專利名稱：一種互動教具及其構建方法
技術領域：
本發(fā)明涉及教育教學用具領域，公開了一種互動教具及其構建方法，具體地說，是
關于一種基于人機交互的三維立體地球儀的互動教具及其構建方法。
背景技術：
目前市場上地理教具種類繁多，大體可以分為教育軟件和模型教具兩大類別。具 體地講，教育軟件是通過多媒體手段，將地理課的教學內(nèi)容編制成應用軟件，在電腦上或者 多媒體教室的投影系統(tǒng)中進行展示。此種教學方式使單純的課本教學升級為更靈活、生動 的多媒體教學，也為教師的備課帶來了極大的便利性。但這種方式對于地理這種抽象的知 識學科而言，缺乏直觀性和立體形象感，平面的文字和圖片并不能有效的增進學生對于地 形地貌的深刻理解和直觀體驗。 而模型教具主要是基于課本中的單個知識點，獨立制作成為實體模型，給予學生 更為直觀的理解和認識。給予學生深刻的形象感和地理概念。但是作為一個被動式的教育 教具，往往因為其死板和不夠靈活，所以能夠給同學們講述的知識點非常單一，大量的地理 常識則需要較大的花費和較多的展示空間才能較好的講述地理學科常識。且更由于缺乏互 動性，所以無法給同學們更為生動趣味的地理知識，所以其價值利用率不高，性價比低。
因此，如何解決現(xiàn)有地理教具的固有弊端，提供一種具有高直觀體驗程度，且有較 強互動性和趣味性的互動教具及其構建方法，已成為本技術領域人員急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于人機交互的三維立體地球儀的互動教具及其構建方法，為中 小學地理課提供更生動形象的教學方式。以克服現(xiàn)有的傳統(tǒng)的地理教具的固有局限。
這種互動教具，基于一個可進行人機交互的多功能三維立體地球儀和投影顯示系 統(tǒng)，通過旋轉(zhuǎn)三維立體地球儀，可以在投影顯示畫面中進行目標地理位置選擇；通過光照和 地球自轉(zhuǎn)的配合，可以進行晝夜交替的演示；通過時間軸的拖動，可以進行年代和時間的選 擇；通過球面拍擊，可以進行菜單的打開和選擇；通過球體表面的觸摸和滑動，可以進行地 圖的放大、縮小及地球黃赤交角、時區(qū)換算等等基本地理知識的展示。通過這基于多功能三 維立體地球儀的種種互動的展示方式，可以更為生動有趣地將預存儲在電腦中的多媒體地 理知識形象的展示出來，以達到充分輔助和配合中小學地理老師的教育教學，增進學生的 學習和理解，同時提高學生的學習興趣和熱情的目的。 本發(fā)明所述的地理教具，包括順次連接的投影屏或顯示器、存儲有多媒體地理信 息的PC機以及以有線或無線連接所述PC機的多功能三維立體地球儀和時間軸控制器。
所述時間軸控制器，可以將用戶在所述時間軸控制器表面滑動的信號以有線或無 線方式送給PC機；所述多功能三維立體地球儀可繞任何軸轉(zhuǎn)動，所述多功能三維立體地球 儀表面布設世界地理圖形，所述多功能三維立體地球儀具有感測轉(zhuǎn)動、觸摸和拍擊的功能， 并通過有線或無線方式將轉(zhuǎn)動、觸摸和拍擊的數(shù)據(jù)送給所述PC機，所述多功能三維立體地
3球儀中心設置疊置的傳感器模塊，以及在所述多功能三維立體地球儀內(nèi)設置以電路聯(lián)結的 觸摸模塊、開關模塊、電池模塊、單片機模塊；所述PC機預存儲地理多媒體信息，并以有線 或無線方式接收所述多功能三維立體地球儀和所述時間軸控制器的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生相應的預定 義操作，并調(diào)用預存儲的多媒體地理信息；所述投影屏或顯示器，通過有線或無線方式接收 所述PC機調(diào)用的多媒體信息和預定義操作，并顯示。 本發(fā)明中所述多功能三維立體地球儀的特征在于，在所述多功能三維立體地球儀 的內(nèi)表面密布所述觸摸模塊，用以檢測所述多功能三維立體地球儀的觸摸信息和手指滑動 信息；所述傳感器模塊由所述多功能三維立體地球儀中心固定的一用于采集重力加速度若 干分量的三軸加速度傳感器及一用于采集地磁場若干分量的三軸地磁傳感器疊置而成，通 過所述三軸加速度傳感器和所述三軸地磁傳感器，檢測所述多功能三維立體地球儀的旋轉(zhuǎn) 位置信息和拍擊次數(shù)信息；所述觸摸模塊和所述傳感器模塊通過有線方式將數(shù)據(jù)送給所述 單片機模塊進行處理；所述電池模塊通過有線方式經(jīng)過所述開關模塊連接至所述單片機模 塊，給系統(tǒng)供電； 本發(fā)明的定位時間短，實用性強，功能豐富，可用于世界性的地理知識講解，亦可 用于區(qū)域性的地理信息展示、地球相關信息展示，作為一種新型的教育教學用具，具有形 象，直觀，生動，趣味的特點。