一种教学设备的制作方法

专利名称：一种教学设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于教学的设备或装置，特别是涉及有助于儿童学习进行心算所
需的基本技能的装置。
背景技术：
当儿童在学习算术基础时，他们通常会利用手指来帮助进行简单的计算。然而，许多儿童在进行超出单位数的操作时遇到了困难，原因是几乎无法获得一种难度介乎用两只手的十个手指进行计算和用电子计算器、计算尺或是算盘这些更复杂的计算工具来进行计算之间的简单计算方式。此外，这些更复杂的计算工具中有许多计算工具几乎无法展示计算背后隐藏的数学原理，因此，也无法将这些原理传授给孩子们。所以需要这样一种简单而又直观的设备，它能够有助于开发儿童思维方式，所述思维方式是培养孩子们进行更复杂心算的能力所需的，这种能力包括对更大且更复杂的数字和计算的掌握，而不仅仅是单位数的加减运算。 过去曾经多次尝试来设计这样一种设备以解决上述问题。然而，到目前为止，所有的努力要么是导致设备制造复杂或难于操作，要么是无法提供孩子们为了获得熟练地进行心算所需的技巧而必须获取的洞察力。 例如，美国专利No. 2， 502， 238披露了一种设备，其包括印刷于卡片上的矩形数字阵列，其被安装于一个底板上。提供多个码子或圆盘供被组装的卡片和底板使用，每一个的尺寸都被设计为能够覆盖阵列中的数字中的一个。然而，因为被放置于底板中的每个圆盘都挡住位于其下的阵列中的数字，所以将圆盘放置于底板中的这个动作阻碍了使用该设备的孩子看到与该设备所模拟的数学问题相关的数字。此外，美国专利No. 3，935，649，美国专利No. 5， 738， 524和美国专利No. 5， 120， 226所披露的设备也存在类似问题。
再例如美国专利No. 3， 755， 924所披露的设备，不但没能提供解决前述任何问题的方案，而且本身存在高度复杂性，并且因此，其制造困难或成本昂贵。

发明内容
本发明的目的是提供这样的设备，该设备提供一种解决上述问题的方案，同时不会存在已知设备或装置的缺点。 因此，本发明涉及一种设备，其包含多个块(piece)和带有规则标记阵列的装置，其中所述块被定尺寸并被布置，所述标记被排列，以允许多个所述块与所述标记并列相邻，覆盖多个所述标记，使得每个块覆盖单个标记或整数个标记，并且被块所覆盖的每一个标记是通过该块可见的。 根据本发明，提供一种设备，包含多个块，每一个包含折射率高于空气的透明或半透明材料，以及带有规则标记阵列的装置，其中所述块被定尺寸并被布置，所述标记被排列，以允许多个所述块与所述标记并列相邻，覆盖多个所述标记，使得每个块覆盖单个标记或大于1的整数个标记，并且被块这样覆盖的每一个标记是通过该块中的透明或半透明材
5料可见的。优选的，该设备被设置供儿童使用，并在算术或数学能力方面有助于培养他们。 因此，所述标记无论是否被块覆盖，其对用户而言始终是基本可见的，并且每一个
位于标记之上的块都能够被定位为仅仅覆盖单个标记或整数个标记。结果，不像先前已知
的设备那样，根据本发明的设备能够为许多算术问题提供简单的模型。此外，因为所述块采
用折射率高于空气的材料制成，当一个块被放置于一个或多个标记之上时，所述一个或多
个标记显得与覆盖块的表面的距离比实际要近些，因此注意力被吸引到此。 优选的，每个块被定尺寸并被布置为允许第一块与标记并列相邻，覆盖第一单个
标记或标记组，并且第二块与所述第一块并列相邻，覆盖与所述第一单个标记或标记组相
邻的第二单个标记或标记组，其中每个第一标记可以通过所述第一块中的透明或半透明材
料被看到，并且每个第二标记可以通过所述第二块中的透明或半透明材料被看到。 在该说明书中，当一个标记或多个标记据称被块覆盖时，优选的是所关心的该一
个标记或多个标记被该块完全覆盖。当一个标记或多个标记据称可以通过块被看到时，优
选的是所关心的该一个标记或多个标记全部或基本全部可以通过该块被看到。此外，所有
对一个标记和多个标记的引用均应当被理解为是对所述规则标记阵列中的一个标记或多
