DE4238848C2 - Lehranlage für Unterrichtsräume - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lehranlage für Unterrichtsräume, wie sie beispielsweise aus der US-Patentschrift 4,786,255 bekannt ist.

Lehranlagen für Unterrichtsräume, bei denen ein Steuerpult mit mehreren Schü­ lerarbeitsplätzen elektrisch verdrahtet ist, werden z. B. in der innerbetrieblichen Ausbildung, in der Erwachsenenbildung, im Bereich der Rehabilitation oder auch im schulischen Bereich eingesetzt. Derartige Lehranlagen dienen beispielsweise dem Unterricht in Kurzschrift, Maschinenschreiben, Textverarbeitung, Phonotypie, Informatik, Buchführung usw.

Insbesondere in den Fächern Kurzschrift, Maschinenschreiben, Phonotypie und Textverarbeitung sind von einer Lehrkraft ausgewählte Arbeitstexte von den Schülern zu bearbeiten. Hierzu muß die aus dem zentralen Steuerpult und den Schülerarbeitsplätzen bestehende Lehranlage verschiedenste Funktionen erfüllen. Die Schüler müssen beispielsweise im Steuerpult abspielbare Arbeitstexte oder von der Lehrkraft diktierte Arbeitsanweisungen empfangen können. Dies ge­ schieht entweder direkt über ein Lehrermikrofon und einen Schülerlautsprecher bzw. Schülerkopfhörer oder über ein schülereigenes Diktiergerät mit einem Kopf­ hörer. Die Arbeitstexte werden hierfür auf Kassetten des schülereigenen Dik­ tiergerätes entsprechend der Vorgabe der Lehrkraft kopiert. Dadurch kann jeder einzelne Schüler einen individuellen Text empfangen und bearbeiten. Die Auslö­ sung des Kopiervorganges an den schülereigenen Diktiergeräten wird vom Steu­ erpult aus gesteuert.

Bei herkömmlichen Steuerpulten ist gerade dieser Kopiervorgang aufwendig und umständlich und damit zeitraubend. Die Lehrkraft muß zunächst die Kassetten in den schülereigenen Diktiergeräten zurückspulen. Dieser Zurückspulvorgang wird am Steuerpult zentral ausgelöst. Erst wenn alle Kassetten zurückgespult sind, kann die Lehrkraft damit beginnen, die einzelnen, angepaßt an die unterschiedli­ chen Schwierigkeitsgrade verschiedenen Texte auf die Kassetten zu kopieren. Am Ende dieses Kopiervorgangs muß die Lehrkraft wiederum die Kassetten zurück­ spulen, um dann schließlich das Start-Signal für das Abhören der Kassetten durch den Schüler zu geben.

Die Verwendung herkömmlicher Diktiergeräte verursacht zusätzlich zu den An­ schaffungskosten über die Betriebszeit erhebliche Folgekosten infolge von Stö­ rungen und damit verbundenen Reparatur- und Instandsetzungsmaßnahmen. Um die Diktiergeräte vor unbefugtem Schülerzugriff zu schützen, ist zudem eine ebenfalls Kosten verursachende elektromagnetische Zentralverriegelung vorgese­ hen.

Aus technischer Sicht ist die Übertragungsqualität von Arbeitsanweisungen und Arbeitstexten mittels Kassetten ungenügend. Ein weiterer Nachteil ist der schwan­ kende Leistungspegel und somit die schwankende Lautstärke des übertragenen Textes oder Arbeitsprogramms je nach Anzahl der angeschlossenen Schüler­ arbeitsplätze.

Da herkömmliche Lehranlagen konventionell verdrahtet sind und nur auf eine ganz bestimmte Zahl von Arbeitsplätzen ausgerichtet sind, ist eine Erweiterung der Lehranlage um neue Schülerarbeitsplätze sehr aufwendig. Insbesondere ist bei herkömmlichen Lehranlagen eine umständliche und kostenintensive zusätz­ liche elektrische Verdrahtung notwendig.

Enthält das Steuerpult der Lehranlagen nur Tastenfelder zur Auslösung der auf den einzelnen Schüler bezogenen Funktionsabläufe und zur Kontrolle der ein­ zelnen Schülerarbeitsplätze, so ist es bei einer veränderten Sitzordnung - in Schulen "Klassenspiegel" genannt - aufgrund einer neuen Möblierungsanordnung der Schülerarbeitsplätze komplett unbrauchbar. Die Verdrahtung muß hier erst aufwendig an die neue Sitzordnung angepaßt werden.

Aus der US-Patentschrift 5,002,491 ist ein interaktives elektronisches Klassen­ zimmer bekannt, bei dem eine Mehrzahl von Schülerarbeitsplätzen an ein zentra­ les 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 Ausfüh­ rungsform hat zwar den Vorteil einer gegenüber herkömmlichen Lehranlagen er­ höhten Flexibilität, ermöglicht aber keinen Austausch von gesprochenen Texten und ist somit als Lehranlage für ein Sprachlabor nicht geeignet.

Eine ebenfalls auf digitaler Basis arbeitetende Lehranlage für ein Sprachlabor ist beispielsweise aus der US-Patentschrift 4,786,255 bekannt. Dort werden in einem Speicher (RAM) eines zentralen Steuergerätes die von einem analogen Wieder­ gabegerät 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 gesproche­ nen 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.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Lehranlage zu schaffen, mit welcher die Schüler unabhängig voneinander und gleichzeitig unterschiedliche Aufgabenstellungen bearbeiten können. Diese Aufgabe ist durch die Merk­ malskombination des Anspruches 1 gelöst.

