用于电子学习系统的互动式学习路径的制作方法
【专利说明】用于电子学习系统的互动式学习路径 相关申请的夺叉引用
[0001] 本申请要求2012年5月16日提交的美国申请序列号61/647, 841的权益，并且本 申请是2013年3月14日提交的美国申请序列号13/828,671的继续申请，其中每个申请的 全部内容通过引用并入于此。 发明背景
[0002] 教育是个人借以获得知识、技能和价值的过程，其使得个人能够成功地在社会上 立足并实现个人目标。在词源上讲，教育（education)这个词源于拉丁语educare，"培养"， 和ducere，"引导"。更高层次的教育为学生和他们所生活的社会提供了无形的和经济上的 利益。个人利益可以包括成就感、社会与经济流动性以及生活质量提高。
[0003] Jacob Mincer的劳动经济学的人力资本理论形成了许多现代经济学家的观点的 基础，即，教育是学生和社会在获取技能和知识的过程中的投资，这将增加收入并提供长期 的利益。根据美国人口普查局（Census Bureau)，在一个成年人的工作生涯中，高中毕业生 平均挣得120万美元；准学士学位持有人挣得约160万美元；而学士学位持有人挣得约210 万美元。在更大范围内，拥有高入学率和高毕业率的国家比无高入学率和高毕业率的国家 增长得更快。
【发明内容】
[0004] 由美国疾病预防控制中心（⑶C)所承认的研宄证实了儿童生活的早期阶段对于 认知、社会性和情绪发展至关重要这一几乎普遍的观点。从0岁至5岁的早期教育是尤其 关键的。在这个时期中，儿童为他们的持久性语言、运动和分析技能打下基础。教育专家建 议，通过诸如与幼儿交谈、玩游戏、制作工艺美术品、阅读、唱歌和计数等活动，以及通过帮 助他们探索其周围环境和参与充满想象力的游戏，来培养幼儿的这些技能的发展。
[0005] 参与是指参与的程度、强度、贡献和个人就经验所拥有的所有权。儿童参与学习活 动越多，他/她就越有可能吸收该活动的教育内容。有效的教育环境应当包括被设计用于 让目标受众儿童以较高程度参与的特征。
[0006] 重要的是要注意，并不是所有的儿童都以同样的方式学习。发展心理学家和哈佛 大学认知与教育学教授Howard Gardner阐明了 8种可单独辨认的智力类型：语言的、逻辑 数学的、音乐的、空间的、身体运动的、自然观察的、人际的和内省的。有效的教育环境应当 提供支持不同的智力类型和学习风格的不同类型的活动，诸如书籍、游戏、拼图、音乐和美 术等。
[0007] 技术是教育中的一个日益增长的影响因素，并提供了创造强大学习工具的新机 会。多媒体技术提供了使学生参与的新方式，比如通过创建互动式在线教育环境来参与。在 这样的环境中，可以给予学生选择学什么和怎样学的灵活性。这有助于满足多种学习模式 的需求，以及保持学习体验具有吸引力。尽管有这些潜力，但当前的在线教育环境不包括有 效吸引儿童，特别是吸引约1岁至10岁幼儿所必要的所有特征。
[0008] 对于约1岁至10岁的儿童，目前有两种主要类型的互动式在线环境。第一种类型 例如是通常由娱乐、传媒和玩具企业所创建的环境。这些环境往往具有娱乐性，但很少提供 严肃的教育价值。在这些网站中，主要主题似乎与其说是教育，不如说是娱乐、打造品牌特 色的辨识度和推广相互关联的传媒和玩具业务。互动式在线环境的第二种类型例如是那些 通常由教育者所创建的环境。这些环境提供公认的教育内容，但缺乏真正有效地吸引并留 住约1岁至10岁儿童的特征和功能的深度和广度。结果是，儿童以及他们的指导者被迫在 具有最低教育价值的互动式在线环境与那些具有无法有效吸引儿童的教育内容的互动式 在线环境之间做出选择。如果有选择的话，儿童将会倾向于"有趣的"网站而不是"教育性 的"网站。
