CN103988242B - 交互式教学平板 - Google Patents

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Abstract

这是关于教学设备的一项发明，由位于教室的无线传输终端(67)和一系列分属于学生和教师的交互式平板(66)组成。这种平板(66)拥有两片硬护板(1,2)，这两片硬护板(1,2)被一个可以360°旋转的空心铰链(3)连接着，并且在铰链里面可以放支电容笔，每一片护板都是由一个抗震防水的外层(17,18)，一个抗震防水的内层(5,6)和一个用电容笔(16)书写和阅读的屏幕(7,8)所构成。

Description

交互式教学平板
技术领域
这是关于教学设备的一项发明，由位于教室的无线传输终端和一系列分属于学生和教师的交互式平板电脑组成。
背景技术
交互式教学平板被大众所熟知，它同样在教育机构被广泛应用。这些平板电脑尺寸较小，与A5纸相仿，易碎并且不防水，拥有液晶屏，续航能力较强，长期阅览会产生视力疲劳，配有电容笔，但使用时灵敏度欠佳，需手动书写。它拥有在2,45GHz频率范围内的无线传输设备，当教室所有人同时使用平板电脑时会产生持续的电磁雾，它所造成的长期影响还不得而知。此外，它的续航时间只有几天，无法识别使用者身份和保障通信安全。而尺寸较大的机型，如大A4纸或双页对开型在之前被指出增加了重量导致使用不便。配备电容笔的机型并没有提供像在纸上书写的那种舒适感。
发明内容
这项发明的目的之一是为教学提供一些使用更为方便的电脑设备。另一个目的是为中等教育、初、高中提供教学设备，让学生无需携带书、本子和笔，充分发挥生态校园的作用，既节约能源，又遵循了电磁环境教学的相关规定。
此项发明还有一个目的在于为像初中或高中一样的教育机构提供教学设备，它有以下几个特点：
一方面，位于机构内尤其是教室里的无线交互终端，与服务器共同运行，确保对终端的控制。
另一方面，这一套电子交互式平板各自有一个本地使用者，分别是班级的学生或教师，还包括了每个使用者的识别方法以及无线传输接口，用来保证平板和交互终端在较弱的功率和量程下的信息传输。
每台电子交互平板为自主运作且相同，交互平板都由两块绝缘硬护板组成，连接在可360度旋转的铰链上。它包含可抗震和防水的外层，内层配备了可阅读和通过电容笔手写的触屏，以电子墨水屏的方式显示，它的内部同样拥有处理数据的信息设备，以及数据存储器和蓄电池，其中电容笔包含由硬质材料制成的笔尖。
这项发明同样是关于交互式教学平板，是这种机构不可缺少的一部分。它由两块硬护板组成，连接在可360度旋转的铰链上，每块护板都由可抗震和防水的里外两层组成，内层配备可阅读和用电容笔书写的触屏。
平板的另一个特点在于，它的铰链是空心的用来放置电容笔。它包含了连接插座或其他符合USB电子标准的接头，根据这个标准可以为平板充电，同时可以与所有型号的外接USB相联。插头式接头的使用可以方便盲人和儿童联接数据线，这种插头无需额外操作来确定接头的方向。
每块阅读和书写屏的边缘都有可触式导航选项卡用来选择教学内容和使用者活动。
在适用于盲人的版本中，阅读和书写屏具有触感式线条，在线条的开端和导航选项卡中均配有布莱叶盲字。
书写屏配有一块滚动垫板，电容笔包含了一个硬橡胶滚珠和其他用于在垫板滚动的材料，给使用者一种用圆珠笔在本子上书写的感觉。
平板的无线传输频率范围在868到915MHz中间，频率跨度约10米，当功率低于或等于1mW时，平板处于持续接收状态并且只发送明确的指令。
护板的外层和内层都覆盖着一层太阳能薄膜用来发电。
平板外部的护板具有护屏装置，当护板倾斜时通过自身的棘轮制动为其提供支撑。
电容笔配备了蓄电池和天线，此外还有插头接头或其他USB电子标准的接头，用来传递分别通过电磁波和有线传输在笔端产生的压力。
附图说明
此项发明的其他特点和优势可以通过一些典型、非限制性的具体描述表现出来，它们与附录中的图片有关：
图1为平板正面敞开主视图；
图2为平板右侧透视图；
图3为平板后透视图；
图4为平板俯透视图；
图5为平板与键盘、鼠标前透视图；
图6为平板意大利式侧视图，铰链附带电容笔；
图7为平板敞开式横切面视图，支架倾斜；
图8为平板关闭式横切面视图，铰链附带电容笔；
图9为敞开式横切面视图；
图10为拍纸本式横切面视图；
图11为敞开式横切面视图，左护板配备保护盖；
