CN101958058A

CN101958058A - 一种数字化课堂教学***

Info

Publication number: CN101958058A
Application number: CN 201010260121
Authority: CN
Inventors: 刘三女牙; 陈增照; 杨宗凯
Original assignee: Huazhong Normal University
Current assignee: Huazhong Normal University
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: CN101958058B

Abstract

本发明涉及信息技术在教育领域的应用，尤其是一种数字化课堂教学***。本发明创造性地通过电子双板***来搭建数字化课堂教学***的基础框架，以解决现有的电子白板的展示区域过小的缺点。电子双板***由电子输入展示装置、控制处理装置、投影装置这三块组成：电子输入展示装置负责接收用户的输入信息，并进行资源展示，它由两块电子白板组成；控制处理装置由电子白板控制模块，一台主机以及其他软硬件设备组成，这部分负责对电子白板的定位，通信管理；投影装置由双接口显卡(接在主机上)和两台投影仪组成，作用是将画面信息以合适的效果投影到白板上。这里也可以利用单显卡配合专门设备实现单画面向双画面的投影。

Description

一种数字化课堂教学***

技术领域

本发明涉及信息技术在教育领域的应用，尤其是一种数字化课堂教学***。

背景技术

无论基础教育，还是高等教育，教室是老师教学、学生学习和师生交流的主要场所，从技术发展的角度来看，到目前为止教室大致经历了两个CLASSROOM0.0和CLASSROOM1.0两个阶段，即传统的教室和多媒体教室。

传统教室即传统意义上的黑板加课桌的教室。在这个阶段，教师在课前备好课，上课的时候在黑板上板书，辅以教具进行特定内容的展示。它的优点在于教师能够通过板书较好地向学生展示问题的推导过程，引导学生的思维，同时在书写时可以保证教学内容的连贯性；缺点在于如信息容量小、表现手段单一、粉尘污染严重等。

在CLASSROOM1.0阶段，课堂教学方式相比CLASSROOM0.0阶段发生了巨大的改变，教师正在逐渐习惯基于鼠标键盘的人机交互方式，通过MSOffice、多媒体播放器等软件来在课堂中进行教学内容的展示。这样的教学方式可以使抽象的知识变得直观形象，同时大大节省了教师授课时的板书时间，增加了课堂教学的信息容量，提高了教学效率。多媒体教室的使用也避免了粉尘污染。电子白板的出现为多媒体教室提供了新型的人机交互方式。并在一定程度上将板书活动重新带回了课堂。

当前多媒体教室存在的缺点即(1)无法将多媒体展示功能与板书活动较好地结合，教学活动中缺乏过程推导，操作方式缺乏连贯性；(2)软件功能并不适用于教学，教学资源的展示方式缺乏前后对照，无法保证学生思维的连续性；(3)多媒体设备分散独立，操作方式复杂繁琐。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的搭建数字化课堂教学***的硬件基础框架等的技术问题，提供了一种利用现有的电子白板技术，通过实现白板间相互通信，从而一方面将传统多媒体教室中基于鼠标键盘的人机交互方式转化成“类板书”的人机交互方式，另一方面保证了***能够具有足够大的信息展示空间的一种数字化课堂教学***。

本发明主要是解决现有技术所存在无法将多媒体展示功能与板书活动较好地结合，教学活动中缺乏过程推导，操作方式缺乏连贯性；软件功能并不适用于教学，教学资源的展示方式缺乏前后对照，无法保证学生思维的连续性；多媒体设备分散独立，操作方式复杂繁琐等的技术问题，提供了一种创建教学软件平台即开发适用于教学的功能模块，并将其整合入一个整体的软件框架。软件平台配合硬件框架，从而解决之前所述的多媒体教室存在的缺点。

本发明再有一目的是配合教学软件平台，建立适用于课堂教学活动的教学平台使用方式。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种数字化课堂教学***，其特征在于，包括：依次连接的电子输入展示装置、控制处理装置以及投影装置；其中，