且制作成本也低廉；本發(fā)明還可通過軟件進行設置，并對系 統(tǒng)動作進行簡單設置，就可以將各類不同行為映射為接收端計算機上的各種自定義行為， 從而可以直接地進行多元化、多層次的教學展示。使得本發(fā)明的應用場合可以適應日新月 異的教育教學革新，和復雜的多變的教學內(nèi)容。傳統(tǒng)的地理教具相比，本發(fā)明無疑在外形、 可操作性、展示效果、經(jīng)濟成本等各方面均占有優(yōu)勢，并且更能夠吸引學生。產(chǎn)品價格的低 廉以及較高的可移植性、可復用性以及可編程性使得同一產(chǎn)品可以通過再編程達到適應多 次、不同教學需求的目的。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)構成示意圖； 圖2為本發(fā)明的多功能三維立體地球儀內(nèi)部結構示意圖；
圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)各模塊工作示意具體實施例方式
下面根據(jù)圖1-圖3給出本發(fā)明一個較好實施例并予以詳細描述，以便更好地說明 本發(fā)明而不是用來限制本發(fā)明的范圍。 如圖1所示，本發(fā)明包括順次連接的顯示屏4、 PC5及以有線或無線方式連接的多 功能三維立體地球儀1和時間軸控制器3。多功能三維立體地球儀1以氣懸浮或者磁懸浮 或者直接接觸的方式放置在底座6上。本實施例中多功能三維立體地球儀1的外殼以一 普通地球儀為外殼，光源2用來模擬太陽光，并可以照亮半個地球，用以演示地球的晝夜交 替。底座6上安裝時間軸控制器3，用手指在時間軸控制器3上滑動，可以用來改變PC5中 預存儲的地理時間信息。時間軸控制器3將手指的滑動數(shù)據(jù)通過有線或無線方式送給PC 機5。 當觀眾旋轉(zhuǎn)、觸摸、拍擊多功能三維立體地球儀1時，多功能三維立體地球儀1會
4將其旋轉(zhuǎn)位置數(shù)據(jù)、觸摸位置及方向數(shù)據(jù)和拍擊的次數(shù)以有線或無線方式送給PC5，然后在 PC5中調(diào)用相關的軟件，產(chǎn)生與用戶操作相對應的自定義動作，并結合預存儲的多媒體地理 信息，通過有線或無線方式傳送給投影屏4或者顯示器顯示出來。 參照圖2，顯示的是多功能三維立體地球儀1的內(nèi)部結構示意圖。在塑料地球儀外 殼內(nèi)，裝入一根工程塑料制成的圓柱體36，或者其他能將主體模塊固定在多功能三維立體 地球儀l內(nèi)部的裝置。圓柱體36即作為傳感器模塊30、31，開關模塊32、電池模塊33、單片 機模塊34、無線收/發(fā)模塊35等模塊的固定載體。 傳感器模塊30、31由疊放的三軸地磁傳感器和三軸加速度傳感器構成，放置在圓 柱體36的中部或其他位置，用于獲得多功能三維立體地球儀1旋轉(zhuǎn)位置的實時數(shù)據(jù)及用戶 拍擊時的次數(shù)信息。觸摸模塊37由多個電容式觸摸傳感器或者其他本領域所熟知的能夠 感知觸摸和點擊的傳感器構成，并密布于多功能三維立體地球儀1的內(nèi)表面，用于獲得用 戶對多功能三維立體地球儀1表面已定義區(qū)域的點擊動作，并可以獲得雙手在球表面的撫 摸移動等多種可觸發(fā)觸摸模塊37的自定義動作信息。 結合圖3，將詳細描述多功能三維立體地球儀1內(nèi)部各模塊之間以及外部各系統(tǒng) 模塊的連接關系。 在多功能三維立體地球儀1內(nèi)部，電池模塊33通過開關模塊32給整個電路供電。 觸摸模塊37和傳感器模塊30，31將采集到的用戶操作信息送給單片機模塊34，再通過無線 收/發(fā)模塊35將信息送給PC5. 時間軸控制器3和多功能三維立體地球儀1的數(shù)據(jù)均通過有線或無線方式發(fā)送給 PC5后，在PC5中產(chǎn)生相應的自定義操作，并調(diào)用相關地理多媒體信息，通過有線或無線方 式發(fā)送給投影屏4，并顯示出來。
