本发明涉及一种智慧课堂的应用技术，具体涉及一种基于智慧课堂的教学系统及其工作方法。
背景技术：
纳米触控黑板是一种能够实现触控互动、多媒体教学和粉笔书写的智能互动教学设备，借助纳米触控技术将传统的手写黑板和多媒体设备相结合，在粉笔板书和多媒体应用之间轻松切换，黑板上同一块面积既可以像普通黑板一样用粉笔正常书写，也可以像触控显示设备一样触控观看ppt、视频、图片、动画等各种丰富的多媒体应用，因此可以广泛应用在多媒体教学环境中。
中国专利申请cn201410464448.9公开了一种可触控显示黑板，包括玻璃黑板、触控膜以及显示单元，在玻璃黑板写字面的背部粘贴有触控膜，触控膜的正背部安装有显示单元，显示单元的面积小于玻璃黑板的面积，并放置在玻璃黑板后面的中央位置。触控膜可以实现悬空触控或者隔着非金属物体实现触控。玻璃黑板选用亚光玻璃板、超白玻璃板或者纳米玻璃板等有机高强度玻璃。当开启显示单元时，教师可以用手指或者触控笔隔着玻璃黑板通过触控膜对显示单元进行触控操作；当无触控操作时，显示单元进入休眠状态，整个玻璃黑板与普通玻璃黑板无异，当需要进行操作时，只需用手指轻轻触碰触控区域，显示单元又恢复显示状态；当关闭显示单元时，教师可以直接在玻璃黑板表面使用粉笔或者白板笔进行书写，或者不关闭显示单元，教师在触控膜和显示单元对应的玻璃黑板区域之外的玻璃黑板上进行书写。
上述智能黑板均无法实现书写内容与显示内容的相互关联，例如，无法将显示单元显示的教师在课前制作的电子课件的内容，与上课时在普通玻璃黑板上板书的对电子课件中相关内容的讲解内容关联起来，导致显示单元显示的内容与在普通玻璃黑板上板书的内容无法很好的融合。并且，与显示单元和触控膜对应的玻璃黑板区域无法实现触控操作和普通黑板书写功能兼得，即该玻璃黑板区域实现普通黑板的书写功能时，无法实现触控功能，而当该玻璃黑板区域实现触控功能时又无法作为普通黑板进行书写，或者即使在该玻璃黑板区域书写了内容，该内容也会与显示单元显示的内容相重叠导致不能清楚辨识。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于智慧课堂的教学系统及其工作方法，技术方案如下。
一种基于智慧课堂的教学系统，包括智能黑板、书写内容获取设备、处理设备和显示设备；所述智能黑板、书写内容获取设备和显示设备均与所述处理设备连接；
所述智能黑板具有书写和触摸检测功能；
所述书写内容获取设备用于获取智能黑板上的书写内容，并将获取的书写内容发送给处理设备进行保存和处理；
处理设备根据智能黑板检测到的触摸点位置，判断智能黑板上是否书写了预设的信息标识，如果是，则在所述书写内容获取设备获取的书写内容中识别该预设信息标识标注的内容，并根据该标注内容调取相关的信息显示在显示设备上。
进一步地，所述智能黑板包括黑板和红外线触摸屏，黑板提供书写面，红外线触摸屏安装在黑板的外框上。
进一步地，处理设备根据智能黑板检测到的触摸点位置，获得书写笔的运动轨迹，根据该运动轨迹判断智能黑板上是否书写了预设的信息标识。
进一步地，所述书写内容获取设备按照一定的时间间隔获取黑板上的书写内容。
进一步地，当处理设备判断该书写内容包含了预设的信息标识时，所述书写内容获取设备根据智能黑板检测到的触摸点位置，获取智能黑板上在所述触摸点位置附近的书写内容，并发送给所述处理设备，处理设备在所述书写内容获取设备获取的书写内容中识别该预设信息标识标注的内容。
进一步地，所述书写内容获取设备为摄像头，所述处理设备对摄像头拍摄的书写画面进行梯形校正。
进一步地，所述教学系统还包括摄像机，用于对黑板上的书写内容进行实时录制；当智能黑板检测到触摸动作或者处理设备根据书写内容获取设备获取到的书写内容判断开始了书写，则开启录制功能进行实时录制。
进一步地，所述处理设备将接收到的书写内容进行保存时，处理设备中将本次接收到的书写内容与处理设备保存的上一次书写内容合并处理后作为处理设备保存的本次书写内容。
