专利名称：一种互动教具及其构建方法
技术领域：
本发明涉及教育教学用具领域，公开了一种互动教具及其构建方法，具体地说，是
关于一种基于人机交互的三维立体地球仪的互动教具及其构建方法。
背景技术：
目前市场上地理教具种类繁多，大体可以分为教育软件和模型教具两大类别。具 体地讲，教育软件是通过多媒体手段，将地理课的教学内容编制成应用软件，在电脑上或者 多媒体教室的投影系统中进行展示。此种教学方式使单纯的课本教学升级为更灵活、生动 的多媒体教学，也为教师的备课带来了极大的便利性。但这种方式对于地理这种抽象的知 识学科而言，缺乏直观性和立体形象感，平面的文字和图片并不能有效的增进学生对于地 形地貌的深刻理解和直观体验。 而模型教具主要是基于课本中的单个知识点，独立制作成为实体模型，给予学生 更为直观的理解和认识。给予学生深刻的形象感和地理概念。但是作为一个被动式的教育 教具，往往因为其死板和不够灵活，所以能够给同学们讲述的知识点非常单一，大量的地理 常识则需要较大的花费和较多的展示空间才能较好的讲述地理学科常识。且更由于缺乏互 动性，所以无法给同学们更为生动趣味的地理知识，所以其价值利用率不高，性价比低。
因此，如何解决现有地理教具的固有弊端，提供一种具有高直观体验程度，且有较 强互动性和趣味性的互动教具及其构建方法，已成为本技术领域人员急需解决的问题。
发明内容
本发明提供一种基于人机交互的三维立体地球仪的互动教具及其构建方法，为中 小学地理课提供更生动形象的教学方式。以克服现有的传统的地理教具的固有局限。
这种互动教具，基于一个可进行人机交互的多功能三维立体地球仪和投影显示系 统，通过旋转三维立体地球仪，可以在投影显示画面中进行目标地理位置选择；通过光照和 地球自转的配合，可以进行昼夜交替的演示；通过时间轴的拖动，可以进行年代和时间的选 择；通过球面拍击，可以进行菜单的打开和选择；通过球体表面的触摸和滑动，可以进行地 图的放大、縮小及地球黄赤交角、时区换算等等基本地理知识的展示。通过这基于多功能三 维立体地球仪的种种互动的展示方式，可以更为生动有趣地将预存储在电脑中的多媒体地 理知识形象的展示出来，以达到充分辅助和配合中小学地理老师的教育教学，增进学生的 学习和理解，同时提高学生的学习兴趣和热情的目的。 本发明所述的地理教具，包括顺次连接的投影屏或显示器、存储有多媒体地理信 息的PC机以及以有线或无线连接所述PC机的多功能三维立体地球仪和时间轴控制器。
所述时间轴控制器，可以将用户在所述时间轴控制器表面滑动的信号以有线或无 线方式送给PC机；所述多功能三维立体地球仪可绕任何轴转动，所述多功能三维立体地球 仪表面布设世界地理图形，所述多功能三维立体地球仪具有感测转动、触摸和拍击的功能， 并通过有线或无线方式将转动、触摸和拍击的数据送给所述PC机，所述多功能三维立体地
3球仪中心设置叠置的传感器模块，以及在所述多功能三维立体地球仪内设置以电路联结的 触摸模块、开关模块、电池模块、单片机模块；所述PC机预存储地理多媒体信息，并以有线 或无线方式接收所述多功能三维立体地球仪和所述时间轴控制器的数据，产生相应的预定 义操作，并调用预存储的多媒体地理信息；所述投影屏或显示器，通过有线或无线方式接收 所述PC机调用的多媒体信息和预定义操作，并显示。 