TWI530923B - 互動學習系統 - Google Patents

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    • G09B7/02—Electrically-operated teaching apparatus or devices working with questions and answers of the type wherein the student is expected to construct an answer to the question which is presented or wherein the machine gives an answer to the question presented by a student

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Description

互動學習系統
一種互動學習系統，而詳而言之，係有關於一種應用複數個實體感傳模組與資料處理裝置的互動學習系統。
在傳統的教學上，對於新概念的學習，透過自我組織概念關係可幫助學習者將固有的舊知識與新觀念融合，以增進新知識的理解，亦可協助察覺本身知識不足之處。而在操作過程中，透過團員相互討論與研究的共同學習可更加速學習成效，及培養團隊合作精神。另外學習者的建構過程，對教學者來說，有一定的參考價值，包括其歷程可透露學習上易混淆的觀念、錯誤的知識理解等，並幫助教學者理解學習者的思維，以供教學者改進日後的教學方式。
一般傳統教學上，是透過實體操作或電腦軟體操作等兩大類學習工具供學生完成答案。實體操作包含紙卡、便利貼、紙、筆等工具。實體操作雖可提供相互討論的合作學習情境，然而，一旦需重新修改架構，則需重新繪製，過程較費時費力，亦無法附加多媒體實例，且只能呈現最終答案，中間過程則無從得知。電腦軟體的建構工具相較於實體操作，不僅可讓使用者輕易地移動、組織答案架構，亦可記錄整個操作過程，但缺點是團員互動性較少，且其視覺上為透過電腦螢幕以二維平面的方式呈現，無法提供實體操作中的立體感知。尤其當概念層級關係較複雜時，平面呈現的方式往往會侷限了圖中概念與連結的呈現，而影響學習者的理解。
綜上所述，如何提供一種互動學習系統，可兼具實體及軟體操作之優點，作為一互動式教學工具，以改善過去傳統教學工具的不足，加速學習者對新知的理解與吸收，搭建起教學者與學習者之間的互動性與溝通橋梁，並輔助教師作事後的學習效果評估，遂成為教育界亟待解決之課題。
為解決前述習知技術的種種問題，本發明提供一種互動學習系統，係包括複數個感傳模組及資料處理裝置，所述之該些感傳模組彼此間係用以形成感測網路，且該感傳模組係用以感測其本體之移動、振動或與其他感傳模組間的互動狀態，並用以產生表示所述之移動、振動或與其他感傳模組間的互動狀態的訊息。所述之資料處理裝置則係用以與該些感傳模組間形成訊息傳輸網路，並接收所述之該些感傳模組所產生之互動訊息，且用以透過人機介面呈現及/或輸入該互動訊息。
於一實施形態中，所述之感傳模組對應預設的學習訊息；該資料處理裝置包括資料庫，該資料庫係用以預先儲存各該感傳模組之識別訊息以及各該感傳模組與所對應之該預設的學習訊息的關聯訊息，且，該資料處理裝置於接收到該互動訊息後，復用以依據該互動訊息與該感傳模組之識別訊息及該關聯訊息產生學習狀態訊息，再透過該人機介面呈現該學習狀態訊息，該學習狀態訊息復可儲存於該資料庫。
於另一實施形態中，本發明之互動學習系統復包括中介模組，該中介模組係用以介接該些感傳模組以及該資料處理裝置，並用以將該些感傳模組以及該資料處理裝置所產生的訊息轉換成彼此可讀取之格式，俾提供該些感傳模組與該資料處理裝置間進行訊息傳輸。所述之中介模組與該些感傳模組間係透過有線及/或無線之形式形成星狀及/或樹狀之網路拓樸。
