可施行人机交互方便教学信息交流的教学系统及使用方法与流程

1.本发明涉及教学用具相关技术领域，具体为可施行人机交互方便教学信息交流的教学系统及使用方法。


背景技术：

2.随着教学智能化媒体的应用，能够对教学资料进行较为充分的展示，还能够利用信息接收的便利性，实现较为便捷的随堂测验，但是，对于信息量较大的教学来说，导师与学员之间存在一定的沟通障碍，使得导师无法对自身的教学质量以及学员的学习进度进行第一时间的掌握，使得教学质量的提升存在一定的瓶颈。
3.并且，现有的教学实验室利用多功能实验台可以施行随堂测验的特性，作为又一能够提升教学质量的途径得到较大的发展，从实际情况出发，学员的实验进度，只能够通过导师的肉眼观察进行判断，因此，在一些特殊情况来临前，导师较难以通过肉眼观察进行事前的准备，以及实验的具体进度，无法被导师第一时间掌握，致使，教学实验的安全性难以施行人为的掌控，并且难以掌握各个实验台上实验的进程。
4.由此可以看出，学员学习进度、教学设备和导师之间存在一定的信息不对等，致使教学质量难以进一步提升，因此，特提出一种能够实现实验设备、教学设备、学员以及导师之间可无障碍信息交流的人机交互教学系统，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供可施行人机交互方便教学信息交流的教学系统及使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：可施行人机交互方便教学信息交流的教学系统，包括智慧屏、多功能的实验台本体以及与智慧屏通过无线信号连接的教杆，智慧屏以及其内部的服务器作为系统终端与多功能的实验台本体之间搭建网络传输通道，利用现有设备搭建信息传输平台，减少外加设备的占地面积，实验台本体内部设置有学员信息录入模块和反馈信息录入模块，学员信息录入模块包括信息输入模块和信息对比模块，反馈信息录入模块包括触摸屏、触控按键和监控设备，监控设备和智慧屏之间搭建网络传输通道，实现多设备之间的信息传输；教杆的外壁设置有多个按键，教杆的内部安装有与按键搭配使用的功能模块，教杆的端部设置有激光器，教室内部设置有与智慧屏正对的图像采集模块，图像采集模块信号连接有光点提取模块，光点提取模块与系统终端信号连接，图像采集模块和光点提取模块通过系统终端与监控设备信号连接，便于导师掌握学员的学习状态以及实验进程；学员信息录入模块包括键盘输入和磁卡输入，学员信息录入模块与学员数据库信号连接，实验台本体的桌面设置有键盘和读磁设备，实验台本体的桌面设置有与触摸屏配合使用的触摸笔，触摸屏与系统终端信号连接，方便学员与导师之间进行信息交流。
7.在进一步的实施例中，智慧屏信号连接有报告台，报告台的桌面设置有与智慧屏
信号连接的报告触摸屏，报告台桌面的边缘处设置有挡板，挡板的顶面设置动作捕捉摄像头，且动作捕捉摄像头与智慧屏之间信号连接，能够施行对导师展示动作的放大呈现。
8.在进一步的实施例中，教杆内部的功能模块包括视频放大模块、界面翻页模块、激光开关模块以及监控调取模块，功能模块还包括有语音采集模块，语音采集模块与系统终端之间信号连接，系统终端通过信号连接有用于语音放大的的语音放大模块，系统终端内部设置有智能语音识别模块，增加信息交互的控制手段，使用更加便捷。
9.在进一步的实施例中，教杆设有激光发射单元的端部开设有光线采集孔，光线采集孔与其开口方向正对的内壁设置有光栅传感器，光栅传感器的输出端通过系统终端与报告触摸屏信号连接，短距离内实现对光标的控制，增加功能性，无需再外置添加鼠标等硬件。
