专利名称：数学和汉字的幼儿教具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于儿童学习数学和汉字的教具，特别是一种可供4～10岁幼儿在转动拨转件和变换插套中作四则运算的出题或对不同汉字偏旁部首组字的出题并进行自问自答或双人游戏对弈的数学和汉字的幼儿教具。
背景技术：
众所周知，幼儿智力的早期开发将有助于人才的培养，因此在科学技术高速发展的今天，人们在培养人才的同时，也努力于幼儿教育的更新。对于幼儿教育的更新，除了要更新传统教学的方法、教学内容之外，还需配备与之相匹配的教具，特别是配备一些能激起幼儿的学习兴趣、寓教于乐的教具。但目前的幼儿教具很少，能供幼儿寓教于乐的教具更微乎其微。
申请号为03273098.5的中国专利提供的“幼儿教具”，它包括一个底盘、一个教员模型、一个显示装置和一个无线遥控发射器，该教员模型竖立固定在底盘面一侧、显示装置竖立固定在底盘的另一侧；教员模型内设有无线接收及语音IC电路，且其表面设有电源开关。它是以一种以拟人的游戏模式完成趣味性的学习，以使幼儿乐于接受拟人的教学内容。该教具还有以下的不足之处1)它的拟人游戏模式只能在初次使用时给幼儿带来新奇感，而在以后的使用中就不会感到新奇、难以再起激情，故初次使用时的教学效果难以持续；2)该教具的拟人说教方式并没有脱开传统的由老师说教的方式，甚至该拟人录音效果还远不如老师的课堂说教；3)它只是供幼儿听拟人说教，而未能给幼儿提供自己动手的机会，故还不易提高幼儿的求知欲望。
发明内容
本发明是要克服上述现有技术中所存在的不足，提供一种能提高幼儿学习兴趣并主动进入学习状态的数学和汉字的幼儿教具，并使它具有结构合理、能使幼儿通过自问自答题或者双人游戏对弈来熟悉四则运算和认知汉字的数学和汉字的幼儿教具。
本发明数学和汉字的幼儿教具，其特征是它是一个包含一组能嵌合其上且表面带有汉字偏旁部首或数学字符的插套的拨转件，该拨转件包括一个正四面体的构架，在构架上嵌合四个以构架的中心至构架的四个顶点的连线为中轴线且其内带中心圆孔的三棱柱，正四面体构架的四个面的中心分别设有一个垂直于该面的轴孔且该轴孔内活套连接一个三爪盘，每个三爪盘上带有三个能通过转动分别与三棱柱的各柱面贴合的爪块、各爪块上还带有可供两插套嵌合其上并能在三棱柱上进行转动换位的外凸圆弧面，各爪块与三棱柱的贴合面和各爪块上的两插套之间均带有能方便离合的碰珠、各三棱柱的端部插有端板。
当幼儿转动拨转件上的三爪盘，或者转动三棱柱上的插套，或者更换同一个三棱柱上的一个或两个插套，均可在拨转件的一个三棱柱的相邻两插套上形成一个由两个偏旁部首组成的汉字或者在同一个三爪盘的各插套上形成一道四则运算题，幼儿在自出题、自答题中对已学内容进行复习，或者对新题找到答案。
本发明数学和汉字的幼儿教具，其特征是它的构架上设有能显示数学四则运算式或汉字字意情景、汉字发音的显示屏，且构架内设置单片机的电子电路板、三爪盘和插套内均带有与之连接的触点。
本发明通过前述的数学和汉字的幼儿教具在转动拨转件上的三爪盘，或者转动三棱柱上的插套，或者更换同一个三棱柱上的插套所形成的数学或汉字的自问题，均能通过相邻插套的不同电阻值经A/D转换、数字化分辨，并利用不同的触点和电阻输入系统，以及利用单片机完成数学四则运算和对两汉字偏旁部件所组成的汉字的识别，再经数据库的检索得到数字化的声音数据；此后由D/A转换器完成声音信号还原并经电子线路放大、推动喇叭播放相应的录音，同时在显示屏上显示答案。由于各插套内部的电阻数据、存储器中存储的各插套的地址数据及单片机连接触点读出的地址数据以串行信息的形式输入单片机，按照插套唯一电阻数据的不同，每个插套的地址数据均是唯一的，因此能够识别各个插套。识别装置为触点识别，在插套的触点连接后，单片机会读出插套的电阻数据；被识别的数学插套和汉字插套经微控制器的识别判断能否组成一个正确的算式或汉字，如果该组合正确则按照数学运算规则，即从数据库中检索出需要播放的录音数据信号，如果组合的汉字正确则也即时提取该汉字的有关数字数据，并送到D/A转换器以完成声音信号还原，同时经电子线路放大、推动喇叭播放或在显示屏上进行显示。所涉及的电阻是无源器件，故准确可靠又节约电能。