權利要求
一種互動教具及其構建方法，包括順次連接的投影屏或顯示器、存儲有多媒體地理信息的PC機，其特征在于，有以有線或無線連接所述PC機的時間軸控制器，可以將用戶在所述時間軸控制器表面滑動的信號以有線或無線方式送給PC機；還有以有線或無線連接所述PC機的一多功能三維立體地球儀，所述多功能三維立體地球儀可繞任何軸轉(zhuǎn)動，所述多功能三維立體地球儀表面布設世界地理圖形，所述多功能三維立體地球儀具有感測轉(zhuǎn)動、觸摸和拍擊的功能，并通過有線或無線方式將轉(zhuǎn)動、觸摸和拍擊的數(shù)據(jù)送給所述PC機，所述多功能三維立體地球儀中心設置疊置的傳感器模塊，以及在所述多功能三維立體地球儀內(nèi)設置以電路聯(lián)結的觸摸模塊、開關模塊、電池模塊、單片機模塊；所述PC機預存儲地理多媒體信息，并以有線或無線方式接收所述多功能三維立體地球儀和所述時間軸控制器的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生相應的預定義操作，并調(diào)用預存儲的多媒體地理信息；所述投影屏或顯示器，通過有線或無線方式接收所述PC機調(diào)用的多媒體信息和預定義操作，并顯示。
2. 按照權利要求1所述的地理教具，其特征在于，在所述傳感器模塊由所述多功能三 維立體地球儀中心固定的一用于采集重力加速度若干分量的三軸加速度傳感器及一用于 采集地磁場若干分量的三軸地磁傳感器疊置而成，通過所述三軸加速度傳感器和所述三軸 地磁傳感器，檢測所述多功能三維立體地球儀的旋轉(zhuǎn)位置信息和拍擊次數(shù)信息。
3. 按照權利要求1所述的地理教具，其特征在于，在所述多功能三維立體地球儀的內(nèi) 表面密布所述觸摸模塊，用以檢測所述多功能三維立體地球儀的觸摸信息和手指滑動信 息。所述觸摸模塊和所述傳感器模塊通過有線方式將數(shù)據(jù)送給所述單片機模塊進行處理； 所述電池模塊通過有線方式經(jīng)過所述開關模塊連接至所述單片機模塊，給系統(tǒng)供電；
4. 一種互動教具的構建方法，采用上述任一項所述互動教具，其特征在于，包括以下步驟Sl建立所述多功能三維立體地球儀，外殼為一普通地球儀，內(nèi)部安裝了以電路聯(lián)結的 所述傳感器模塊、所述觸摸模塊、所述開關模塊、所述電池模塊和所述單片機模塊；以及用 來同所述PC機進行數(shù)據(jù)傳遞的有線或無線模塊。S2建立一底座，底座上安置所述時間軸控制器，所述時間軸控制器的數(shù)據(jù)和所述多功 能三維立體地球儀的數(shù)據(jù)均通過有線或無線方式放送給所述PC機中進行計算處理。S3所述PC機預存儲地理多媒體信息，并以有線或無線方式接收所述多功能三維立體 地球儀和所述時間軸控制器的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生相應的預定義操作，并調(diào)用預存儲的多媒體地理 信息S4建立所述投影屏或顯示器，通過有線或無線方式接收所述PC機調(diào)用的多媒體信息 和預定義操作，并顯示。
全文摘要
一種互動教具及其構建方法，涉及教育教學用具領域，為中小學地理教學提供一種新穎的教學用戶。其主要包括順次連接的投影屏或顯示器、存儲有多媒體地理信息的PC機以及以有線或無線連接所述PC機的多功能三維立體地球儀和時間軸控制器。通過旋轉(zhuǎn)三維立體地球儀，可以在投影顯示畫面中進行目標地理位置選擇；通過光照和地球自轉(zhuǎn)的配合，可以進行晝夜交替的演示；通過時間軸的拖動，可以進行年代和時間的選擇；通過球體表面的觸摸和滑動，可以進行地圖的放大、縮小及地球黃赤交角、時區(qū)換算等基本地理知識的展示。通過這種互動的展示方式，可以更為生動有趣地介紹地理知識，增進學生的學習和理解，提高學生的學習興趣和熱情的目的。
文檔編號G09B5/00GK101789189SQ20101012990
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月22日 優(yōu)先權日2010年3月22日
發(fā)明者封華, 曾祥宇, 李健喆, 王恩, 章錦晶 申請人:上海復翔信息科技有限公司