个标记的引用。 在优选实施例中，被块覆盖的该一个标记或多个标记仅能通过该块被看到。在一些这样的实施例的情况下，观察者将能通过覆盖块和相邻块的组合看到被覆盖的一个标记或多个标记。在这些后者实施例中，所述块被定尺寸并被布置为使得从被覆盖的一个标记或标记组附近传播的一些光在已经穿过覆盖块之后，在到达观察者之前，能够穿过相邻块。然而优选的是所述块被定尺寸并被布置为至少从多数视角且优选从全部视角防止这种情况发生。 优选的，每个块被定尺寸并被布置为仅仅覆盖多个标记中的一个，并且允许相邻的一个标记被该多个块中的第二个所覆盖，其中每个被如此覆盖的标记可以通过覆盖它的块中的透明或半透明材料被看到。 优选的，所述多个块具有基本相同的形状或形式。此外，所述多个块可以包含多个不同的群体(populations)，优选为两个。块的群体可以通过记号或颜色来区分，优选为颜色。所述块包含这种不同群体的实施例的优点是，来自第一群体的块可以用来表示算术问题中的第一数字，来自第二群体的块可以用来表示该算术问题中的第二数字，以此类推。
在优选实施例中，所述块完全或基本上由透明或半透明材料构成，并且进一步优选该材料具有比空气高的折射率。用于制造所述块的优选材料包括玻璃和聚合塑料，例如
聚甲基丙烯酸甲酯(例如在商标Perspex⑧下可得到的)等等。在优选实施例中，所述块由有色透明聚合材料或玻璃形成。当使用这些材料来形成时，无论其是否为有色的，优选每个块是整块的(即，由单块相同材料形成)，并且优选具有覆盖一个或一组标记的第一面和第二面，通过该第二面可以看到被覆盖的一个标记或多个标记。该第一面和第二面可以是基本平坦的，并且彼此基本平行。在替换实施例中，第一面可以是平坦的，而第二面可以是凸起的。优选的，所述块基本为骰子形的或立方体形的，并且优选完全由透明塑料(聚合的)材料或玻璃形成。然而，在一些实施例中，所述块可以采用上述材料的薄片形式。
许多这些后者实施例的优势在于所述块制造简单并易于儿童操作。此外，当使用折射率高于空气的材料制作的整块的块被放置于标记之上时，每个被覆盖的标记与该块的表面的距离显得比实际要近些的效果被增强。这种类型的块也可以被如此成形由于它们里面发生了内反射，因此被覆盖的一个标记或标记组基本上不可能通过覆盖块和另一相邻块的组合被看到，除非从几个极端角度观察才有可能。 带有规则标记阵列的装置可以包括基底或底盘，并且可以限定基本平坦的表面，所述块可以在该表面上基本自由地移动。在替换实施例中，带有所述标记的装置可以包括被设置成将一个或多个块定位在适当的位置的定位装置，每个覆盖单个标记或者整数个标记。匹配定位装置可以被承载于每一个块上。 所述带有标记的装置可以包括底盘，该底盘在标记阵列的周围形成边界，该标记阵列可以包括规则字母数字字符阵列，优选为数字。在优选实施例中，所述标记为数字，并
且它们排列成矩形阵列。优选地，该阵列包括十行和十列，并且优选包括升序排列的i-ioo中的所有数字。在实施例中，该阵列可以在左上角以"i"开始，并在右下角以"ioo"结束，
或者在左下角以"1"开始，并在右上角以"100"结束。 所述设备可以进一步包括外壳，其也限定所述带有标记的装置，或者板，其可以限定该带有标记的装置。 在一个实施例中，该设备可以具有底盘(其可以由塑料或聚合材料形成，比如聚苯乙烯)，在该底盘上面在栅格内刻有、印有或模压有数字阵列。在一些实施例中，该栅格是可见的，而在其它实施例中，该栅格是不可见的。该栅格可以是10个正方形乘10个正方形，并且包含数字1至100。所述块可以包括多个透明的立方体，其由聚合材料或玻璃形成，并且该多个立方体中的一半是一种颜色，另一半是另外一种颜色。在这个实施例中，由于所述立方体的光学性质，即透明度和相对于空气的高折射率，被所述立方体之一覆盖的每个数字都能从大部分角度被看到，并且使观察者吃惊地发现用来形成该立方体的材料的折射率导致该数字看上去比其实际位置更接近于它的表面。 在替换的优选为大范围的实施例中，所述带有该规则标记阵列的装置包括屏幕或板，该屏幕或板优选地可以被基本垂直地安装，例如，安装到建筑物的内部墙壁上，其可以比如在教室里。在这个实施例中，所述带有标记阵列的装置看上去像传统教师使用的"白板"。所述标记可以永久地标注在屏幕或板上，或是通过诸如毡尖笔等的临时标注工具被施加到屏幕或板上。该屏幕或板可以由磁性材料(比如铁或钢)形成，或者在其结构内包括该磁性材料。所述块可以均包括透明塑料材料薄片，并且每个块可以带有单个或多个磁体。所述磁体可以被布置为允许块依靠磁体和位于屏幕或板内的磁性材料之间的磁性吸引力而被暂时固定到屏幕或板上。类似的(可能更小的)块和磁性布置可以被用于本发明的其它实施例中。


