CN106057000A - 一种基于点阵数码笔的群组教学***及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电子化教育技术领域，公开了一种基于点阵数码笔的群组教学***及其工作方法。所述群组教学***包括路由器、WiFi接入点、教师设备和若干套学生设备，其中，每套所述学生设备均包括有点阵印刷纸、点阵数码笔和电子终端，所述点阵印刷纸的上表面印刷有点阵图案层，所述点阵数码笔通过无线蓝牙方式通讯连接所述电子终端。通过点阵数码笔与无线局域网的结合，可以将点阵数码笔应用在群组教学中，并实现一对一、一对多或多对一等方式的数据传输，从而可方便在群组教学中进行书写信息的交互，利于教学工作的开展和电子化教育的发展，便于实际推广和应用。

Description

一种基于点阵数码笔的群组教学***及其工作方法
技术领域
本发明涉及电子化教育技术领域，具体地，涉及一种基于点阵数码笔的群组教学***及其工作方法。
背景技术
随着信息技术的发展，教育内容、教学手段和方法也逐步向着电子化的方向发展，公共教育服务平台及数字化校园建设已成为未来教育的发展方向。具体来说，电子化教育一方面可以节省纸质资源，减少浪费，另一方面也可以解决目前传统教育在地理、财力、师资资源等方面的局限性。由此促进在水平空间上合理的资源利用。
点阵数码笔是一种用于在纸上手动书写并在显示屏上显示书写结果的新型的书写工具，其工作原理是通过在普通纸张上印刷一层点阵图案，由处于点阵数码笔前端的高速摄像头随时捕捉笔尖的运动轨迹，同时由处于点阵数码笔尖端的压力传感器获取压力数据，然后将运动轨迹和压力数据等信息传回处于点阵数码笔内部的处理器，最终通过蓝牙或者USB线将这些信息向外传输至具有数据处理及显示能力的电子设备（例如笔记本电脑或平板电脑）。由此点阵数码笔与平板电脑常配套应用在电子化教育中，在教学过程中不但可以方便导入学生的书写笔迹，还可以锻炼学生的书法技巧；如中国专利（CN203706456U）公开了一种数码光学点阵教学***，该***包括点阵白板和相配合的点阵数码笔，点阵数码笔通过蓝牙或USB通讯模块进行数据信息传输，通过纸笔之间互动实现了教师与学生之间的互动教学；再如《化学教与学》2016 年第2 期，“点阵数码笔在化学教学中应用的实践研究”，一文中阐述了点阵数码笔在化学教学中应用的实践研究，其也是将点阵数码笔应用于互动教学中，但该点阵数码同样也是将信息通过蓝牙或USB 线向外传输。
上述专利文献及期刊文献中的点阵数码笔均是通过蓝牙或者USB线外传信息，只能实现D2D（Device-to-Device，即端对端）方式的数据传输，若将其直接应用在群组教学中，将会存在书写信息交互不畅的问题。例如在班级教学中，由于学生数量较多（通常30至50人），若每个学生都使用点阵数码笔来导入书写信息，进而完成电子课堂作业，则教师只能逐一通过D2D方式来收集学生的电子课堂作业，不但操作麻烦，而且效率也极度低下，不利于教学工作的开展。
现有技术中关于点阵数码笔的数据传输方式也有通过Wifi 接口、波段接口或者无线通信接口传输，例如中国专利CN204808235U、CN104932717A、CN 204808234U等，但其均没有公开或者教导将点阵数码笔与无线局域网结合，改变现有点阵数码笔只能实现端对端的数据传输而无法应用于一对多的群组教学***中。
发明内容
针对前述现有技术的问题，本发明提供了一种基于点阵数码笔的群组教学***及其工作方法，通过点阵数码笔与无线局域网的结合，可以将点阵数码笔应用在群组教学中，并实现一对一、一对多或多对一等方式的的数据传输，从而可方便在群组教学中进行书写信息的交互，利于教学工作的开展和电子化教育的发展，便于实际推广和应用。