Die erfindungsmäßige Lehranlage für Unterrichtsräume enthält ein zentrales Steuerpult zur Bereitstellung und Übertragung von Arbeitsanweisungen und Ar­ beitstexten an periphere Schülerarbeitsplätze. Das zentrale Steuerpult umfaßt einen Steuerrechner, der einen Massenspeicher zur dauerhaften Speicherung sämtlicher relevanter Systemdaten und Arbeitstexte, wobei jeder Schülerarbeits­ platz einen Digital/Analog-Wandler und einen Analog/Digital-Wandler sowie eine jeweils zugeordnete Schnittstelle zur Aus- bzw. Eingabe der Arbeitstexte enthält. Mit dem Steuerrechner kommuniziert eine zumindest der Anzahl der Schülerar­ beitsplätze entsprechende Anzahl ein Platinenrechner mit jeweils einer Rechen­ einheit [= CPU] und einem Arbeitsspeicher [= RAM] zum Speichern der vom Massenspeicher übertragenen bzw. der vom Schüler eingegebenen Arbeitstexe.

Mit der Erfindung ist somit ein digitales Audio-Netz verwirklicht, das die gleichzeiti­ ge Bearbeitung unterschiedlicher Arbeitstexte an verschiedenen Schülerarbeits­ plätzen ermöglicht.

Da die einzelnen Bauteile der Einplatinenrechner Massenartikel sind, sind die Einplatinenrechner kostengünstig herstellbar. Die Verwendung fortschrittlicher Prozessor-Technik bewirkt, daß die Einplatinenrechner sehr störunanfällig sind. Aufgrund des Ersatzes der herkömmlichen Diktiergeräte durch die Einplatinen­ rechner entfällt die störanfällige Mechanik herkömmlicher Diktiergeräte. Dadurch daß die bisher als Textspeicher verwendeten Kassetten oder Magnetbänder durch den peripheren Arbeitsspeicher ersetzt sind, entfällt eine Beschädigung der Kas­ setten und wird eine ungenügende Aufnahmequalität der Textinformationen ver­ mieden.

Um an den dezentralen Einplatinenrechnern arbeiten zu können, ruft die Lehrkraft am Steuerrechner das betreffende Arbeitsprogramm auf und weist es über den Steuerrechner dem jeweiligen Einplatinenrechner zu. Der Einplatinenrechner kommuniziert während der Arbeit ständig mit dem Steuerrechner. Zur Ausgabe der Arbeitstexte vom Einplatinenrechner an den Schülerarbeitsplatz sind eine oder mehrere Schnittstellen vorgesehen.

Vorteilhaft an dieser Erfindung ist, daß sämtliche Arbeitstexte oder sonstige Da­ teien nur einmal auf dem Steuerrechner vorhanden sind. Es können stets ein oder mehrere Einplatinenrechner auf den zentralen Steuerrechner zugreifen. Das vor­ herige Überspielen der Arbeitstexte entfällt also. Vielmehr ist mit den Einpla­ tinenrechnern ein direkter Zugriff auf sämtliche Arbeitstexte oder Arbeitsdateien möglich. Die Einplatinenrechner ersetzen so die herkömmlichen schülereigenen Diktiergeräte. Die störungsanfälligen und damit wartungs- und reparaturintensiven Schülerdiktiergeräte entfallen also ersatzlos. Dadurch werden insbesondere die Folgekosten drastisch reduziert. Ferner entfallen die Totzeiten, die durch das vor­ herige Rückspulen, Überspielen und nochmalige Rückspulen aufgetreten sind.

Dadurch daß die frühere verkabelte Steuerung durch eine EDV-Steuerung ersetzt ist, ist das Steuerpult jederzeit umprogrammierbar und somit an sämtliche Sit­ zordnungen oder andere räumliche Gegebenheiten anpaßbar. Zudem kann durch die weitere Anbringung von Einplatinenrechnern das System beliebig erweitert werden. Da der Steuerrechner und die Einplatinenrechner zur Übertragung von Textansagen der Lehrkraft und/oder zur Übertragung von Sprechsequenzen des Schülers dienen, ist eine Digitalisierung der Sprache innerhalb der Anlage not­ wendig. Aufgrund dieser Digitalisierung ist die Übertragungsqualität der Spra­ chinformationen erheblich verbessert. Insbesondere findet der bisherige Leistungspegelabfall nicht mehr statt. Die Digitalisierung ermöglicht vielmehr die Da­ tenübertragung mit gleichbleibend hoher Qualität, also auf gleichbleibend hohem Leistungspegel beim Betrieb auch vieler dezentraler Einplatinenrechner und vieler Schülerarbeitsplätze.

Anspruch 2 betrifft den konkreten Aufbau des Steuerrechners. Der Steuerrechner weist einen in der Fachsprache als Festplatte bezeichneten Festplattenspeicher auf sowie einen Hauptarbeitsspeicher (= RAM) und eine zentrale Hauptrechen­ einheit (= CPU). Das Steuerpult teilt sich konzeptionell in eine Eingabeseite und eine Ausgabeseite auf. Auf der Eingabeseite werden dem Steuerpult neue Ar­ beitstexte zugeführt. Auf der Ausgabeseite erfolgt die Ausgabe von Daten aus dem Steuerpult an die Schülerarbeitsplätze.