10.在进一步的实施例中，实验台本体的内部设置有逻辑控制器，逻辑控制器的输出端与系统终端信号连接，实验台本体桌面设置有多个用于固定电气元件的安装筒，安装筒内壁的中部处设置有活动孔，活动孔的内部插接有活动杆，活动杆的端部和活动孔远离开口端的内壁之间设置有复位弹簧，活动杆和活动孔正对的端面之间分别设置有触片和触杆，触片和触杆均通过导线与逻辑控制器的输入端连接，利用小电流实现信息的转化，更加安全，易于维护以及能够减少电路设计的成本。
11.在进一步的实施例中，安装筒的内壁开设有活动槽，活动槽的内壁开设有定向槽，活动槽的内部通过定向槽滑动安装有螺纹环，螺纹环为弧形结构，相邻的螺纹环端部之间贴合，沿竖直方向相邻的螺纹环之间通过弹簧连接，且活动孔开设于延竖直方向相邻的螺纹环之间，实现对不同规格制式的电气元件进行安装和固定。
12.在进一步的实施例中，智慧屏的表面设置有液晶手写板，智慧屏边框处的侧面设置有矩形结构的凹槽，液晶手写板的侧面通过矩形结构的框架与凹槽插接，凹槽远离开口端的内壁与框架的端面之间设置有弹簧，液晶手写板与框架相邻的侧面与智慧屏的边框侧面之间设置有密封膜，防止灰尘进入凹槽内部，影响液晶手写板的回弹复位。
13.可施行人机交互方便教学信息交流的教学系统及使用方法，具体包括如下步骤：t1、通过学员信息录入模块对学员信息进行采集并与数据库之间施行信息比对，数据比对成功后，利用系统终端将各个实验台本体与对应学员的信息实施绑定；t2、触摸屏实时地呈现智慧屏的画面，学员用手指或者触摸笔对触摸屏进行点触，可以对画面展示的资料进行标注，存在困惑的标注信息可以选择性的传输至系统终端，系统终端利用信息标注的位置这一信息，可以对反馈的标注信息施行归纳整理，并在智慧屏的显示桌面常驻，等待被导师唤起；t3、对于能够进行分步骤的实验来讲，学员在完成某一实验步骤后，通过触模具有一定顺序排列的触控按键，能够将被触摸的触控按键与实验的进程对应，或者采用点触触摸屏的方式，亦能够实现实验进程更加直观的展现，实验进程的展现能够通过系统终端于智慧屏呈现，监控设备对学员实验的画面施行录像和拍照，导师可以随时调取任意实验台本体对应的画面，并可以选择性地对实验的画面施行智慧屏、实验台本体桌面的触摸屏以及报告台桌面的报告触摸屏的转播；t4、教杆端部通过发射的激光，对智慧屏呈现的内容进行定位，当教杆通过按键激活视频放大模块时，与智慧屏正对的图像采集模块和光点提取模块对位于智慧屏表面的激
光点进行提取，系统终端通过计算得出当前激光点所处的坐标，之后沿用数据传输对监控设备发出信号，监控设备经系统终端的控制对激光落点的监控画面实施放大，能够使实验步骤得到更加细节的展示，教杆内部的语音采集模块和系统终端内部的智能语音识别模块的配合使用，导师可实现对触摸屏的声控，进行更加便捷的进行教学展示；t5、报告台的报告触摸屏通过对其触摸可以对资料施行标注和转移，报告台侧面挡板顶面的动作捕捉摄像头，能够在施行预设的前提下，对导师预设的位置进行抓拍，方便导师对实验以及对教具进行展示，并且动作捕捉摄像头还可将画面于智慧屏进行放大，进行更为细节的展示，教杆端部发出的激光，经反射和折射能够进入至光线采集孔的内部，经过光栅传感器对光线的捕捉，能够利用系统终端的计算实现教杆3对报告触摸屏鼠标点的控制，进而使得导师无需在某一固定区域进行教学，可以在教室的任意位置对智慧屏或报告触摸屏的画面进行控制。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明中记载了可施行人机交互方便教学信息交流的教学系统及使用方法，智慧屏、实验台本体和报告台之间通过教杆实现数据的互通，能够使导师实时地掌握学员的学习状况以及实验进度，并且能够有效改善学员与导师之间的沟通障碍，使得学员与导师之间能够进行及时的学习情况沟通，并且通过对学员和导师之间沟通信息的整合，能够使导师更易抓取教学重点，有助于教学质量的提升；通过液晶手写板能够实现触控笔与智慧屏之间的隔离，因此有施行书写操作时，可以有效防止智慧屏的刮花以及损坏，同时，还能够通过对智慧屏屏幕的隔离，使智慧屏拥有一定的抗撞击性能，降低智慧屏破裂的概率。