本发明采用的技术方案,一方面提供了一种基于点阵数码笔的群组教学***，包括路由器、WiFi接入点、教师设备和若干套学生设备，其中，每套所述学生设备均包括有点阵印刷纸、点阵数码笔和电子终端，所述点阵印刷纸的上表面印刷有点阵图案层，所述点阵数码笔通过无线蓝牙方式通讯连接所述电子终端；所述路由器有线通讯连接所述WiFi接入点，所述WiFi接入点分别无线通讯连接各个所述电子终端，所述教师设备无线通讯连接所述WiFi接入点或者有线通讯连接所述路由器。
优化的，所述基于点阵数码笔的群组教学***还包括调制解调器和云平台服务器，其中，所述调制解调器有线通讯连接所述路由器，所述云平台服务器通过因特网络通讯连接所述调制解调器。
优化的，所述教师设备为台式电脑、平板电脑、笔记本电脑和智能手机中的任意一种；或者所述教师设备为与所述学生设备相同的设备。
优化的，所述点阵数码笔包括第一处理器、第一蓝牙无线收发器、图像传感器、红外线发光灯和压力传感器，其中，所述第一处理器和所述第一蓝牙无线收发器设置在所述点阵数码笔的笔体内部，所述图像传感器和红外线发光灯设置在所述点阵数码笔的笔体前端，所述压力传感器设置在所述点阵数码笔的笔尖处；所述第一处理器分别电连接所述第一蓝牙无线收发器、所述图像传感器、所述红外线发光灯和所述压力传感器。
进一步优化的，所述点阵数码笔还包括电连接所述第一处理器的加速度传感器。在所述图像传感器和所述红外线发光灯的前方设有红外线滤光片。所述图像传感器为CMOS图像传感器或CCD图像传感器。
优化的，所述电子终端包括第二处理器、第二蓝牙无线收发器、WiFi无线收发器、存储器、显示器和输入模块，其中，所述输入模块包括键盘和/或触摸屏；所述第二处理器分别电连接所述第二蓝牙无线收发器、所述WiFi无线收发器、所述存储器、所述显示器和所述输入模块。
优化的，所述电子终端为平板电脑、笔记本电脑和智能手机中的任意一种。
更进一步优化的，所述点阵数码笔或电子终端还包含可选择性地加密器模块，用于选择对对点阵数码笔处理运输后的数据信息包是否进行加密，所述教师设备中包含对应的解密模块。
更进一步优化的，所述教师设备中还包括将接收到的学生电子终端传来的信息数据在指定学生之间进行共享的共享模块，以便于学生之间能够相互学习和交流。例如，在一次作业收集中，教师可以将做的好的学生的作业信息数据共享给差生之间进行进行学习。
本发明采用的技术方案,另一方面提供了一种前述基于前述点阵数码笔的群组教学***的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：S101、当点阵数码笔作用在点阵印刷纸上时，生成包含点阵坐标信息、笔迹顺序信息、压力数据信息和运动速度信息的第一消息，并通过无线蓝牙方式将所述第一消息传送至对应的电子终端；S102、对应的电子终端接收所述第一消息，根据对处于所述第一消息中的点阵坐标信息、笔迹顺序信息、压力数据信息和运动速度信息的处理，获取书写信息，并生成包含所述书写信息的第二消息，然后遵照信道竞争接入机制或受控轮询接入机制将所述第二消息上传至WiFi接入点；S103、通过WiFi接入点/和无线路由器将所述第二消息以单播方式、组播方式或广播方式传送至至目标设备，所述目标设备为学生设备和/或教师设备。
进一步地，该群组教学***的工作方法还包括：S104、通过所述云平台服务器储存包含书写信息的所述第二消息或者从云平台服务器中获取历史的书写信息。进一步地，该群组教学***的工作方法还包括：S105、当S103中的目标设备为教师设备时，根据需要，将教师设备上传来的第二消息传送至指定的学生电子终端进行共享交流的方法。
