CN108898906A - 一种基于电子纸桌面的教学系统及方法 - Google Patents

一种基于电子纸桌面的教学系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于电子纸桌面的教学系统，包括学生端、教师端和课程服务端；学生端与教师端通过无线信号分别与课程服务端连接，课程服务端存储教学内容，教师端控制课程服务端向学生端发送教学内容；并掌握学生的学习情况；学生端使用电子纸桌面接收课程服务端发送的课堂教学内容供学生学习，实时记录学习过程中的电子交互信息，发送到课程服务端进行存储。本发明可以灵活方便的提供学校教学内容，学生使用电子纸进行课堂学习，节约大量书本纸张，有利环保，且减轻学生负担；通过机器阅卷、机器批改作业，减少教师的工作量和工作强度；家长可以登录课程服务器了解孩子的学习情况，实现家校共同教育。

Description

一种基于电子纸桌面的教学系统及方法
技术领域
本专利涉及电子教学领域，尤其涉及一种基于电子纸桌面的教学系统及方法。
背景技术
传统的课堂教学，通过书本、试卷等纸质媒介进行，教学的交互性和教学的效率都不高，目前的电子教学大都采用台式电脑或笔记本电脑，较为笨重，耗电量大，且缺乏良好的人机交互手段，教学的自动化程度不高，教师的工作量和工作强度仍然很大，且未考虑家校互动，使家长不能方便的了解孩子的学习情况。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于电子纸桌面的教学系统及方法，采用电子纸桌面进行教学实践，实现了一种方便、快捷，交互、高效的电子教学方式。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种基于电子纸桌面的教学系统，包括学生端、教师端和课程服务端；
所述学生端通过无线信号与课程服务端连接，接收课程服务端发送的课堂教学内容供学生学习，实时记录学生学习过程中的电子交互信息，发送到课程服务端进行存储；
所述教师端通过无线信号与课程服务端连接，发送教学指令到课程服务端，控制课程服务端向学生端发送教学内容；读取课程服务端存储的学生学习过程中的电子交互信息，掌握学生的学习情况；
所述课程服务端，存储课堂教学中使用到的教学内容，在教师端的控制下，将相关教学内容发送到学生端；存储学生学习过程中的电子交互信息。
进一步地，所述学生端为包括电子桌面的书桌，所述电子桌面包括电子纸、控制板和手写笔；
所述电子纸，用于显示控制板接收的显示信息，感应手写笔的接触形成手写笔接触动作信号发送到控制板；
所述手写笔，通过与电子纸接触使电子纸产生接触动作信号；学生在学生端通过手写笔在电子纸上进行课程内容的电子学习或电子答题；
所述控制板与电子纸电连接，控制电子纸的显示内容；接收电子纸发送的手写笔接触动作信号；
所述控制板与课程服务端通过无线信号连接；接收课程服务端发送的电子纸显示信息，向课程服务器发送电子纸传来的手写笔接触动作信号。
采用电子纸使学生的阅读舒适、易于更新；更加节约能源，耗电量远远小于目前的笔记本电脑，触控电脑；反复循环利用，利于环保。
进一步地，所述控制板包括：ARM处理器、显示控制器、无线通信模块、电源模块、电源按钮、电池、电池座、连接器和印制板；
所述印制板通过印制板焊盘与ARM处理器、显示控制器、无线通信模块、电源模块、电池、电池座、电源按钮和连接器分别连接；
所述电池通过电池座和印制板连接；
所述电源模块通过印制线与电源按钮和电池座分别连接；
所述电源模块和ARM处理器、无线通信模块、显示控制器和连接器通过印制线分别连接；
所述ARM处理器通过印制线与显示控制器和无线通信模块分别连接；
所述显示控制器通过印制线和连接器连接；
