多功能交互式智能多媒体电子黑板技术的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多功能交互式智能多媒体电子黑板技术，利用现代触屏电子系统并设计其它辅助机械电子设备来改进传统教育和学术交流工具，属于教育和学术交流领域。
【背景技术】
[0002]当前的教育和学术交流主要采用多媒体教学和板书教学同时进行，而且目前国内的教学思潮有一种轻视教师的板书教学而纯粹采用多媒体教学的倾向，这种教学方法在数理学科的教学中被公认为具有一些重大缺陷。
[0003]多媒体教学，特别是纯粹PPT教学的主要缺陷如下:
一、幻灯片面积的大小比黑板太小，因此容纳的知识点很有限，同一个知识点甚至一个公式，一个幻灯片都无法放下。此时就需要切换到下一张幻灯片来延续上一张幻灯片的内容。这样一来，学生或听讲者对上一张幻灯片的内容就形成视觉空白，造成理解和记忆上的困难。
[0004]二、幻灯片的切换造成学生对于前面部分无法做到及时的衔接。有的听讲者思路敏捷，或许可以跟上幻灯片切换速度；但是大多数听讲者或学生思维并不能做到长时间的专注，于是造成学生对知识衔接的困难。而传统的板书教学，学生则可以主动看黑板上之前写下的内容，从而跟上教师的讲课速度。
[0005]三、幻灯片上数学公式的演化过程往往都比较快，从而造成学生视觉上的冲击和思维上的紧张，但是在传统的板书教学中，教师在黑板上拿粉笔演化公式和理论和学生自己在稿纸上的演算是两个相同的过程，因此有一个视觉记忆的缓冲时间。因此有一些国内外的数理学科的名师名家、老专家、老教授情愿不采用多媒体和PPT教学，而只采用传统的板书来进行理论的教学和传授。
[0006]然而，纯粹的板书教学也有其内在的一些缺陷:
一、当黑板上的内容写满后，黑板上的内容要不断擦掉。于是学生要再去看前面的东西，则无法得到实现。
[0007]二、教师在黑板上绘图非常困难而且手工绘图形成的图形不规则，而要在黑板上显示图形或物体的动态变化则是不可能的，只好用各种箭头来表示动态效果，非常不便，学生形成直观印象较难。
[0008]三、学生课后要回去看一看教师在课堂上的板书内容，则不得不大量记笔记，从而造成注意力的分散。
[0009]四、课堂上教室后排的学生可能无法看见板书的某些细节。
[0010]五、有的学生生病或休学回家，上课不方便，则不得不借助同学的笔记来看。
[0011]因此，板书教学和当前的多媒体教学各自都是有自己的优点和缺点的。这就促使需要发明一款新的多媒体教学设备来集成传统板书教学和多媒体教学的优点并合理规避它们缺点，从而为教师的课堂教育和学者的学术交流提供极大的便利和丰富。
[0012]触屏技术的特点是操作者利用手指或其它电子设备，比如数字笔，在屏幕上书写、点击、绘画的动作都会在计算机的程序中得到对应的处理，从而在屏幕上显示出操作者期望的结果。触屏技术目前在平板电脑、平板手机以及某些简单的手写产品中得到了应用，因此技术已经相对成熟。但是触屏技术应用于教育和学术交流方面的产品则尚未得到开发，到目前也并未看到相关的发明。
[0013]而教学和学术交流比起普通的触屏产品，有其特殊的需求:
O教师板书的书法个性展示，即黑板上要能显示出不同教师特有的书写习性；
2)书写不同颜色的内容时，黑板上显示内容颜色的更换要方便；
3)绘制一些图形，比如辅助线，要采用虚线、点划线等，电子粉笔绘制出来的线型更换要方便及时；
4)同样一个字母，字体上的差别反映了其数学或物理内涵上的差别，因此电子粉笔书更换字体要方便快捷；
5)教师发现某些地方写错，或某些地方没必要写，于是要擦掉。这些需求是传统板书教学的需求。
【发明内容】
[0014]针对以上的情况，本发明提出利用触屏技术为核心来开发多功能交互式智能多媒体电子黑板，从而可以让教师自由地在黑板上书写、绘图的同时，还可以自由地在黑板上指定区域显示出要显示的图片、视频等，从而教学和学术交流提供一个方便、丰富、便捷的平台。
[0015]本发明的技术解决方案是:
一种多功能交互式智能多媒体电子黑板技术，包括板书教学功能单元、书写擦除单元、图形辅助绘制单元、多媒体单元、外围多媒体信息指定显示单元、音效手感仿真单元、教学同步保存单元；