本发明数学和汉字的幼儿教具，它还可以两拨转件分别通过其上的接口且以数据线连接一个对奕板，该对奕板的板面上带有以对称方式设置的两个检测区、两个喇叭、两个显示区、两组按钮和位于中间的插套堆放区，以及对奕板的接口。
在幼儿按下按钮时，能即时检测插套的电阻值、识别插套的类型，然后根据不同的输入按钮接通分时扫描完成插套的检测，并通过单片机进行数学运算或汉字偏旁部首的组合。另外，拨转件和对奕板内还分别设置存有音乐的存储芯片、带考题的存储芯片和具有选题互换功能的存储芯片，并配有与它们相关的操作按键供幼儿使用。幼儿双方通过相互出题抢答，在游戏对奕中相互补充、相互提高，且丰富学习内容、扩大知识面、提高学习兴趣。
本发明的有益效果是1)本发明为幼儿提供一种可亲自动手运作的教具，使他们能在转动拨转件或更换拨转件上的带汉字偏旁部首或数学字符的插套来拼组一个个汉字或作一道道四则运算题，从而可提起他们的兴趣、实现以自问自答的方式进行学习或复习；2)通过在教具内带有的能显示四则运算式或汉字字意情景及发出运算题的“对”或“错”、汉字读音等的单片机之后，不仅能供幼儿复习已学过的数学题或汉字，而且还可使幼儿不断学到新知识、进而激发幼儿的求学兴趣，还可为日后的自学打基础；3)本发明还可使两拨转件分别以数据线连接同一个对奕板来实现两幼儿间的互问、互答或抢答的游戏对奕，使游戏的双方相互纠错、相互补充、相互提高，且在快乐游戏中取得事半功倍的学习效果；4)本发明教具的结构合理，且在引入了带单片机的电路板之后，所显示的运算结果或字意情景均能准确可靠且还省电。
图1和图2分别是本发明数学和汉字的幼儿教具的立体图和该教具在构架、三爪盘、三棱柱分解时的立体图；
图3是本发明教具在取下一个三爪盘时的立体图；图4是图3中的插套4的结构图，其中图4a是它的主视图、图4b是它的左视图、图4c是图4a中的A-A剖视图；图4d是插套4上所带有的碰珠8的结构剖视图；图5a和图5b分别是本发明教具应用实例的示意图，其中图5a是数学运算式的应用实例，图5b是汉字偏旁组字的示意图；图6是本发明幼儿教具的另一种实施方式的结构简图；图7是本发明教具实施例2和实施例3的电路工作原理图。
图中的标号说明1-构架；1a-中轴线；1b-轴孔；1c-构架的中心；1d-拨转体上的接口；2-三棱柱；2a-中心孔；2b-端板；3-三爪盘；3a-爪块；3a’-外凸圆弧面；4-插套；4a-套壳；4b-内凹圆弧面；5-显示屏；6-对奕板；6a检测区；6b-喇叭；6c-显示区；6d-按钮；6e-插套堆放区；6f-对奕板的接口；7-数据线；8-碰珠；8a-滚珠；8b-壳体；8c-弹簧。
具体实施例方式
实施例1、本实施例数学和汉字的幼儿教具的结构可从图1、图2和图3中看到，它是一个包含一组能嵌合其上且表面带有汉字偏旁部首或数学字符的插套4的拨转件，该拨转件是一个正四面体的构架1，构架上嵌合四个以构架的中心1c至其四个顶点的连线为中轴线1a且其内带有中心圆孔2a的三棱柱2，正四面体的四个面的中心分别设有一个垂直于该面的轴孔1b且该轴孔内活套连接一个三爪盘3，每个三爪盘上带有能通过转动分别与各三棱柱的一个柱面贴合的爪块3a、各爪块上还带有可供两个插套4嵌合其上并能在三棱柱2上进行转动换位的外凸圆弧面3a’，各爪块与三棱柱的贴合面和各爪块上的两插套之间均带有能方便离合的碰珠8、各三棱柱的端部插有端板2b。