於另一實施形態中，所述之感傳模組包括：感測單元，係用以感應該感傳模組的移動、振動或與其他感傳模組間之互動狀態；傳輸單元，係用以與其他的該感傳模組相互溝通並進行訊息之傳輸；儲存單元，係用以儲存預設或透過該傳輸單元所接收到的訊息；訊息輸出入單元，係用以輸入操作指令並將該感傳模組本身之狀態予以顯示；處理單元，係用以處理該感測單元、傳輸單元、儲存單元及訊息輸出入單元之訊息；以及電力供應單元，係用以提供該感測單元、傳輸單元、儲存單元、處理單元及訊息輸出入單元運作時所需的電力。所述之訊息輸出入單元包括用以輸入操作指令之按鍵及/或開關，以及用以顯示該感傳模組本身之狀態的液晶螢幕。
相較於習知技術，本發明之互動學習系統透過複數個感傳模組組成感測網路，並與資料處理裝置組成訊息傳輸網路，感傳模組能感測其本體之移動、振動或與其他感傳模組間的互動狀態，並用以產生表示所述之移動、振動或與其他感傳模組間的互動狀態的訊息，透過訊息傳輸網路，感傳模組能將訊息傳輸至資料處理裝置，再透過資料處理裝置之人機介面呈現該互動訊息。據此，學習者可以透過實際操作感傳模組的方式呈現其認知狀態，教學者則可透過資料處理裝置掌握學習者的學習與認知狀態，從而提高了學習者本身及學習者與教學者間的互動性。
以下係藉由特定的具體實施形態說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施形態加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
第一實施形態：
請參閱第1A圖，其係本發明之互動學習系統的系統架構圖。如第1A圖所示，於本實施形態之互動學習系統中，係包括複數個感傳模組10a、10b、10c、10d、10e及10f以及資料處理裝置20。
該些感傳模組10a~10f可透過有線及/或無線的連接方式共同構成感測網路10，所述的有線連接方式可採用習知的通用異步收發傳輸器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,UART)、內部整合電路(Inter-Integrated Circuit,I2C)或串列周邊介面(Serial Peripheral Interface,SPI)等規格予以建構，而所述的無線連接方式可採用習知的無線射頻(如Bluetooth、ZigBee及WLAN)、紅外線、超音波等規格予以建構。
該些感傳模組10a~10f均具有用以感測其本體之移動、振動或與其他感傳模組間的互動狀態的功能模組，其可應用如單軸、雙軸或三軸之速度感測模組用以感測該些感傳模組10a~10f本體之移動、加速或振動狀態，並可將所感測到的類比移動、加速或振動狀態資料轉換成數位形式，俾供該些感傳模組10a~10f以及資料處理裝置20進行處理。
需補充說明者，係第1A圖中的虛線，僅係表示該些感傳模組10a~10f可相互感測其他感傳模組間的互動狀態，並非用以限制某一感傳模組僅得與特定的感傳模組相互感測。
而所述與其他感傳模組間的互動狀態，在採用前述有線連接方式時，可為利用預設於該些感傳模組10a~10f的有線訊號連接埠的相互連接，作為判斷該些感傳模組10a~10f彼此間相互位置或相對關係之依據。若在採用前述無線連接方式時，則可透過預設於該些感傳模組10a~10f的無線訊號連接埠的相互感應，作為判斷該些感傳模組10a~10f彼此間相互位置或相對關係之依據。
資料處理裝置20係用以與該些感傳模組10a~10f間形成訊息傳輸網路30，並接收所述該些感傳模組10a~10f所產生之互動訊息，且用以透過人機介面21呈現及/或輸入該些感傳模組10a~10f彼此間的互動訊息。
於本實施形態中，資料處理裝置20可透過前述該些感傳模組10a~10f用以構成感測網路10之有線及/或無線的連接方式，與該感測網路10連結，並組構成訊息傳輸網路30，該些感傳模組10a~10f與資料處理裝置20可透過訊息傳輸網路30進行訊息的傳輸。
所述之資料處理裝置20可以為電腦，所述之人機介面21則可包括鍵盤、滑鼠或螢幕，用以提供使用者與資料處理裝置20透過鍵盤、滑鼠輸入資訊至資料處理裝置20，或透過螢幕觀覽資訊。
需特別說明者，係當該些感傳模組10a~10f間係透過有線方式構成感測網路10，該些感傳模組10a~10f與資料處理裝置20仍可選擇透過有線或無線的方式組構成訊息傳輸網路30，反之亦然。