[0009] 但是，情况不必如此。为了有效，针对约1岁至10岁儿童的在线教育环境应当包括 选自那些公认的和传统上教授的多个科目，诸如阅读、数学、科学、社会研宄、美术和音乐。 此外，所述科目应当细分成适于每个儿童的年龄和/或发展的层次。有效的在线教育环境 中所提供的活动应当直接涉及一个或多个科目中的一个或多个教育目标。并且，该环境应 当提供支持广泛的学习风格的多样化活动类型，诸如书籍、游戏、拼图、音乐和美术等。相应 地，我们已经发现了对如下的针对约1岁至10岁儿童的在线教育环境的长期以来未得到满 足的需求：该在线教育环境提供了面向全套科目内的教育目标进行教学的多样化类型的活 动，并且包括真正有趣的特征和功能以便有效地吸引这个年龄段的儿童。
[0010] 在一方面，本文公开了针对约1岁到约10岁儿童的基于计算机的教育系统，所述 系统包括：数字处理设备，其包括存储器和被配置用于执行可执行指令的操作系统；提供 给所述数字处理设备并且至少部分地存储在所述数字处理设备的存储器中的视觉和音频 内容，其为所述儿童创建浸入式和互动式教育环境，其中所述教育环境的特征进一步在于 包括：至少三个科目，其中每个科目包括多个学习层次；与每个科目相关联的多个学习活 动；其中所述多个学习活动面向科目中的一个或多个教育目标进行教学；其中所述多个活 动基本上包含面向科目中的一个或多个教育目标进行教学的活动；用于创建虚拟化身以代 表所述儿童的软件模块；以及用于监控所述儿童在每个所述科目中的进度的软件模块，其 中所述用于监控所述儿童的进度的软件模块显示可探索环境，该可探索环境包括：代表所 述儿童的虚拟化身、包含一系列课程或学习活动的学习路径，以及被配置用于教授与所述 环境相关联的事实的互动元素；条件是：所述科目和所述活动在教育目标、内容、界面和难 度方面适合于所述儿童。在一些实施方式中，所述可探索环境包括对代表生物群落的陆地 环境或者代表生物群落的水生环境的表示。在进一步实施方式中，所述可探索环境包括对 沙漠、苔原、泰加林、寒温带针叶林、草原、灌木林地、热带稀树草原、林地、针叶林、阔叶林、 热带丛林、热带岛屿、河岸地区、湿地、池塘、潮间带、红树林、海藻林、珊瑚礁、大陆架、浮游 带、底栖带、热液喷口或冷泉的表示。在一些实施方式中，所述用于监控所述儿童的进度的 软件模块通过显示沿着所述可探索环境中的所述学习路径移动的代表所述儿童的虚拟化 身来表示所述儿童的进度。在一些实施方式中，所述用于监控所述儿童的进度的软件模块 显示可探索环境，所述可探索环境包括涵盖了与所述环境相关联的事实的一个或多个小测 验。在一些实施方式中，至少一个科目选自：语言艺术、数学、社会研宄、科学、音乐与其他 表演艺术、视觉艺术、其他语言、健康、健身与运动以及信息技术。在一些实施方式中，所述 与每个科目相关联的学习活动包括下列至少一项：书籍、视听演示、拼图、歌曲或其他音乐 活动、游戏、可打印的或其他艺术活动。在一些实施方式中，一个或多个学习活动包括多个 技能等级。在一些实施方式中，所述用于创建虚拟化身以代表所述儿童的软件模块包括用 于选择与所述教育环境中使用的所述儿童的虚拟化身相关联的服装、身体特征和物品的特 征。在一些实施方式中，所述教育环境进一步包括用于奖励所述儿童完成活动的软件模块。 [0011] 在另一方面，本文公开了编码有计算机程序的非瞬时性计算机可读存储介质，该 计算机程序包括可由处理器执行以创建针对约1岁到约10岁儿童的教育环境的指令，所述 教育环境包括：至少三个科目，其中每个科目包括多个学习层次；与每个科目相关联的多 个学习活动；其中所述多个学习活动面向科目中的一个或多个教育目标进行教学；其中所 述多个活动基本上包含面向科目中的一个或多个教育目标进行教学的活动；用于创建虚拟 化身以代表所述儿童的软件模块；以及用于监控所述儿童在每个所述科目中的进度的软件 模块，其中所述用于监控所述儿童的进度的软件模块显示可探索环境，该可探索环境包括： 代表所述儿童的虚拟化身、包含一系列课程或学习活动的学习路径，以及被配置用于教授 与所述环境相关联的事实的互动元素；条件是：所述科目和所述活动在教育目标、内容、界 面和难度方面适合于所述儿童。