上述的插套4的结构可从图4中看到，它的套壳4a内带有内凹圆弧面4b，以使插套4在爪块3a嵌合之后，可在构架任一角上聚集的三个爪块的外凸圆弧面上转动，以使插套从三棱柱的一个面移位到另一个面；套壳4a的侧壁上带有可与相邻插套方便离合的碰珠8。
用于相邻两插套之间或爪块与三棱柱之间方便离合的碰珠8是一种通用的离合件，例如用于橱柜的橱体和橱门之间的碰珠，其结构可从图4d中看到，它带有壳体8b、滚珠8a和弹簧8c；其中滚珠8a被壳体顶端包围、不能从壳体内脱出，以使它的所在件能与带孔的相邻件嵌合，同时滚珠8a又能在外力作用(如拉开橱门)下使被嵌合两相邻件快速分开，亦即滚珠8a向壳体内缩进、弹簧8c收缩。
从图2和图3中看到，各插套4的内侧面上带有能使它通过幼儿轻轻地按压即可直接嵌合在三棱柱2的外凸圆弧面3a’上，并可随幼儿的拨转而在三棱柱的外凸圆弧面上转动换位；每一个三爪盘3也均可在幼儿的拨转下在构架1上转动换位，从而其上的各个爪块3a分别从一个三棱柱上转位到另一个三棱柱上；插套4在三棱柱上的转动换位、爪块3a在构架1上的转动换位，以及在三棱柱上方便地更换插套，均能给幼儿重新组题带来方便，而且各转动换位还因有碰珠8的作用而定位准确。
从图1中还看到，拨转件的各三棱柱上并列的两个插套，既能使其中之一在三棱柱上绕中轴线1a转位换位、也可两个同时在三棱柱上绕中轴线1a转位换位，以使插套能从拨转件的一个三爪盘转位到另一个三爪盘上(为方便叙述起见，以下称该转位为自转，在图1中以带虚线的箭头表示)；并列的两个插套还可在三爪盘3上绕其所在轴孔1b的轴线转动换位、以使插套能从拨转件的一个三棱柱转位到另一个三棱柱上(以下称该转位为公转，在图1中以带实线的箭头表示)。通过各插套在拨转件上的自转或公转，即可实现数学四则运算或以汉字的偏旁部首进行组字。如图5a所示，它在同一个三爪盘的三个插套上分别带有三个数字1、2、3，其右侧的端板2a上有“+”，则根据事先设定的将“+”所在的数字“2”与该数字“2”顺时针方向的前一数字“1”相加，其答案在顺时针方向再前一数字“3”；又如“1”被“3”去减为“2”。通过端板上的“+”、“-”、“×”、“÷”符号和以自转或公转变换三棱柱各个面上的位置，及根据需要更换三棱柱上的带数字的插套或利用同一三棱柱上并列两插套组成两位数的数字，即可进行简单的四则运算，以使幼儿熟悉数学运算。本实施例教具在用于汉字组字时，可参阅图5b中的“骑”字。如果转动三爪盘3，除了可组成“骑”字之外，还可组成“绮”、“椅”；如果并排的两插套上均有偏旁、部首，则在自转三棱柱上的插套时，也同样能组成其它的汉字。
综上所述，本实施例的教具可供幼儿直接转动拨转件的三爪盘3、或者直接转动拨转件三棱柱2上并列两个插套中的一个，或者更换拨转件上的插套，或者同时更换拨转件上的插套和拨转三爪盘3或三棱柱2，即可在拨转件上形成一道道新的数学四则运算题或组成一个个新的汉字进行自问自答。
为组成众多的数学四则运算题或组合更多的汉字，插套4的数量不能少，例如表面上带数学符号的插套，至少包括带有三十个0～9的数字插套和包括带有“+”、“-”、“×”、“÷”的数学符号插套；而表面上带有汉字偏旁部首如“亻”、“刂”、“卜”、“卩”、“彳”、“扌”等左、右偏旁，以及可与这些偏旁配成汉字的右、左偏旁如“奇”、“至”、“夕”、“去”、“寺”、“丁”的插套数量更多(以使这些插套在嵌合到拨转体上，或通过对三爪盘或三棱柱的转动换位而组成汉字“倚”、“到”、“外”、“却”、“待”、“打”等)，从而方便幼儿拼组出更多的汉字。
实施例2、本实施例数学和汉字的幼儿教具，它与实施例1所不同的是构架1内设有能实现四则运算式或汉字字意情景显示或汉字发音的带单片机的电子电路板、三爪盘3和插套4内均带有与之连接的触点(图中未能予以表示)，且三爪盘的中心带有一块能显示运算结果或字意情景的显示屏5，其中图5a在显示屏5上以醒目的1+2＝3给幼儿显示正确答案、方便核对；图5b中的显示屏上应有骑马的情景出现(该图中未予以表示出来)。