請參閱1B圖，具體實施時，該些感傳模組10a~10f可置於桌面，使用者可以移動該些感傳模組10a~10f，例如將感傳模組10a與10b相結合，所述該些感傳模組10a~10f之有線或無線訊號連接埠可依據需求設置於本體之任何位置，如邊緣、角落等，如以I2C有線連接方式為例，使用者可以將感傳模組10b移動至感傳模組10a的右側，並分別利用感傳模組10a與10b符合I2C訊號連接埠的公母接頭相結合，以令感傳模組10a與10b分別感測到彼此之結合狀態，再將所感測到的互動狀態的訊息，透過訊息傳輸網路30傳輸至資料處理裝置20。當然，亦可將感傳模組10a設定為主，而感傳模組10b設為從，並選擇由感傳模組10a或10b將所感測到的互動狀態的訊息，透過訊息傳輸網路30傳輸至資料處理裝置20。另如以紅外線之無線連接方式為例，使用者可以將感傳模組10b移動至感傳模組10a的右側，並分別利用感傳模組10a與10b之紅外線發射/接收器相接合，以令感傳模組10a與10b分別感測到彼此之結合狀態，再將所感測到的互動狀態的訊息，透過訊息傳輸網路30傳輸至資料處理裝置20。
當資料處理裝置20接收到感傳模組10a及/或10b所傳輸的互動狀態的訊息後，即可將處理後的訊息透過人機介面21予以呈現，例如可透過人機介面21之顯示功能，以圖形代表感傳模組10a與10b相結合的狀態。
請在參閱第1C圖，感傳模組10a與10b還可以不同的相對位置，透過與前述第1B圖所示之實施形態相同或相異的有線訊號連接埠進行結合，其不同於第1B圖所示之相對位置亦可透過前述之方式傳輸至資料處理裝置20。
第二實施形態：
請參閱第2A圖，本實施形態與第一實施形態的應用架構大致相同。於本實施形態中，所述的該些感傳模組10a~10f可分別預先設定為代表特定的學習訊息，以中文字詞學習為例，該些感傳模組10a~10f可分別代表「腳」、「地」、「停」、「址」、「止」、「趾」等學習訊息，以英文字詞學習為例，該些感傳模組10a~10f可分別代表「demo」、「cracy」、「graphy」、「Biblio」、「graphy」、「pegy」等學習訊息。
另一方面，資料處理裝置20則復包括資料庫22，資料庫22係用以預先儲存該些感傳模組10a~10f之識別訊息以及該些感傳模組10a~10f與所對應之預設的學習訊息的關聯訊息。具體言之，識別訊息係用以提供資料處理裝置20識別判斷移動或操作者，係該些感傳模組10a~10f中的何者，所述之關聯訊息，則用以提供資料處理裝置20判斷該些感傳模組10a~10f分別對應何一學習訊息，如中文字詞學習的實施形態中，感傳模組10a~10f係依序分別代表「腳」、「地」、「停」、「址」、「止」、「趾」等學習訊息，在英文字詞學習的實施形態中，該些感傳模組10a~10f則可依序代表「demo」、「cracy」、「graphy」、「Biblio」、「logy」、「pegy」等學習訊息。
承前所述，資料處理裝置20於接收到所述該些感傳模組10a~10f的互動訊息後，復用以依據該互動訊息與所述該些感傳模組10a~10f之識別訊息及該關聯訊息產生學習狀態訊息，再透過人機介面21呈現該學習狀態訊息。所述的學習狀態訊息則可為使用者如何將該些感傳模組10a~10f進行結合以及結合的過程。
具體言之，在前述的中文字詞學習的實施形態中，可以觀察使用者是否能夠正確地將「腳」與「趾」、「地」與「址」、「停」與「止」予以結合，或是過程中是否出現錯誤。所述之正確結合，可包括該些感傳模組10a~10f間的相對位置，是故，若將「腳」與「趾」相結合，代表「趾」的感傳模組10b置於代表「腳」的感傳模組10a的右側(如第2B圖所示)。相反的，代表「趾」的感傳模組10b置於代表「腳」的感傳模組10a的左側(如第2C圖所示)，由左至右讀成「趾腳」，則非正確。於結合過程的部分，則可透過結合的過程判斷使用者的學認知狀態，例如先將「腳」與「址」結合，次與「止」結合，最後才與「趾」結合，亦可了解使用者的認知程度與錯誤發生的過程。所述的學習狀態訊息則可以儲存於資料庫22。
所述的學習資料除了可以為前述中文詞的組合，以及英文詞彙的組合外(如是否能正確地將「demo」、與「cracy」相結合)，亦可應用在字的組合或成語甚至完整語句的組合。在學習資料的專業領域上，亦可廣泛的應用在歷史、社會、物理、化學、生物等概念的學習過程中。
第三實施形態：