附图说明
15.图1为本发明实施例系统原理框图；图2为本发明实施例信息整合原理框图；图3为本发明实施例信息采样原理框图；图4为本发明实施例教杆结构图；图5为本发明实施例报告台结构图；图6为本发明实施例实验台本体结构图；图7为本发明实施例安装筒正剖图；图8为本发明实施例图7中a处结构放大图；图9为本发明实施例智慧屏结构图；图10为本发明实施例智慧屏爆炸图。
16.图中：1、智慧屏；2、实验台本体；3、安装筒；31、活动孔；32、活动杆；33、触片；34、触杆；35、活动槽；36、定向槽；37、螺纹环；38、光线采集孔；4、报告台；5、液晶手写板；51、凹槽；52、框架；53、密封膜；6、教杆。
具体实施方式
17.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以
实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
18.实施例1请参阅图1
‑
5，本实施例提供了可施行人机交互方便教学信息交流的教学系统，包括现有技术中有一定数据处理能力的智慧屏1，满足化学、物理、以及其他领域实验的实验台本体2，可以进行手持并且能够与智慧屏1之间通过无线信号连接的教杆6，由于教杆6可与智慧屏1之间进行动作的交互，因此，教杆6也可以通过智慧屏1对报告台4桌面的触摸屏实现控制。
19.教杆6与智慧屏1之间的无线连接可以采用蓝牙信号连接，也可以通过路由器实现wifi连接，并且智慧屏1与负责图像、声音信号传输的设备之间，优先采用wifi连接或者有线连接，以保证数据传输过程的稳定性，降低延迟以及保证传输的数据不失真。
20.智慧屏1内部的数据处理设备可以作为系统搭建的终端，智慧屏1内部的数据处理设备可以实现对学员信息、教学信息以及对系统内部的所有信息接收设备和信息反馈设备进行绑定，在需要接入新的设备时，通过管理员权限允准即可。
21.将智慧屏1以及其内部的服务器作为系统终端与多功能的实验台本体2之间搭建网络传输通道，借此，对实验台本体2的所有数据施行监控，并通过智慧屏1作为媒介，实现对实验台本体2所有数据的调用。
22.为了能够将学员信息与实验台本体2之间实现绑定，方便导师把控教学质量，学员信息录入模块包括信息输入模块和信息对比模块，信息录入模块依托于学员信息卡、键盘输入学号、磁卡读卡器，完成对学员信息的采集，再经过信息对比模块将接收的数据与云端或者系统终端的资料库施行对比，完成对信息的确认，确认后的信息由系统终端将学员信息和实验台本体2进行绑定。
23.为了在学员和导师之间搭建便捷的沟通渠道，反馈信息录入模块包括触摸屏和触控按键，触摸屏和触控按键可以根据具体的教学内容，进行区别性预设，触摸屏依靠系统终端拥有智慧屏1的功能，以便于学员对教学内容和教学信息消化状况及时做出反馈，有利于导师及时调整授课进度以及授课方法，做到因时施教。
24.反馈信息录入模块还包括监控设备，监控设备和智慧屏1之间搭建网络传输通道，监控设备可对实验台本体2进行录像和拍照，以便于导师能够更加清除地了解学员学习的进度。
25.为了能够向导师提供一个便携的并且拥有多种功能的有利于教学质量提升的设备，对现有技术中的教杆6做出相应的改进，教杆6的外壁设置有多个按键，教杆6的内部安装有与按键搭配使用的功能模块，功能模块能够利用智慧屏1、报告台4和实验台本体2之间进行信息交换的特性，实现对三者之间信息互通过程的控制。
