Электронное развивающе-тестирующее средство «Поиск девятого» для занятий с детьми

Учебные устройства и приборы с электроприводом, снабженные вопросами и ответами - в которых обучающийся выбирает ответ на поставленный вопрос из набора ответов.
Полезная модель относится к области устройств вспомогательного учебного оборудования, а именно развивающе-тестирующего средства для эффективного проведения развивающих занятий с детьми, посвященных формированию развития внимания, логического мышления, мелкой моторики, координации движений, тренировки памяти для детей дошкольного и младшего школьного возраста.
Широко известно в области развивающих средств для детей применение бумажных сборников заданий, рабочих тетрадей. Одним из широко применяемых заданий является «Поиск девятого». Данное задание является наиболее эффективным средством для развития интеллектуальной деятельности. Основано на анализе закономерности расположения элементов таблицы, которая содержит 9 ячеек, одна из которых пустая. Ребенок должен проанализировать все ячейки в горизонтальном, вертикальном и диагональном положении, и выбрать отсутствующий элемент, в соответствии с логикой из имеющихся в других ячейках. При этом ребенок должен нарисовать данный элемент в свободной ячейке. Педагог оценивает правильность выбора ответа ребенка.
Это описано в книгах:
1. Гаврина С.Е., Кутявина Н.Л., Топоркова И.Г., Щербинина С.В. Тренажер: внимание, память, мышление, Издание для развивающего обучения, Москва, «РОСМЭН», 2016 , стр. 30;
2. А.И. Савенков, Н.И. Савенкова, Как найти закономерность? Развивающая тетрадь для детей дошкольного и младшего школьного возраста. - М.: Педагогическое общество России, 2000 , стр. 20;
3. Большая книга логических игр и головоломок для малышей / В.Г. Дмитриева.  Москва: Издательство АСТ, 2016, стр. 21.
Общим недостатком подобных бумажных изданий является:
1. невозможность проверки правильности выполнения задания детьми при самостоятельной работе;
2. наличие на листах данных бумажных изданий заданий других типов, которые являются отвлекающим фактором при выполнении задания ребенком;
3. отсутствие возможности многократного использования бумажного рабочего материала, так как после выполнения ребенком задания, остается нарисованное изображение в пустой ячейке;
4. количество в бумажных изданиях рабочего материала недостаточно для проведения развивающих занятий с детьми, с учетом последовательности, сложности и тематического содержания;
5. низкий интерес к занятиям с бумажными изданиями из-за отсутствия интерактивности.
Известно «Устройство-тренажер для занятий по восстановлению интеллектуальной деятельности у больных неврологической клиники методом анализа элементов таблицы», в котором предложены решения для устранения вышеперечисленных недостатков. Положительными сторонами являются:
1. многократное использование карточек-заданий, достигнутое применением наклеиваемых бумажных стикеров в пустую ячейку карточки-задания. На этом стикере испытуемый рисует изображение отсутствующего элемента в соответствии с логикой решения задачи. Использованный стикер затем легко удаляется без оставления следов;
2. осуществлена систематизация заданий по содержанию и степени сложности в виде сменных карточек-заданий;
3. после выполнения задания испытуемый может сравнить нарисованное им изображение с изображением в закрытой ячейке под стикером;
4. наблюдается повышение интереса испытуемых к проводимым занятиям за счет того, что работа осуществляется с устройством, вносящим в процесс занятия элемент новизны по сравнению с использованием традиционных печатных тренажеров.
Однако данное устройство имеет недостатки:
1. карточки-задания заранее подготавливаются специалистами: на выбранные ячейки наклеивают закрывающие изображение стикеры и в ходе занятия устанавливают на устройство. Занятие ведется преимущественно с участием специалиста. В случае работы с детьми на развивающих занятиях требуется наряду выполнения заданий с педагогом так же и самостоятельные выполнения заданий;
2. относительно большое время для подготовки устройства-тренажера и карточек к занятию;
3. недостаточная степень интерактивности при проверке правильности выполнения заданий заключается в том, что при отклеивании стикера испытуемый сразу видит результат, а это в свою очередь исключает возможность поиска логического решения в случае многовариантности решения. Такая карточка требует замены;
4. в случае использования данного устройства для занятий с детьми, возможно подсматривание правильного ответа детьми с целью верного выполнения задания.