Zur Eingabe von Arbeitstexten auf der Eingabeseite ist ein Analog/Digitalwander (= A/D-Wandler) an den Steuerrechner anschließbar. Dieser A/D-Wandler dient zur Wandelung gesprochener Texte in digitale Signale. Die digitalen Signale sind auf diese Weise auf der Festplatte des Steuerrechners speicherbar und wiederum zur Weitergabe an die Schülerarbeitsplätze abrufbar. Durch den Anschluß eines oder mehrerer A/D-Wandler an den Steuerrechner ist es möglich, eine Endstelle der Anlage für die Lehrkraft in herkömmlicher Weise mit analogem Sendegerät aufzubauen. Es ist evident, daß durch den Anschluß eines Digital/Analog- Wandlers (D/A-Wandler) die Endstelle für die Lehrkraft zugleich auch als Emp­ fangsgerät aufgebaut werden kann. Die Endstelle für die Lehrkraft ist herkömmlich beispielsweise ein Mikrofon, ein Plattenspieler oder ein Tonbandabspielgerät zum Senden von Arbeitsanweisungen an die Schülerarbeitsplätze und/oder ein Kopf­ hörer für die Lehrkraft, um Sprechsequenzen der Schüler empfangen zu können. Es handelt sich bei dem Steuerpult nach Anspruch 1 und Anspruch 2 folglich um ein Steuerpult für eine als Audio-Netz ausgestaltete Lehranlage.

Gemäß Anspruch 3 ist vorgesehen, bereits von vornherein digitalisierte Ar­ beitsanweisungen für den Unterricht zu verwenden. Hierzu werden z. B. Speicher­ disketten oder CD-ROMs verwendet. Die Wandelung analoger Textpassagen in digitale Arbeitstexte entfällt dadurch. Die Verwendung der digitalen Textspeicher ermöglicht, daß bestimmte, für den Unterricht geeignete Arbeitstexte rasch aus­ gewählt und im Steuerrechner zwischengespeichert werden können. Umständli­ che und zeitraubende Spulvorgänge zur Auswahl bestimmter Textpassagen bei Verwendung eines Tonbandgerätes oder eines Kassettenrecorders als Sendege­ rät entfallen dadurch.

Als Massenware sind die digitalen Textspeicher bereits heute kostengünstig er­ hältlich. Aufgrund der zunehmenden Digitalisierung vieler technischer Ein­ richtungen gewinnen sie in der Informationstechnik ständig an Bedeutung. Die digitalen Textspeicher weisen im Gegensatz zu den analogen Textspeichern eine längere Lebensdauer auf und bieten eine konstant gute Tonqualität, welche nur noch vom Empfangsgerät des Schülerarbeitsplatzes abhängt. Die Laufwerke für die digitalen Textspeicher sind im allgemeinen störunanfällig, so daß die Folgeko­ sten zur evtl. Reparatur und Wartung dieser Endstelle des Audio-Netzes erheblich reduziert sind.

Der Monitor des Steuerrechners ist ein bequemes Hilfsmittel für die Lehrkraft, um aktuelle Betriebs- und Arbeitszustände der Schülerarbeitsplätze sowie des Steu­ erpultes selbst überwachen zu können. Mit Hilfe der Tastatur kann die Lehrkraft auf einfache Weise die verschiedensten unterrichtsbezogenen Funktionsabläufe auslösen.

Anspruch 4 betrifft bevorzugte Ausführungsformen analoger Sendegeräte in der Endstelle des Audio-Netzes im Steuerpult. Hierbei ist von Vorteil, daß das Mi­ krofon der Lehrkraft auch an das digitalisierte Audio-Netz angeschlossen ist. Da es neben dem Senden von Arbeitstexten auch für eine individuelle Sprechverbin­ dung zwischen Lehrkraft und Schüler geeignet ist, ist die akustische Verständi­ gung zwischen Lehrkraft und Schüler aufgrund der Digitalisierung verbessert.

Gemäß Anspruch 5 ist der Einplatinenrechner Bestandteil des Steuerpultes. Des­ halb ist die Verkabelung zu den Schülerarbeitsplätzen wesentlich reduziert. Die Netzspannung an den Schülerarbeitsplätzen für die Versorgung des Diktiergerätes sowie für dessen Zentralverriegelung nach dem Stand der Technik entfällt. Auch muß im Schülerarbeitsplatz kein Raum für die Unterbringung des Diktiergerätes berücksichtigt werden. Somit besteht des Schülerarbeitsplatz nur noch aus dem Schülerbedienteil und gegebenenfalls dem Schüler-PC. Dieser Schülerarbeits­ platz ist deshalb einfach und aus bestehendem Mobiliar aufbaubar.

Bei Raumproblemen im Bereich des Steuerpults kann es von Vorteil sein, den Einplatinenrechner gemäß Anspruch 6 anzuordnen.

Anspruch 7 betrifft eine vorteilhaft ausgestaltete Schnittstelle mit Anschlußbuch­ sen. An diese Anschlußbuchsen sind Empfangsgeräte, insbesondere Schüler­ kopfhörer, anschließbar. Ferner sind an der Schnittstelle Anschlußbuchsen für Fußschalter vorgesehen. Mit Hilfe des Fußschalters können eine oder mehrere bereits abgespielte Textsequenzen wiederholt vorgespielt werden. Dieses wieder­ holte Vorspielen entspricht einem schnellen Bandrücklauf und anschließendem Abspielen des Bandes.

Die Ansprüche 8 und 9 betreffen Maßnahmen, die eine Kommunikation zwischen Lehrer und Schüler ermöglichen. Über die Schülerarbeitsplätze sind durch diese Maßnahmen analoge Textsequenzen in die Anlage eingebbar. Diese analogen Textsequenzen werden durch einen Analog/Digital-Wandler in digitale Signale umgewandelt und können so vom Steuerrechner weiterverarbeitet werden. Der Steuerrechner gibt die digitalisierten Signale an eine Digital/Analog- Wandlereinheit an der Eingabeseite weiter, welche die digitalisierten Daten wie­ derum analogisiert, so daß sie als gesprochene Nachricht des Schülers von der Lehrkraft am Steuerpult hörbar sind. Diese Maßnahmen ermöglichen also eine Online-Kommunikation zwischen Schüler und Lehrkraft. Die Lehrkraft kann somit mit jedem Schülerarbeitsplatz individuell sprechen.