现在将参照附图对本发明的具体实施例进行说明。这些实施例仅仅是作为实例来
提供的，并且无论如何也没有打算是限制性的。
图1是形成根据本发明的设备的底盘的平面图； 图2是沿线A-A通过图1所示底盘的截面图； 图3是用于图1和图2所示底盘中的块的透视图； 图4是图1所示底盘的替换实施例的一部分的局部视 图5是沿线B-B通过图4所示底盘的局部截面图； 图6是供图4和图5中所示底盘使用的块的截面图； 图7是形成根据本发明的设备的板的一部分的局部视图； 图8是供图7所示的板使用的第一种类型的块的平面图； 图9是供图7所示的板使用的第二种类型的块的平面具体实施例方式
图1和图2所示的底盘1包括基本为矩形的基底2，其被外围壁3围绕，该外围壁3从所述基底2的第一面4直立起来。该底盘1可以由塑料聚合材料形成，比如聚苯乙烯。数字1-100以10行10列的规则阵列形式被印刷于所述基底2的第一面4上，并且数字1-10位于第一行5中，数字11-20位于第二行6中，以此类推一直到数字91-100位于第十行7中。数字1-100中的每个数字都被印刷于由多条印刷线9所限定的栅格的正方形8内。印刷线9限定了一百个单独的栅格正方形8。 底盘1被提供有一百个立方体状的游戏块(playing piece) IO，其由整块透明塑料聚合材料形成，比如聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。所述块10中的五十个被着色为黄色，并且另外五十个被着色为蓝色。图3示出了游戏块10中的一个。游戏块10中的每一个的尺寸都被设计为在栅格正方形8上正好合适。该底盘l可以被提供有盖子(未示出)，其适合于由壁3所限定的开口并被提供有允许其可拆卸地啮合于该底盘1的装置(未示出)。当在适当的位置时，该盖子能够将所有的游戏块10保持在所述底盘内。
所述设备的功能可以通过考虑简单的算术任务来说明，例如将两个数字相加，比如说5加6。为了完成上述计算，首先将所有的块10从底盘1中移走，儿童拿起五个蓝色的块10和六个黄色的块，并将它们放置于栅格正方形8中，将块在第一行5中按照从左到右的顺序放置，并将排满后溢出的块放置在第二行6中(也是按照从左到右的顺序)。在被覆盖的栅格正方形8中的所述数字可以通过透明的游戏块IO被清楚地看到，并且该儿童能够容易地通过放置于栅格正方形8中的最后一个游戏块10看到答案"ll"。因为所有被游戏块10覆盖的数字都可以通过覆盖它的块被儿童清楚看到，所以给他或她提供了一种只是使用该设备来解答的算术加法的非常清晰的视觉表示。 图4和图5示出了底盘1的替换实施例。在该替换实施例中，从矩形基底13的第一面12上直立着脊11的阵列，并且该脊11的阵列限定了一百个矩形的凹陷14，所述凹陷14被布置在十行十列的栅格内。数字1-100被模制在基底13的第一面12内，在每一个矩形凹陷14内定位有一个数字，呈基本如针对如1所示的底盘1示出的阵列形式。该替换实施例被提供有一百个透明的基本为立方体状的游戏块15。游戏块15中的五十个为蓝色，且另外五十个为黄色。图6示出了通过其中一个游戏块15的截面图。如从图6中可以看到的，围绕块15的各面17中的一个的外围形成台阶16，以便限定截面为短矩形的插头18。该插头18尺寸被设计为在任何其中一个矩形凹陷14内刚好合适，从而将相关的块15保持在凹陷14内。 图7、8、9示出了本发明的替换实施例。该实施例是至此描述过的实施例的大范围型式，并且该带有标记的装置不再使用底盘，而是采用基本为矩形的板20的形式，该板被布置为基本垂直地附着于建筑物的内部墙壁上，例如在教室内。该板20可以由磁性材料
8(比如钢板)制成，或是在其结构中含有所述磁性材料。数字1-100被印刷在板20的第一 面21上，呈基本如针对如1所示的底盘1示出的阵列形式。可替换地，所述数字也可以用 标识笔或类似物写在板20的第一面21上。板20的第一面21优选是白色，或是类似的明 亮色彩。 图8和图9示出了本发明的第二个替换实施例中所使用的块的实例。图8中所示 的块22包括带有四个磁体24的基本为正方形的塑料材料薄片23，所述四个磁体中的一个 被固定在薄片23的每一个角25中。图9示出了块22的另一替换形式。该块22包括矩形 的塑料材料薄片26。该薄片26载有总共六个磁体27，其中四个被定位在薄片26的角28 中。