch wieder entfernt werden. Abmessungen und Abstand der lichtempfindlichen Elemente können so gewählt sein, daß sie auf einem durchsichtigen Träger derart montiert sind, daß die Bildbetrachtung in Abwesenheit der Steuersignale nicht gestört wird.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Lernanlage werden auf dem Bildschirm 14 bildliche Darstellungen von Linien, Bewegungen und/oder alphanumerischen Zeichen als Lernfolgen zur Unterstützung oder Bereicherung der Erfahrung des Schülers erzeugt. Hierzu werden Computerprogramme bekannter Art verwendet, die

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auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre Linien und Symbole erzeugen. Diese Computerprogramme werden in gleicher Weise aufgerufen, wie es oben für den Aufruf der gespeicherten Computerprogramme zum Betrieb der elektromechanischen Vorrichtungen geschildert wurde. In diesem Falle dienen aber die Computerprogramme unmittelbar zur bildlichen Darstellung auf dem Bildschirm 14 des Video-Telefons 13.

Diese digital gespeicherten, visuell dargestellten Programme ermöglichen Darstellungen wie computergesteuerte Aufmunterung und räumliche Beziehungen, deren Aufnahme auf Fernsehfilm oder Magnetband zu teuer wäre. Diese Programme ermöglichen es dem Schüler, die bildliche Darstellung zu steuern und zu verändern, indem er mittels der Drucktasten 16 codierte Signale erzeugt, die dem Computerprogramm zugeführt werden. Dadurch werden bestimmte Veränderliche Selektiv geändert, z.B. der Drehwinkel oder die Darstellungsgeschwindigkeit. Es ist bekannt, daß die unmittelbare Befolgung solcher Einwirkungen des Schülers auf die bildliche oder symbolische Darstellung den Lernerfolg verbessert. Als Beispiele seien Rechtschrebübungen genannt, bei denen der Schüler fehlende Buchstaben einsetzt, ferner geometrische Lehrsätze und die Strukturtheorie. Dieser Anwendungsbereich ist im wesentlichen nur durch die schöpferische Fähigkeit des Computerprogrammierers hinsichtlich des Entwurfs entsprechender Algorithmen bes ehränkt.

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Bekanntlich sendet eine normale Bildübertragung mit Videofrequenz nach amerikanischer Norm 30 Bilder je Sekunde. Wenn das Bild sich in diesem Zeitintervall nicht ändert, ist es nur erforderlich, einen einzigen Bildinhalt zu übertragen, der dann immer wieder durch örtlich im Empfänger erzeugte Signale dargestellt werden kann. Es ist deshalb möglich, ein stehendes Bild mit wesentlich geringerer Bandbreite zu übertragen. Eine Anwendung dieses Prinzips auf die oben geschilderte Lehranlage wird anhand der Fig. 8 ejrläutert.

Fig. 8 zeigt eine funktioneile Blockdarstellung der Lehranlage mit Bandbreitenkompression zur Speicherung des Bildinhaltes für Stehbilddarstellung in einer Weise, durch welche der Betrieb der Übertragungsglieder sowohl mit Niederfrequenz in einem schmalen Band, als auch mit Videofrequenz in einem entsprechend breiten Band ermöglicht wird. Der Unterschied gegenüber der Anlage nach Fig. 1 besteht vor allem darin, daß die übertragungsbandbreite aus dem Megahertzbereich in den KiIohertebereich verschoben wird. Zu diesem Zweck werden zwei Bandbreitenwandler 78 und 80 verwendet, wobei der Wandler 78 mit dem Steuerempfänger 11 in der Zentralstation verbunden ist und der Wandler 80 mit dem Video-Telefon 13 in der Schülerstation. Diese Bandbreitenwandler 78 und 80 sind an den beiden Enden eines Übertragungsweges 12* angeschlossen und bewirken so die gewünschte Verringerung der übertragungsbandbreite.