Die in den Ansprüchen 7 bis 10 vorgeschlagenen Maßnahmen ermöglichen es also, bei Beibehaltung der analogen Endstellen Daten in digitalisierter Form in der Anlage zu verarbeiten. Dies verbessert die zuverlässige und qualitativ hochwertige Arbeitsweise der gesamten Lehranlage. Die Schnittstellen des Einplatinenrech­ ners und seine periphere Recheneinheit bewirken außerdem, daß die herkömm­ lich eingesetzte und aufwendige Steuerelektronik zur Auslösung der verschiede­ nen Funktionen des Schülerbedienteils vermieden wird. Derartige Funktionen sind beispielsweise Hören, Sprechen oder Fußschalterbetrieb. Der Verzicht auf die analoge und störanfällige Steuerelektronik fördert somit die zuverlässige Arbeits­ weise der Lehranlage und verringert zudem den notwendigen Platzbedarf am Schülerarbeitsplatz.

In einigen Unterrichtsfächern, beispielsweise Maschinenschreiben, Textverar­ beitung, Phonotypie und Informatik ist zusätzlich zur Benutzung des geschilderten Audio-Netzes auch der Einsatz von Personal-Computern wünschenswert. Beson­ ders vorteilhaft ist es natürlich, wenn diese Personal-Computer (= PC) miteinander vernetzt betrieben werden können. Es ist evident, daß eine gute Abstimmung des Audio-Netzes auf der einen Seite und des PC-Netzes auf der anderen Seite wün­ schenswert ist.

Durch die Merkmalskombination des Anspruchs 11 ist der parallele Betrieb eines Audio-Netzes und eines PC-Netzes in einer Lehranlage ermöglicht und so das Zusammenwirken beider Netze optimiert. Das zentrale Steuerpult dient zu dieser Ausführungsform sowohl zur Steuerung eines PC-Netzes als auch zur Steuerung des schon geschilderten Audio-Netzes. Zur Steuerung sowohl des PC-Netzes als auch des Audio-Netzes ist ein einziges Steuerprogramm (= Steuersoftware) ein­ setzbar, das so ausgelegt ist, daß mit einer gemeinsamen Benutzeroberfläche sowohl das PC-Netz als auch das Audio-Netz betrieben werden kann.

Wesentlich ist ferner, daß das PC-Netz und das Audio-Netz unabhängig von­ einander verkabelt sind. Diese unabhängige Verkabelung für den PC-Bereich ei­ nerseits und für den Audio-Bereich andererseits ist die Voraussetzung dafür, daß die Lehranlage im Laufe ihres Betriebs beliebig erweiterbar und ausbaubar ist. Beispielsweise ist es möglich, zum Ausbau der Anlage zunächst ein normales PC- Netz zu installieren. Dieses PC-Netz besteht ausschließlich aus Schüler-PC. Die­ ses PC-Netz wird mit einer herkömmlichen PC-Netzsoftware betrieben. Die Be­ nutzeroberfläche nach der Erfindung ermöglicht bei dieser Grundausbaustufe des Systems lediglich eine gegenüber der PC-Netzsoftware komfortablere Bedienung des PC-Netzes.

Wird das PC-Netz durch ein Audio-Netz erweitert und das Gesamtsystem dadurch ausgebaut, ist zwar eine weitere Betriebs-Software für das Audio-Netz, ein Audio- Betriebssystem, notwendig. Es ist jedoch möglich, mit der gemeinsamen Oberflä­ che sowohl das PC-Netz als auch das Audio-Netz zu steuern. Vorteilhaft hieran ist, daß die Lehrkraft mit der Benutzeroberfläche bereits vertraut ist und für die Steuerung des neu hinzugekommenen Netzes keine weiteren Kenntnisse not­ wendig sind. Es ist natürlich auch möglich, ein vorhandenes Audio-Netz durch ein PC-Netz auszubauen.

Die gemeinsame Benutzeroberfläche gewährleistet ferner, daß der Klassen­ spiegel im Audio- und im PC-Netz immer gleich ist. Hierdurch wird der Lehrkraft die Kontrolle der einzelnen Schülerarbeitsplätze erleichtert. Die getrennte Verka­ belung ermöglicht auch den uneingeschränkten Parallelbetrieb beider Netze. Auf diese Weise ist es möglich, daß ein zentraler Steuerrechner beide Netze gleich­ zeitig steuert und der Schüler im PC-Bereich mit Applikationsprogrammen, bei­ spielsweise WORD, arbeiten kann und gleichzeitig ein entsprechendes Pho­ nodiktat akustisch empfangen kann.

Ausgehend von dem PC-Netz und dem nachgerüsteten Audio-Netz kann die Lehranlage im Falle des Unterrichtsfaches Phonotypie mit den Einplatinen­ rechnern weiter aufgerüstet werden. Umgekehrt ist es auch denkbar, bei der Lehranlage mit einer Phonotypie-Ausstattung zu beginnen und mit einem PC-Netz zu enden. Dadurch ist gewährleistet, daß die Investition in eine bestimmte Lehranlagenausstattung auch dann weiterhin rentabel ist, wenn die Ausstattung später für neu hinzukommende Fächer oder geänderte Lehrinhalte geändert wer­ den muß. Das Investitionsrisiko der Betreiber bei der Anschaffung von Lehranla­ gen wird dadurch erheblich reduziert. Die Kosten für eine Nachrüstung sind ebenfalls erheblich verringert, weil keine Abfallteile auftreten, sondern die Anlage von vornherein auf einen Ausbau hin konzipiert ist. Im Audio-Bereich weist die Anlage weiterhin die geschilderten Vorteile auf, nämlich den Entfall der bisher notwendigen Diktiergeräte.