磁体27中的两个被定位在沿薄片26的较长的两个边29的中间。每个薄片23尺寸被 设计为覆盖由板21承载的数字1-100中的单独一个，使得多个薄片23可以彼此相邻地放 置，以这样的方式它们中的每一个只覆盖数字1-100中的单独一个。该薄片26尺寸被设计 为只覆盖数字i-ioo中的两个。与本发明的该实施例一起也可以使用另外的块，每个块以 类似于图8和图9中示出的块22的方式来形成，但是其尺寸被设计为覆盖数字1-100中的 五个、十个、或甚至更大的组。如同本发明的其它实施例那样，薄片23和26可以用不同的 颜色来提供，比如蓝色和黄色。 为了使用本发明的该实施例，块22中的任何一个都能被放置在板20的面21上， 例如磁体24或27使得块22暂时被固定到板20上，并被保持在板20上的适当位置。此外， 本实施例的操作和本发明的任何其他实施例的操作相同。
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权利要求
一种设备，包括多个块和带有规则标记阵列的装置，其中，所述块被定尺寸并被布置，并且所述标记被排列，以允许多个所述块与所述标记并列相邻，覆盖多个所述标记，使得每个块覆盖单独一个标记或大于1的整数个标记，其特征在于所述块均包括透明或半透明材料，被块如此覆盖的每个标记是通过该块中的该透明或半透明材料可见的，并且所述透明或半透明材料具有高于空气的折射率。
2. 如权利要求l所述的设备，用于教学用途。
3. 如权利要求1或2所述的设备，其中，每个块被定尺寸并被布置为允许第一块与所述 标记并列相邻，覆盖第一单个标记或标记组；并且第二块与所述第一块并列相邻，覆盖与所 述第一单个标记或标记组相邻的第二单个标记或标记组，其中，每个第一标记是通过所述 第一块中的透明或半透明材料可见的，并且每个第二标记是通过所述第二块中的透明或半 透明材料可见的。
4. 如前述权利要求中的任一项所述的设备，其中被块覆盖的所述一个标记或多个标记 仅能通过该块中的透明或半透明材料被看到。
5. 如权利要求4所述的设备，其中，基本上不可能通过覆盖块和另一相邻块的组合看 到被覆盖的单独一个标记或标记组。
6. 如前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，每个块被定尺寸并被布置为只覆盖 所述标记中的单独一个标记，并且允许相邻的单独一个标记被第二块所覆盖，并且每个被 如此覆盖的标记是通过覆盖它的块中的透明或半透明材料可见的。
7. 如前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述块具有基本相同的形状或形式。
8. 如前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述块包括多个不同的群体。
9. 如权利要求8所述的设备，其中，块的所述群体通过记号或颜色来区分。
10. 如前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述块由或基本由所述透明或半透 明材料构成。
11. 如前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，每个块都是整块的。
12. 如前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，每个块具有用于覆盖所述标记中 的一个或一组的第一面以及第二面，所述被覆盖的一个或多个标记能够通过该第二面被看 到。
13. 如权利要求12所述的设备，其中，该第一面和第二面是基本平坦的，并且彼此间是 基本平行的。
14. 如前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述透明或半透明材料是玻璃或塑料。
15. 如权利要求14所述的设备，其中，形成所述块中的一些或全部的材料是有色透明 玻璃或塑料。
16. 如前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述块包括透明或半透明材料的薄片。
17. 如权利要求1-15中的任一项所述的设备，其中，每个块被如此成形使得由于在所 述块中的透明或半透明材料内的内反射，基本上不可能通过覆盖块和另一相邻块的组合看 到被覆盖的所述标记中的一个或一组。