Известны документы CN 102629424 A, 08.08.2012, CN 2234103 Y, 28.08.1996, CN 1661646 A, 31.08.2005. Положительными сторонами, описанными в данных документах устройств, являются:
1. многократное использование бумажных карточек-заданий;
2. минимальное время подготовки к работе;
3. обеспечение возможности самостоятельной работы испытуемых с устройством без присутствия педагога;
4. интерактивность при выполнении заданий.
Общим для описанных устройств в документах CN 102629424 A, 08.08.2012, CN 2234103 Y, 28.08.1996, CN 1661646 A, 31.08.2005 является способ кодирования правильного ответа на карточках в виде графических изображений или штрих-кодом. Однако  данный способ кодирования и оптического считывания имеет следующие недостатки:
1. элементы кодирования в процессе использования могут быть повреждены (механически либо графически). В этом случае невозможно правильное считывание электронной составляющей кода варианта правильного ответа;
2. при самостоятельной работе ребенок может угадать правильный ответ по расположению и комбинации оптических изображений, штрих-кода.
Известен документ KR 20090054883 А, 01.06.2009, в котором описано устройство, положительными сторонами которого являются:
1. минимальное время подготовки к работе;
2. интерактивность при выполнении заданий;
3. обеспечение возможности самостоятельной работы испытуемых с устройством без присутствия педагога.
Особенностью функционирования данного устройства является наличие «RFID-ключа задания», который определяет выбор из памяти устройства необходимого задания (либо нескольких заданий) в соответствии с возрастом ребёнка и дидактической задачи с отображением информации на графическом дисплее. При этом бумажный носитель отсутствует.
Однако данное устройство имеет недостатки:
1. отсутствие бумажных носителей (карточек) затрудняет правильное восприятие заданий у детей из-за особенностей электронных устройств отображения информации;
2. последовательность выполнения заданий определяется   «RFID-ключом задания», педагогу невозможно оперативно внести изменения в последовательность и количество выполняемых заданий;
3. усложняется возможность быстрого просмотра заданий перед началом обучения педагогом;
4. большая сложность создания отдельных или группы заданий самим педагогом. В случае бумажных карточек это может сделать любой педагог.
С целью преодоления недостатков вышеперечисленных печатных тренажеров и электронных устройств было разработано «Электронное развивающе-тестирующее средство для занятий с детьми».
Задачами, на решение которых направлено заявляемое техническое решение, являются:
1. взаимодействие развивающе-тестирующего средства с готовыми бумажными носителями в виде карточек-заданий;
2. многократное использование карточек-заданий;
3. обеспечение возможности самостоятельной работы испытуемых с развивающе-тестирующим средством без присутствия педагога;
4. интерактивность при выполнении заданий;
5. минимальное время подготовки к работе;
6. испытуемый не может заранее увидеть или предугадать правильный ответ.
Технический результат данной полезной модели достигается тем, что она содержит диэлектрический корпус, верхняя поверхность которого взаимодействует с карточкой-заданием посредством RFID-метки, в нижней части на лицевой стороне корпуса установлены шесть тактовых кнопок выбора правильного ответа, с правой стороны от тактовых кнопок находятся два индикаторных светодиода красного и зеленого цвета для отображения результата, в нижней правой боковой части расположен выключатель, а также внутри корпуса смонтировано микроконтроллерное устройство, RFID-модуль, батарейный отсек на 3 элемента питания типа АА.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:
Фиг.1. Верхняя лицевая панель корпуса с расположением элементов развивающе-тестирующего средства для занятий с детьми, где: 1 – корпус из диэлектрического материала; 2 - ограничительные бортики; 3 – батарейный отсек на 3 элемента питания типа АА; 4 – повышающий преобразователь постоянного напряжения; 5 – RFID-модуль; 6 - микроконтроллерная платформа ARDUINO; 7,8,9,10,11,12 – кнопки выбора варианта ответа; 13 –индикатор правильного ответа; 14 – индикатор неправильного ответа; 15 – выключатель питания; 16 – гнездо внешнего источника питания.