26.对现有技术中的教杆6做出进一步地改进，现有技术中教杆6的端部多设置有激光器，但是现有技术中教杆6端部的激光器仅具有指代的作用，为了对其功能性进行延伸，在教室的内部设置有与智慧屏1正对的图像采集模块，图像采集模块信号连接有光点提取模块，光点提取模块与系统终端信号连接，图像采集模块和光点提取模块通过系统终端与监控设备信号连接。
27.图像采集模块和光点提取模块对位于智慧屏1表面的激光点进行提取，系统终端
通过计算得出当前激光点所处的坐标，并将得出的坐标数据与智慧屏1所投放的画面对应。
28.其中，上述功能模块中包括视频放大模块，视频放大模块被激活时，利用系统终端计算得出的当前激光点所处坐标，并利用数据传输对监控设备发出信号，监控设备经系统终端的控制对激光落点的监控画面实施放大，能够使实验步骤得到更加细节的展示。
29.功能模块还包括有语音采集模块，语音采集模块与系统终端之间信号连接，教杆6内部的语音采集模块和系统终端内部的智能语音识别模块的配合使用，导师可实现对触摸屏的声控，进行更加便捷的进行教学展示。
30.功能模块还包括监控调取模块，教杆6通过移动改变智慧屏1表面的激光点位置，能够对代表着实验台本体2的座位号进行点取，进而可以实现对与实验台本体2对应视频数据的调取，可将进度良好、成绩优异的实验台视频数据调向智慧屏1进行展示。
31.功能模块还包括语音放大模块，系统终端通过信号连接语音放大模块，能够对导师的声音进行有效放大，提升课堂教学质量，并且，系统终端内部还设置有智能语音识别模块，实现导师对教学系统进行语音控制。
32.教杆6的内部的功能模块还包括现有技术中常用的界面翻页模块和激光开关模块。
33.实验台本体2的桌面设置有与触摸屏配合使用的触摸笔，触摸屏与系统终端信号连接。
34.对于能够进行分步骤的实验来讲，学员在完成某一实验步骤后，通过触模具有一定顺序排列的显示在触目屏上的触控按键，能够将被触摸的触控按键与实验的进程对应，或者采用点触触摸屏的方式，亦能够实现实验进程更加直观的展现。
35.监控设备对学员实验的画面施行录像和拍照，利用对教杆6的控制，导师可以随时调取任意实验台本体2对应的画面，并可以选择性地对实验的画面施行智慧屏1、实验台本体2桌面的触摸屏以及报告台4桌面的报告触摸屏的转播。
36.为了能够进一步减少导师的工作量，智慧屏1信号连接有报告台4，报告台4的桌面设置有与智慧屏1信号连接的报告触摸屏，报告台4桌面的边缘处设置有挡板，挡板的顶面设置动作捕捉摄像头，且动作捕捉摄像头与智慧屏1之间信号连接。
37.其中，动作捕捉摄像头能够在施行预设的前提下，对导师预设的位置进行抓拍，方便导师对实验以及对教具进行展示，并且动作捕捉摄像头还可将画面于智慧屏1进行放大，进行更为细节的展示。
38.教杆6设有激光发射单元的端部开设有光线采集孔38，光线采集孔38与其开口方向正对的内壁设置有光栅传感器，光栅传感器的输出端通过系统终端与报告触摸屏信号连接。
39.其中，教杆6端部发出的激光，经反射和折射能够进入至光线采集孔38的内部，经过光栅传感器对光线的捕捉，能够利用系统终端的计算实现教杆6对报告触摸屏鼠标点的控制，进而使得导师无需在某一固定区域进行教学，可以在教室的任意位置对智慧屏1或报告触摸屏的画面进行控制。
40.实施例2请参阅图6
‑
8和图2，在实施例1的基础上做了进一步改进：电学实验的逻辑性相对较强，可以对其施行较为准确的进程跟踪，但是由于考虑到学员做实验的专注程度，可能会
出现忘记反馈实验进度的情况，因此，特提出一种无需学员自己反馈的可以用作物理电学实验实时进度反馈的方案。