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Dies wird in einzelnen folgendermaßen durchgeführt: Die Videosignale von den Videomagnetbändern in Hauptspeicher 19 werden in dem Wandler 78 derart auf Magnetplatten 82 genommen, daß die zu einein Videobild gehörenden Signale in einer vollständigen Umdrehung einer Magnetplatte auf diesem Bild zugeordneten codierten Spuren gespeichert werden. Der Schüler ist mit einer Liste der zur Verfügung stehenden Bilder versehen und nach dem Drücken einer entsprechenden Taste 16 seiner Schalttafel 15 bewirken der Steuerempfänger 11 und der Computer 10, daß der Wandler 78 in der Zentralstation über eine Wählstufe 84 des Wandlers 78 die entsprechende Spur auf der Magnetplatte auswählt, auf der dieses Bild aufgezeichnet ist. Eine langsame Leseabtastung dieser Spur wird mittels des Zeitgebers 86 und des Steuerempfängers 11 bewirkt, so daß mehrere Sekunden benötigt werden, um die Bildinformation mit Frequenzen im Kiloherzbereich über die für Niederfrequenz geeignete Fernleitung 12* zu übertragen. Diese kann z.B. eine Fernsprechverbindung über Draht oder einen Tonfrequenzkanal über ein kommerzielles Satellitensystem sein.

Das in Impulsen übertragene und empfangene Signal wird in einer Stufe 80 des Bandbreitenwandlers zusammengesetzt und in der Stufe 90 desselben auf einer gleichartigen Magnetplatte gespeichert. Dieser Vorgang benötigt mehrere Sekunden zum Empfang ausreichender information für ein vollständiges Bild. Beispielsweise wird eine Felge von Stehbildern geliefert, bei der alle

15 Sekunden ein Bild zusammengesetzt wird. Nach dem Speichern ermöglicht die Zeitgeberstufe 92, daß die Information auf dieser Spur mit normaler Bildgeschwindigkeit abgelesen wird, wodurch sich das ursprüngliche hochfrequente, d.h. breitbandige Signal ergibt, das dann in normaler Weise in dem Video-Telefon verarbeitet und sichtbar gemacht wird.

Im Betrieb ruft der Schüler eine Folge solcher Stehbilder (z. B. eine Filmstreifenfolge) oder einzelne Stehbilder auf und diese werden auf der Magnetplatte 90 seines örtlichen Bandbreitenwandlers 80 auf Abruf bei Bedarf gespeichert.

Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die oben geschilderte Lehranlage auch mit niederfrequenten Übertragungskanälen 12' arbeitsfähig bleibt; solche Übertragungskanäle werden in zukünftigen Nachrichtenverbindungen immer mehr zur Verfügung stehen (Satelliten, Kabel, Mikrowellen, Laser usw.). Der grundsätzliche Kompromiß besteht darin, daß die visuelle Information auf Stehbilder beschränkt ist, die so lange wie gewünscht stehenbleiben.

Die beschriebenen Ausgestaltungen ermöglichen die Ausdehnung des Prinzips der beschriebenen Lehranlage auf die Grundfunktionen, die mit dem computergeleiteten Unterricht verknüpft sind. Letzerer benutzt die Fähigkeiten des Computers, um ein Studienprogramm des Schülers aufzuzeichnen, das aus einer geordneten

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Menge von Studienanweisungen besteht, die vom Schüler bei jeder solchen Lektion beantworteten Testfragen zu speichern und geeignete Alternativvorschläge in Auswertung der Prüfergebnisse zu machen, während die Aufzeichnungen dieser Ergebnisse für einen oder mehrere Schüler aufbewahrt werden, um eine nachfolgende Analyse der Leistung der Individuen und der Gruppe, sowie eine Bewertung der verwendeten Lehrmaterialien zu ermöglichen. Es können Computerprogramme und periphere Speichervorrichtungen vorbereitet werden, wodurch das anfängliche Studienprogramm des Schülers dem Computer über entsprechende Drucktasten 16 mitgeteilt wird. Bei der Darbietung der gewählten Lektionen von den Magnetbändern 24 treten Prüfabschnitte auf, auf die der Schüler antwortet, nachdem er durch entsprechende Drucktasten 16 mitgeteilt hat, daß er Prüfergebnisse eingibt. Der Computer erkennt diese Eingangssignale als zu bewertende und zu speichernde Prüfergebnisse und bewertet durch Verwendung entsprechender Programme die Antworten des Schülers; gleichzeitig wird die Notensammlung desselben entsprechend ergänzt. Gleichzeitig werden seine Noten durch Algorithmen geprüft und die Untersuchung seiner Studienziele läßt erkennen, ob der Schüler zur nächsten Lektion fortschreiten oder eine andere Lektion wählen soll.