所述连接器通过柔性电缆连接所述电子纸。
进一步地，所述电子纸、控制板固定安装在书桌的桌面上；所述手写笔放置于手写笔盒内，所述手写笔盒固定在书桌的桌面上不影响电子纸和控制板安装的位置上；电子桌面还包括覆盖在所述电子纸、控制板上，起保护作用的面板。
电子桌面的结构简单，重量轻，体积小，通过在现有教室的书桌就可以进行电子桌面的改造；采用的包括ARM处理器、显示控制器和无线通信模块在内的用电模块都为低功耗器件，配合显控的电子纸也是低功耗的，采用9V干电池就可以足够的电能供电，采用无线信号进行通信，这就决定了对普通教室进行电子教室改造时，不需要重新布线，节约了成本，工期和资源。
进一步地，课程服务器还具有机器阅卷模块和试卷分析模块，当课堂教学内容为电子考试时，学生通过学生端提交电子答卷到课程服务端，课程服务端的机器阅卷模块对电子答卷进行机器阅卷，试卷分析模块对阅卷结果进行试卷分析。
通过课程服务器进行机器阅卷，降低了老师的工作强度，提高了教学效率，是课堂教学的节奏更加紧凑，对学生的答题情况进行及时的试卷分析，使老师可以及时发现学生对课程的理解程度，调整教学进度或教学方式。
进一步地，所述课程服务端与互联网连接，家长通过互联网设备登录课程服务端，查阅课堂教学记录，了解孩子的学习情况。
通过家长的参与，实现家校互动，更利于学生的成长。
一种基于电子纸桌面教学系统的教学方法，包括以下步骤：
步骤S1、系统加电，学生端和教师端分别与课程服务端建立无线连接；
步骤S2、教师端向课程服务端发送当前课程的教学计划；
步骤S3、课程服务端根据教学计划准备相应的课堂教学内容；
步骤S4、学生端通过无线信号从课程服务端获取教学内容，学生通过电子纸查看教学内容，通过手写笔与电子纸的交互进行交互式课堂学习；并实时将交互过程和内容发送到课程服务端进行存储。
进一步地，在课堂教学的过程中，教师通过教师端调取课程服务端存储的交互式课堂学习过程和内容，查看学生的课堂学习情况，并且，教师端随时指令课程服务端向学生端下发电子练习题或电子试卷，进行随堂练习或测试。
进一步地，学生端在完成随堂练习或测试后，提交答卷上传到课程服务端；课程服务端进行机器阅卷和试卷分析；将阅卷结果通过无线信号发送的学生端和教师端。
进一步地，家长通过互联网设备登录课程服务端，查阅课堂教学记录，了解孩子的学习情况。
本发明有益效果如下：
本发明的教学系统及方法可以灵活方便的提供学校教学内容，学生使用电子纸进行课堂学习，无需携带各科大量书本上学，有效减轻学生负担；教学内容、试题试卷可以电子收发，节约大量书本纸张，有利环保；可以实现后期机器阅卷、机器批改作业，大幅减少教师的工作量和工作强度；家长可以随时通过互联网登录课程服务器解孩子的各科学习及试卷完成情况，促进实现家校共同教育。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例中的教学系统结构示意图；
图2为本发明实施例中的电子桌面书桌结构示意图；
图3为本发明实施例中的控制板组成连接示意图。
附图标记：
1-桌体、2-面板、3-电子纸、4-控制板、5-手写笔盒(内含手写笔)、6-ARM处理器、7-显示控制器、8-WIFI模块、9-电源模块、10-电池、11-电池座、12-连接器、13-印制板、14-电源按钮。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本发明的一个具体实施例，公开了一种基于电子纸桌面的教学系统，如图1所示，包括学生端、教师端和课程服务端；
学生端通过无线信号与课程服务端连接，接收课程服务端发送的课堂教学内容供学生学习，实时记录学生学习过程中的电子交互信息，发送到课程服务端进行存储；