综上，采用本发明所提供的一种基于点阵数码笔的群组教学***及其工作方法，具有如下有益效果：（1）通过点阵数码笔与无线局域网的结合，可以将点阵数码笔应用在群组教学中，并实现一对一、一对多或多对一等方式的的数据传输，从而可方便在群组教学中进行书写信息的交互，利于教学工作的开展和电子化教育的发展；（2）通过调制解调器可接入因特网络，可以将在无线局域网中产生的书写信息上传至云平台服务器或者从云平台服务器中获取历史的书写信息，方便书写信息的云储存和访问，进一步利于教学工作的开展和电子化教育的发展；（3）通过在点阵数码笔中配置加速度传感器，可以获取点阵数码笔在点阵印刷纸上的即时移动加速度，从而可使第一处理器能够根据即时移动情况调节图像传感器的采集速度，进而优化后续图像处理的进程，减少缓存需求以及降低电能消耗；（4）所述群组教学***结构简单，易于***搭建及功能实现，便于实际推广和应用。
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，下面将对实施例或现有技术描述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是本发明提供的基于点阵数码笔的群组教学***的结构示意图。
图2是本发明提供的学生设备的结构示意图。
图3是本发明提供的基于点阵数码笔的群组教学***的工作流程图。
具体实施方式
以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本发明提供的基于点阵数码笔的群组教学***及其工作方法。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
实施例一
图1示出了本发明提供的基于点阵数码笔的群组教学***的结构示意图，图2示出了本发明提供的学生设备的结构示意图，图3示出了本发明提供的基于点阵数码笔的群组教学***的工作流程图。本实施例提供的所述基于点阵数码笔的群组教学***，包括路由器、WiFi接入点、教师设备和若干套学生设备，其中，每套所述学生设备均包括有点阵印刷纸、点阵数码笔和电子终端，所述点阵印刷纸的上表面印刷有点阵图案层，所述点阵数码笔通过无线蓝牙方式通讯连接所述电子终端；所述路由器有线通讯连接所述WiFi接入点，所述WiFi接入点分别无线通讯连接各个所述电子终端，所述教师设备无线通讯连接所述WiFi接入点或者有线通讯连接所述路由器。
如图1所示，在所述群组教学***结构中，所述路由器用于为无线局域网络分配网络地址以及对无线局域网络进行管理，例如对请求接入的电子终端进行鉴权认证；所述WiFi接入点（即AP，AccessPoint）用于支持基于WiFi无线技术的多用户接入、数据加密以及多速率发送等功能，以作为有线网（即路由器侧）与无线网（即电子终端侧）之间的通讯桥梁。所述教师设备可以但不限于为台式电脑、平板电脑、笔记本电脑和智能手机等电子设备中的任意一种；或者所述教师设备为与所述学生设备相同的设备，用于作为在群组教学中为教师所用的设备，例如一对一或多对一的方式收集学生的电子课堂作业，或者以一对一或一对多的方式下发布置的电子课堂作业，尤其是在所述教师设备为与所述学生设备相同的设备时，可以通过点阵数码笔导入手写信息的方式，向各套学生设备群发手写而成的即时课堂作业或者教案批注。作为举例的，如图1所示，在本实施例中所述教师设备选用台式电脑，其有线通讯连接所述路由器。当所述教师设备为平板电脑、笔记本电脑、智能手机以及与所述学生设备相同的设备时，其还可以无线通讯连接所述WiFi接入点。所述学生设备（如图1所示，在所述群组教学***结构中有N套学生设备，N为自然数）用于作为在群组教学中为学生所用的设备，其包括有点阵印刷纸、点阵数码笔和电子终端，其中，所述电子终端可以但不限于为平板电脑、笔记本电脑和智能手机等电子设备中的任意一种，其既能够接入所述WiFi接入点，又能够与对应的所述点阵数码笔进行蓝牙无线关联，实现双路径的无线通信（即无线蓝牙通信和无线WiFi通信），由此可以通过点阵数码笔导入手写信息的方式，完成电子课堂作业，并在构建的无线局域网中传送。