Vorzugsweise kann die Wiedergabe von Textansagen mit von der Lehrkraft ge­ steuerter Geschwindigkeit nicht nur nach Gruppen, sondern auch nach Einzelper­ sonen individualisiert werden. Die Textansagen können dem Leistungsvermögen des einzelnen Schülers genau angepaßt werden. Dadurch ist ein verbesserter Individualunterricht möglich. Vorbereitungszeiten der Lehrkraft auf die Unterrichts­ stunde, wie z. B. der umständliche Kopiervorgang bei herkömmlichen Diktiergerä­ ten, entfallen.

Mit Hilfe geeigneter Benutzeroberflächen ist es der Lehrkraft ermöglicht, das Steuerpult ohne spezielle Vorkenntnisse zu bedienen. Die Menus, mit deren Aus­ wahl einzelne Unterrichtssequenzen von einigen Minuten ausgelöst werden kön­ nen, können zu einer speicherbaren und abrufbaren Menufolge, einem Makro-Be­ fehl, zusammengefaßt werden. Damit läßt sich eine komplette Unterrichtsstunde mit einem weitgehend automatisierten Ablauf zusammenfassen, so daß die Vor­ bereitung und die Durchführung der Unterrichtsstunde für die Lehrkraft wesentlich vereinfacht ist. Dadurch ist die Lehrkraft außerdem von der eigentlichen Bedie­ nung des Steuerpults während der laufenden Unterrichtsstunde befreit und kann sich intensiver der Betreuung der einzelnen Schüler widmen. Hierdurch ist die Lehrkraft entlastet und erhält ein objektiveres Leistungsbild des einzelnen Schü­ lers, weil sie die Schüler intensiver beaufsichtigen kann.

Nach Anspruch 13 ist der Lehrkraft die Überwachung des Unterrichtsablaufs so­ wie der Leistungszustände der einzelnen Schüler erleichtert. Gemäß Anspruch 14 kann die Lehrkraft alle Tätigkeiten des Schülers objektiv protokollieren und bewerten.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand von dem als einzige Figur dargestellten Blockschaltbild näher erläutert.

In dem Blockschaltbild ist die Lehranlage schematisch dargestellt.

Ein zentrales Steuerpult 1 wird von einer Lehrkraft bedient. Wesentliche Be­ standteile des Steuerpults 1 sind der Steuerrechner 2 und die beiden daran angeschlossenen Einplatinenrechner 3. Der Steuerrechner 2 ist mittels einer hier nicht dargestellten Tastatur und einer Maus von der Lehrkraft bedienbar. Außerdem ist an den Steuerrechner 2 ein hier nicht dargestellter Monitor an­ geschlossen.

Die Einplatinenrechner 3 sind in einem Rack des Steuerpults 1 untergebracht. Sie sind Bestandteile des Audio-Netzes und über eine Audio-Netzleitung 4 mit dem Steuerrechner 2 verbunden. Sämtliche Audio-Netzleitungen 4 sind in dem Blockschaltbild als durchgezogene Linien erkennbar. Die PC-Netzleitungen 5 des PC-Netzes hingegen sind als gestrichelte Linien erkennbar.

Jedem Schüler ist ein Einplatinenrechner 3 zugeordnet. Der Einplatinenrech­ ner 3 ist über zwei Schülerschnittstellen 6, 6' mit einem Schülerarbeitsplatz 7 verbunden. Der Schülerarbeitsplatz 7 weist außerdem einen Schüler-PC 8 auf.

Der Schülerarbeitsplatz 7 besteht im wesentlichen aus einem Schülermikro­ fon 9 als Sendegerät und einem Empfangsgerät mit einem Schülerkopfhö­ rer 10, einer Lautstärkeregelung 11 und einem Fußschalter 12. Der Schülerarbeitsplatz 7 bildet die eine Endstelle des Audio-Netzes. Die zweite Endstelle des Audio-Netzes bilden an den Steuerrechner 2 ange­ schlossene analoge und digitale Sendegeräte sowie Empfangsgeräte. Sie sind an einer Eingabeseite 33 des Steuerrechners 2 angeschlossen. Als digitale Sendegeräte sind ein Laufwerk 13 für Scheibenspeicher, welche sowohl CD- ROMs als auch beschreibbare CDs sein können und ein Laufwerk 14 für Speicherdisketten sowie ein externes Laufwerk 15 für weitere externe digitale Datenträger dargestellt. Die Laufwerke 13, 14 können auch im Steuerrechner 2 integriert sein.

Als analoge Sendegeräte sind zwei Tonbandabspielgeräte 16, z. B. Kassetten­ rekorder, ein Lehrermikrofon 17 sowie ein daran angeschlossener Klassen­ lautsprecher 18 dargestellt. Weiterhin ist an dieser Endstelle des Audio-Netzes ein Lehrerkopfhörer 19 dargestellt. Mit Hilfe des Lehrerkopfhörers 19 kann die Lehrkraft im Einplatinenrechner 3 abgespeicherte Arbeitsdaten des Schülers empfangen. Außerdem sind die Schülermikrofone 9 über eine Audio-Ana­ logleitung 20 mit dem Lehrerkopfhörer 19 verbunden, so daß eine individuelle Sprechverbindung zwischen dem Schüler und der Lehrkraft möglich ist. Die Rückkopplung von der Lehrkraft zum Schüler ist durch die Verbindung des Lehrermikrofons 17 über die Audio-Netzleitungen 4 zum Schülerkopfhörer 10 realisiert.