教师端通过无线信号与课程服务端连接，发送教学指令到课程服务端，控制课程服务端向学生端发送教学内容；读取课程服务端存储的学生学习过程中的电子交互信息，掌握学生的学习情况；
课程服务端，存储课堂教学中使用到的教学内容，在教师端的控制下，将相关教学内容发送到学生端；存储学生学习过程中的电子交互信息。
如图2所示，所述学生端为一种包括电子桌面的书桌，其中，电子桌面包括电子纸、控制板和手写笔；
电子纸，用于显示控制板接收的显示信息，感应手写笔的接触形成手写笔接触动作信号发送到控制板；
特殊的，所采用的电子纸能看，能书写，在使用感觉上基本与普通纸张不相上下,且具备以下明显优势:
1)阅读舒适、易于更新。电子纸的亮度可以达到反射型彩色LCD的3～8倍,对比度比报纸还要高,更加便于阅读，不论是在偏暗处还是在阳光直射的地方。电子纸内容可以随时通过有线或无线方式补充或更新。
2)节约能源。电子纸仅需微量的能量来控制上面的电子墨颗粒,耗电量远远小于目前的笔记本电脑，触控电脑。并且在成像以后阅读信息时几乎不消耗能量，可以利用阳光、灯光等作为能源；此外，在断电的情况下电子纸也可以长时间显示原有内容。
3)利于环保。传统纸张只能一次性使用，而电子纸可以反复循环利用。传统纸张的制造消耗水和木浆等，纸张印刷成书本或广告画等的所有中间环节无一不对环境造成污染。而电子纸可以被成千上万次地反复使用，无毒无害，从而显著减少纸张浪费，保护自然环境。
所述手写笔，通过与电子纸接触使电子纸产生接触动作信号；学生在学生端通过手写笔在电子纸上进行课程内容的电子学习或电子答题；
所述控制板与电子纸电连接，控制电子纸的显示内容；接收电子纸发送的手写笔接触动作信号；
所述控制板与课程服务端通过无线信号连接；接收课程服务端发送的电子纸显示信息，向课程服务器发送电子纸传来的手写笔接触动作信号。
如图3所示，控制板包括：ARM处理器、显示控制器、WIFI模块、电源模块、电源按钮、电池、电池座、连接器和印制板；
所述印制板通过印制板焊盘与ARM处理器、显示控制器、WIFI模块、电源模块、电池、电池座、电源按钮和连接器分别连接；
所述电池通过电池座和印制板连接；给控制板和手写纸提供电源；具体的，为+9V干电池；
所述电源模块通过印制线与电源按钮和电池座分别连接；
所述电源模块和ARM处理器、WIFI模块、显示控制器和连接器通过印制线分别连接；在电压按钮的控制下，电源模块将电池座内的电池的供电电压转换为控制板和手写笔模块所需的供电电压，使控制板和手写笔正常工作。
所述ARM处理器通过印制线与显示控制器和WIFI模块分别连接；
所述显示控制器通过印制线和连接器连接；
所述连接器通过柔性电缆连接所述电子纸。
ARM处理器作为一种低功耗的处理器实现电子桌面的整机控制与信号处理；与WIFI模块连接，通过WIFI信号与课程服务端进行无线连接；通过与显示控制器连接，实现对电子纸的显示控制，接收电子纸发送的手写笔接触动作信号。
如图2所示，电子纸、控制板固定安装在书桌的桌面上；放置有专门放置手写笔的手写笔盒，手写笔盒固定在书桌的桌面上不影响电子纸和控制板安装的位置上；电子桌面还包括覆盖在所述电子纸、控制板上，起保护作用的面板。
电子桌面的结构简单，重量轻，体积小，通过在现有教室的书桌就可以进行电子桌面的改造；采用的包括ARM处理器、显示控制器和无线通信模块在内的用电模块都为低功耗器件，配合显控的电子纸也是低功耗的，采用9V干电池就可以足够的电能供电，采用无线信号进行通信，这就决定了对普通教室进行电子教室改造时，不需要重新布线，节约了成本，工期和资源。