更进一步优化的，所述点阵数码笔或电子终端还包含可选择性地加密器模块，用于选择对对点阵数码笔处理运输后的数据信息包是否进行加密，所述教师设备中包含对应的解密模块。
更进一步优化的，所述教师设备中还包括将接收到的学生电子终端传来的信息数据在指定学生之间进行共享的共享模块，以便于学生之间能够相互学习和交流。例如，在一次作业收集中，教师可以将做的好的学生的作业信息数据共享给差生之间进行进行学习。
如图2所示，在所述点阵印刷纸的上表面印刷有点阵图案层，所述点阵图案层包含有大量非常细小且按照特殊算法规则排列的点，可以但不限于为由拓思德公司所研发的点阵图案（通过这种点阵图案，可以定位识别相当于地球表面1/3面积的区域），用于为所述点阵数码笔提供一个坐标参数信息，保证所述点阵数码笔在所述点阵印刷纸上书写时，能够准确的记录书写笔迹。所述点阵数码笔包括第一处理器、第一蓝牙无线收发器、图像传感器、红外线发光灯和压力传感器，其中，所述第一处理器和所述第一蓝牙无线收发器设置在所述点阵数码笔的笔体内部，所述图像传感器和红外线发光灯设置在所述点阵数码笔的笔体前端，所述压力传感器设置在所述点阵数码笔的笔尖处；所述第一处理器分别电连接所述第一蓝牙无线收发器、所述图像传感器、所述红外线发光灯和所述压力传感器。所述压力传感器用于采集笔尖所处位置的压力数据信息；所述红外线发光灯可以但不限于为红外线LED灯，用于发出不可见的红外线光，以便为所述图像传感器提供成像光源，提高图像采集质量；所述图像传感器可以但不限于为CMOS（Complementary Metal-OxideSemiconductor，金属氧化物半导体元件）图像传感器或CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合元件）图像传感器，用于高速地（例如每秒100帧）对笔尖所经过的点阵进行拍照，获取即时图像信息，作为详细优化的，如图2所示，在本实施例中所述图像传感器采用CMOS图像传感器，具有集成度高、功耗小、速度快和成本低等特点；所述第一处理器一方面用于收集所述压力数据信息和所述即时图像信息，另一方面还用于根据所述压力数据信息控制工作状态，并对所述即时图像信息进行处理，获取点阵坐标信息、笔迹顺序信息和运动速度信息等信息，同时通过所述第一蓝牙无线收发器将这些信息外传。
所述点阵数码笔的工作原理如下：在笔尖被压下时，通过所述压力传感器和所述第一处理器，启动所述红外线发光管发光，并启动所述图像采集器对笔尖所经过的点阵进行高速拍照，同时在所述第一处理器处得到点阵坐标信息、笔迹顺序信息、压力数据信息和运动速度信息等信息，最后通过所述第一蓝牙无线收发器将这些信息外传出去。由此整个基于点阵数码笔的群组教学***的工作方法，包括如下步骤：S101、当点阵数码笔作用在点阵印刷纸上时，生成包含点阵坐标信息、笔迹顺序信息、压力数据信息和运动速度信息的第一消息，并通过无线蓝牙方式将所述第一消息传送至对应的电子终端；S102、对应的电子终端接收所述第一消息，根据对处于所述第一消息中的点阵坐标信息、笔迹顺序信息、压力数据信息和运动速度信息的处理，获取书写信息，并生成包含所述书写信息的第二消息，然后遵照信道竞争接入机制或受控轮询接入机制将所述第二消息上传至WiFi接入点；S103、通过WiFi接入点/和无线路由器将所述第二消息以单播方式、组播方式或广播方式传送至至目标设备，所述目标设备为学生设备和/或教师设备。