进一步地，所述合并处理根据本次接收到的书写内容相对于处理设备保存的上一次书写内容的增减情况进行操作。
进一步地，所述合并处理包括：处理设备对本次接收到的书写内容与处理设备保存的上一次书写内容进行对比分析，如果发现本次接收到的书写内容是在上一次书写内容的基础上增加或修改了内容，则将本次接收到的书写内容中增加的内容叠加到处理设备保存的上一次的书写内容中或者替换处理设备保存的上一次的书写内容中的相应内容，作为处理设备保存到本次的书写内容，继续对比分析。
进一步地，所述合并处理的操作还包括：如果发现本次接收到的书写内容是在上一次书写内容的基础上减少了内容，则判断该减少量是否大于阈值，如果大于阈值，则说明使用者正在进行书写内容的擦除动作，处理设备通知书写内容获取设备暂停获取操作，并暂停对比分析操作；如果不大于阈值，则本次接收到的书写内容替换处理设备保存的上一次的书写内容中的相应内容，继续获取和对比分析操作。
一种基于智慧课堂的教学系统的工作方法，该教学系统包括智能黑板、摄像头、处理设备和交互智能平板设备，智能黑板包括黑板和红外线触摸屏，红外线触摸屏安装在黑板的外框上；
该方法包括以下步骤：
步骤s32：红外线触摸屏检测触摸动作，当红外线触摸屏检测到触摸动作时，处理设备判断触摸点的位置，通知摄像头拍摄该触摸点位置附近的画面，继续步骤s33；当红外线触摸屏未检测到触摸动作时，重复步骤s32，直到红外线触摸屏被关闭；
步骤s33：摄像头按照预设的时间间隔拍摄书写画面，并将拍摄的书写画面发送给处理设备；
步骤s34：处理设备对一定时间内摄像头发送的书写画面进行对比分析，判断该时间内是否进行了书写，如果是，则继续步骤s3511和步骤s3521；如果否，则返回步骤s32；
步骤s3511：处理设备将拍摄的画面进行梯形校正后进行合并处理并保存，如果合并处理时发现书写内容的减少量大于阈值，说明书写内容正在被擦除，则继续步骤s3512；否则继续步骤s3513；
步骤s3512：通知摄像头暂停一段时间，然后继续步骤s3513；
步骤s3513：摄像头按照预设的时间间隔拍摄，并将拍摄的画面发送给处理设备，继续步骤s3511；
步骤s3521：根据触摸点的坐标信息获得手写笔的运动轨迹，继续步骤s3522；
步骤s3522：处理设备根据手写笔的运动轨迹判断手写笔书写的内容中是否包含了预设信息标识，如果是，继续步骤s3523；如果否，返回步骤s3521；
步骤s3523：摄像头根据红外线触摸屏检测到的该预设信息标识的坐标信息，拍摄黑板上位于该坐标信息附近的书写画面，并将其发送给所述处理设备，继续步骤s3524；
步骤s3524：处理设备对该书写画面进行识别，以获得该预设信息标识标注的文字，根据该文字在交互智能平板设备和/或网络上查找与该文字相关的内容，并将查找到的内容显示在交互智能平板设备上，返回步骤3521。
一种基于智慧课堂的教学系统的工作方法，该教学系统包括智能黑板、摄像头、处理设备和交互智能平板设备，智能黑板包括黑板和红外线触摸屏，红外线触摸屏安装在黑板的外框上；
该方法包括以下步骤：
步骤s42：红外线触摸屏检测触摸动作，当红外线触摸屏检测到触摸动作时，则继续步骤s4311和步骤s4321；当红外线触摸屏未检测到触摸动作时，重复步骤s42；
步骤s4311：摄像头按照预设的时间间隔拍摄书写画面，并将拍摄的书写画面发送给处理设备；
步骤s4312：处理设备对一定时间内摄像头发送的拍摄画面进行对比分析，判断该时间内是否进行了书写，如果是，则继续步骤s4313；如果否，则返回步骤s4311；
步骤s4313：处理设备将拍摄的画面进行梯形校正后进行合并处理并保存，如果合并处理时发现书写内容的减少量大于阈值，说明书写内容使用者正在被擦除，则继续步骤s4314；否则返回步骤s4311；
步骤s4314：通知摄像头暂停一段时间，然后返回步骤s4311；