本发明中所述多功能三维立体地球仪的特征在于，在所述多功能三维立体地球仪 的内表面密布所述触摸模块，用以检测所述多功能三维立体地球仪的触摸信息和手指滑动 信息；所述传感器模块由所述多功能三维立体地球仪中心固定的一用于采集重力加速度若 干分量的三轴加速度传感器及一用于采集地磁场若干分量的三轴地磁传感器叠置而成，通 过所述三轴加速度传感器和所述三轴地磁传感器，检测所述多功能三维立体地球仪的旋转 位置信息和拍击次数信息；所述触摸模块和所述传感器模块通过有线方式将数据送给所述 单片机模块进行处理；所述电池模块通过有线方式经过所述开关模块连接至所述单片机模 块，给系统供电； 本发明的定位时间短，实用性强，功能丰富，可用于世界性的地理知识讲解，亦可 用于区域性的地理信息展示、地球相关信息展示，作为一种新型的教育教学用具，具有形 象，直观，生动，趣味的特点。且制作成本也低廉；本发明还可通过软件进行设置，并对系 统动作进行简单设置，就可以将各类不同行为映射为接收端计算机上的各种自定义行为， 从而可以直接地进行多元化、多层次的教学展示。使得本发明的应用场合可以适应日新月 异的教育教学革新，和复杂的多变的教学内容。传统的地理教具相比，本发明无疑在外形、 可操作性、展示效果、经济成本等各方面均占有优势，并且更能够吸引学生。产品价格的低 廉以及较高的可移植性、可复用性以及可编程性使得同一产品可以通过再编程达到适应多 次、不同教学需求的目的。
图1为本发明的系统构成示意图； 图2为本发明的多功能三维立体地球仪内部结构示意图；
图3为本发明的系统各模块工作示意具体实施例方式
下面根据图1-图3给出本发明一个较好实施例并予以详细描述，以便更好地说明 本发明而不是用来限制本发明的范围。 如图1所示，本发明包括顺次连接的显示屏4、 PC5及以有线或无线方式连接的多 功能三维立体地球仪1和时间轴控制器3。多功能三维立体地球仪1以气悬浮或者磁悬浮 或者直接接触的方式放置在底座6上。本实施例中多功能三维立体地球仪1的外壳以一 普通地球仪为外壳，光源2用来模拟太阳光，并可以照亮半个地球，用以演示地球的昼夜交 替。底座6上安装时间轴控制器3，用手指在时间轴控制器3上滑动，可以用来改变PC5中 预存储的地理时间信息。时间轴控制器3将手指的滑动数据通过有线或无线方式送给PC 机5。 当观众旋转、触摸、拍击多功能三维立体地球仪1时，多功能三维立体地球仪1会
4将其旋转位置数据、触摸位置及方向数据和拍击的次数以有线或无线方式送给PC5，然后在 PC5中调用相关的软件，产生与用户操作相对应的自定义动作，并结合预存储的多媒体地理 信息，通过有线或无线方式传送给投影屏4或者显示器显示出来。 参照图2，显示的是多功能三维立体地球仪1的内部结构示意图。在塑料地球仪外 壳内，装入一根工程塑料制成的圆柱体36，或者其他能将主体模块固定在多功能三维立体 地球仪l内部的装置。圆柱体36即作为传感器模块30、31，开关模块32、电池模块33、单片 机模块34、无线收/发模块35等模块的固定载体。 传感器模块30、31由叠放的三轴地磁传感器和三轴加速度传感器构成，放置在圆 柱体36的中部或其他位置，用于获得多功能三维立体地球仪1旋转位置的实时数据及用户 拍击时的次数信息。触摸模块37由多个电容式触摸传感器或者其他本领域所熟知的能够 感知触摸和点击的传感器构成，并密布于多功能三维立体地球仪1的内表面，用于获得用 户对多功能三维立体地球仪1表面已定义区域的点击动作，并可以获得双手在球表面的抚 摸移动等多种可触发触摸模块37的自定义动作信息。 结合图3，将详细描述多功能三维立体地球仪1内部各模块之间以及外部各系统 模块的连接关系。 在多功能三维立体地球仪1内部，电池模块33通过开关模块32给整个电路供电。 触摸模块37和传感器模块30，31将采集到的用户操作信息送给单片机模块34，再通过无线 收/发模块35将信息送给PC5. 时间轴控制器3和多功能三维立体地球仪1的数据均通过有线或无线方式发送给 PC5后，在PC5中产生相应的自定义操作，并调用相关地理多媒体信息，通过有线或无线方 式发送给投影屏4，并显示出来。