在所述步骤S101中，当点阵数码笔作用在点阵印刷纸上时，无论是移动还是不移动，笔尖将被压下，由此启动点阵数码笔的工作，获取点阵坐标信息、笔迹顺序信息、压力数据信息和运动速度信息等信息。在所述步骤S102中，所述电子终端可以但不限于根据现有算法对处于所述第一消息中的点阵坐标信息、笔迹顺序信息、压力数据信息和运动速度信息的处理，获取书写信息。还获取书写信息后，还可以通过API软件接口（ApplicationProgramming Interface,应用程序编程接口）将所述书写信息嵌入在电子课堂作业中，并在电子终端上进行展示，由此通过点阵数码笔导入手写信息的方式，完成电子课堂作业。在所述步骤S103中，所述单播方式、组播方式或广播方式根据设定目标地址来实现：
（1）在单播时，所述目标地址为由所述路由器分配的某一电子终端的网络地址，实现一对一或多对一方式（信道竞争或受控轮询）的数据传输；
（2）在组播时，所述目标地址为由所述路由器分配的某一组电子终端的组播地址，实现一对多方式的数据；
（3）在广播时，所述目标地址为广播地址，实现一对多方式的数据传输。由此通过点阵数码笔与无线局域网的结合，可以将点阵数码笔应用在群组教学中，并实现一对一、一对多或多对一等方式的的数据传输，从而可方便在群组教学中进行书写信息的交互，利于教学工作的开展和电子化教育的发展，便于实际推广和应用。
进一步地，该群组教学***的工作方法还包括：S104、通过所述云平台服务器储存包含书写信息的所述第二消息或者从云平台服务器中获取历史的书写信息。进一步地，该群组教学***的工作方法还包括：S105、当S103中的目标设备为教师设备时，根据需要，将教师设备上传来的第二消息传送至指定的学生电子终端进行共享交流的方法。
优化的，所述基于点阵数码笔的群组教学***还包括调制解调器和云平台服务器，其中，所述调制解调器有线通讯连接所述路由器，所述云平台服务器通过因特网络通讯连接所述调制解调器。所述调制解调器可以但不限于为ADSL（非对称用户数字环路）调制解调器， 用于在发送端通过调制将数字信号转换为模拟信号，而在接收端通过解调再将模拟信号转换为数字信号，实现因特网络的物理接入； 所述云平台服务器用于云储存包含书写信息的所述第二消息，或者受访后下发历史的书写信息。由此可以将在无线局域网中产生的书写信息上传至云平台服务器或者从云平台服务器中获取历史的书写信息，方便书写信息的云储存和访问，进一步利于教学工作的开展和电子化教育的发展。
进一步优化的，所述点阵数码笔还包括电连接所述第一处理器的加速度传感器。如图2所示，所述加速度传感器用于采集所述点阵数码笔的即时移动加速度，以便在移动加快时通过所述第一处理器提高所述图像采集器的采集速度（即拍照速度），并在移动减缓时通过所述第一处理器降低所述图像采集器的采集速度，从而可使所述第一处理器能够根据即时移动情况调节所述图像传感器的采集速度，进而优化后续图像处理的进程，减少缓存需求以及降低电能消耗。
进一步优化的，在所述图像传感器和所述红外线发光灯的前方设有红外线滤光片。如图2所示，通过所述红外线滤光片可以滤除由所述红外线发光灯发出的非红外线光和外界的非红外线光，避免非红外线光对所述图像传感器产生成像干扰，进一步确保图像采集质量。
优化的，所述电子终端包括第二处理器、第二蓝牙无线收发器、WiFi无线收发器、存储器、显示器和输入模块，其中，所述输入模块包括键盘和/或触摸屏；所述第二处理器分别电连接所述第二蓝牙无线收发器、所述WiFi无线收发器、所述存储器、所述显示器和所述输入模块。
综上，本实施例所提供的基于点阵数码笔的群组教学***及其工作方法，具有如下有益效果：（1）通过点阵数码笔与无线局域网的结合，可以将点阵数码笔应用在群组教学中，并实现一对一、一对多或多对一等方式的的数据传输，从而可方便在群组教学中进行书写信息的交互，利于教学工作的开展和电子化教育的发展；（2）通过调制解调器可接入因特网络，可以将在无线局域网中产生的书写信息上传至云平台服务器或者从云平台服务器中获取历史的书写信息，方便书写信息的云储存和访问，进一步利于教学工作的开展和电子化教育的发展；（3）通过在点阵数码笔中配置加速度传感器，可以获取点阵数码笔在点阵印刷纸上的即时移动加速度，从而可使第一处理器能够根据即时移动情况调节图像传感器的采集速度，进而优化后续图像处理的进程，减少缓存需求以及降低电能消耗；（4）所述群组教学***结构简单，易于***搭建及功能实现，便于实际推广和应用。