在一些实施方式中，所述用于监控所述儿童的进度的软件 模块通过显示沿着所述可探索环境中的所述学习路径移动的代表所述儿童的虚拟化身来 表示所述儿童的进度。在一些实施方式中，所述用于监控所述儿童的进度的软件模块显示 可探索环境，所述可探索环境包括涵盖了与所述环境相关联的事实的一个或多个小测验。 在一些实施方式中，所述可探索环境包括对代表生物群落的陆地环境或者代表生物群落的 水生环境的表示。在进一步实施方式中，所述可探索环境包括对沙漠、苔原、泰加林、寒温带 针叶林、草原、灌木林地、热带稀树草原、林地、针叶林、阔叶林、热带丛林、热带岛屿、河岸地 区、湿地、池塘、潮间带、红树林、海藻林、珊瑚礁、大陆架、浮游带、底栖带、热液喷口或冷泉 的表示。
[0012] 在又一方面，本文公开了教育约1岁到约10岁儿童的计算机实现方法，所述方法 包括以下步骤：通过计算机提供与三个科目中的每一个相关联的多个学习活动；每个科目 包括多个学习层次，每个学习活动面向科目中的一个或多个教育目标进行教学并且基本上 包含面向所述一个或多个教育目标进行教学的内容；通过所述计算机为所述儿童提供用以 创建代表所述儿童的虚拟化身的软件模块；通过所述计算机为所述儿童提供用以监控其在 每个所述科目中的进度的软件模块，其中所述用于监控所述儿童的进度的软件模块显示可 探索环境，该可探索环境包括：代表所述儿童的虚拟化身、包含一系列课程或学习活动的学 习路径，以及被配置用于教授与所述环境相关联的事实的互动元素；条件是：所述科目和 所述活动在教育目标、内容、界面和难度方面适合于所述儿童。在一些实施方式中，所述用 于监控所述儿童的进度的软件模块通过显示沿着所述可探索环境中的所述学习路径移动 的代表所述儿童的虚拟化身来表示所述儿童的进度。在一些实施方式中，所述用于监控所 述儿童的进度的软件模块显示可探索环境，所述可探索环境包括涵盖了与所述环境相关联 的事实的一个或多个小测验。在一些实施方式中，所述可探索环境包括对代表生物群落的 陆地环境或者代表生物群落的水生环境的表示。在进一步实施方式中，所述可探索环境包 括对沙漠、苔原、泰加林、寒温带针叶林、草原、灌木林地、热带稀树草原、林地、针叶林、阔叶 林、热带丛林、热带岛屿、河岸地区、湿地、池塘、潮间带、红树林、海藻林、珊瑚礁、大陆架、浮 游带、底栖带、热液喷口或冷泉的表示。
[0013] 在某些实施方式中，本文还公开了基于计算机的浸入式和互动式教育系统、教育 方法和编码有计算机程序的介质。在一些实施方式中，所述基于计算机的浸入式和互动式 教育系统是基于万维网的。在其他实施方式中，所述教育系统基于数据存储设备，举非限制 性示例而言，包括⑶-R〇M、DVD、闪速存储器设备、磁盘驱动器和光盘驱动器。在其他实施方 式中，所述教育系统是基于内联网的。在其他实施方式中，所述教育系统是基于云计算的。
[0014] 在一些实施方式中，所述针对约1岁到约10岁儿童的教育系统包括连接至因特网 的数字处理设备，以及经由因特网提供给该数字处理设备的创建浸入式和互动式教育环境 的视觉和音频内容。在进一步实施方式中，所述数字处理设备适合由儿童使用并且包括被 配置用于执行可执行指令的操作系统、存储器设备、显示器、声音输出设备和输入设备。提 供给所述数字处理设备的视觉和音频内容至少部分地存储在该数字处理设备的存储器中。 在一些实施方式中，所述浸入式和互动式教育环境的特征在于包括：至少三个适合儿童的 科目，其中每个科目包括多个学习层次；与每个科目相关联的多个活动；用于监控儿童在 每个科目中的进度的软件模块；用于奖励儿童完成活动的软件模块；以及用于创建虚拟化 身以代表儿童的软件模块。在一些实施方式中，通过教学计划将所述与每个科目相关联的 多个活动中的每个活动互连起来，该教学计划被设计用于通过对满足不同学习模式需求的 个别活动的相互加强而完成一个或多个特定教育目标。在一些实施方式中，所述与每个科 目相关联的多个活动中的一个或多个活动能够以除英语之外的语言进行。
