一种基于磁性卡片的汉字拼搭互动学习系统及方法与流程

本发明涉及汉字学习电子设备技术领域，特别是涉及一种基于磁性卡片的汉字拼搭互动学习系统及方法。

背景技术：

对于汉字的初学者，只是简单的从读音、拼写及释义上来学习已经达不到学好汉字的效果。汉字作为一种比较难学的字符，主要是它的变化甚多，一个汉字的读音在不同的语境下可能不同，很多汉字的单元因为组合不同就会变成很多不同的汉字，很多汉字的外形也极其的类似，稍不注意就会混淆使用。因此，使得汉字学习与其它语言文字相比显得相对困难，学习过程显得异常辛苦。所以很多初学者经常囿于这种困境之中，想学好汉字却总是事倍功半。因此需要一种比较全面而有效的学习方式来提高使用者的学习效率。申请号为201911372618.x的专利文件“基于智能积木的汉字学习系统”公开了汉字学习的智能化方案，但是那个方案最大的问题是成本问题，因为汉字学习，需要很多的积木，还要设置主控板模块。如果要普及汉字教育，就要降低成本，让好的教具和教学方法进入千家万户。因此，如何为使用者提供更加科学、新颖、灵活、有趣、低成本的学习辅助工具，让使用者掌握科学而有效的学习方法，成为待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于磁性卡片的汉字拼搭互动学习系统及方法，通过汉字磁性卡片拼搭汉字，寓教于乐，便于孩子自由、方便地组合汉字，并通过互动学习装置识别汉字，通过调用对应的课程来进行互动教学，增强孩子学习汉字的乐趣和效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于磁性卡片的汉字拼搭互动学习系统，该系统包括：汉字卡片库和互动学习装置，所述汉字卡片库包括多个汉字磁性卡片，每个所述汉字磁性卡片用于承载汉字组成部分的图形，每个所述汉字磁性卡片的边缘设置有磁吸条，任意两个所述汉字磁性卡片通过所述磁吸条吸合拼搭连接；

所述互动学习装置上设置有汉字识别终端，所述汉字识别终端包括图像采集装置和中央处理单元，所述图像采集装置用于采集所述汉字磁性卡片吸合拼搭成的汉字图像，所述图像采集装置与所述中央处理单元连接，所述中央处理单元用于识别采集到的汉字图像中的汉字，所述中央处理单元还连接有语音模块、屏幕显示模块，所述语音模块、屏幕显示模块分别通过语音、视频方式展示识别出的汉字信息。

进一步的，所述中央处理单元包括图像处理模块和汉字识别模块，所述图像处理模块与所述图像采集装置连接，用于对采集到的汉字图像进行预处理，所述汉字识别模块与所述图像处理模块连接，用于识别采集到的汉字图像中的汉字，所述语音模块和屏幕显示模块分别与所述汉字识别模块连接；所述汉字识别模块还连接有大数据模块和智能课程模块，所述大数据模块连接用户学习路径数据库，所述智能课程模块连接在线课程库。

进一步的，所述汉字识别终端为手机，所述图像采集装置为手机的摄像头，所述中央处理单元为汉字学习app。

进一步的，所述手机通过无线网络与电视机通信连接，实现投屏。

进一步的，所述互动学习装置还包括底座以及设置在底座上的手机支架，所述手机支架用来固定手机，所述底座上设置有连接所述汉字磁性卡片的磁条，调整所述手机支架，使所述手机的摄像头对准所述汉字磁性卡片。

进一步的，所述底座上还设置有按键操控系统，所述按键操控系统包括设置在底座壳体上的启动按键以及设置在底座壳体内部的充电电池、电源模块、主控模块和蓝牙通信模块，所述充电电池连接所述电源模块，所述主控模块分别与启动按键、电源模块、蓝牙通信模块电性连接，所述底座壳体上还设置有与所述电源模块连接的type-c口，所述主控模块通过所述蓝牙通信模块与手机无线通信连接，用于开启或关闭手机的摄像头。