板书教学功能单元:通过电子粉笔发射的颜色切换信号、线型切换信号和字体切换信号来要求计算机系统调整在屏幕上书写的颜色、绘画的线型和书写的字体，内置的计算机系统通过屏幕上压力和电特性改变的位置与位置的变化以及电子粉笔发射的正在书写的信号来判断出书写与绘画所在的位置和轨迹，并将该位置或轨迹上的屏幕像素显示为已设置的颜色；
书写擦除单元:通过屏幕上压力和电特性改变的位置与位置的变化以及电子黑板擦发射的正在擦除的信号来判断出黑板擦擦除的位置和轨迹，来将已显示的内容擦除；
图形辅助绘制单元:对要绘画的不同几何图形，在黑板上显示绘画该图形时需要的辅助线，使用者根据辅助线在黑板上手工绘制出规则的几何图形；
多媒体单元:内置的计算机系统通过屏幕上压力和电特性的改变以及电子粉笔与黑板擦并未工作的信号，来判断出屏幕上进行的多媒体操作种类，并运行相应的程序对屏幕上内容进行手指的触屏编辑；
外围多媒体信息指定显示单元:通过接口与外围的计算机或多媒体设备连接，外围设备上多媒体信息，包括公式、图形或视频，显示在黑板上的任意指定位置；
音效手感仿真单元:根据屏幕上书写或绘画时的压力来调整音响发出电子粉笔与黑板碰撞和摩擦声音的大小，通过设计电子粉笔与黑板的摩擦系数来调整出合适的书写手感；教学同步保存单元:动态保存教师的教学录音和屏幕上动态显示的数据，并将其保存于存储系统之中，并将教学录音和屏幕上的显示数据保存为视频文件。
[0016]进一步地，板书教学功能单元自由方便地调整在屏幕上书写的颜色、绘画的线型和书写的字体，具体为:电子粉笔与黑板屏幕的互相作用信号，包括接触压力或电信号，作为内置主机判断使用者是否书写以及书写位置的依据；而电子黑板擦与黑板屏幕的互相作用信号，包括接触压力或电信号，则作为内置主机判断使用者是否正在擦除以及擦除的位置的依据；而自由切换书写的颜色和字体以及绘画的线型是通过电子粉笔将颜色、字体和绘画线型的切换信号发送给内置主机，而内置主机根据这些切换信号重新设置显示参数，以备下一阶段使用者的书写、绘画的需求。
[0017]进一步地，外围多媒体信息指定显示单元的功能实现具体为:通过外围多媒体设备接口来连接外围的存储设备、语音设备、显示设备，将外围设备上的语音信息、图形、视频信息读入内存，继而将语音数据发送给音响设备，将图形、视频数据发送到黑板屏幕上任意指定的位置上并以可控的大小进行显示。
[0018]进一步地，实现使用者与黑板上信息进行交互操作，具体为:电子粉笔或电子黑板擦未动作时，内置计算机系统根据此信息以及屏幕上是否出现压力来判断出使用者正在进行屏幕的触屏操作，来启动触屏编辑程序，根据接触压力或电信号改变的位置、接触位置的个数及时间间隔和轨迹来判断操作者进行触屏操作的种类，并启动相应的触屏编辑程序来对使用者的操作对象进行相应的移动、缩放、旋转。
[0019]进一步地，图形辅助绘制单元具体为:使用者在黑板上绘制规则的几何图形，启动绘图辅助功能时，使用者选择一个或几个图形的样标之后，黑板上就会出现绘图的辅助工具，包括辅助线，借助这些辅助线，使用电子粉笔在黑板上绘出规则的几何图形。
[0020]进一步地，还包括多重黑板单元，该单元实现黑板的多重显示，具体为:通过黑板的交互式操作功能将黑板上已有的内容选择之后压缩到更小的区域，来腾出更多的空白区域用于书写，而当当前黑板被写满后，通过将当前黑板上的内容保存为硬盘文件，并在屏幕上切换出一块新的空白黑板来用于新的内容书写的，如果要将之前黑板上的内容切换出来，则将当前黑板上的内容保存到新的文件中并将硬盘上之前的文件显示到黑板屏幕上即可。
[0021]进一步地，包括防意外保护单元，具体为:含有预防主程序崩溃的运行监控程序及备用主程序，当原先主程序突然崩溃时监控程序立刻启用备用主程序接替原有的主程序进行工作；和/或外界突然停电时的备用可充电电源；和/或备用的传统黑板与传统投影白眷。
[0022]进一步地，音效手感仿真单元实现手感、音效仿真，具体为:使用者在黑板上书写的手感是通过设置电子粉笔与屏幕的摩擦系数和接触硬度来实现的，而书写时两者摩擦的声音特征在程序中预先录制和设置的，程序根据书写时屏幕上的压力和延续的时间驱动音响系统发出不同强度和长度的声音。
[0023]进一步地，教学同步保存单元的实现具体为:将黑板上的显示信息与教师的录音信息同步保存于内置的存储系统中；在存储的文件中，文件中存储