电子输入展示装置：至少由一块电子白板组成，用于用户进行软件操作或书写教学内容；

控制处理装置：用于将上述用户进行的软件操作或书写的教学内容进行处理，并将处理结果转换为信号发送至投影装置上；

投影装置：用于接收由控制处理装置传送的信号并输出影像到上述电子白板上。

本发明创造性地通过电子双板***来搭建数字化课堂教学***的基础框架，以解决现有的电子白板的展示区域过小的缺点。电子双板***由电子输入展示装置、控制处理装置、投影装置这三块组成：电子输入展示装置负责接收用户的输入信息，并进行资源展示，它由两块电子白板组成；控制处理装置由电子白板控制模块，一台主机以及其他软硬件设备组成，这部分负责对电子白板的定位，通信管理；投影装置由双接口显卡(接在主机上)和两台投影仪组成，作用是将画面信息以合适的效果投影到白板上。这里也可以利用单显卡配合专门设备实现单画面向双画面的投影。

在上述的一种数字化课堂教学***，所述的控制处理装置包括控制上述电子白板的电子白板控制模块以及与与所述电子白板控制模块相连的主机。

在上述的一种数字化课堂教学***，所述的电子白板控制模块的具体操作步骤如下：

步骤201：电子输入展示装置的初始化，具体包括两块电子白板与主机的连接以及电子输入展示装置的坐标定位；

步骤202：电子白板控制模块不断循环监听两块电子白板对应的端口；

步骤203：一旦电子白板的感应区域中产生了点击事件，电子白板立即将发生事件的白板坐标X0，Y0发送至电子白板控制模块，电子白板控制模块接收到X0，Y0，并通过接收消息的端口确定产生事件的电子白板的ID号K；

步骤204：电子白板控制模块利用X0，Y0，K，并根据操作***窗口的大小进行白板坐标向操作***窗口坐标的映射计算，最终得出对应的***窗口坐标X1，Y1；

步骤205：电子白板控制模块将白板中的事件转化成发生在X1，Y1的***鼠标事件，控制处理装置对此事件进行响应处理；

步骤206：响应完毕后，投影装置将结果画面进行二分处理并将影像投射到电子输入展示装置上。

在上述的一种数字化课堂教学***，所述的控制处理装置还包括一个与上述主机相连的用户平台调用模块。

在上述的一种数字化课堂教学***，所述的用户平台调用模块包括依次相连的窗口工厂单元以及窗口管理单元；其中，

窗口工厂单元：用于创建以及销毁具有具体功能的子窗口；

窗口管理单元：用于管理所创建的各种子窗口。

在上述的一种数字化课堂教学***，所述的窗口工厂单元包括依次相连的通用功能窗口子单元、教学软件接口子单元以及交互窗口子单元；其中，

通用功能窗口子单元：用于调用用户常用的第三方软件功能；

教学软件接口子单元：用于兼容特定学科的教学软件；

交互窗口子单元：用于配合外部设备的配接使用。

在上述的一种数字化课堂教学***，所述的用户常用的第三方软件包括OFFICE、PDF、Web浏览器以及多媒体播放器，所述的特定学科的教学软件包括数学辅助教学软件以及物理实验模拟引擎。

在上述的一种数字化课堂教学***，所述的软件白板模块包括依次连接的白板书写单元以及书写痕迹保留单元；其中，

白板书写单元：用于在全局的软件白板书写或者在每一个功能子窗口上进行书写；

书写痕迹保留单元：用于保存书写的内容，并根据用户需要时调用已经保存的书写内容。

在上述的一种数字化课堂教学***，所述的窗口管理单元包括依次相连的序列管理子单元、窗口通信管理子单元以及窗口布局管理子单元；其中，

序列管理子单元：用于教学序列资源包中XML文档的解析，资源文件的定位，以及资源包的创建和保存；

窗口通信管理子单元：用于窗口工厂单元所创建的子窗口之间的通信，以及子窗口与外部设备的通信；

窗口布局管理子单元：用于管理当前运行的子窗口的位置，以及大小。

在上述的一种数字化课堂教学***，所述的电子白板采用压感式或者红外式，所述的投影装置采用投影仪。

因此，本发明具有如下优点：1.实现了“随时可写，随处可写”的效果，保证了教师能够在教学活动中随时进行过程推导，同时也保证了操作方式的连贯性；2.将课堂中常用的多媒体功能通过模块化的形式整合入软件框架，并且人机交互方式采用统一的窗口模板，这样大大降低了教师的工作量；3.将当前教学中常用的通用软件以及面向学科的教学软件均整合入框架提供了统一的教学资源呈现方式，并且提供了标准的导入导出格式。