Die Datenträger der Laufwerke 13, 14, 15 sind in dem Blockschaltbild dem PC- Netz zugeordnet. Die Dateninhalte werden deshalb durch den Steuerrechner 2 zu den durch eine PC-Recheneinheit 21 und einen PC-Arbeitsspeicher 22 symbolisierten Schüler-PCs 8 übertragen. Mittels der Steuersoftware mit der gemeinsamen Benutzeroberfläche für beide Netze ist es jedoch auch möglich, den Dateninhalt der Laufwerke 13, 14, 15 den Einplatinenrechnern 3 zuzuord­ nen, so daß die Laufwerke 13, 14, 15 eine Endstelle sowohl des Audio-Netzes als auch des PC-Netzes bilden können. Analoges gilt für die Tonbandabspiel­ geräte 16 und das Lehrermikrofon 17.

Der Steuerrechner 2 ist herkömmlich mit einem Festplattenspeicher 23, einem Hauptarbeitsspeicher 24 und einer Hauptrecheneinheit 25 aufgebaut. Der Steuerrechner 2 enthält die Steuersoftware für die Lehranlage mit der gemein­ samen Benutzeroberfläche. Außerdem sind im Steuerrechner 2 Textpro­ gramme, weitere Applikationen und das Betriebssystem geladen.

Die Dateninhalte der Laufwerke 13, 14, 15 werden im Festplattenspeicher 23 zwischengespeichert. Die analogen Textansagen bzw. Arbeitstexte und Text­ passagen der Tonbandabspielgeräte 16 und des Lehrermikrofons 17 werden zunächst durch eine A/D-Wandlereinheit 26 in digitale Arbeitsdaten umge­ wandelt und sodann ebenfalls im Festplattenspeicher 23 abgespeichert. Im Festplattenspeicher 23 befinden sich sowohl System- als auch Arbeitsdaten. Die Arbeitsdaten können dazu bestimmt sein, an die Einplatinenrechner 3 oder an die Schüler-PCs 8 gesendet und von den Schülern bearbeitet zu werden. Sie können aber auch das Ergebnis von Arbeitstexten sein, welche durch die Schüler bereits erarbeitet wurden. Bei diesen bereits bearbeiteteten Ar­ beitstexten kann es sich um Sprechsequenzen des Schülers oder um im Schü­ ler-PC 8 angefertigte Textfiles handeln. Die im Festplattenspeicher 23 abgespeicherten Systemdaten können für den Steuerrechner 2, für die Einplatinenrechner 3 oder auch für die Schüler-PCs 8 bestimmt sein.

Die für die Schüler bestimmten Arbeitsdaten werden aus dem Festplattenspei­ cher 23 über die Audio-Netzleitungen 4 in einen peripheren Arbeitsspeicher 27 des Einplatinenrechners 3 oder über die PC-Netzleitungen 5 in den PC-Ar­ beitsspeicher 22 übertragen.

Die im Arbeitsspeicher 27 abgespeicherten Arbeitsdaten werden durch einen D/A-Wandler 28 und eine Verstärkereinheit 29 aufbereitet und über die Schü­ lerschnittstelle 6' dem Schülerkopfhörer 10 zugeleitet. Mit Hilfe der Steuersoft­ ware wird entschieden, ob die Arbeitsdaten des Arbeitsspeichers 27 nach Vorgabe durch die Lehrkraft oder nach Vorgabe durch den Schüler auf den Schülerkopfhörer 10 übertragen wird. Im Falle der Steuerung der Wiedergabe der Arbeitsdaten durch den Schüler selbst wird der Fußschalter 12 verwendet. Hierzu ist der Fußschalter 12 mit der peripheren Recheneinheit 30 des Einpla­ tinenrechners 3 gekoppelt.

Sprechübungen oder Sprechsequenzen des Schülers werden ausgehend vom Schülermikrofon 9 über die Schülerschnittstelle 6 in den Einplatinenrechner 3 übertragen, dort durch einen A/D-Wandler 31 in digitale Arbeitsdaten gewan­ delt und daraufhin im Arbeitsspeicher 27 abgespeichert. Mit Hilfe der Steuer­ software kann die Lehrkraft diese Arbeitsdaten sich am Monitor des Steuer­ rechners 2 anzeigen lassen oder akustisch über den Lehrerkopfhörer 19 mit­ teilen lassen. Zum akustischen Empfang müssen diese digitalen Arbeitsdaten des Schülers durch eine D/A-Wandlereinheit 32 und einer nachfolgenden, hier nicht dargestellten Verstärkereinheit aufbereitet und sodann dem Lehrerkopf­ hörer 19 zugeleitet werden.

Die Bauteile 27, 28, 29, 30, 31 des Einplatinenrechners 3 sind auf einer einzigen Trägerplatine angeordnet.

Für die PC-Vernetzung wird als Industriestandard das Netzbetriebssy­ stem NOVELL verwendet. Als Netzbetriebssystem für das Audio-Netz wird ein Audio-Betriebssystem verwendet. Beide Netzbetriebssysteme haben eine ge­ meinsame Benutzeroberfläche NOVA.