步骤s4321：根据触摸点的坐标信息获得手写笔的运动轨迹，继续步骤s4322；
步骤s4322：处理设备根据手写笔的运动轨迹判断手写笔书写的内容中是否包含了预设信息标识，如果是，继续步骤s4323；如果否，返回步骤s4321；
步骤s4323：摄像头根据红外线触摸屏检测到的该预设信息标识的坐标信息，拍摄黑板上位于该坐标信息附近的书写画面，并将其发送给所述处理设备，继续步骤s4324；
步骤s4324：处理设备对该书写画面进行识别，以获得该预设信息标识标注的文字，根据该文字在交互智能平板设备和/或网络上查找与该文字相关的内容，并将查找到的内容显示在交互智能平板设备上，返回步骤4321。
本发明的有益效果：
1.本发明在黑板上增加触控装置，获取书写笔迹信息，根据书写笔迹信息判断是否给出了标注了知识点，如果标注了知识点，则调取与该知识点相关的内容并显示在交互智能平板设备(即显示设备)中，从而将显示单元显示的内容与在普通玻璃黑板上板书的内容很好的融合。
2.本发明对获取的书写内容进行合并处理后再保存，减少了存储空间的占用量，保证了书写内容的完整性，方便使用者将板书信息进行分享。
3.本发明通过采用红外线触控屏实现了黑板区域触控功能和普通黑板书写功能兼得。
4.本发明通过画面拍摄的方式获取书写内容，可以保存使用者的书写笔迹，有助于在课下看到书写内容时复现课堂的情形，加强记忆，提高学习效果。
5.本发明可以对黑板上的书写内容进行实时录制，并在智能黑板检测到触摸动作或者处理设备根据书写内容获取设备获取到的书写内容判断开始了书写时开启录制功能。
附图说明
图1是本发明提出的基于智慧课堂的教学系统的使用效果图；
图2是本发明提出的基于智慧课堂的教学系统的结构图；
图3是本发明提出的基于智慧课堂的教学系统的一种工作方法流程图；
图4是本发明提出的基于智慧课堂的教学系统的另一种工作方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本发明并不局限于附图和以下实施例。
本发明提出了一种基于智慧课堂的教学系统，如图1和图2所示，包括书写内容获取设备、智能黑板、处理设备和交互智能平板设备。智能黑板和交互智能平板设备并排设置。处理设备可以单独设置，也可以借用交互智能平板设备中的处理器来实现其功能。
所述书写内容获取设备用于获取智能黑板上的书写内容，并将获取的书写内容发送给处理设备进行保存和解析。该书写内容获取设备可以是摄像头，摄像头将拍摄到的智能黑板上书写内容发送给处理设备进行保存和解析。
所述智能黑板包括黑板和红外线触摸屏，黑板供使用者使用粉笔或者水笔(例如白板笔)进行书写。红外线触摸屏安装在黑板的外框上，在黑板的四周排列多个红外线发射管及对应的红外线接收管，从而在黑板表面形成红外线探测网，当粉笔接触到黑板的某一位置时，粉笔会挡住经过该位置的横竖红外线发射管发出的红外光，导致其对应的红外线接收管接收不到红外光，处理设备根据红外线吸收管接收红外光的情况来计算触摸点位置，从而获得触摸点的坐标信息并保存。
处理设备通过不断接收和保存触摸点的坐标信息，并根据坐标信息获得粉笔的运动轨迹，从而判断书写内容中是否包含了预设的信息标识，该信息标识例如是圈、横线等用来标注知识点的符号；当处理设备判断该书写内容包含了预设的信息标识，说明使用者标注了知识点，则处理设备从书写内容获取设备获取黑板上书写的内容，并结合该预设的信息标识所对应的触摸点位置(或触摸点的坐标信息)，在获取的黑板上书写的内容中找到该预设的信息标识所标注的知识点，并将标注的知识点识别成文字，根据该文字在课件中查找与该文字相关的内容(特别是解释说明的内容)，或者在网络中查找与该文字相关的内容，并将该内容显示在交互智能平板设备上。
交互智能平板设备用于显示多媒体资料，该多媒体资料可以是ppt、网页、电子课件等，该多媒体资料可以是存储在交互智能平板设备中的资料，也可以是从网络查找到的资料。