附图说明

附图1是本发明的部署示意图(以前投为例)；

附图2是本发明双画面操作的实现流程；

附图3是课堂教学序列的格式标准示例；

附图4是用户平台调用模块的功能架构图；

附图5是用户平台调用模块的展示示例；

图中，电子输入展示装置中的输入展示区域101、主机102，投影装置103。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

首先需要说明的是：在本实施例中，电子白板采用两块相互连接组成一个电子双板***，该***由输入展示区域(对应前述的电子输入展示装置)、控制处理部分(为前述控制处理装置的一部分)、画面处理部分(对应前述的投影装置)这三块组成：输入展示区域负责接收用户的输入信息，并进行资源展示，它由两块电子白板组成；控制处理部分由电子白板控制模块，一台主机以及其他软硬件设备组成，这部分负责对电子白板的定位，通信管理；画面处理部分由双接口显卡(接在电脑主机上)和两台投影仪组成，作用是将画面信息以合适的效果投影到输入展示区域上。这里也可以利用单显卡配合专门设备实现单画面向双画面的投影。

在本实施例中，并不局限于采用两块白板，按照本发明的技术方案，更可以采用3块甚至更多的电子白板组成电子白板***来实施教学，在本实施例中，是以两块白板相连接作为范例说明。

一种数字化课堂教学***，包括：电子双板***和用户调用平台模块。其中：课堂教学***的电子输入展示装置由电子双板***的电子输入展示区域构成：包括两块电子白板，用于用户进行操作或书写教学内容；电子白板的类型无特殊要求，教学***的控制处理装置由电子双板***的控制处理部分和用户平台调用模块构成：用于将上述用户进行的操作或书写的教学内容处理后转换为信号发送至投影装置上；投影装置由电子双板***的画面处理部分构成：用于接收由控制处理装置传送的信号并输出影像到上述输入展示装置上。

如图4所示，在本实施例中，用户平台调用模块包括：一窗口工厂单元：用于创建以及销毁具有具体功能的子窗口；一窗口管理单元：用于管理所创建的各种子窗口；

窗口工厂单元包括一通用功能窗口子单元：用于调用用户常用的第三方软件以及如软件白板这样的教学常用功能，用户常用的第三方软件包括OFFICE、PDF、Web浏览器以及多媒体播放器，所述的特定学科的教学软件包括数学辅助教学软件以及物理实验模拟引擎；一教学软件接口子单元：用于兼容特定学科的教学软件；一交互窗口子单元：用于配合外部设备的配接使用；一窗口管理单元：用于管理所创建的各种子窗口；

窗口管理单元包括：一序列管理子单元：用于教学序列资源包中XML文档的解析，资源文件的定位，以及资源包的创建和保存；一窗口通信管理子单元：用于用于窗口工厂单元所创建的子窗口之间的通信，以及子窗口与外部设备的通信；一窗口布局管理子单元：用于管理当前运行的子窗口的位置，以及大小。

下面具体说明本发明的实施方案：

第一个方面要解决的技术问题是如何扩展电子白板的展示区域，这个问题通过电子双板***来解决。电子双板***指的是由电子白板、主机、投影设备组成的一套设备***，它由电子输入展示区域、控制处理部分、画面处理部分这三块组成：电子输入展示区域负责接收用户的输入信息，并进行资源展示，它由两块电子白板组成；控制处理部分负责对电子白板的定位，通信管理；画面处理部分的作用是将画面信息以合适的效果投影到输入展示区域上。电子双板***的具体实现方案如下：