[0015] 本文公开的教育系统的一方面是至少三个科目，每个科目包括多个学习层次。在 一些实施方式中，每个科目包括至少三个学习层次。在进一步实施方式中，每个科目包括六 个学习层次。在进一步实施方式中，每个科目进一步包括针对幼儿的学习层次。在一些实施 方式中，所述科目选自那些适合约1岁到约10岁儿童的科目，诸如语言艺术、数学、社会研 宄、科学、音乐与其他表演艺术、视觉艺术、其他语言、健康、健身与运动以及信息技术。在进 一步实施方式中，所述教育系统满足合适的主题，诸如字母、常见单词、语音、词族、阅读、拼 写、语法、英语、写作、作文、文学、诗歌、新闻学、数字、计数、初等代数、代数、几何、公民、伦 理学、地理、美国政府、美国历史、世界历史、地球科学、生物、化学、色彩、形状、绘画、摄影、 手语和计算机技能。
[0016] 本文公开的教育系统的另一方面是与每个科目相关联的多个学习活动。所述多个 活动面向科目中的一个或多个教育目标进行教学，基本上不含不面向科目中的一个或多个 教育目标进行教学的活动，包括书籍、视听演示或歌曲以及至少一个适合儿童的附加活动， 并且包括一个或多个包含多个技能等级的活动。在一些实施方式中，一个或多个活动包含 两个或更多个技能等级。在一些实施方式中，所述多个活动包括一个或多个具有所述教育 系统所独有且不可在其他地方获得的内容的活动。
[0017] 在一些实施方式中，书籍包含具有下列各项的页面：文本和图像、动画翻页格式、 自动翻页模式、手动翻页模式、阅读的书籍的音频、播放/暂停控制、进度指示器以及可选 的在书籍中对应于音频的单词的突出显示。在其他实施方式中，书籍包含具有如下各项的 单一页面：文本和图像、阅读的书籍的音频、播放/暂停控制、进度指示器以及可选的在书 籍中对应于音频的单词的突出显示。在其他实施方式中，书籍包含阅读的书籍的音频、对应 于音频的图像、播放/暂停控制和进度指示器。在一些实施方式中，书籍进一步包含视频 或动画。在一些实施方式中，书籍进一步包含用于记录书籍的语音旁白的装置，以及用于让 儿童或指导者与他人分享通过旁白而得到个性化的书籍的装置。在一些实施方式中，所述 多个活动包括视听演示。在一些实施方式中，所述多个活动包括一个或多个拼图，其中至少 一个拼图是七巧板拼图或缺口拼图。在一些实施方式中，所述多个活动包括一个或多个音 乐活动，其中至少一个音乐活动是歌曲、书籍、拼图、游戏、美术活动或互动乐器。在一些实 施方式中，歌曲包括歌词文本、演唱的歌词的音频，并且可选地包括与演唱的歌词的音频相 对应的歌词文本上的弹跳球动画。在进一步实施方式中，儿童通过互动式虚拟音频播放器 来体验歌曲。在一些实施方式中，歌曲进一步包括用于降低或移除音轨的装置、用于记录 歌词演唱的装置，以及用于让儿童或指导者与他人分享通过演唱而得到个性化的歌曲的装 置。在一些实施方式中，所述多个活动包括一个或多个美术活动，其中至少一个美术活动是 绘图、描摹、连线、着色、绘画、按数字绘画、按字母绘画和按单词绘画。在一些实施方式中， 所述多个活动包括一个或多个游戏，其中至少一个游戏被设计用于提高在学术主题中的技 能，诸如字母识别、字母发音、字母发音识别、字母描摹、字母匹配、字母填空、单词识别、单 词发音、单词发音识别、常见单词、单词描摹、按字母绘画、按单词绘画、拼写、数字识别、计 数、数字描摹、数字匹配、数字填空、数字比大小、形状描摹、形状识别、原色识别、间色识别、 色彩匹配、动物识别或物体识别。