实施例3、本实施例数学和汉字的幼儿教具，它还能以两个拨转件分别通过数据线连接一个对奕板，其结构可从图6中看到，两个拨转件分别通过其上的接口1d以数据线7连接到对奕板6，该对奕板的板面上设置两个检测区6a、两个喇叭6b、两个显示区6c、两组按钮6d和位于中间的插套堆放区6e。
在使用本实施例教具时，幼儿除了更换插套并手持拨转体如同实施例1、实施例2的过程进行转动出题、组字之外，还可通过对奕板上的功能键的按钮6d选择所需要的功能。例如在打开运算的按钮时，即进行加减乘除运算、运算的内容在显示屏上显示，且对等式成立与否发出声音提示；在打开数学抢答的按钮时，通过教具报出的一组运算式供幼儿选择答案、快速抢答；在打开数学知识介绍的按钮后，仪器会讲解一些有关于数学的相关知识，如四则运算规则等。在需要进行游戏对弈时，可以打开显示屏的显示按钮，显示屏上会显示出最快的赢牌组合方式，并提示应该打出的相应数字的插套；例如显示屏上显示一组数字2、3、+、7、＝，此时显示屏会提示应该打出数字7，并显示应该剩下5。游戏者根据提示进行相应的出牌、吃牌，直至组成等式时游戏结束；以组成等式的数量多者为赢者。
如果用于汉字的学习可按下汉字的切换按钮，并把带数字的插套更换为带汉字的插套进行汉字拼组游戏，对于对奕的游戏如同上述的数学运算对奕，且伴随汉字组字的完成，显示屏上也同样出现能够解释该汉字字意的情景图。
本实施例数学和汉字的幼儿教具，可供幼儿自己动手旋转拨转件、替换插套等进行组题、答题、双人抢答等进行数学和汉字的初学或复习巩固，使幼儿在寓教于乐的氛围中取得事半功倍的学习效果，该效果还难以被现有的有关幼儿的课堂教学或电视教学所取代。
上述的实施例2和实施例3是用射频卡技术无线识别部件和利用单片机软件实现数学智能运算和汉字偏旁部首的组合并发音、显示。因此能根据不同学习的需要播放相对应的录音或显示不同的画面。它的系统硬件包括单片机系统、触点和键盘按钮、显示屏，声音数据库存储系统、音频功放和扬声器、电池盒等，其中单片机系统用以控制整个系统的工作，其它各部分由单片机统一控制。它根据读卡器的输入数据信号和键盘信号，进行数学运算，检索数据库，控制音频功放的工作状态。D/A数模转换也是单片机的内部功能，用来完成声音的数字量到模拟量的转换工作，可把组成智能算式的数据转换成用喇叭播放的模拟信号。
触点和键盘按钮触点用来对进行运算的数学和汉字部件进行识别，按钮可以选择工作模式以及相应功能。
声音数据库系统用来存储声音的电子集成电路，利用由深圳的芯片公司设计制造的数字专用芯片存储经压缩后的音频数据。
显示屏用来显示图片和数据，它被安装在拨转件上，直接供各幼儿观看。
音频功放用以完成声音的放大工作，使信号放大到足以推动扬声器工作的功率，并完成扬声器的电信号到声音的转换。
开关、电池盒部分开关为电源开关，电池盒用来安装用以提供系统所需电源的电池。
对于插套的数学、汉字的类型的判断方法，在中心电路板的MCU(微处理器)的配套的软件中完成。软件根据A/D(模拟数字转换器)数据进行类型识别。
电路工作原理及连接可参阅图7，其中电源电路部分电路有三节电池供电，电压为4.5伏特，经电源开关(S0)连接到三端稳压集成电路(U1)，经稳压输出3.3伏特的电源(VCC)给各部分电路使用。C10和C1是滤波和去耦电容。
检测器电路部分检测器由触点和A/D及多路电子转换开关组成。A/D的电源正极连接电源，负极连接电源地，触点和部件相连，经A/D转换的数据送入单片机。
按钮部分按钮(S1～S6)一端并联连接到电源，另一端分别连接到单片机的IOA14，IOA13，IOA12，IOA11，IOA10，IOA9当按钮分别被按下时，改变了单片机对应输入端口的电平，从而把按键信号输入到单片机中。