权利要求
一种互动教具及其构建方法，包括顺次连接的投影屏或显示器、存储有多媒体地理信息的PC机，其特征在于，有以有线或无线连接所述PC机的时间轴控制器，可以将用户在所述时间轴控制器表面滑动的信号以有线或无线方式送给PC机；还有以有线或无线连接所述PC机的一多功能三维立体地球仪，所述多功能三维立体地球仪可绕任何轴转动，所述多功能三维立体地球仪表面布设世界地理图形，所述多功能三维立体地球仪具有感测转动、触摸和拍击的功能，并通过有线或无线方式将转动、触摸和拍击的数据送给所述PC机，所述多功能三维立体地球仪中心设置叠置的传感器模块，以及在所述多功能三维立体地球仪内设置以电路联结的触摸模块、开关模块、电池模块、单片机模块；所述PC机预存储地理多媒体信息，并以有线或无线方式接收所述多功能三维立体地球仪和所述时间轴控制器的数据，产生相应的预定义操作，并调用预存储的多媒体地理信息；所述投影屏或显示器，通过有线或无线方式接收所述PC机调用的多媒体信息和预定义操作，并显示。
2. 按照权利要求1所述的地理教具，其特征在于，在所述传感器模块由所述多功能三 维立体地球仪中心固定的一用于采集重力加速度若干分量的三轴加速度传感器及一用于 采集地磁场若干分量的三轴地磁传感器叠置而成，通过所述三轴加速度传感器和所述三轴 地磁传感器，检测所述多功能三维立体地球仪的旋转位置信息和拍击次数信息。
3. 按照权利要求1所述的地理教具，其特征在于，在所述多功能三维立体地球仪的内 表面密布所述触摸模块，用以检测所述多功能三维立体地球仪的触摸信息和手指滑动信 息。所述触摸模块和所述传感器模块通过有线方式将数据送给所述单片机模块进行处理； 所述电池模块通过有线方式经过所述开关模块连接至所述单片机模块，给系统供电；
4. 一种互动教具的构建方法，采用上述任一项所述互动教具，其特征在于，包括以下步骤Sl建立所述多功能三维立体地球仪，外壳为一普通地球仪，内部安装了以电路联结的 所述传感器模块、所述触摸模块、所述开关模块、所述电池模块和所述单片机模块；以及用 来同所述PC机进行数据传递的有线或无线模块。S2建立一底座，底座上安置所述时间轴控制器，所述时间轴控制器的数据和所述多功 能三维立体地球仪的数据均通过有线或无线方式放送给所述PC机中进行计算处理。S3所述PC机预存储地理多媒体信息，并以有线或无线方式接收所述多功能三维立体 地球仪和所述时间轴控制器的数据，产生相应的预定义操作，并调用预存储的多媒体地理 信息S4建立所述投影屏或显示器，通过有线或无线方式接收所述PC机调用的多媒体信息 和预定义操作，并显示。
全文摘要
一种互动教具及其构建方法，涉及教育教学用具领域，为中小学地理教学提供一种新颖的教学用户。其主要包括顺次连接的投影屏或显示器、存储有多媒体地理信息的PC机以及以有线或无线连接所述PC机的多功能三维立体地球仪和时间轴控制器。通过旋转三维立体地球仪，可以在投影显示画面中进行目标地理位置选择；通过光照和地球自转的配合，可以进行昼夜交替的演示；通过时间轴的拖动，可以进行年代和时间的选择；通过球体表面的触摸和滑动，可以进行地图的放大、缩小及地球黄赤交角、时区换算等基本地理知识的展示。通过这种互动的展示方式，可以更为生动有趣地介绍地理知识，增进学生的学习和理解，提高学生的学习兴趣和热情的目的。
文档编号G09B5/00GK101789189SQ20101012990
公开日2010年7月28日 申请日期2010年3月22日 优先权日2010年3月22日
发明者封华, 曾祥宇, 李健喆, 王恩, 章锦晶 申请人:上海复翔信息科技有限公司