多点触控技术在教育中的应用

多点触控技术在教育中的应用 【摘 要】多点触控技术为人机交互提供了一种崭新的途径，它在教育领域更是有着广泛的应用前景。在介绍各种多点触控技术及其特点的基础上、重点了支持多点触控的交互式电子白板和平板电脑在教育中的应用，给出了多点触控技术在对教育发展中的前景展望。 【关键词】多点触控技术 手势 电子白板 平板电脑 教育信息化 多点触控技术始于1982年，由多伦多大学发明的感应食指指压的多点触控屏幕作为标志。1991年pierre wellner对多点触控“数码服务台”，即支持多手指的提案，研制出一种名为数码桌面的触屏技术，容许使用者同时以多个指头触控及拉动触屏内的影像[1]。同年，电子白板产品横空出世，由加拿大smart公司率先进行研发，并把电子白板进行产品化，在欧美市场进行了推广、使用。 国内由深圳巨龙科教公司于2001年率先进行对交互电子白板硬件与软件进行研发，并于同年推出国内第一块交互式电子白板。2005年开始，随着教育多媒体条件逐步成熟，国内电子白板开始崭露头角。2008年开始，伴随着投影机市场短焦、超短焦投影机的大规模出现，国内交互式电子白板迅速普及到全国大多数中。随后，支持多点触控平板电脑逐渐进入课堂，给全球的教育理念，教学策略带来了巨大的变革[2]。 一、多点触控技术 人机交互是人与计算机进行信息交流的方式，传统的键盘鼠标等 操作方式很多都依赖于经验，不能利用人们丰富的感知和动作器官，无法与信息空间和现实物理空间建立自然的映射等[3]。目前广泛使用的单点触摸屏，无非是用手指的点击代替了鼠标的点击，从实质上没有发生根本性的变化，仍然缺乏智能性、缺少以用户为中心的交互自然性、高效性。 多点触控技术[4]的出现使得人机交互的历史又迈上了一个新的台阶，让人类用双手自然地与计算机进行交互成为可能。多点触控技术就是借助光学和材料技术，搭建一个能够同时运用多指进行操作的平台，用户可以实现基于手势的人机交互。多点触控技术按照捕获参数过程的工作原理以及传输信息的介质的不同，可以分为电阻式触摸屏、电容式触摸屏、面声波触摸屏、光学式触摸屏等。(表1) (一)手势 多点触控技术是人类通过双手的触摸操作，来完成人机交互的。所以人双手的操作过程如何能更符合人类的思考习惯和生活体验，成为研究的热点。手势的诞生使得多点触控的操作更为简单，更容易被大众广泛接受和理解。 (二)手势的定义 人在日常交流的时候通常是用语言来传递信息，肢体的活动也能起到传递信息的作用，例如聋哑人的手语，他们通过肢体，手势等复杂而丰富的变化来完成表达语义的功能[6]。其实多点触控技术所涉及的手势与手语的手势有相似之处，都要求表意简洁形式凝 练，手势清晰准确，即使未曾学过手语的人也能通过已有的生活经验理解部分手势的含义。手势的定义应该与应用的背景是紧密相关的，定义的过程应该首先要知道用户想要做什么，就是在特定的应用环境下想要完成什么语义功能，然后思考用户在真实的场景中通常采用什么样的手势去完成这个语义的表达，最后确定用户要实现的功能应该通过何种手势来完成。 例如:放大与缩小这组概念，应该是运动的、抽象的，但是如果手势去表达应该怎么去做呢,这就是一个由抽象思维转化为具象动作的思考过程。通常人们会用两只手臂展开与合拢来表示放大与缩小这两个概念，那么同样，在多点触控的交互中，用户通过使用两只手指的展开与合拢，来实现对对象的放大与缩小。这样的手势与用户在生活中放大与缩小的手势相同，符合用户的认知心理，用户的心理目标与实际行为相匹配，也符合用户的生活体验[7]。手势的定义除了自然的认知定义之外，也存在一种类似“字典”的定义方式[8]。仍然是放大与缩小这组手势，定义为双击，用户通过双击实现放大到默认倍数，再次双击还原到原始大小。另外，用户也可以自定义手势来影射某个按键或者实现某种特定的功能。 二、多点触控技术的教育应用 多点触控技术在教育行业的应用范围越来越广，随着技术的发展，以多点触控技术为基础的白板——交互式电子白板，给传统的多媒体教室注入了新的活力的同时，对新媒体、新技术在课堂中的应用也带来了巨大的冲击。平板电脑、智能手机的普及使得用户可以随 时随地利用多点触控，体验全新的人机交互，更加直观的接受新的知识与信息。 (一)交互式电子白板 交互式电子白板又称为互动白板或交互白板(interactive white board，iwb)，是基于pc的一种具有人机交互功能的输入输出设备，它包括电子白板、电子笔和相应的应用软件，可广泛应用于教学、远程教学和会议演示等领域。常见的交互式电子白板的触摸屏分为电磁感应式、红外线感应式、压力感应式、超声波感应式等。实际使用中，交互式电子白板需要与计算机和投影仪结合使用，交互式电子白板、电子笔、计算机和投影仪组成了交互式电子白板系统。通过电子笔一方面可以轻松实现书写、标注、几何画图等功能，取代了传统的黑板和粉笔，另一方面还可以使用电子笔在交互电子白板上对计算机进行直接操控，实现对计算机文件与程序系统的操作。