請參閱第3圖，本實施形態與第一實施形態的應用架構大致相同，亦可應用於第二實施形態。於本實施形態中，本發明之互動學習系統，復包括中介模組40，中介模組40係用以介接該些感傳模組10a~10f以及資料處理裝置20，並用以將該些感傳模組10a~10f以及資料處理裝置20所產生的訊息轉換成彼此可讀取之格式，俾提供該些感傳模組10a~10f與資料處理裝置20間進行訊息傳輸。
具體言之，中介模組40可透過有線或無線的形式，與該些感傳模組10a~10f相互連結，並作為該些感傳模組10a~10f所構成之感測網路10的網路協調點。另一方面，中介模組40復與資料處理裝置20透過有線或無線的形式相互連結。據此，中介模組40能用以接收該些感傳模組10a~10f所傳輸的資料，並轉換至資料處理裝置20所能讀取的格式，相對的，亦可接收資料處理裝置20所傳輸的資料，並轉換成該些感傳模組10a~10f所能讀取的格式。
所述之中介模組40與該些感傳模組10a~10f間可透過有線及/或無線之形式形成如第3圖所示之星狀拓樸，當然，亦可形成樹狀之網路拓樸。
第四實施形態：
本實施形態係為前述第一至第三實施形態中所揭露之感傳模組更為具體的實施形態，於本實施形態中，係以前述實施形態中的感傳模組10a為例予以說明，惟其餘的感傳模組10b~10f的組態亦為相同。
感傳模組10a包括感測單元101a、傳輸單元102a、儲存單元103a、訊息輸出入單元104a、處理單元105a及電力供應單元106a。
感測單元101a係用以感應感傳模組10a的移動、振動或與其他感傳模組10b~10f間之互動狀態。感測單元101a可為單軸、雙軸或三軸之速度感測模組用以感測該些感傳模組10a本體之移動、加速或振動狀態，並可將所感測到的類比移動、加速或振動狀態資料轉換成數位形式，俾供該些感傳模組10a以及資料處理裝置20進行處理。
傳輸單元102a係用以透過有線或無線的形式與其他的感傳模組10b~10f相互溝通並進行訊息之傳輸。所述的有線連接方式可採用習知的UART、I2C或SPI等規格，而所述的無線連接方式可採用習知的無線射頻(如Bluetooth、ZigBee及WLAN)、紅外線、超音波等規格。傳輸單元102a則可包括對應上述該些規格的有線或無線的訊號連接埠。
儲存單元103a係用以儲存預設或透過傳輸單元102a所接收到的訊息，儲存單元103a可以為非揮發儲存單元，如快閃記憶體或墊子可抹除式唯讀記憶體。
訊息輸出入單元104a係用以輸入操作指令並將感傳模組10a本身之狀態予以顯示。訊息輸出入單元104a包括用以輸入操作指令之按鍵、開關1041a，以及用以顯示該感傳模組本身之狀態的液晶螢幕1042a。
處理單元105a係用以處理感測單元101a、傳輸單元102a、儲存單元103a及訊息輸出入單元104a之訊息。
電力供應單元106a係用以提供感測單元101a、傳輸單元102a、儲存單元103a、訊息輸出入單元104a及處理單元105a運作時所需的電力。電力供應單元106a可為電池模組。
綜上所述，本發明之互動學習系統透過複數個感傳模組組成感測網路，並與資料處理裝置組成訊息傳輸網路，感傳模組能感測其本體之移動、振動或與其他感傳模組間的互動狀態，並用以產生表示所述之移動、振動或與其他感傳模組間的互動狀態的訊息，透過訊息傳輸網路，感傳模組能將訊息傳輸至資料處理裝置，再透過資料處理裝置之人機介面呈現該互動訊息。據此，學習者可以透過實際操作感傳模組的方式呈現其認知狀態，教學者則可透過資料處理裝置掌握學習者的學習與認知狀態，從而提高了學習者本身及學習者與教學者間的互動性。
上述實施形態僅例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
10．．．感測網路
10a~10f．．．感傳模組
101a．．．感測單元
102a．．．傳輸單元
103a．．．儲存單元
104a．．．訊息輸出入單元
1041a．．．按鍵、開關
1042a．．．液晶螢幕
105a．．．處理單元
106a．．．電力供應單元
20．．．資料處理裝置
21．．．人機介面
22．．．資料庫
30．．．訊息傳輸網路
40．．．中介模組
第1A圖係為本發明之互動學習系統的第一實施形態的應用架構圖；