Die Betreiber von Lehranlagen stehen vor folgendem Problem: Einerseits wird sich bei der PC-Vernetzung NOVELL als Industriestandard durchsetzen, an­ dererseits ist es nicht Aufgabe der Lehrkraft, sich die Spezialkenntnisse zur Steuerung dieses PC-Netzes anzueignen. Hier hat NOVA eine entscheidende Brückenfunktion. Die Verbindung zu NOVELL ist dadurch äußerst einfach herstellbar, daß die in der Benutzerober­ fläche enthaltenen und durch Maus oder Betätigungstaste aufrufbaren Funktionen in den Tastaturpuffer ausgegeben werden. Generell sind sämtliche Mög­ lichkeiten, die NOVELL im jeweils letzten Release-Stand vorhält und sämtliche Möglichkeiten, die am Markt erhältliche und auf NOVELL aufsetzbare Tools bieten, aus der Benutzeroberfläche NOVA heraus aufrufbar. Somit verfügt der Betreiber zum einen über eine Lehranlagenausstattung im zunkunftssicheren Industriestandard, zum anderen hat die Lehrkraft grundsätzlich nichts mit NOVELL zu tun. Sämtliche unterrichtsbezogenen Funktions- und Arbeitsab­ läufe können durch die Benutzeroberfläche menu-getrieben, icon-getrieben, durch Makro-Befehle zusammengefaßt oder durch Befehlszeilen ausgelöst werden.

Die Steuersoftware mit der Benutzeroberfläche wirkt derart auf den Steuer­ rechner 2, die Einplatinenrechner 3, die Schülerarbeitsplätze 7 und die Schü­ ler-PCs 8 ein, daß der Lehrkraft die Unterrichtsgestaltung wesentlich verein­ facht wird.

Mit Hilfe der Steuersoftware und der Benutzeroberfläche wird die Digitalisierung und die Speicherung der Arbeitsanweisungen und Arbeitstexte gesteuert. Die Arbeitstexte werden als Textfile erfaßt. Die Wiedergabe dieser Textfiles am Schülerarbeitsplatz kann von der Lehrkraft synchron im Lehrerkopfhörer 19 und per Cursorbewegung am Monitor verfolgt werden. Die Übertragung der Textfiles in die Arbeitsspeicher 27 wird ebenfalls von der Steuersoftware gesteuert. Nach Vorgabe durch die Lehrkraft können alle Ar­ beitsspeicher 27 die gleichen Informationen erhalten. Es ist aber auch möglich, in jedem Arbeitsspeicher 27 individuelle Informationen zu speichern. Die Wiedergabegeschwindigkeit der im Arbeitsspeicher 27 enthaltenen Infor­ mationen kann von der Lehrkraft für alle Schülerarbeitsplätze einheitlich oder individuell vorgegeben werden. Die Steuerung der Wiedergabe der Arbeitsda­ ten kann auch durch den Schüler per Fußschalter 12 erfolgen. Sollen alle Schüler dieselben Informationen mit der gleichen Geschwindigkeit empfangen, so kann auch in herkömmlicher Weise der Klassenlautsprecher 18 zur Übertragung von Arbeitsanweisungen und Arbeitstexten verwendet werden. Mit Hilfe der Steuersoftware wird der Status im Arbeitsspeicher 27 erkannt. Er wird von dem Festplattenspeicher 23 nachgeladen, sobald eine bestimmte Kapazität des Arbeitsspeichers 27, z. B. 1 MB, abgearbeitet wurde. Die Steuersoftware schließt auch Überwachungsfunktionen ein. So ist z. B. eine optische Anzeige des aktuellen Betriebszustandes des Einplatinenrechners 3, des Schülerarbeitsplatzes 7 oder des Schüler-PCs 8 am Monitor des Steuer­ rechners 2 möglich. Auch die aktuellen Bearbeitungszustände von Arbeitsanweisungen oder Arbeitstexten der einzelnen Schüler können am Monitor des Steuerrechners 2 überprüft werden. Eine optische Anzeige der aktuellen Be­ triebszustände einzelner Bauteile des Steuerpultes 1 ist möglich. Die Rufver­ bindung zwischen Lehrkraft und Schüler wird ebenfalls durch die Steuersoft­ ware gesteuert.

Sämtliche Ereignisse, die während einer Unterrichtsstunde stattfinden, können protokolliert und als Unterrichtsprotokoll entweder automatisch auf dem Fest­ plattenspeicher 23 abgespeichert oder ausgedruckt werden. Wegen der einheitlichen Benutzeroberfläche für PC-Netz und Audio-Netz ist der Klassenspiegel in beiden Netzen immer gleich. Im Audio-Bereich wird pro Schülerarbeitsplatz angezeigt, mit welcher Arbeitsanweisung oder welchem Arbeitstext der Schüler arbeitet, ob er diese vom Schülerkopfhörer 10 ohne Steuerungsmöglichkeiten hört oder ob er diese vom Einplatinenrechner 3 mit Steuerungsmöglichkeiten hört. Im PC-Bereich wird gleichzeitig pro Schülerar­ beitsplatz angezeigt, mit welchem Programm der Schüler arbeitet, ob er in ei­ nem Bildschirm- oder Druckerverbund eingebunden ist, und ob er dabei Sen­ der oder Empfänger ist.