优选地，所述书写内容获取设备按照一定的时间间隔获取黑板上的书写内容，并发送给所述处理设备。所述时间间隔的长短可根据使用者的习惯等因素进行设置，只要保证不遗漏书写内容即可。
优选地，当处理设备判断该书写内容包含了预设的信息标识时，所述书写内容获取设备根据红外线触摸屏检测到的触摸点位置，获取黑板上在所述触摸点位置附近的书写内容，并发送给所述处理设备。这样处理的好处是处理设备可以直接获取到该预设的信息标识相关的书写内容，无需结合该预设的信息标识所对应的触摸点位置(或触摸点的坐标信息)在获取的黑板上书写的内容中查找该预设的信息标识所标注的知识点，从而减少了处理设备的计算量，提高定位准确度。
优选地，为了减少资源浪费，如果在预设时间(例如5s)内红外线触摸屏未检测到触摸动作，则通知书写内容获取设备获取当前黑板上的书写内容后进入等待状态，如果当前黑板上的书写内容已经获取，则直接进入等待状态，直到红外线触摸屏重新检测到触摸动作。所述预设时间可根据使用者的习惯等因素进行设置。
优选地，所述处理设备将接收到的书写内容进行保存，处理设备中将本次接收到的书写内容与处理设备保存的上一次书写内容合并处理后作为处理设备保存的本次书写内容，具体来说，对于第一次接收到的书写内容而言，处理设备保存的第一次书写内容即为第一次接收到的书写内容；对于第二次接收到的书写内容而言，处理设备保存的第二次书写内容为第二次接收到的书写内容与处理设备保存的第一次书写内容合并处理后的内容，以此类推。
所述合并处理的主要作用是减少存储空间的占用量，保证书写内容的完整性，方便使用者分享书写内容。所述合并处理可以但不限于以下处理方式：处理设备对本次接收到的书写内容与处理设备保存的上一次书写内容进行对比分析，如果发现本次接收到的书写内容是在上一次书写内容的基础上增加或修改了内容，则将本次接收到的书写内容中增加的内容叠加到处理设备保存的上一次的书写内容中或者替换处理设备保存的上一次的书写内容中的相应内容，作为处理设备保存到本次的书写内容，继续对比分析；如果发现本次接收到的书写内容是在上一次书写内容的基础上减少了内容，则判断该减少量是否大于阈值，如果大于阈值，则说明使用者正在进行书写内容的擦除动作，处理设备通知书写内容获取设备暂停获取操作，并暂停对比分析操作；如果不大于阈值，则本次接收到的书写内容替换处理设备保存的上一次的书写内容中的相应内容，继续获取和对比分析操作。
优选地，书写内容获取设备为摄像头时，所述处理设备可以对摄像头拍摄的书写内容画面进行梯形校正，以使保存的书写内容清楚，提高画面识别的准确度。
替代地，所述智能黑板的触摸功能除了采用红外线触摸屏来实现，本领域技术人员知晓，该触摸功能还可以采用其他能够检测粉笔或水笔书写的位置的设备来实现，例如：光学摄像头、超声波触摸屏、电容屏等。
更优选地，所述教学系统可以包括摄像机，用于对黑板上的书写内容进行实时录制。当智能黑板检测到触摸动作或者处理设备根据书写内容获取设备获取到的书写内容判断开始了书写，则开启录制功能进行实时录制。
下面以摄像头和红外线触摸屏为例，结合使用者讲解ppt时使用粉笔进行书写的应用场景对本发明提出的基于智慧课堂的教学系统的一种工作过程进行描述，如图3所示。
步骤s30：打开系统电源，系统包括的各个设备进行上电初始化；
步骤s31：交互智能平板设备按照使用者的指令播放ppt；
步骤s32：红外线触摸屏检测触摸动作，当红外线触摸屏检测到触摸动作时，处理设备判断触摸点的位置，通知摄像头拍摄该触摸点位置附近的画面，继续步骤s33；当红外线触摸屏未检测到触摸动作时，重复步骤s32，直到红外线触摸屏被关闭；
步骤s33：摄像头按照预设的时间间隔拍摄书写画面，并将拍摄的书写画面发送给处理设备；
步骤s34：处理设备对一定时间内摄像头发送的拍摄画面进行对比分析，判断该时间内使用者是否进行了书写，如果是，则继续步骤s3511和步骤s3521；如果否，则返回步骤s32；