Die Aufstellung einer historischen Übersicht über die von einem Individuum abgelegten Prüfungen gestattet es dem Lehrer,

die Aufzeichnungen in verschiedener Weise abzufragen, um hierdurch festzustellen, wie gut ein Schüler oder eine Schülergruppe unter Berücksichtigung verschiedener Kriterien das Studienziel erreicht hat. Fe.rner ist es hierdurch möglich festzustellen, wie eine bestimmte Lektion von allen Schülern, die sie benutzt haben, gemeistert wurde. Dadurch können die Lehrmaterialien bewertet v/erden, was die zur Entwicklung von Lehrmaterial so wichtige ständige Revision begünstigt. Die zur Durchführung dieser Aufgaben erforderlichen Funktionen bestehen grundsätzlich in der Aufstellung

eli.TtfT Programme, die es dem Hauptprogramm des Computers ermöglichen, von der Schülertastatur ausgelöste Codesignale zu erkennen, wenn Prüfergebnisse festgestellt, Lektionen in Abhängigkeit von diesen Prüfergebnissen geändert oder sonstige Bewertungen der im Zentralcomputer gespeicherten Schüleraktivitäten durchgeführt werden sollen.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann alle im Rahmen des fachmännischen Könnens liegenden Abänderungen und Ausgestaltungen erfahren.

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Claims

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Westinghouse Learning Corporation
in New York, N.Y., V.St.A.

Patentansprüche :

ι 1.JLehranlage nach Patent-Nr. ............ (Patentanmeldung P 21 59 341.9) mit einem zentralen, zur aufeinanderfolgenden visuellen Übermittlung von Lehrinformaticn nach einer fortschreitenden Abfrage geeigneten Viäeoinformations-Speichermedium, einem damit verbundenen zentralen, die Lehrinformation enthaltenden elektronischen Datenverarheitungsgerät mit Steuer- und Logikkreisen für die Bestimmung der entsprechend dem Lehrprogramm und einer von einem Schüler an das Datenverarbeitungsgerät gegebenen Antwort zu liefernden Lehrinformation, mindestens einem mit -ΙηβιΏ Bildschirm versehenen Video-Telefon für die Aufnahme der Lehrinformation von dem Datenverarbeitungsgerät über das zentrale Video-Informations-Speicherraediura sowie einer an das Video-Telefon angeschlossenen Steuereinrichtung, mittels der ein Schüler über eine sur Signalübermittlung zwischen das Datenverarbeitungsgerät und das Video-Telefon geschaltete übertragungsleitung Antworten an das Datenverarbeitungsgerät geben kann, ferner mit ainem mit dem elektro-

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nischen Datenverarbeitungsgerät und dem zentralen Video-Informations-Speichermedium gekoppelten Steuerempfänger für die Abgabe und den Empfang von Signalen und für die Umsetzung der von dem Datenverarbeitungsgerät und dem zentralen Video-Informations-Speichermedium abgegebenem Information in an das Video-Telefon gelieferte Audio- und Video-Signale, dadurch gekennzeichnet, daß das Video-Telefon (13) eine Vorrichtung zur Aufzeichnung der Stimme des Benutzers während eines von diesem gewählten Zeitintervalls und zur Speicherung derselben auf einer Tonspur (54-60) parallel zu einer voraufgezeichneten Videospur (52) und einer ebenfalls zuvor aufgezeichneten Tonspur mit Lehrinformation enthält und daß der Steuerempfänger (11) eine Wählvorrichtung enthält, mittels derer eine der beiden Tonaufzeichnungen wahlweise gleichzeitig mit der visuellen Lehrinformation auf der Videospur abgespielt werden kann.
2. Lehranlage nach Anspruch 1 für den Fremdsprechenunterricht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufzeichnungsträger (50) in der zentralen Speicheranlage (19) eine Videospur (52) zur Speicherung einer Bildfolge von Gegenständen oder Vorgängen und eine Mehrzahl dazu paralleler Tonspuren (54-60) enthält, auf denen je Ausdrücke in einer anderen Fremdsprache aufgezeichnet sind, die sich auf die betreffende Bildfolge beziehen, sowie daß mit dem Video-Telefon (13) eine Wählvorrichtung (15) für die gleichzeitig mit der

