本科畢業(yè)論文

本科畢業(yè)論文多點(diǎn)觸控電子白板在中學(xué)物理教學(xué)中的優(yōu)勢分析摘要隨著新課改的不斷推進(jìn)，以電子白板為核心的當(dāng)代教學(xué)媒體在中學(xué)物理教學(xué)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，探究和挖掘新型多點(diǎn)觸控電子白板在教學(xué)中的優(yōu)勢就變得特別必要。本文在分析傳統(tǒng)白板在老師備課、課堂教學(xué)、課后總結(jié)等教學(xué)環(huán)節(jié)中存在眾多問題的基礎(chǔ)上，闡述了多點(diǎn)觸控電子白板引入物理課堂的必要性，并就多點(diǎn)觸控技術(shù)原理、多點(diǎn)觸控電子白板的功能及系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了闡述；最后，在相關(guān)理論的指導(dǎo)下，分析了多點(diǎn)觸控電子白板應(yīng)用于教學(xué)的詳細(xì)環(huán)節(jié)以及在“主導(dǎo)-主體〞新型教學(xué)構(gòu)造中的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞電子白板；多點(diǎn)觸控；物理教學(xué)；觸控手勢；教學(xué)構(gòu)造Analysisoftheadvantagesofmulti-touchElectronicwhiteboardinMiddleSchoolPhysicsTeachingAbstractWiththecurriculumreformofnewcurriculumcontinuestoadvance,toelectronicwhiteboardisthecoreofmodernteachingmediaismoreandmorewidelyusedinPhysicsTeachinginthemiddleschool,itisnecessarytoexploreandfindnewmulti-touchelectronicwhiteboardinteaching.Thispaperhasmanyproblemsintheanalysisoftraditionalwhiteboardinteacherpreparation,classroomteaching,after-schoolsummaryofteaching,discussesthenecessityofmulti-touchInteractiveWhiteboardintophysicsteaching,andalsodiscussesthefunctionandarchitectureofmulti-touchtechnologyprinciple,multi-touchelectronicwhiteboard;finally,inundertheguidanceoftherelatedtheories,analyzesthespecificlinkmulti-touchwhiteboardapplicationinteachingaswellasinteacher-student-centerednewteachingstructureadvantages.KeywordsElectronicwhiteboard;Multi-touch;PhysicsTeaching;Touchgestures;TeachingofStructure目錄摘要......................................................................IAbstract...................................................................II前言.(1)1中學(xué)物理多媒體教學(xué)的問題(2)1.1重課件制作，輕教學(xué)設(shè)計(jì)(2)1.2重課件演示，輕師生互動(dòng)(2)1.3重課件預(yù)設(shè)，輕主動(dòng)生產(chǎn)(2)2多點(diǎn)觸控電子白板的系統(tǒng)架構(gòu)(4)2.1多點(diǎn)觸控技術(shù)簡介(4)2.2多點(diǎn)觸控電子白板(4)2.3觸控白板系統(tǒng)架構(gòu)(4)3多點(diǎn)觸控電子白板在中學(xué)物理教學(xué)中的優(yōu)勢(6)3.1龐大的資源庫利于物理課堂演示和課外拓展(6)3.2強(qiáng)大的動(dòng)作手勢識(shí)別利于創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境(6)3.3靈敏的交互性利于物理課堂互動(dòng)與氣氛活躍(7)3.4分享開放符合新課改利于物理課堂難點(diǎn)突破(7)3.5實(shí)時(shí)性批注實(shí)物視頻展臺(tái)優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)(8)3.6老師主導(dǎo)學(xué)生主體的建構(gòu)利于物理教學(xué)發(fā)展(9)4總結(jié)(10)參考文獻(xiàn)(11)致謝(12)前言電子白板應(yīng)用市場的逐步發(fā)展，也進(jìn)一步推動(dòng)了電子白板應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。包括一些新型的便攜式產(chǎn)品、與投影機(jī)結(jié)合的光電式產(chǎn)品、與平板結(jié)合的觸摸電視產(chǎn)品等新技術(shù)新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。在諸多嶄新的交互式電子白板技術(shù)中，最引人矚目的還是“多點(diǎn)觸控〞技術(shù)。多點(diǎn)觸控由于解決了一塊觸摸屏，多點(diǎn)輸入的難題，成功開拓出更多的嶄新的交互產(chǎn)品應(yīng)用形式[1]。隨著全球各個(gè)行業(yè)對(duì)于信息技術(shù)水平的不斷提高，以多點(diǎn)觸控為技術(shù)基礎(chǔ)的觸摸屏已經(jīng)廣泛應(yīng)用于金融、電信、公共傳媒、娛樂、新聞?wù)故?、?huì)議系統(tǒng)、交通監(jiān)控、賓館、醫(yī)院等領(lǐng)域[2]。