Es ist denkbar, die hier dargestellte Erfindung nicht nur im schulischen Bereich, sondern in abgewandelter Ausführungsform auch in Büros oder Kanzleien an­ zuwenden. Dort werden ebenfalls Textansagen auf herkömmliche analoge Dik­ tiergeräte diktiert und somit auf Kassetten abgespeichert. Eine Schreibkraft läßt diese Kassette in einem eigenen Diktiergerät abspielen, empfängt dabei über einen Kopfhörer die Textansage, gibt diese Textansage über eine Tastatur in einen PC ein und speichert diese Textansage somit als Textfile ab. In Anlehnung an den Erfindungsgedanken kann die Textansage der diktieren­ den Person über A/D-Wandler einem Rechner zugeführt werden und durch eine geeignete Steuersoftware dort abgespeichert werden. Auf diese Weise läßt sich ein Zentraldiktiersystem aufbauen, bei welchem auf Schreibkräfte zumin­ dest teilweise verzichtet werden kann. Das Büro kann dadurch rationeller und kostengünstiger arbeiten.

Claims (14)

1. Lehranlage für Unterrichtsräume mit einem zentralen Steuerpult (1) zur Be­ reitstellung und Übertragung von Arbeitsanweisungen und Arbeitstexten an periphere Schülerarbeitsplätze (7), das einen Steuerrechner (2) umfasst, der einen Massenspeicher (23) zur dauerhaften Speicherung sämtlicher relevan­ ter Systemdaten und Arbeitstexte enthält, wobei jeder Schülerarbeitsplatz (7) einen Digital/Analog-Wandler (28) und einen Analog/Digital-Wandler (31) so­ wie eine jeweils zugeordnete analoge Schnittstelle (6, 6') zur Aus- bzw. Einga­ be der Arbeitstexte in Form eines Analogsignals enthält, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Steuerrechner (2) eine zumindest der Anzahl der Schülerarbeits­ plätze (7) entsprechende Anzahl Einplatinenrechner (3) mit jeweils einer Re­ cheneinheit [= CPU] (30) und einem Arbeitsspeicher [= RAM] (27) zum Spei­ chern der vom Massenspeicher (23) übertragenen bzw. der vom Schüler ein­ gegebenen Arbeitstexte kommuniziert.

2. Lehranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Steuerrechner (2) einen Festplattenspeicher (23), einen Hauptar­ beitsspeicher [= RAM] (24) und eine zentrale Hauptrecheneinheit [= CPU] (25) enthält und
• - daß auf einer Eingabeseite (33) eine Analog/Digital-Wandlereinheit [= A/D- Wandlereinheit] (26) an den Steuerrechner (2) anschließbar ist zur Wan­ delung analoger Textpassagen in digitale und damit speicherbare sowie im Steuerrechner (2) verarbeitbare Arbeitstexte.

3. Lehranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß Peripheriegeräte, insbesondere ein Monitor und eine Tastatur, an den Steuerrechner (2) anschließbar sind und
• - daß auf der Eingabeseite (33) externe Laufwerke (13, 14, 15) für externe Datenträger, beispielsweise Speicherdisketten oder Scheibenspeicher [= CD-ROM], vorgesehen sind.

4. Lehranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die A/D-Wandlereinheit (26) ein Lehrermikrofon (17) und/oder ein Ton­ bandabspielgerät (16) - vorzugsweise ein Kassettenrekorder - anschließbar ist zur Eingabe der Arbeitsanweisungen und Arbeitstexte in den Steuerrechner (2).

5. Lehranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerpult (1) eine Trägervorrichtung [= Rack] angeordnet ist zur Auf­ nahme und Befestigung der Trägerplatine des Einplatinenrechners (3).

6. Lehranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatine des Einplatinenrechners (3) im Schülerarbeitsplatz (7) integriert ist.

7. Lehranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Schnittstelle (6') für die Ausgabe der Schülerarbeitsplatz (7) mit An­ schlußbuchsen für ein Empfangsgerät - insbesondere Schülerkopfhörer (10) - und für einen Fußschalter (12) sowie mit einer Lautstärkeregelung (11) an­ schließbar ist.

8. Lehranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die an den Schülerarbeitsplätzen (7) eingegebenen Arbeitstexte auf dem Festplattenspeicher (23) zur Ausgabe über ein Ausgabegerät an eine Lehrkraft speicherbar sind.

9. Lehranlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Ausgabegerät ein Lehrerkopfhörer (19) ist und
• - daß an der Eingabeseite (33) eine Digital/Analog-Wandlereinheit [= D/A- Wandlereinheit] (32) anschließbar ist zur Wandelung der digitalen Ar­ beitstexte im Steuerrechner (2) in über den Lehrerkopfhörer (19) emp­ fangbare Tonsignale.

10. Lehranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Schnittstelle (6) für die Eingabe der Schülerarbeitsplatz (7) mit ei­ ner Anschlußbuchse für ein Sendegerät - insbesondere Schülermikrofon (9) - anschließbar ist.

11. Lehranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein PC-Netz (5) zur visuellen Datenübertragung vorgesehen ist, das von dem aus Einplatinenrechnern (3) sowie D/A-Wandlern (28) und A/D-Wandlern (31) zur Tonübertragung gebildeten Audio-Netz (4) unabhängig verkabelt ist, wobei der Steuerrechner (2) sowohl das PC-Netz (5) als auch das Audio-Netz (4) mit einem Steuerungsprogramm [= Steuersoftware] mit einer gemeinsamen Be­ nutzeroberfläche für das PC-Netz (5) und das Audio-Netz (4) zur Koordi­ nierung des gleichzeitigen Betriebes beider Netze steuert.

12. Lehranlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersoftware den peripheren Arbeitsspeichern (27) individuelle Dateninhalte zuweist.

13. Lehranlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersoftware über den Monitor eine Anzeige der Bearbeitungszu­ stände der Schülerarbeitsplätze (7) und der Betriebszustände des Steuerpults (1) ermöglicht.

14. Lehranlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungszustände, die Betriebszustände und unterrichtsrelevante Ereignisse im Festplattenspeicher (23) abspeicherbar sind.