图12为拍纸本式横切面视图，左护板配备保护盖；
图13为敞开式横切面视图，保护盖作为低位置支撑；
图14为敞开式横切面视图，保护盖作为高位置支撑；
图15为敞开式侧透视图，保护盖作为高位置支撑；
图16为敞开式后视图，保护盖作为高位置支撑；
图17为保护盖视图，平铺在左护板一侧；
图18为放置在多层表面上的电容笔纵切面视图；
图19为盲人使用的触感式线条正面视图；
图20为平板敞开式透视图(a，b)与关闭式透视图(c)，和在不同位置用于关闭装置的弹性带；
图21为电容笔及接插头、蓄电池和天线局部视图；
图22为教室平面图与主控桌设备；
图23为平板的运行状态以及在互联网生态系统中的传输终端。
具体实施方式
交互平板66(图1到4)包括左护板1，右护板2和铰链3。每块护板都包含抗震防水的外层(分别为17、18)，和内层5、6，内层同样配备抗震防水的阅读和写字屏7、8。需要借助电容笔16在屏幕7、8上进行书写。铰链3内侧的插槽4用来放置电容笔。铰链3的宽度足以让两块护板1、2互相连接起来。当平板关闭时，护板1、2的内层5、6是面对面的，空隙4由于两块护板的侧面被合拢(图8)。电容笔16因此被固定在插槽中。当平板打开时(图11)，两块护板平铺展开即可使用阅读和书写屏，插槽打开后即可使用电容笔。
当平板以拍纸本式合拢时(图10)，即当护板2相对护板1进行360度旋转时，两块护板的外层17、18呈面对面的状态，而内层5、6则朝向外面。铰链3向外打开可以看到插槽4。平板在拍纸本式状态下仍可使用，对于惯用左手的使用者，单独的屏幕8或7可以用来阅读和书写。为了保护另一个屏幕7，需要一个护屏装置37(图11、12)。这个可供选择的护屏装置37可以插在护板侧面的槽里(图9、15)。护屏装置由三根带子52、53、54组成，它们两两铰接，可以折叠成三面体(图13)。当平板放置在像桌子一样的平面55时，为护板2提供支撑。
这个护屏装备37覆盖了一层太阳能薄膜，用来为平板供电或者为蓄电池充电。根据学生惯用左手或右手的情况，护屏装备可以分别与屏幕7或8连接。
如果使用者在书写时希望把屏幕8平放，或者在阅读时希望把屏幕立起，如图6所示放置在一个接近垂直的位置，那么他可以使用护板1作为支撑，并且使用置于护板背面可折叠的、用带子35固定的支架33。当护屏装备插在槽里的时候可以把它卷起来为护板1提供支撑(图14、15、16)。护屏的两个角分别是凸销38和狭槽39(图17)用来确保棘轮机构的运作。
如果使用者想要两个屏幕7、8都垂直地立起来，他可以把平板的护板1、2打开形成一个二面体，将其像屏风一样平放在护板1、2下方平面55的边缘(图5)。同时，他也可以把键盘和鼠标连接在USB接头27、28上。
如果使用者想要两个屏幕7、8处于同样近乎垂直的倾斜面，他可以使用嵌入铰链3中可折叠的支架34(图7)，它由一根带子36固定。对于在护板背面没有铰链的平板，可以使用支架19(图3)。插槽20用来取出支架19。
每块护板1、2的下方都带有一个抽屉式部件11、12，依靠一块挡板9、10保持关闭。当学生在屏幕下方书写时，折叠起来的挡板同样可以为学生的手提供支撑(图2、4)。
同时，这个抽屉式部件也提供了一些储存空间，可以放置诸如圆规或USB数据线之类的物品。
平板通过绑在护板背面2的弹性带49保持关闭状态(图20)。弹性带同样也用来支撑放置在插槽4内的电容笔16。因为这条弹性带，平板可以保持关闭位置，这避免了电容笔16从位置4脱离，因此这也避免了电容笔因学生的不当操作而丢失，屏幕7、8因脱落而损坏。
在铰链3的附近，护板1、2各包含接头27、28、29、30，这些接头能够接插插座插头和任何USB电流标准的插头(图3、4)，能够按照此标准相连，能够给平板充电，并能接插任何USB电脑外围设备。为了在可以接插USB的同时使平板依靠平面55竖直(图5、7)，接头27、28、29、30相对于护板1、2内侧缩回。在图5中，平板依靠数据线与键盘31和鼠标32连结起来。这些接头处在凹处，与处在护板两侧相比，它们受到损害(如当平板掉落时)的可能性更小。类似地，如果接头处在护板两侧，学生可能因为淘气切断或揉搓数据线。因为数据线在铰链里面，所以当平板处在一个像屏风的状态时，它们很难被触碰到，顽皮的学生也就不大可能损坏它们了。