进一步的，所述汉字磁性卡片为中空的塑料壳，采用abs塑料，所述汉字磁性卡片的四边设置有凹槽，所述磁吸条嵌设在所述凹槽内。

进一步的，所述汉字磁性卡片为双面结构，所述汉字磁性卡片的正反两面均设置有汉字组成部分的图形。

本发明还提供了一种基于磁性卡片的汉字拼搭互动学习方法，应用于上述的基于磁性卡片的汉字拼搭互动学习系统，包括以下步骤：

s1，将手机架放到专门的手机支架上，运行手机上的app，app打开摄像头，并启动图像处理模块；

s2，从汉字卡片库中，拿出两个或多个汉字磁性卡片进行吸合拼搭，放到手机支架前，拼搭好的汉字磁性卡片吸附在底座上；

s3，手机app通过摄像头采集汉字磁性卡片吸合拼搭成的汉字图像，并将采集到的汉字图像传送给图像处理模块；

s4，图像处理模块识别出汉字图像中的汉字拓扑结构，将识别出的汉字拓扑结构传递给汉字识别模块，汉字识别模块根据汉字拓扑结构数据库中的信息，识别出汉字；

s5，智能课程模块用识别出的汉字检索已下载的课程，如果没有已下载的课程，则通过网络调取在线课程库中对应汉字的课程；

s6，根据app设置的模式，通过语音模块来语音讲解课程，或者通过屏幕显示模块将视频投放到电视机，来讲解课程。

进一步的，所述步骤s4中，图像处理模块识别出汉字图像中的汉字拓扑结构，具体包括：

通过图形透视变换，将采集到的倾斜的汉字图像变成俯视的图片；

进行图形分割，将整体的图片拆开成一个一个卡片；

进行图形模式匹配，将每一个卡片进行文字识别ocr，变成汉字库中的独体字和偏旁部首，形成汉字的拓扑结构。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的基于磁性卡片的汉字拼搭互动学习系统及方法，采用多个汉字磁性卡片来承载汉字的组成部分，利用磁吸条可以实现多个汉字磁性卡片的自由拼搭，方便孩子自主学习组合汉字，并通过中央处理单元实现汉字的识别，并通过语音或视频方式展示；所述中央处理单元还设置有智能课程模块和大数据模块，能够调用汉字对应的课程，在识别汉字的同时，通过对应的课程对孩子进一步讲解，实现线上线下互动，孩子的学习数据可以直接上传到数据库，将孩子的学习路径记录下来，通过机器学习，可以了解到孩子当前的能力，智能匹配孩子最合适的线上课程；此外，互动学习装置采用了手机支架以及手机，通过利用手机可以降低学习成本，无需额外的电子学习设备，手机支架可以固定手机，调整摄像头角度，方便用户使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例基于磁性卡片的汉字拼搭互动学习系统的结构示意图；

图2是本发明实施例互动学习装置的结构示意图；

图3是本发明实施例汉字磁性卡片的结构示意图；

图4是本发明实施例图像处理模块的工作流程图；

图5是本发明实施例“村”字的汉字磁性卡片拼接结构示意图；

图6是本发明实施例汉字卡片库的示意图；

图7是本发明实施例按键操控系统的结构示意图；

附图说明：1、底座；2、手机支架；3、手机；4、磁条；5、汉字磁性卡片；6、磁吸条；7、启动按键。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于磁性卡片的汉字拼搭互动学习系统及方法，通过汉字磁性卡片拼搭汉字，寓教于乐，便于孩子自由、方便地组合汉字，并通过互动学习装置识别汉字，通过调用对应的课程来进行互动教学，增强孩子学习汉字的乐趣和效果。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的基于磁性卡片的汉字拼搭互动学习系统，包括：汉字卡片库和互动学习装置，所述汉字卡片库包括多个汉字磁性卡片5，每个所述汉字磁性卡片5用于承载汉字组成部分的图形，每个所述汉字磁性卡片5的边缘设置有磁吸条6，任意两个所述汉字磁性卡片通过所述磁吸条6吸合拼搭连接；如图6所示，汉字卡片库中设置有多个汉字磁性卡片5，可以组成多种汉字；

所述互动学习装置上设置有汉字识别终端，所述汉字识别终端包括图像采集装置和中央处理单元，所述图像采集装置用于采集所述汉字磁性卡片吸合拼搭成的汉字图像，所述图像采集装置与所述中央处理单元连接，所述中央处理单元用于识别采集到的汉字图像中的汉字，所述中央处理单元还连接有语音模块、屏幕显示模块，所述语音模块、屏幕显示模块分别通过语音、视频方式展示识别出的汉字信息。