步骤s3511：处理设备将拍摄的画面进行梯形校正后进行合并处理并保存，如果合并处理时发现书写内容的减少量大于阈值，说明使用者正在进行书写内容的擦除动作，则继续步骤s3512；否则继续步骤s3513；
步骤s3512：通知摄像头暂停拍摄，暂停时间可以设定为5s，然后继续步骤s3513；
步骤s3513：摄像头按照预设的时间间隔拍摄，并将拍摄的画面发送给处理设备，继续步骤s3511；
步骤s3521：根据触摸点的坐标信息获得粉笔的运动轨迹，继续步骤s3522；
步骤s3522：处理设备根据粉笔的运动轨迹判断粉笔书写的内容中是否包含了圈、横线等用来标注知识点的预设信息标识，如果是，继续步骤s3523；如果否，返回步骤s3521；
步骤s3523：摄像头根据红外线触摸屏检测到的该预设信息标识的坐标信息，拍摄黑板上位于该坐标信息附近的书写画面，并将其发送给所述处理设备，继续步骤s3524；
步骤s3524：处理设备对该书写画面进行识别，以获得该预设信息标识标注的文字，例如“牛顿第一运动定律”，根据该文字“牛顿第一运动定律”在正在播放的ppt中查找对“牛顿第一运动定律”进行解释说明的ppt内容，或者在专门存储课件的存储设备中查找对“牛顿第一运动定律”进行解释说明的内容，或者如果条件允许的话，也可以通过网络在设定的网页(例如百度百科)上查找对“牛顿第一运动定律”进行解释说明的内容，并将查找到的内容显示在交互智能平板设备上，返回步骤3521。
下面以摄像头和红外线触摸屏为例，结合使用者讲解ppt时使用粉笔进行书写的应用场景对本发明提出的基于智慧课堂的教学系统的第二种工作过程进行描述，如图4所示。
步骤s40：打开系统电源，系统包括的各个设备进行上电初始化；
步骤s41：交互智能平板设备按照使用者的指令播放ppt；
步骤s42：红外线触摸屏检测触摸动作，当红外线触摸屏检测到触摸动作时，则继续步骤s4311和步骤s4321；当红外线触摸屏未检测到触摸动作时，重复步骤s42，直到红外线触摸屏被关闭；
步骤s4311：摄像头按照预设的时间间隔拍摄书写画面，并将拍摄的书写画面发送给处理设备；
步骤s4312：处理设备对一定时间内摄像头发送的拍摄画面进行对比分析，判断该时间内使用者是否进行了书写，如果是，则继续步骤s4313；如果否，则返回步骤s4311；
步骤s4313：处理设备将拍摄的画面进行梯形校正后进行合并处理并保存，如果合并处理时发现书写内容的减少量大于阈值，说明使用者正在进行书写内容的擦除动作，则继续步骤s4314；否则返回步骤s4311；
步骤s4314：通知摄像头暂停拍摄，暂停时间可以设定为5s，返回步骤s4311；
步骤s4321：根据触摸点的坐标信息获得粉笔的运动轨迹，继续步骤s4322；
步骤s4322：处理设备根据粉笔的运动轨迹判断粉笔书写的内容中是否包含了圈、横线等用来标注知识点的预设信息标识，如果是，继续步骤s4323；如果否，返回步骤s4321；
步骤s4323：摄像头根据红外线触摸屏检测到的该预设信息标识的坐标信息，拍摄黑板上位于该坐标信息附近的书写画面，并将其发送给所述处理设备，继续步骤s4324；
步骤s4324：处理设备对该书写画面进行识别，以获得该预设信息标识标注的文字，例如“牛顿第一运动定律”，根据该文字“牛顿第一运动定律”在正在播放的ppt中查找对“牛顿第一运动定律”进行解释说明的ppt内容，或者在专门存储课件的存储设备中查找对“牛顿第一运动定律”进行解释说明的内容，或者如果条件允许的话，也可以通过网络在设定的网页(例如百度百科)上查找对“牛顿第一运动定律”进行解释说明的内容，并将查找到的内容显示在交互智能平板设备上，返回步骤4321。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。