第1B與1C圖係為本發明之互動學習系統的第一實施形態的操作示意圖；
第2A圖係為本發明之互動學習系統的第二實施形態的應用架構圖；
第2B與2C圖係為本發明之互動學習系統的第二實施形態的操作示意圖；
第3圖係為本發明之互動學習系統的第三實施形態的應用架構圖；以及
第4A與4B圖係為本發明之互動學習系統的第四實施形態的應用架構圖。
10．．．感測網路
10a~10f．．．感傳模組
20．．．資料處理裝置
21．．．人機介面

Claims (10)

  1. 一種互動學習系統，係包括：複數個感傳模組，該些感傳模組彼此間係用以形成感測網路，且各該感傳模組係用以感測其本體之移動、振動及與其他感傳模組彼此間相互位置或相對關係的互動狀態，並用以產生表示與其他感傳模組間的互動狀態的互動訊息，其中，該些感傳模組彼此間不同的相互位置或相對關係產生不同的互動訊息；以及資料處理裝置，係用以與該些感傳模組間形成訊息傳輸網路，並接收所述該些感傳模組所產生之該互動訊息，且用以透過人機介面呈現及/或輸入該互動訊息。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之互動學習系統，其中，該感傳模組對應預設的學習訊息；該資料處理裝置包括資料庫，該資料庫係用以預先儲存各該感傳模組之識別訊息以及各該感傳模組與所對應之該預設的學習訊息的關聯訊息，且該資料處理裝置於接收到該互動訊息後，復用以依據該互動訊息與該感傳模組之識別訊息及該關聯訊息產生學習狀態訊息，再透過該人機介面呈現該學習狀態訊息，該學習狀態訊息復儲存於該資料庫。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之互動學習系統，復包括中介模組，該中介模組係用以介接該些感傳模組以及該資料處理裝置，並用以將該些感傳模組以及該資料處理裝置所產生的訊息轉換成彼此可讀取之格式，俾提供該些感傳模組與該資料處理裝置間進行訊息傳輸。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之互動學習系統，其中，該中介模組與該些感傳模組間係透過有線及/或無線之形式形成星狀及/或樹狀之網路拓樸。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之互動學習系統，其中，該感傳模組包括：感測單元，係用以感應該感傳模組的移動、振動或與其他感傳模組間之互動狀態；傳輸單元，係用以與其他的該感傳模組相互溝通並進行訊息之傳輸；儲存單元，係用以儲存預設或透過該傳輸單元所接收到的訊息；訊息輸出入單元，係用以輸入操作指令並將該感傳模組本身之狀態予以顯示；處理單元，係用以處理該感測單元、傳輸單元、儲存單元及訊息輸出入單元之訊息；以及電力供應單元，係用以提供該感測單元、傳輸單元、儲存單元、處理單元及訊息輸出入單元運作時所需的電力。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之互動學習系統，其中，該訊息輸出入單元包括用以輸入操作指令之按鍵及/或開關，以及用以顯示該感傳模組本身之狀態的液晶螢幕。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之互動學習系統，其中，該人機介面包括用以呈現訊息之顯示單元以及用以輸入訊息之輸入單元。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之互動學習系統，其中，該些感傳模組間係透過有線及/或無線的形式形成該感測網路。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之互動學習系統，其中，該些感傳模組與該資料處理裝置間係透過有線及/或無線的形式形成該訊息傳輸網路。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之互動學習系統，其中，該些感傳模組係用以透過該資料處理裝置經由該訊息傳輸網路輸入訊息。
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