所述中央处理单元包括图像处理模块和汉字识别模块，所述图像处理模块与所述图像采集装置连接，用于对采集到的汉字图像进行预处理，所述汉字识别模块与所述图像处理模块连接，用于识别采集到的汉字图像中的汉字，所述语音模块和屏幕显示模块分别与所述汉字识别模块连接；所述汉字识别模块还连接有大数据模块和智能课程模块，所述大数据模块连接用户学习路径数据库，所述智能课程模块连接在线课程库。

如图2所示，所述汉字识别终端为手机3，所述图像采集装置为手机的摄像头，所述中央处理单元为汉字学习app。所述手机3通过无线网络与电视机通信连接，实现投屏。手机与电视机连接同一个无线局域网(wifi)，通过投屏协议(dlna协议)，手机搜索到电视机之后，手机发送一个课程的视频地址给电视机，电视机收到地址后，开始播放，手机可以控制电视机的进度，音量之类的指令。

所述互动学习装置还包括底座1以及设置在底座1上的手机支架2，所述手机支架2用来固定手机3，所述底座2上设置有连接所述汉字磁性卡片5的磁条4，调整所述手机支架2，使所述手机3的摄像头对准所述汉字磁性卡片5。所述手机支架2可以设置成卡通结构，如图2中的小鹿结构，更便于孩子接受和喜欢。

如图7所示，所述底座1上还设置有按键操控系统，所述按键操控系统包括设置在底座1壳体上的启动按键7以及设置在底座1壳体内部的充电电池、电源模块、主控模块和蓝牙通信模块，所述充电电池连接所述电源模块，所述主控模块分别与启动按键7、电源模块、蓝牙通信模块电性连接，所述底座1壳体上还设置有与所述电源模块连接的type-c口，所述主控模块通过所述蓝牙通信模块与手机3无线通信连接，用于开启或关闭手机3的摄像头。电源模块负责充放电管理，通过usbtype-c口给充电电池充电，并承担主控模块、蓝牙通信模块等的供电。蓝牙通信模块，负责与手机进行蓝牙通信，通知手机启动按键被按下。

主控模块负责控制蓝牙通信模块，有两个功能：

1.负责与手机进行蓝牙配对：手机上通过app，寻找蓝牙按键，并实现配对。

2.当启动按键按下，主控模块会通知蓝牙通信模块，向手机发送消息，通知手机app，开始进行图像识别，汉字识别，课程查询，播放课程等一系列操作。

这样设计的好处：

1.小孩子在整个编程过程中无需操作手机，只需要通过按下启动按键即可触发手机app执行操作。因为：第一，手机已经作为摄像头对准了编程积木，不能再进行移动，不方便进行手机操作；第二，此产品是面对低龄儿童，尽量会避免小孩子使用手机

2.启动按键大而显眼，方便小孩子进行操作，体验好。

如图3所示，所述汉字磁性卡片5为中空的塑料壳，采用abs塑料，所述汉字磁性卡片5的四边设置有凹槽，所述磁吸条6嵌设在所述凹槽内。

所述汉字磁性卡片5为双面结构，所述汉字磁性卡片5的正反两面均设置有汉字组成部分的图形。因为汉字的演变经历了甲骨文、金文、篆书、隶书、楷书、草书和行书等阶段，目前普遍使用楷书来进行书写，所以正面可以是楷书的独体字和偏旁部首。反面，写的是篆书的独体字和偏旁部首，篆书是最古老的可以拼搭的文字，从结构上跟楷书非常相似，只是形态不同，更接近于事物本来的模样，可以让孩子更形象地理解汉字的演变。