特殊的，课程服务器还具有机器阅卷模块和试卷分析模块，当课堂教学内容为电子考试时，学生通过学生端提交电子答卷到课程服务端，课程服务端的机器阅卷模块对电子答卷进行机器阅卷，试卷分析模块对阅卷结果进行试卷分析。对于客观题，在学生提交答卷后机器阅卷模块将学生客观题选择结果与标准答案进行比对，可以非常高效、准确地给出客观题分数；对于主观题，首先由教师设置一套通用的从字迹工整度、词汇丰富性、句子通顺度、文采、篇章结构、立意等多个层次综合评估一篇作文质量的解决方案，再让机器利用机器学习算法来学习这套方案并从少量人工评分的样本中学习获得主观题评分标准，通过上述学习就可以让机器阅读模块完成对学生的主观题评分了。试卷分析模块可以非常方便地搜集、统计所有参与考试学生的综合成绩、个人成绩、平均成绩、主客观题得分和错题分布等等，最后加以分析整理形成综合的试卷分析报告。
通过课程服务器进行机器阅卷，降低了老师的工作强度，提高了教学效率，是课堂教学的节奏更加紧凑，对学生的答题情况进行及时的试卷分析，使老师可以及时发现学生对课程的理解程度，调整教学进度或教学方式。
特殊的，课程服务端与互联网连接，家长通过互联网设备登录课程服务端，查阅课堂教学记录，了解孩子的学习情况。
通过家长的参与，实现家校互动，更利于学生的成长。
本实施例还公开了一种基于电子纸桌面教学系统的教学方法，包括以下步骤：
步骤S1、系统加电，学生端和教师端分别与课程服务端建立无线连接；
步骤S2、教师端向课程服务端发送当前课程的教学计划；
步骤S3、课程服务端根据教学计划准备相应的课堂教学内容；
步骤S4、学生端通过无线信号从课程服务端获取教学内容，学生通过电子纸查看教学内容，通过手写笔与电子纸的交互进行交互式课堂学习；并实时将交互过程和内容发送到课程服务端进行存储。
具体的，学生在学生端的电子桌面书桌上长按电源按钮后电源模块对外供电，ARM处理器加电工作，初始化完成后ARM处理器通过WIFI模块向课程服务端提交课堂教学内容请求，课程服务端根据所在班级当前课程的教学计划安排将课程内容通过WIFI发送给请求书桌。电子桌面书桌收到课程内容后由ARM处理器将课程内容发送给显示控制器，由显示控制器驱动电子纸显示课程内容。学生打开手写笔盒取出手写笔，在电子纸上可以用手写笔进行翻页、标记、圈选、注释等操作，所有操作信息均实时上传服务器保存供以后查询。
并且，在课堂教学的过程中，教师通过教师端调取课程服务端存储的包括所有学生的操作信息在内的交互式课堂学习过程和内容，查看学生的课堂学习情况，并且，教师端随时指令课程服务端向学生端下发电子练习题或电子试卷，进行随堂练习或测试。
并且，学生在学生端完成随堂练习或测试后，提交答卷上传到课程服务端；课程服务端进行机器阅卷和试卷分析；将阅卷结果通过无线信号发送的学生端和教师端。
进一步地，学生在下课不再使用电子桌面书桌时，长按电源按钮即可关闭电子桌面书桌，当电池电量过低时电子桌面书桌会有告警提示，提示及时更换电池。电池更换只需打开电池盒取出内部9V干电池,替换新电池即可。
在家长想要了解孩子在学校的学习情况时，通过互联网设备登录课程服务端，在课程服务器上查阅字节孩子的课堂教学记录，了解孩子的学习情况。
综上所述，本发明实施例公开的基于电子纸桌面的教学系统及方法，可以灵活方便的提供学校教学内容，学生使用电子纸进行课堂学习，无需携带各科大量书本上学，有效减轻学生负担；教学内容、试题试卷可以电子收发，节约大量书本纸张，有利环保；可以实现后期机器阅卷、机器批改作业，大幅减少教师的工作量和工作强度；家长可以随时通过互联网登录课程服务器解孩子的各科学习及试卷完成情况，促进实现家校共同教育。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于电子纸桌面的教学系统，其特征在于，包括学生端、教师端和课程服务端；
所述学生端通过无线信号与课程服务端连接，接收课程服务端发送的课堂教学内容供学生学习，实时记录学生学习过程中的电子交互信息，发送到课程服务端进行存储；