41.在实验台本体2的内部设置逻辑控制器，此逻辑控制器使用现有技术中的单片机即可，单片机接线和程序烧录较为简单，有利于整个系统的顺利搭建。
42.逻辑控制器的输出端与系统终端信号连接，实验台本体2桌面设置有多个用于固定电气元件的安装筒3，安装筒3内壁的中部处设置有活动孔31，活动孔31的内部插接有活动杆32，活动杆32和活动孔31正对的端面之间分别设置有触片33和触杆34，触片33和触杆34均通过导线与逻辑控制器的输入端连接，当电器元件与安装筒3之间进行插接或者通过螺纹连接时，触片33和触杆34之间能够形成闭合回路，进而使得逻辑控制器接收到电平信号，此时的逻辑控制器利用预设的实验步骤信息，可以对某一个电器元件是否连接的信息做出准确的判断，进而能够对实验的进程进行准确的监控。
43.活动杆32的端部和活动孔31远离开口端的内壁之间设置有复位弹簧，方便活动杆32在活动孔31的内部复位，以便于重复多次使用。
44.对于少数的电器元件而言，例如灯泡，灯泡的规格制式不同，会使得的螺纹安装型的灯泡的螺距不同，为了使安装筒3能够对多种制式规格的灯泡或者其它采用螺纹固定的电器元件进行固定。
45.特在安装筒3的内壁开设可供多个螺纹环37活动的活动槽35，活动槽35的内壁开设有限制螺纹环37滑动方向的定向槽36，将螺纹分解成多个螺纹环37，在没有外力的情况下，相邻的螺纹环37端部之间贴合能够形成一个完整的螺纹，沿竖直方向相邻的螺纹环37之间通过弹簧连接，且活动孔31开设于延竖直方向相邻的螺纹环37之间。
46.灯泡的螺距较大时，通过灯泡和螺纹环37之间的相互作用力，螺纹环37沿着定向槽36所在方向滑动，能够改变沿竖直方向相邻的螺纹环37之间的距离，虽然端部相邻的螺纹环37之间会出现一定的交错现象，但是依然可以满足灯泡于安装筒3内部的固定连接。
47.实施例3请参阅图9
‑
10，在实施例1的基础上做了进一步改进：现有的智慧屏1多可以进行直接书写，但是现有的书写方向多为触控笔与智慧屏1表面的直接接触，长时间的相对滑动，会刮花智慧屏1的屏幕，并且存在着智慧屏1屏幕碎裂的情况。
48.因此，在智慧屏1的表面设置液晶手写板5，液晶手写板5为现有技术中利用压力改变液晶屏局部透明状态的设备，并且，再次发明中优先采用较透明的液晶手写板5，液晶手写板5对触控笔和智慧屏1之间施行隔离，因此，使用触控笔可以直接在液晶手写板5上进行书写，避免触控笔与智慧屏1之间的直接接触，可以起到对智慧屏1的良好保护，同时，液晶手写板5作为智慧屏1的最外层，还能够使智慧屏1具有一定的防撞击功能。
49.由于液晶手写板5的特性，在对其进行书写时，触控笔与液晶手写板5之间存在压力，压力会导致液晶手写板5产生一定的形变，因此，在书写过程中会出现书写的内容与目标位置偏离，或者导致学员观察到的画面出现扭曲。
50.因此，在智慧屏1和液晶手写板5之间需要设置一定的分力机构，智慧屏1边框处通过凹槽51与液晶手写板5活动连接，液晶手写板5侧面通过框架52与凹槽51插接，凹槽51侧面与框架52端面之间设置有弹簧，弹簧能够分担触控笔与液晶手写板5之间的压力，通过其自身的形变，使得液晶手写板5与智慧屏1之间可以产生一定的相对位移。
51.不仅能够通过减少液晶手写板5与智慧屏1之间的距离，减少光线折射的距离，还能够通过弹簧的承力，减少液晶手写板5受到的应力，减小其形变量。
52.液晶手写板5与框架52相邻的侧面与智慧屏1的边框侧面之间设置有密封膜53，可以对液晶手写板5与智慧屏1边框之间的缝隙实施覆盖隐藏，防止凹槽51内部进入灰尘，影响液晶手写板5与智慧屏1之间的回弹。
53.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。