本发明还提供了一种基于磁性卡片的汉字拼搭互动学习方法，应用于上述的基于磁性卡片的汉字拼搭互动学习系统，包括以下步骤：

s1，将手机架放到专门的手机支架上，运行手机上的app，app打开摄像头，并启动图像处理模块；

s2，从汉字卡片库中，拿出两个或多个汉字磁性卡片进行吸合拼搭，放到手机支架前，拼搭好的汉字磁性卡片吸附在底座上；如图5，以汉字“村”的结构为例，通过“木”和“寸”两个汉字磁性卡片进行左右拼搭；

s3，手机app通过摄像头采集汉字磁性卡片吸合拼搭成的汉字图像，并将采集到的汉字图像传送给图像处理模块；

s4，图像处理模块识别出图像中的汉字拓扑结构，“木”的右边是一个“寸”，将识别出的汉字拓扑结构传递给汉字识别模块，汉字识别模块根据汉字拓扑结构数据库中的信息，识别出汉字“村”；

s5，智能课程模块用“村”字检索已下载的课程，如果没有已下载的课程，就会通过网络调取在线课程库调取“村”字的课程；

s6，根据app设置的模式，通过语音模块来语音讲解课程，或者通过屏幕显示模块将视频投放到电视机，来讲解课程，把“村”字相关的课程讲解播放出来。

如图4所示，所述步骤s4中，图像处理模块识别出汉字图像中的汉字拓扑结构，具体包括：

通过图形透视变换，将采集到的倾斜的汉字图像变成俯视的图片；

进行图形分割，将整体的图片拆开成一个一个卡片；

进行图形模式匹配，将每一个卡片进行文字识别ocr，变成汉字库中的独体字和偏旁部首，形成汉字的拓扑结构。

其中，透视变换用的是opencv透视变换，其计算方法为坐标向量和变换矩阵的乘积，换言之就是矩阵运算。在应用层面，透视变换是图像基于4个固定顶点的变换。

图形分割，有很多种方法，如阈值分割、区域分割、边缘分割和直方图法，这些都是成熟的方法，会结合自身的特点，选择最适合的方法进行分割。

文字识别ocr(opticalcharacterrecognition)光学字符识别，它通过利用电子设备，对纸上的文字进行扫描，通过检测暗、亮的模式确定其形状，然后用字符识别方法将形状翻译成计算机文字的过程。ocr是一种简单、高效、快速、方便的技术手段。图像模式匹配，因为独体字和偏旁部首的个数并不多，只有几百个，所以可以用图像模式匹配来验证ocr的正确性。

本发明提供的基于磁性卡片的汉字拼搭互动学习系统及方法，通过设置手机架固定手机，调整手机的放置高度和摄像角度，可以扫描到更大的范围；并可通过蓝牙启动按键，通过蓝牙连接手机，让孩子可以方便地启动课程；手机支架设置卡位，可以将卡片拼搭的范围固定住，避免摄像头找不到卡片；通过摄像头能够扫描卡片的拼搭结果；图像识别模块，将摄像头扫描到的图案识别成汉字的拓扑结构；汉字识别模块，将汉字的拓扑结构进行识别，如果不能形成汉字，则提示错误信息，如果形成了汉字，则将汉字传递给智能课程模块；智能课程模块将汉字识别模块识别出来的汉字，查找已经下载到手机的课程，如果没有找到合适的课程，则通过网络到汉字的课程库中查找相应的课程。

本发明具有如下优点：

1.价格低廉，因为手机是现有的产品，无需另外付费，手机架和汉字磁吸卡片的成本都比较低，可以推进汉字学习进入千家万户；

2.相比于点读笔学习汉字，汉字拼搭更加有趣、互动，是孩子主动的学习，点读笔比较被动，书上有什么字就学什么字，而这套系统，是孩子学习自己拼出的字，让孩子自己体会了仓颉造字的感觉，是一种主动的学习；

3.互动式学习，相比于传统的拼字卡片，会实时地给出反馈，拼的字是不是存在，如果存在，会有视频教程，教孩子这个字是什么含义，是如何组成的，是如何演变的，并指导后面可以再拼相关的字。这样的互动教学，效果会比无声的传统拼字卡片好很多；

4.磁吸手感好，拼搭方便，好固定；

5.灵活，可以支持独体字的学习，形声、会意字的学习，也可以支持词的学习；

6.可拓展，这个体系如果要拓展到英语、拼音、算术、编程的拼搭学习，都是非常方便的，只需要再买拓展卡片库就可以了，整个的使用方式是一致的，可以形成系统的学习；

7.线上线下互动，孩子的学习数据可以直接上传到数据库，将孩子的学习路径记录下来，通过机器学习，可以了解到孩子当前的能力，智能匹配孩子最合适的线上课程。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。