[0018] 本文公开的教育系统的另一方面是视觉和音频内容。在一些实施方式 中，所述视觉和音频内容包括以下一种或多种：动画、视频、具有旁白的幻灯片演示 等。在一些实施方式中，所述视觉和音频内容包括以下一种或多种：文本、图像（例 如，照片、插图等）、视频、音频、动作、动画、互动和游戏。在进一步实施方式中，所 述视觉和音频内容的格式选自以下一种或多种：Adobe_:l<:_ F'lash_:l<:_、Applew QuickTime% Real Media" > Microsoft" Windows MediaK\ Microsoft" Silverlighf、Java?、HTML 5、XHTML 5和Unity+。在进一步实施方式中，所述视觉和音 频内容基本上是Adobe* Flash_K_格式。
[0019] 本文公开的教育系统的另一方面是用于监控儿童在每个科目中的进度的软件模 块。在一些实施方式中，所述用于监控儿童的进度的软件模块允许儿童和该儿童的指导者 独立地监控该儿童的进度。在一些实施方式中，用于监控儿童在每个科目中的进度的软件 模块包括屏幕上的进度显示。在一些实施方式中，用于监控儿童在每个科目中的进度的软 件模块包括可打印的报告。
[0020] 在一些实施方式中，所述进度显示适于由儿童的指导者所使用，其中所述进度显 示指示出一个或多个科目的完成百分比、每个科目内的一个或多个学习层次的完成百分 比，以及与每个科目相关联的每个活动的完成。在进一步实施方式中，所述进度显示指示出 已完成每个活动的次数。在附加的实施方式中，所述进度显示通过诸如原始得分或百分比 等度量来指示表现。一些实施方式还可通过诸如等级之类的度量来指示表现。在附加的实 施方式中，所述进度显示指示出儿童所花费的时间。在一些实施方式中，用于监控儿童在每 个科目中的进度的软件模块包括适于由儿童的指导者使用的可打印报告。
[0021] 在一些实施方式中，所述进度显示适于由儿童使用。在一些实施方式中，用于监控 儿童在每个科目中的进度的软件模块包括适于由儿童使用的可打印报告。
[0022] 在一些实施方式中，所述用于监控儿童的进度的软件模块包括适于由儿童使用的 视觉指示符，其中所述视觉指示符显示一个层次内完成的活动的百分比。
[0023] 在一些实施方式中，所述用于监控儿童的进度的软件模块包括适于由儿童使用的 视觉指示符，其中所述视觉指示符显示一个层次内完成的活动。在一些实施方式中，所述 视觉指示符的特征在于将学习层次表示为线性连续，并且将包含多组活动的课程表示为线 性连续中的点。在进一步实施方式中，所述线性连续被进一步表示为地图、路径或道路，而 所述包含多组活动的课程被进一步表示为地图、路径或道路上的路标点或停靠站。在一些 实施方式中，所述用于监控儿童的进度的软件模块进一步包括适于由儿童使用的视觉指示 符，其将课程显示为一组可选择的活动图标。在进一步实施方式中，所述一组可选择的活动 图标被进一步表不在白板、黑板或布告栏上。
[0024] 本文公开的教育系统的另一方面是用于奖励儿童完成活动的软件模块。在一些实 施方式中，用于奖励儿童的软件模块创建虚拟经济，该虚拟经济包括一个或多个因完成活 动而奖励的单位，以及一个或多个用于以奖励单位来交换在教育系统内的特权和在该系统 中使用的虚拟物品的商店。在进一步实施方式中，所述单位表示为虚拟票券。在进一步实 施方式中，至少一个用于花费奖励单位的商店是虚拟化身商店、宠物商店、商场、电影院、水 族商店或表情符号商店。
[0025] 本文公开的教育系统的另一方面是用于创建、维持和增强用以在教育系统中代表 儿童的虚拟化身的软件模块。在一些实施方式中，所述用于创建虚拟化身以代表儿童的软 件模块包括用于选择虚拟化身的形式以及与儿童的虚拟化身相关联的服装、身体特征和物 品的装置。在一些实施方式中，用于创建虚拟化身以代表儿童的软件模块进一步包括用于 捕捉、缩放和平移儿童的虚拟化身的图像以供在教育系统中显示的装置。<