如上所述，可较好地实现本发明。对于本领域的技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的基于点阵数码笔的群组教学***及其工作方法并不需要创造性的劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于点阵数码笔的群组教学***，其特征在于，包括路由器、WiFi接入点、教师设备和若干套学生设备，其中，每套所述学生设备均包括有点阵印刷纸、点阵数码笔和电子终端，所述点阵印刷纸的上表面印刷有点阵图案层，所述点阵数码笔通过无线蓝牙方式通讯连接所述电子终端；
所述WiFi接入点分别无线通讯连接各个所述电子终端，所述教师设备无线通讯连接所述WiFi接入点或者有线通讯连接所述路由器。
2.如权利要求1所述的一种基于点阵数码笔的群组教学***，其特征在于，所述教师设备为台式电脑、平板电脑、笔记本电脑和智能手机中的任意一种；
或者所述教师设备为与所述学生设备相同的设备。
3.如权利要求1所述的一种基于点阵数码笔的群组教学***，其特征在于，所述点阵数码笔包括第一处理器、第一蓝牙无线收发器、图像传感器、红外线发光灯和压力传感器，其中，所述第一处理器和所述第一蓝牙无线收发器设置在所述点阵数码笔的笔体内部，所述图像传感器和红外线发光灯设置在所述点阵数码笔的笔体前端，所述压力传感器设置在所述点阵数码笔的笔尖处；
所述第一处理器分别电连接所述第一蓝牙无线收发器、所述图像传感器、所述红外线发光灯和所述压力传感器。
4.如权利要求3所述的一种基于点阵数码笔的群组教学***，其特征在于，所述点阵数码笔还包括电连接所述第一处理器的加速度传感器。
5.如权利要求3所述的一种基于点阵数码笔的群组教学***，其特征在于，在所述图像传感器和所述红外线发光灯的前方设有红外线滤光片。
6.如权利要求3所述的一种基于点阵数码笔的群组教学***，其特征在于，所述图像传感器为CMOS图像传感器或CCD图像传感器。
7.如权利要求1或3所述的一种基于点阵数码笔的群组教学***，其特征在于，所述电子终端包括第二处理器、第二蓝牙无线收发器、WiFi无线收发器、存储器、显示器和输入模块，其中，所述输入模块包括键盘和/或触摸屏；
所述第二处理器分别电连接所述第二蓝牙无线收发器、所述WiFi无线收发器、所述存储器、所述显示器和所述输入模块。
8.如权利要求1或3所述的一种基于点阵数码笔的群组教学***，其特征在于，所述电子终端为平板电脑、笔记本电脑和智能手机中的任意一种。
9.一种如权利要求1至8任意一项所述的基于点阵数码笔的群组教学***的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S101、当点阵数码笔作用在点阵印刷纸上时，生成包含点阵坐标信息、笔迹顺序信息、压力数据信息和运动速度信息的第一消息，并通过无线蓝牙方式将所述第一消息传送至对应的电子终端；
S102、对应的电子终端接收所述第一消息，根据对处于所述第一消息中的点阵坐标信息、笔迹顺序信息、压力数据信息和运动速度信息的处理，获取书写信息，并生成包含所述书写信息的第二消息，然后遵照信道竞争接入机制或受控轮询接入机制将所述第二消息上传至WiFi接入点；
S103、通过WiFi接入点/和无线路由器将所述第二消息以单播方式、组播方式或广播方式传送至至目标设备，所述目标设备为学生设备和/或教师设备。
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