声音存储系统声音存储集成电路(U2)使用IIC总线连接到单片机系统，在接收到地址信号后，把对应的声音数据信号发送回单片机系统中。R6和R7为IIC总线上拉电阻。
单片机系统单片机集成电路(U3)和外围电路组成，分别为晶振电路，复位电路等组成。晶振电路由晶振和C6，C7组成，复位电路由R9和C11组成。其它部分的电路元件都是按照单片机厂家提供的标准电路选择。
声音放大电路声音放大电路由三极管Q1和R2，R3，R10，C2组成。由单片机输出的声音信号送到Q1基极，经放大后由集电极输出。R2用来调节音量。
显示电路显示电路由LED点阵或者液晶显示器组成，用来显示运算内容。
电路的动态工作原理如下打开电源开关后，发光二极管发光，单片机系统上电复位，复位后即运行程序。
等待部件的插入或旋转、部件触点接通后，分别读入各个部件的电阻值数据，把部件的类型(1，2，3，4的电阻值)输入到单片机系统中，程序根据插入部件的不同组合，分别形成不同的地址信号，发送给声音存储电路，声音存储电路返回对应的声音数据信号，经数模转换后送给Q1放大，推动扬声器发出对应的声音；同时在显示器上进行显示。
如果按下智能运算按钮则进行智能运算提示，如有多个智能运算方法，由NEXT和LAST按键选择不同的智能运算方法。
幼儿可以根据学习的需要选择不同的按钮，进行数学四则运算或汉字的学习。
权利要求
1.一种数学和汉字的幼儿教具，其特征是它是一个包含一组能嵌合其上且表面带有汉字偏旁部首或数学字符的插套(4)的拨转件，拨转件包括一个正四面体的构架(1)，构架上嵌合四个以构架中心(1c)至其四个顶点的连线为中轴线(1a)且内带中心圆孔(2a)的三棱柱(2)，正四面体的四个面的中心分别设有一垂直于该面的轴孔(1b)且该轴孔内活套连接一个三爪盘(3)，每个三爪盘上带有能通过转动分别与各三棱柱的一个柱面贴合的爪块(3a)、各爪块上还带有可供各插套(4)嵌合其上并能在三棱柱(2)上进行转动换位的圆弧面(3a’)，并且各爪块与三棱柱的贴合面和各爪块上的两插套之间均带有能方便离合的碰珠(8)、各三棱柱的端部插有端板(2b)。
2.根据权利要求1所述的数学和汉字的幼儿教具，其特征是它的构架(1)上设有能显示数学四则运算式或汉字字意情景、汉字发音的显示屏(5)，且构架(1)内设置单片机的电子电路板、三爪盘(3)和插套(4)内均带有与之连接的触点。
3.根据权利要求2所述的数学和汉字的幼儿教具，其特征是所说的两拨转件分别通过其上的接口(1d)且以数据线(7)连接一个对奕板(6)，该对奕板的板面上带有以对称方式设置的两个检测区(6a)、两个喇叭(6b)、两个显示区(6c)、两组按钮(6d)和位于中间的插套堆放区(6e)，以及对奕板的接口(6f)。
全文摘要
数学和汉字的幼儿教具。可供幼儿在转动拨转件和变换插套中作四则运算或对不同汉字偏旁部首组字的出题并自问自答或双人游戏对弈的幼儿教具。它是一个表面嵌插汉字偏旁部首或数学字符的插套的拨转件，该拨转件含正四面体的构架，在构架上嵌合四个以其中心至四顶点的连线为中轴线且内带中心圆孔的三棱柱，正四面体四个面的中心分别设有一个垂直于该面的轴孔且轴孔内活套一个三爪盘，各三爪盘上带有三个能通过转动分别与三棱柱的各柱面贴合的爪块、各爪块上带有可供两插套嵌合其上并能在三棱柱上进行转动换位的外凸圆弧面，各爪块与三棱柱的贴合面、各爪块上的两插套之间均带有碰珠、各三棱柱上带有端板。从而实现幼儿在拨转中出题自答或互答。
文档编号G09B19/00GK101013530SQ20061015539
公开日2007年8月8日 申请日期2006年12月20日 优先权日2006年12月20日
发明者梁铭 申请人:梁铭