屏幕7、8各至少包含三层(图18)。底层45即显示层、中层46和顶层47。底层45由一个电子墨水屏或具有相似特性的电子屏构成，即具有耗电低、与纸相同的显示质量、抗震的特性。中层46和顶层47无区别，一个是电容笔16的书写平面，另一个是给使用者带来如在拍纸簿上写字感受的滚动垫板。
电容笔16包含外壳43和轴动杆42。在轴动杆42突出的那一端装有硬橡胶或其他材料制成的滚珠40，它能够在屏幕7、8的顶层47上滚动并制造出足够的滚动负压让人有在拍纸簿上写字一般的书写感受。
电容笔16包含一个硬橡胶或其他材料制成的滚珠40以能确保在滚动垫板上滚动而不是滑动：橡胶或其他材料能吸住垫板的保护层，并且这样做会使纸用圆珠笔不能在垫板上写字。
滚动垫板47的厚度重现了多层纸页的厚度，因此让人有用传统圆珠笔在拍纸簿上写字的舒适感受。
如图21，电容笔16能记录手对笔施加压力的相关信息。如果使用者愿意，这些信息可以随后传递至平板。这种传递要么通过电容笔内置天线64完成，要么通过一根连接电容笔USB接头和铰链27、28、29、30处其中之一的USB接头的数据线完成。在电容笔的另一端装有插座形状的母接头61或其他USB电子标准的接头。这些关于压力的信息对平板书写并不必要，但它们可以用软件的方式重建压力下成比例的(电容笔所画下的)线路厚度。数据线的使用并不耗电，相反，天线的传输会耗取电容笔内置的蓄电池65的电量。电容笔蓄电池65在电容笔16连接平板时会自动充电。考虑到与平板的距离很近，我们必须注意到电容笔的电磁辐射是很小的。电容笔16包含一个与线63连接的笔帽62。
电容笔16一部分包含蓄电池65和天线64，另一部分包含一个插座形状的接头61或任何USB电子标准的接头。这两部分是为了一方面用电磁波另一方面用有线连接来传输笔尖40所承受的压力。
平板的护板1、2有一定厚度，在其内部设有信息处理工具、数据传输工具、数据存储器和蓄电池。护板内空间的上层部分由两个隔间23、24组成，打开顶盖21、22(图4)可以进入隔间。隔间23、24用于摆放一些简单工作的工具，如量角器、角规、尺子。很好的是，屏幕7、8包括一个用作滚动垫板的顶层47，一个捕捉滚珠40痕迹和使用者手指动作的中层46和一个确保显示滚珠40写出的符号的底层，这个底层使用了电子墨水技术或其他具有相似特性的显示技术即：耗电低、纸质显示质量和抗震。
太阳能薄膜可以覆盖护板1、2的外层17、18，屏幕7、8的外围5、6和护屏装置37。太阳能薄膜的优点很多：电池可以更小更轻，电池耗尽的风险降低，电池中的稀有金属的数量得到控制，这保护了环境。
在屏幕7、8上，除了专为读写设置的平面外，屏幕的外缘和上缘设有可触式导航选项卡50，这些选项卡可以让人选择如教授课程、字典、存储器中的参考书、个人资料和与初高中相关的数据之类的东西。
对于为盲人设计的版本(图19)，平板在屏幕7、8上一方面呈现了触感式线条48，另一方面在线条的左右两端都设有盲文数字56、57标明线条行数。导航式选项卡50上也设计有盲文：屏幕上缘标字母，屏幕外缘标行数。
教学式交互平板的使用将在下文中描述(图1)。首先，按键Marche/Arrêt 13开启平板。然后学生和教师通过一张个人身份识别卡68(图23)开始使用平板，他们并不需要接触传感器14或传感器上的指纹识别。学习的科目(如历史、数学)由在屏幕8外缘的选项卡50选择，而活动(如听写、测验、查字典)由在屏幕7、8上缘的选项卡50选择。惯用右手的学生让相关文件在处于左侧的屏幕7上显示，在右侧的屏幕8上书写，惯用左手的学生进行相反的操作。
平板配备了一个无线传输接口，使低功率(1mW)且在10米范围的传输可行。传输可以从一台平板到另一台平板，也可以从一台平板到指定的多台平板，其数量可以到40(一个班的学生数量)台甚至更多，以满足考试时的需要。传输频率在868和915MHz之间，这个频率级别比用于Wi-Fi传输和微波炉设备的2,45GHz频率级别对身体的毒性会小一些。这种传输由随机传递而保障，以避免课堂内所有平板的同时发射，而这种同时发射更会是电磁能量的产生者。平板的无线传输接口在末端是接收模式，只有在使用者或教师的明确指令下才会开启发射。