所述教师端通过无线信号与课程服务端连接，发送教学指令到课程服务端，控制课程服务端向学生端发送教学内容；读取课程服务端存储的学生学习过程中的电子交互信息，掌握学生的学习情况；
所述课程服务端，存储课堂教学中使用到的教学内容，在教师端的控制下，将相关教学内容发送到学生端；存储学生学习过程中的电子交互信息。
2.根据权利要求1所述的教学系统，其特征在于，所述学生端为包括电子桌面的书桌，所述电子桌面包括电子纸、控制板和手写笔；
所述电子纸，用于显示控制板接收的显示信息，感应手写笔的接触形成手写笔接触动作信号发送到控制板；
所述手写笔，通过与电子纸接触使电子纸产生接触动作信号；学生在学生端通过手写笔在电子纸上进行课程内容的电子学习或电子答题；
所述控制板与电子纸电连接，控制电子纸的显示内容；接收电子纸发送的手写笔接触动作信号；
所述控制板与课程服务端通过无线信号连接；接收课程服务端发送的电子纸显示信息，向课程服务器发送电子纸传来的手写笔接触动作信号。
3.根据权利要求2所述的教学系统，其特征在于，所述控制板包括：ARM处理器、显示控制器、无线通信模块、电源模块、电源按钮、电池、电池座、连接器和印制板；
所述印制板通过印制板焊盘与ARM处理器、显示控制器、无线通信模块、电源模块、电池、电池座、电源按钮和连接器分别连接；
所述电池通过电池座和印制板连接；
所述电源模块通过印制线与电源按钮和电池座分别连接；
所述电源模块和ARM处理器、无线通信模块、显示控制器和连接器通过印制线分别连接；
所述ARM处理器通过印制线与显示控制器和无线通信模块分别连接；
所述显示控制器通过印制线和连接器连接；
所述连接器通过柔性电缆连接所述电子纸。
4.根据权利要求3所述的教学系统，其特征在于，所述电子纸、控制板固定安装在书桌的桌面上；所述手写笔放置于手写笔盒内，所述手写笔盒固定在书桌的桌面上不影响电子纸和控制板安装的位置上；电子桌面还包括覆盖在所述电子纸、控制板上，起保护作用的面板。
5.根据权利要求1所述的教学系统，其特征在于，课程服务器包括机器阅卷模块和试卷分析模块；当课堂教学内容为电子考试时，学生通过学生端提交电子答卷到课程服务端，课程服务端的机器阅卷模块对电子答卷进行机器阅卷，试卷分析模块对阅卷结果进行试卷分析。
6.根据权利要求1所述的教学系统，其特征在于，所述课程服务端与互联网连接，家长通过互联网设备登录课程服务端，查阅课堂教学记录，了解孩子的学习情况。
7.一种基于权利要求1-6所述教学系统的教学方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、系统加电，学生端和教师端分别与课程服务端建立无线连接；
步骤S2、教师端向课程服务端发送当前课程的教学计划；
步骤S3、课程服务端根据教学计划准备相应的课堂教学内容；
步骤S4、学生端通过无线信号从课程服务端获取教学内容，学生通过电子纸查看教学内容，通过手写笔与电子纸的交互进行交互式课堂学习；并实时将交互过程和内容发送到课程服务端进行存储。
8.根据权利要求7所述的教学方法，其特征在于，在课堂教学的过程中，教师通过教师端调取课程服务端存储的交互式课堂学习过程和内容，查看学生的课堂学习情况，并且，教师端随时指令课程服务端向学生端下发电子练习题或电子试卷，进行随堂练习或测试。
9.根据权利要求8所述的教学方法，其特征在于，学生端在完成随堂练习或测试后，提交答卷上传到课程服务端；课程服务端进行机器阅卷和试卷分析；将阅卷结果通过无线信号发送的学生端和教师端。
10.根据权利要求7-9任一所述的教学方法，其特征在于，家长通过互联网设备登录课程服务端，查阅课堂教学记录，了解孩子的学习情况。
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