Фиг.2. Структурная электрическая схема развивающе-тестирующего средства для занятий с детьми, где: батарея – батарея питания из трех солевых элементов типа АА, с общим напряжение 4,5В; повышающий преобразователь с ограничением до 9 В; ARDUINO – микроконтроллерная платформа; RFID – модуль радиочастотной идентификации; SA1 – выключатель электрического питания; Х1 – гнездо внешнего электрического питания; S – размыкающий контакт гнезда питания; SB1-SB6 – кнопки выбора вариантов ответа; HL1 – светодиод красного цвета; HL2 - светодиод зеленого цвета; R1, R2 – резисторы ограничения тока светодиодов.
Предлагаемое развивающе-тестирующее средство (см. фиг. 1) состоит из диэлектрического корпуса (1) прямоугольной формы 230х160, толщиной 40 мм, по периметру, кроме верхней стороны имеются ограничительные бортики (2) высотой 5 мм, которые образуют на верхней панели корпуса (1) полость, размеры которой соответствуют размеру печатного листа формата А5, а ее глубина равна высоте ограничительных бортиков (2).
В нижней части на лицевой стороне корпуса (1) установлены шесть кнопок выбора варианта ответа (7, 8, 9, 10, 11, 12), с правой стороны от кнопок находятся два индикаторных светодиода красного (14) и зеленого цвета (13) для отображения результата, в нижней правой боковой части расположен выключатель питания (15) , ниже выключателя на правой боковой панели находится гнездо внешнего источника питания (16). К внутренней стороне лицевой панели корпуса прикреплен батарейный отсек на 3 элемента питания типа АА (3), повышающий преобразователь постоянного напряжения (4), RFID-модуль (5), микроконтроллерная платформа ARDUINO (6).
Работает «Электронное развивающе-тестирующее средство для занятий с детьми» следующим образом:
Перед началом использования необходимо установить элементы питания в батарейный отсек на три элемента питания типа АА (3). Для этого необходимо открутить два винта на нижней боковой стенке, снять закрывающую планку, выдвинуть на себя батарейный отсек и установить три элемента питания типа АА, соблюдая указанную полярность. Для проверки исправности элементов, нужно перевести клавишу выключателя в положение «включено». При исправности батареи происходит кратковременное вспыхивание светодиодов (13, 14 на фиг.1). Установку элементов питания осуществляет педагог. На данном этапе развивающе-тестирующее средство готово к использованию. Если средство используется под наблюдением взрослых (педагога или родителей), то возможно использование внешнего блока питания с напряжение 7-12В.
Для проведения развивающих занятий подбирается набор карточек-заданий в соответствии с тематикой и возрастом обучающегося. Наложением карточки-задания на лицевую панель развивающе-тестирующего средства осуществляется установка в рабочее положение. При этом происходит считывание кодовой информации RFID-модулем развивающе-тестирующего средства с RFID-метки карточки-задания. Поле выбора правильного ответа карточки-задания должно находиться над кнопками выбора правильного ответа (7, 8, 9, 10, 11, 12). При правильной установке на секунду вспыхивают светодиоды (13, 14). Это служит сигналом готовности к выполнению задания. Поле задание состоит из девяти ячеек, одна из которых всегда пустая. В остальных находятся изображения, отличающиеся друг от друга определенными признаками: цветом, формой, расположением элементов и т.п. Ребенок должен проанализировать поле задания по строчкам и столбцам и вывести закономерность расположения изображений в ячейках. Исходя из этого, ребенок определяет недостающее изображение в пустой ячейке. Из поля ответов выбирает изображение, которое должно быть в пустой ячейке. Ребенок нажимает на выбранное изображение до ощутимого щелчка. При правильном выборе на пять секунд вспыхивает зеленый светодиод, при неправильном выборе на пять секунд вспыхивает красный светодиод. После этого развивающе-тестирующее средство переходит в режим готовности и ожидает нажатия кнопки выбора ответа. Можно повторить выбор правильного решения или заменить карточку-задание. После выполнения всех заданий необходимо выключатель перевести в положение «выключено».