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Videospur wiederzugebende Tonspur verbunden ist.
3. Lehranlage nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine elektromechanisch bewegte Anschauungsvorrichtung (64) am Ort des Video-Telefons (13) ,- die über die Fernleitung (12) mit der zentralen Datenverarbeitungseinheit (10) verbunden ist und durch Signale.» die von dem in der zentralen Datenverarbeitungseinheit gespeicherten Programm ausgehen, in Bewegung gesetzt werden kann.
4. Lehranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Programm ausgehenden Signale den Steuer- und Logikkreisen zugeführt werden.
5. Lehranlage nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen zwischen die elektromechanisch bewegte Vorrichtung (64) und das Video-Telefon (13) eingeschalteten Digitalanalogumsetzer (70), der die vom zentralen Datenverarbeitungsgerät (10) ausgehenden digitalen Steuersignale in Analogform umsetzt, um die Bewegungen der elektromechanischen Vorrichtung zu steuern.
6. Lehranlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale für die elektromechanische Vorrichtung von dem im zentralen Datenverarbeitungsgerät gespeicherten Programm er-1sprechend der im zentralen Infer-

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mationsspeichermedium (19) gespeicherten Lehrinformation erzeugt werden.
7. Lehranlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromechanische Vorrichtung eine Belohnungsoder Bestrafungsvorrichtung (68) für den Benutzer aufweist.
8. Lehranlage nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine mit dem Video-Telefon (13) verbundene elektromechanisch bewegte Vorrichtung, die während des Abspielens einer Videospur eine bestimmte Bewegung ausführen soll, und eine Matrix (72) lichtempfindlicher Elemente, die am Bildschirm des Video-Telefons (13) so angebracht ist, daß auf dem Bildschirm erzeugte Lichtmuster von den lichtempfindlichen Elementen abgetastet und einem Decoder (76) zugeführt werden, der die entsprechenden Signale in Betätigungsspannungen für die elektromechanische Vorrichtung umsetzt.
9. Lehranlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Bandbreitenwandler (7 8,80) zum Zusammensetzen und Speichern von Videobildsignalen zur Stehbild-Darstellung, deren Bandbreite die Bandbreite des Übertragungskanals (12¹) zwischen dem zentralen Datenverarbeitungsgerät und dem Video-Telefon überschreitet, so daß das Videotelefon wahlweise mit großer und kleiner Bandbreite betrieben werden kann.

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10. Lehranlage nach Anspruch 9,dadurch gekennzeichnet,, daß die mit dem Video-Telefon verbundene Schalttafel (15) die Auswahl eines oder mehrerer in dem örtlichen Bandbmtenwandler (80) zusammengesetzter Bilder gestattet.
11. Lehrverfahren für den Fremdsprachenunterricht unter Benutzung einer Lehranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Verfahrensstufe {26} eine Tonaufzeichnung eines fremdsprachigen Ausdrucks mit der Stimme eines Sprachlehrers abgespielt und gleichzeitig eine Videoaufzeichnung der Mundhaltung des Lehrers für diesen Ausdruck in einem Schülerendgerät dargeboten wird, daß in einer zweiten Verfahrensstufe die gleiche Bildfolge (28) ohne die Hörfolge wiederholt wird, während gleichzeitig die Stimme des Schülers zusammen mit der dargebotenen Bildfolge auf einer Tonspur (30) aufgezeichnet wird, daß in einer dritten Verfahrensstufe (32) das Ton- und Bildaufzeichnungsmedium zum Ausgangspunkt zurückläuft und daß in einer vierten Verfahrensstufe der Schüler zwischen der Wiedergabe seiner eigenen Aufzeichnung (36) oder derjenigen der Lehrerstimme (38) wählen kann, während gleichzeitig die entsprechende Bildfolge (34) der Mundhaltungen des Lehrers wiederholt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß vorbereitend eine Bildfolge von Gegenständen oder Vorgängen

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^auf einer Videospur eines Aufzeichnungsmediums gespeichert wird und daß mehrere den einzelnen Gegenständen oder Vorgängen entsprechende Sprachlaute in verschiedenen Sprachen auf verschiedenen parallel zu der Videospur verlaufenden Tonspuren des Aufzeichnungsmediums gespeichert werden, so daß die Sprachlaute der verschiedenen Tonspuren gleichzeitig mit der Bildfolge abgespielt werden können und ein Schüler die von ihm gewünschte Sprache wahlweise gleichzei tig mit der betreffenden Bildfolge dargeboten erhält.

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