在课堂之外，平板可以与电脑通过USB数据线连接，数据线接在接头27、28、29、30中任一个都可。平板包含一个声音信号处理程序，以便教授语言和音乐。接头27、28、29、30更倾向于接受插座式插头，它们在校园环境下更不容易损坏，更方便使用。允许数据线形式的连接有多种作用，它使无线传输不可能的情况下文件仍能传递，使文件可以从一台平板到另一台平板复制粘贴，使文件更新、文件得以装载，使平板可以连接电脑，使平板可以连接网络，使平板能连接打印机，使平板可以连接口语教学或音乐教学的设备。接头27、28、29、30也用于平板内部电池的充电。
平板66能够在一种互联网生态系统中变化。这种生态校园主要由以下几种元素组成：每个课堂所拥有的无线传输终端67(图22)，初高中控制课堂无线传输终端的服务器75，学生家用电脑69，学生家用打印机70(图23)，网络72可接的服务器71，权威认证74，一些可以被官方监管73批准进入的网站。

Claims (10)

1.一种用于在机构教学的教学设备，所述机构包含学校，其中，所述教学设备包含：
一方面，设在所述机构的场所中的无线传输终端(67)，所述场所包含教室，所述无线传输终端与属于所述机构的服务器配合工作，所述服务器确保对所述无线传输终端的控制；以及
另一方面，一系列的电子交互平板(66)各自有在所述场所的使用者，所述使用者包含班级的学生和老师，每个所述电子交互平板备有电容笔且包含无线传输接口，所述无线传输接口可以在所述电子交互平板之间或所述电子交互平板和所述无线传输终端之间进行低功率及小范围的传输，
其特征在于，所述电容笔包含由硬质材料制成的笔尖(40)；
所述电子交互平板(66)为自主运作且相同，每个所述电子交互平板(66)包含使用者的识别方法，并且由两个相同功能的硬的护板(1、2)铰接在铰链(3)所组成，所述铰链(3)可以进行360°旋转，所述电子交互平板还包含具有抗震功能的外层(17、18)和装有通过所述电容笔(16)装置实现手动读写的触摸屏的内层(5、6)，在所述电子交互平板(66)内部装有数据传输工具、信息处理工具及/或数据存储器及/或蓄电池；以及
每个所述触摸屏至少包含三层，所述三层为电子墨水屏构成的底层(45)、电容笔(16)的书写平面构成的一层(46)、以及厚度重现了使用者感觉到多层纸页的厚度，且让使用者有用传统圆珠笔在拍纸簿上写字的舒适感受的滚动垫板构成的另一层(47)。
2.根据权利要求1所述的教学设备，其特征在于，所述电子交互平板(66)的所述铰链(3)是空心的，以在所述铰链(3)的插槽(4)放置所述电容笔(16)，且当所述电子交互平板关闭，所述护板(1、2)的内层(5、6)是面对面时，所述电容笔(16)被固定在所述插槽中。
3.根据权利要求1或2所述的教学设备，其特征在于，所述电子交互平板(66)中的所述铰链(3)装有接头(27-30)，所述接头能够接插插座插头或为任何其他符合USB电流标准的接头，且能够按照所述标准相连，进行平板充电以及接插任何USB电脑外围设备，所述接头相对于所述护板内侧缩回。
4.根据权利要求1所述的教学设备，其特征在于，所述电子交互平板有两个读写的屏幕，每个所述屏幕的边缘都有可触式导航选项卡(50)以选择使用者的教学科目和活动。
5.根据权利要求1所述的教学设备，其特征在于，在为盲人设计的每个电子交互平板中，读写屏幕均设有引导盲人的指头以及手的触感式线条(48)，在每条线的左右两端和导航选项卡上均标有盲文，以标明新的线条。
6.根据权利要求1所述的教学设备，其特征在于，所述电子交互平板间的无线传输频率在868到915MHz之间，传输距离为十米，传输功率小于等于1mW，所述电子交互平板始终保持接收状态，只有在明确指令下才会发射信息。
7.根据权利要求1所述的教学设备，其特征在于，所述护板(1、2)的外层(17、18)、环绕屏幕(7、8)的内层(5、6)以及所述电子交互平板的护屏装置(37)的表面均被太阳能薄膜覆盖以发电。
8.根据权利要求1所述的教学设备，其特征在于，护屏装置(37)插在所述电子交互平板的所述护板(1、2)的一个凹槽中，所述护屏装置可卷起来，因而能够形成维持所述护板在倾斜状态的支撑。
9.根据权利要求1所述的教学设备，其特征在于，所述电子交互平板的所述电容笔(16)整体包括蓄电池(65)、天线(64)，以及用于插座的接头(62)或任何其他符合USB电子标准的USB接头，以分别通过电磁波和有线传输来传递在笔端产生的压力。
10.一种交互式教学平板，为权利要求1至9中任一权利要求所述的电子交互平板(66)。
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