输入展示区域的部署：输入展示区域由两块同型号电子白板组成。这里对电子白板的类型并没有特殊要求，压感式或者红外式均可。

输入展示区域的定位：构成输入展示区域的两块电子白板由控制处理部分统一管理。每一块电子白板都被分配一个ID，当用户通过白板输入信息时，控制处理部分接收发送信息的白板的ID以及相关位置坐标，并通过这些信息进行白板坐标与操作***窗口坐标之间的映射并进行相应处理。

画面处理部分的部署：显示部分由双接口显卡和两台投影机组成，其中双接口显卡的作用是将控制处理部分处理完输入信息后的结果画面分成两部分(也可以采用单显卡配合专门分屏设备来实现)，每一部分分别传给一台投影机。然后每台投影机将画面投影到对应一块电子白板上。显示部分对投影设备的类型无特殊要求，背投或者前投均可。

如图1所示，软件白板模块通过调用操作***API实现，这样就解决了当前白板应用软件无统一标准的问题，并且通过操作***API实现的软件白板也具有较强的兼容性。软件白板模块主要包括两大功能单元，一是白板书写单元，二是书写痕迹保留单元。其中白板书写单元包含两项功能，其一是全局的白板书写功能，即软件提供白板书写区域，用户可在上面进行书写。而另一项功能是对于每一个功能子窗口用户均可以自由地在上面书写；书写痕迹保留单元指的是当用户板书完毕后，随时可以将书写的内容保存起来，并再需要时重新展示。

在实施例中，电子白板控制模块的控制电子白板的具体操作步骤如下：

步骤201：电子双板***输入展示区域的初始化，具体包括两块电子白板与主机的连接以及输入展示区域的坐标定位；

步骤205：电子白板控制模块将白板中的事件转化成发生在X1，Y1的***鼠标事件，用户平台调用模块对此事件进行响应处理；

步骤206：响应完毕后，电子双板***的显示部分将结果画面进行二分处理并将影像投射到电子输入展示区域上。

第二个方面主要解决两个问题，第一个是将分散独立的多媒体软件集成进一个软件框架，并赋以较统一的操作方式；通过用户平台调用模块来进行统一的操作，第二个是以电子双板***为硬件基础，在软件层面进一步增强课堂教学中展示与板书活动的融合度。解决这一问题分两步：首先针对不同的多媒体功能建立统一形式的功能模块，每一个功能模块通过窗口的形式和用户进行交互；然后建立整体框架，并通过调用功能模块来在框架中实现各种不同的多媒体功能。具体方案如下：

一、功能模块窗口单元的定制。窗口模板定义了一个统一的操作方式，这样用户就不需要专门学习不同功能软件的操作方式了。

二、具体功能的实现。单元通过调用底层插件或操作***API，来实现不同的教学功能，并通过继承窗口模板来进行效果展示和人机交互。用户平台调用模块的单元分为三大类：

B1.通用功能窗口子单元：对应PPT展示、视音频文件播放、软件白板、视频捕捉等在教学中常用的功能建立相应的功能模块。

B2.教学软件接口子单元：现阶段有许多针对专门学科的教学软件(如超级画板等)，对应着这些软件也拥有大量优秀的教学资源，因此平台也提供了面向这些专门教学软件的接口。

B3.交互窗口子单元。这类窗口负责与无限手写板、Clicker、平板电脑等外部硬件交互设备进行通信。

三、整体软件平台框架的搭建。平台框架的作用来对多媒体功能模块进行管理。用户可以通过平台框架方便地创建，调用，销毁功能窗口，从而进一步简化了在教学中使用多媒体功能的操作。同时平台框架能够对窗口布局以及窗口之间的通信进行管理，这样能够更好地配合电子双板***来进行教学资源的展示，批注，板书等操作。

如图5所示，用户平台调用模块设置在主机上。其中工具栏摆放一些基本功能键如，创建，打开，保存，退出等，序列列表则负责展示导入的教学序列的环节流程。图中平台软件打开了两个功能子窗口，并通过电子双板***的显示设备投射到输入展示区域上，这两个窗口之间可以发生交互，其具体流程如下：