18. 如权利要求12或13所述的设备，或者如当从属于权利要求12或13时的权利要求14、 15和17中的任一项所述的设备，其中，每个块被定尺寸并被布置为使得其第一面和 第二面间的距离基本等于或大于至少其中一个所述标记的最大跨度或该最大跨度的一半。
19. 如权利要求1-15、 17和18中的任一项所述的设备，其中，所述块基本为骰子形的或 立方体形的。
20. 如前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述带有规则标记阵列的装置包括 基底、板、屏幕或底盘。
21. 如前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述带有规则标记阵列的装置限定 基本平坦的表面， 一个或多个所述块能够在该表面上基本自由地移动。
22. 如前述权利要求中的任一项所述的设备，还包括定位装置，该定位装置被设置成将 一个或多个块定位在适当的位置，每个块覆盖单独一个标记或大于1的整数个标记。
23. 如权利要求21所述的设备，其中，匹配定位装置被承载于所述带有规则标记阵列 的装置和每个所述块上。
24. 如权利要求20-23中的任一项所述的设备，其中，所述基底、板、屏幕或底盘由磁性 材料形成，或在其结构内包括所述磁性材料，所述磁性材料例如是铁或钢。
25. 如权利要求24所述的设备，其中，所述块均包括单个或多个磁体。
26. 如前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述带有标记的装置包括在标记阵 列周围形成边界的底盘。
27. 如前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述标记阵列包括规则字母数字字 符阵列，可选为数字。
28. 如前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述标记为数字，并且它们呈矩形 阵列。
29. 如权利要求28所述的设备，其中，所述阵列由十行十列构成，并且包括升序排列的 全部数字i-ioo，可选的是，在左上角以"1"开始，并在右下角以"100"结束，或者在左下角 以"1"开始，并在右上角以"100"结束。
30. —种设备，包括多个块和带有规则标记阵列的装置，其中，所述块被定尺寸并被布 置，所述标记被排列，以允许多个所述块与所述标记并列相邻，覆盖多个所述标记，使得每 个块覆盖单独一个标记或大于1的整数个标记，并且每个被块如此覆盖的标记是通过该块 可见的，并且其中，所述带有规则标记阵列的装置限定基本平坦的表面，在该表面上一个或 多个所述块能够基本自由地移动。
31. 如权利要求30所述的设备，其中，所述块均包括透明或半透明材料，每个被块如此 覆盖的标记是通过该块中的所述透明或半透明材料可见的，并且所述透明或半透明材料具 有比空气高的折射率。
32. 如权利要求30或31所述的设备，进一步包括权利要求2-20、22-29中的任一项的 一个特征或多个特征。
33. —种设备，包括多个块和带有规则标记阵列的装置，其中，所述块被定尺寸并被布 置，所述标记被排列，以允许多个所述块与所述标记并列相邻，覆盖多个所述标记，使得每 个块覆盖单独一个标记或大于1的整数个标记，其特征在于所述块是整块的，基本为骰子 形的或立方体形的，并且由或基本由透明或半透明材料构成，每个被块如此覆盖的标记是 通过该块中的透明或半透明材料可见的，并且所述透明或半透明材料具有高于空气的折射
34.如权利要求31所述的设备，进一步包括权利要求2-9、14、15、17、18和20-29中的 任一项的一个特征或多个特征。
全文摘要
用于教学的设备，其包含多个块和带有规则标记阵列的装置，其中所述块被定尺寸并被布置，并且所述标记被排列，以允许多个所述块与所述标记并列相邻，覆盖多个所述标记，使得每个块覆盖单个标记或整数个标记，并且每一个被块所覆盖的标记是通过该块可见的。
文档编号G09B19/02GK101743577SQ200880012977
公开日2010年6月16日 申请日期2008年2月19日 优先权日2007年2月22日
发明者安德鲁·约翰·海斯 申请人:安德鲁·约翰·海斯