在小学数学的课堂教学当中，电子白板的多点触控功能就得到了充分的体现。 教师用白板展示一个长方形框架，长8厘米，宽5厘米，师生共同求出长方形的面积。教师提问“如果捏住这个长方形的一组对角，向外这样拉(使用拉拽的手势)，同学们看看，现在变成了什么图形,”长方形的框架变成了平行四边形，教师询问:“这样一拉，形状变了，面积变了吗,”怎样验证面积是否变化，这时可以利用白板软件中“网格设计器”即时添上网格，通过学生数一数，得出这个平行四边形的面积变小，相邻两条边的乘积不能算出平行四边 形的面积。既有效地解决了教学中的重点，又突破了难点，优化了教学过程，学生能更好地掌握所学的知识的特征，进而提高运用知识解决问题的能力[9]。 (二)平板电脑 平板电脑以平板外形为基础，区别于笔记本电脑，没有键盘和翻盖，处理器为intel、amd或arm，可安装操作系统，屏幕支持多点触控，大小不超过10寸，使用手写或屏幕键盘进行输入，也可以通过语音和外置键盘。由于平板电脑采用多点触控屏幕，可以使用手势，使得平板电脑的操作更加简单、容易、大众化、智能化[10]。以苹果公司的ipad为例，简单介绍多点触控技术的教育应用。 1.语文教学中的应用 运用多点触控屏的手写功能，学生可以在屏幕上进行汉字的书写，教师也可以纠正学生的书写习惯，师生互动，提高学生的学习兴趣。幼儿七彩笔顺学习卡是专为学龄前幼儿设计的一款看图学写字的软件。每个字的笔顺演示及书写均按照赤橙黄绿青蓝紫的笔画顺序显示，通过这种寓教于乐的形式，培养起孩子对汉字的兴趣和良好的书写习惯，使孩子能轻松掌握书写顺序。 2.数学教学的互动应用 针对幼儿以形象思维为主，空间、抽象思维较弱的年龄特点，在教学中利用多点触控屏幕可以进行动态演示和操作。学生只需要用手指轻轻在屏幕上划动一下，就可以拨动平板电脑中演示时钟的时针分针，也可以直接用手指拖动某个几何图形的顶点或者角的边， 无需再像以往那样用鼠标点击拖动，给学生带来更直接的体验。 3.地理等户外活动教学，应用平板电脑结合wifi和3g网络接入，使得学生可以随时通过网络获取所需的知识和资料，结合天文学习软件可以更好的扩充学生学习的途径和提升学生学习的兴趣。例如:sky safari对于喜欢观星的学习者来说是极好的伴侣，它包含丰富的星座数据库，其中就有恒星坐标、物理参数和轨道参数等信息，用户可以找到并搜寻天空中的任何天体，包括行星、卫星、小行星、彗星和恒星等。用户通过利用手势对天体进行放大、缩小、旋转、运动等操作，生动逼真还原天体运行的各种状态。 三、结语 多点触控技术给人类提供了一种更为自然、直接、高效的交互模式，在很多领域都具有广泛的应用前景，对教育领域的影响尤其突出。它对传统计算机辅助教育的理念、教学策略来说，是一次伟大的革命，意义非常重大，影响十分广泛。多点触控技术与教育的结合虽然在应用前景上十分看好，但在现实中仍然存在着不少问题亟待解决。相信不久的将来，会有更多的新技术、新媒体，为以教育信息化推动教育现代化带来新的革命。 参考文献: [1] 多点触控: . [2] 交互式电子白板: . [3] 王德鑫， 张茂军， 熊志辉. 多重触控技术研究综述[j]. 计算机应用研究， 2009， 26(7): 2404-2404. [4] buxton b. multi-touch systems that i have known and loved [eb/ol]. [2007-01-12] [2008-02-05]. http: //www.billbuxton.com/multitouchoverview.html. [5] 王岫晨. 多点触控技术引领人机互动新时代[j]. 集成电路 应用， 2011， 09: 33-33. [6] 张毅， 覃京燕， 李威. 基于手语语义学的多点触摸交互系 统的用户行为研究[j]. 包装工程， 2008， 5:144-145. [7] 李春富， 李鹏飞. 多点触控移动设备中的交互设计探究[j]. 艺术与设计(理论)， 2011， 08: 140-140. [8] elias j， westerman g， wayne c， et al. multi-touch gesture directory: united states， 20070177803[p]. 2007. [9] 唐建良. 科学整合交互白板 构建生动数学课堂——从教学 片段透视交互式电子白板在数学课堂教学中的特点[j]. 中国教育 技术装备， 2011， 28: 29-29. [10] 范佳午， 樊方园. ipad、iphone和ipod touch的理科教育 应用[j]. 中小学信息技术教育， 2012， 03: 78-78. 作者简介: 袁 蒙，男，硕士研究生，计算机教育应用方向。 张景生，男，教授，硕士生导师。 贾 斌，男，硕士研究生。 基金项目: 课题号:信息技术价值观与网络道德养成的实证研究 全国教育科 学“十一五”规划2010年度单位资助教育部规划课题，课题批准 号为ffb108093 2010