用户点击输入展示区域中左边的电子白板，电子白板将点击事件的信息发送至电子白板控制模块。

控制处理装置通过坐标换算，确定点击发生在功能窗口1的区域中，并将具体的窗口坐标以及点击的方式(如单击，双击，等)发送给用户平台调用模块。

若是功能窗口1向功能窗口2发送消息，则用户平台调用模块调用窗口通信管理模块将消息发送至功能窗口2，功能窗口2对消息进行处理。

投影装置将处理完毕后的结果画面投射到电子双板***的输入展示区域上。

在附图3中，301为教学序列中一个具体环节的保存格式，每一个教学序列具有若干个环节组成，环节中的资源1和资源2为该环节中包含的教学素材的索引，软件平台能够通过读取索引中的信息找到对应的资源并将其展示。302为一个具体教学序列的示例。

第三个方面要解决的问题是：

A.在教学软件平台所提供的框架的基础上，建立适用于课堂教学活动的教学平台使用方式。涉及到本实施例的具体工作单元的工作流程如下：

基于电子双板***的双轨教学方式：充分利用电子双板***的两块电子白板，在讲授知识点的同时向学生呈现两个教学资源，具体流程为：

教师确定需要同时展示的两个教学资源，窗口工厂单元内的通用功能窗口子单元、教学软件接口子单元以及交互窗口子单元根据教学资源的类型分别创建对应的功能窗口，并在窗口中呈现资源。

在授课时教师可以根据需要通过窗口布局管理子单元对功能窗口进行布局设置(默认两个窗口各占一半，即各占一个电子白板区域，教师也可选择交换两个窗口的位置，或者设置某一窗口占较大区域而另一窗口占较小区域)。

某些特定的双资源展示需要资源与资源之间建立关联，这时候需调用窗口通信管理子单元来负责功能窗口之间的通信。

资源使用完毕后，窗口工厂单元销毁所创建的功能窗口。

具体来说基于电子双板***的双轨教学方式有三种形式：

1.双资源展示。指的是在讲授某个内容时，教师可以在双板上同时展示两个功能窗口(比如一个放ppt另一个是视频文件)。

2.n-＞n-1扩展。指的是在进行一个PPT资源展示的时候，窗口工厂创建两个Office功能窗口，其中一个为主窗口，另一个为扩展，主窗口和扩展窗口展示的是同一个ppt文件。当主窗口展现ppt的第N页时，窗口通信管理子单元会将该信息封装成消息发送给扩展窗口，扩展窗口接受到这个消息后，便自动展示ppt的第N-1页，这时候教师也可以根据需要对扩展窗口所展现的页进行手动调整，不过范围局限在ppt的1到N-1页。

展示+书写。有两种方式，一是展示+批注。用户可以直接在资源展示窗口上书写，即窗口工厂单元创建一个用于资源展示的功能窗口，同时创建一个从属于它的白板书写窗口，该白板书写窗口背景透明，且大小与坐标与功能模块子单元保持一致，这样用户在白板单元上书写时就达到了批注的效果。二是展示加板书，即窗口工厂单元同时创建一个用于资源展示的功能窗口和一个软件白板书写窗口，在资源展示的同时在白板书写窗口上板书。当资源展示完毕后，用户可以通过书写痕迹保留单元对书写的痕迹进行保留，必要的时候可以再次展示。

在这里在说明一下基于电子双板***的双轨教学方式的优点：

(1)教学活动中能利用两块足够大的展示区域分别展示不同的教学内容，达到教学资源的相互对照，从而保证学生思维的连续性并能够充分发挥双重编码理论的优势(同时以视觉(图像)形式和语言(文字)形式呈现信息能够增强记忆和识别)；(2)克服了单纯利用PPT课件教学所存在的只能顺序播放而无法进行前后对照和意义关联的弊端。(3)以两个窗口呈现教学内容。图文并茂，意义关联，促进学习者认知建构。

B.以活动为中心的课堂教学序列，在教学平台中，一次课堂教学被定义成一系列的教学活动，而每个教学活动都对应若干教学资源的呈现，即教学活动由功能窗口组成。

标准化的教学序列导出格式。平台通过XML文档将课堂教学序列中的活动，以及活动对应的资源按照统一的格式记录下来，并将文档连同资源打包。这样的资源包可以在任意一台安装有教学平台软件的电脑上运行展示，其打包的流程为：

b1.平台根据课堂教学的主题建立根节点，保存至XML文档。

b2.平台根据每一个教学环节，在根节点下创建对应的子节点，其中子节点包含：节点ID，即该节点在教学序列中所处的位置；节点名，即该节点对应的教学环节的名称；节点资源索引，即该教学环节中所需要展示的教学资源的相关信息，包括：资源名称，资源类型，资源链接等。

b3.平台将教学序列中对应的具体资源文件复制到同一文件夹，并将该文件夹连同XML文档打包。包的读取即解析资源包中的XML文档并定位具体资源的过程。

涉及到本实施例的具体工作单元的工作流程如下：

教师将教学序列资源包导入用户平台调用模块。用户平台调用模块获得对资源包的使用权限，序列管理子单元解析资源包中的文档索引，并建立可见的教学流程序列。

教师点击教学流程序列中的某一个环节。序列管理子单元确定该环节对应的教学资源，并将信息发送给窗口工厂单元，窗口工厂单元创建相应的功能窗口。

该环节讲授完毕后，教师点开下一个环节，序列管理子单元确定该环节对应的教学资源，并通知窗口工厂单元，窗口工厂单元隐藏上一环节的对应的功能窗口，并创建新的功能窗口。

教学序列使用完毕后，序列管理子单元通知窗口工厂单元销毁所有已创建的功能窗口，并释放之前存储的教学序列的相关数据(环节数，资源定位等)。用户平台调用模块释放对该资源包的使用权限。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种数字化课堂教学***，其特征在于，包括：依次连接的电子输入展示装置、控制处理装置以及投影装置；其中，

2.根据权利要求1所述的一种数字化课堂教学***，其特征在于，所述的控制处理装置包括控制上述电子白板的电子白板控制模块以及与与所述电子白板控制模块相连的主机。

3.根据权利要求1所述的一种数字化课堂教学***，其特征在于，所述的电子白板控制模块的具体操作步骤如下：

4.根据权利要求2所述的一种数字化课堂教学***，其特征在于，所述的控制处理装置还包括一个与上述主机相连的用户平台调用模块。

5.根据权利要求2所述的一种数字化课堂教学***，其特征在于，所述的用户平台调用模块包括：

一窗口工厂单元：用于创建以及销毁具有具体功能的子窗口；

一窗口管理单元：用于管理所创建的各种子窗口。

6.根据权利要求4所述的一种数字化课堂教学***，其特征在于，所述的窗口工厂单元包括：

一通用功能窗口子单元：用于调用用户常用的第三方软件；

一教学软件接口子单元：用于兼容特定学科的教学软件；

一交互窗口子单元：用于配合外部设备的配接使用。

7.根据权利要求5所述的一种数字化课堂教学***，其特征在于，所述的用户常用的第三方软件包括上述电子白板控制模块的操作程序、OFFICE、PDF、Web浏览器以及多媒体播放器，所述的特定学科的教学软件包括数学辅助教学软件以及物理实验模拟引擎。

8.根据权利要求4所述的一种数字化课堂教学***，其特征在于，所述的窗口管理单元包括：

一序列管理子单元：用于教学序列资源包中XML文档的解析，资源文件的定位，以及资源包的创建和保存；

一窗口通信管理子单元：用于用于窗口工厂单元所创建的子窗口之间的通信，以及子窗口与外部设备的通信；

一窗口布局管理子单元：用于管理当前运行的子窗口的位置，以及大小。

9.根据权利要求2所述的一种数字化课堂教学***，其特征在于，所述的电子白板控制模块包括：

一白板书写单元：用于在全局的软件白板书写或者在每一个功能子窗口上进行书写；；

一书写痕迹保留单元：用于保存书写的内容，并根据用户需要时调用已经保存的书写内容。

10.根据权利要求1所述的一种数字化课堂教学***，其特征在于，所述的电子白板采用压感式或者红外式，所述的投影装置采用投影仪。