也已經(jīng)成為固定式設(shè)備人機(jī)交互科技的主流方向，但是在教育領(lǐng)域中這種以多點(diǎn)觸控技術(shù)為技術(shù)基礎(chǔ)的交互式電子白板應(yīng)用尚有缺乏，多點(diǎn)觸控電子白板在教育領(lǐng)域的優(yōu)勢遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有被挖掘出來，在注重演示物體以及系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過的中學(xué)物理課堂中這種新型的智能的電子白板愈加能夠發(fā)揮它的不可替代的作用。多點(diǎn)觸控電子白板使用的是觸控中的電容式壓感技術(shù),已在業(yè)界推出多年,獲得了全球用戶的認(rèn)可。其“多點(diǎn)觸控〞和“手勢識(shí)別〞功能非常具有震撼力。它就像一個(gè)超大的iPad,用戶能夠在白板上實(shí)現(xiàn)雙人同時(shí)操作、同時(shí)寫作、同時(shí)注解,好像iPad或iPhone一樣的旋轉(zhuǎn)、縮放圖片或項(xiàng)目等功能[3]。隨著教育改革的不斷推進(jìn)和信息技術(shù)與課程整合的逐步深化，融合了當(dāng)代多媒體教學(xué)優(yōu)勢的多點(diǎn)觸控電子白板，作為一種新的教學(xué)媒體，必然能夠在教育領(lǐng)域中發(fā)揮它的不可替代的作用，多點(diǎn)觸控電子白板是兼具傳統(tǒng)黑板與多媒體設(shè)備的特長，多點(diǎn)觸控電子白板方便、靈敏，易于操作；而且工作界面漂亮、簡潔，吸引學(xué)生；更是集聲、光、電于一體，具有強(qiáng)大的媒體功能和交互功能。多點(diǎn)觸控電子白板技術(shù)還為課堂互動(dòng)、師生互動(dòng)、生生互動(dòng)提供了技術(shù)可能和方便[4]。進(jìn)而也就為建立以學(xué)生為中心的教學(xué)構(gòu)造提供了技術(shù)支持。在中學(xué)物理教學(xué)中，能夠利用多點(diǎn)觸控電子白板完成呈現(xiàn)、展示、溝通、互動(dòng)、合作，拓展教學(xué)資源，優(yōu)化教學(xué)經(jīng)過，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)效率。本文分為四部分。第一部分簡單闡述了傳統(tǒng)多媒體電子白板的缺乏，主要分析老師上課前的備課、上課中的課件演示以及課后老師的經(jīng)歷總結(jié)經(jīng)過傳統(tǒng)電子白板存在的問題。第二部分主要介紹多點(diǎn)觸控技術(shù)；多點(diǎn)觸控電子白板以及多點(diǎn)觸控電子白板的總體的系統(tǒng)架構(gòu)。第三部分對(duì)多點(diǎn)觸控電子白板在中學(xué)物理課堂教學(xué)的優(yōu)勢進(jìn)行了分析，并結(jié)合中學(xué)物理教學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)例進(jìn)行了簡單的交互電子白板的教學(xué)模擬。第四部分總結(jié)全文。1中學(xué)物理多媒體教學(xué)的問題傳統(tǒng)電子白板的誕生以及在物理課堂中的應(yīng)用優(yōu)化了老師的教學(xué)經(jīng)過、拓展了學(xué)生的學(xué)習(xí)資源，在一定程度上改變了傳統(tǒng)教學(xué)和學(xué)習(xí)的方式。但是，隨著教育信息化的不斷推進(jìn)、教育改革的不斷深化以及傳統(tǒng)電子白板的技術(shù)和功能的缺陷，其在教育領(lǐng)域的弊端也不斷凸顯。1.1重課件制作，輕教學(xué)設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的中學(xué)物理多媒體教學(xué)課堂以PPT等課件為主，課件是課前預(yù)制好的，簡單的交互性也只能是提早空想的選擇分支，進(jìn)而在制作課件的時(shí)候教師只能憑教學(xué)經(jīng)歷也就導(dǎo)致了老師在上課的時(shí)候忽視學(xué)生。多媒體課件的制作對(duì)中學(xué)物理老師來講可能有一定的技術(shù)門檻，然而傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)系統(tǒng)由于沒有自帶的資源系統(tǒng)平臺(tái)或是自帶資源和匱乏等缺陷，所以課前物理老師要花大量時(shí)間和精神在網(wǎng)上搜索資料。這樣就給多媒體教學(xué)帶來了眾多的壁壘，不利于多媒體物理課堂優(yōu)勢的體現(xiàn)，愈加的不利于教育信息化的推進(jìn)。而且PPT等提早制作的課件承當(dāng)信息和教學(xué)資源的能力有限，最后老師也就只能把上課一定要用的資料放在課件里，有可能要用、又不一定會(huì)用的文本、圖片、視頻等教學(xué)資源就白白舍棄了[22]，效率極低。熟不知課件作為一個(gè)多媒體的教學(xué)工具，它僅僅是為整節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)服務(wù)的，只是教學(xué)設(shè)計(jì)中的一個(gè)很小的部分。老師把備課的大部分精神用在課件制作上，沒有時(shí)間進(jìn)行整體有效的教學(xué)設(shè)計(jì)，使得老師、學(xué)生、教學(xué)經(jīng)過只能去適應(yīng)教學(xué)課件，本末倒置，對(duì)教學(xué)效果具有消極的影響，把多媒體變成了阻礙物理教學(xué)的的障礙。1.2重課件演示，輕師生互動(dòng)中學(xué)物理老師在上課的時(shí)候一般在電腦前操作PPT控制投影的進(jìn)程，進(jìn)而導(dǎo)致老師不能靈敏地根據(jù)學(xué)生的行為和反響來改變教學(xué)策略以到達(dá)優(yōu)化教學(xué)效果的目的，物理老師在上課的時(shí)候很難做到即興發(fā)揮，也就體現(xiàn)不出老師的課堂駕馭能力和個(gè)人魅力，大大的影響了物理課堂的教學(xué)效果。而且，傳統(tǒng)的多媒體電子白板很難在所投影的材料上進(jìn)行書寫，更不能保存板書的內(nèi)容，這樣一來也就阻斷了師生間課堂上的書寫溝通。老師課堂上面向電腦操作的時(shí)間越多，與學(xué)生在信息溝通和傳遞方面的共鳴作用越弱化[6]。體現(xiàn)不到老師主導(dǎo)學(xué)生主體的教學(xué)形式，把多媒體教學(xué)變成了“電灌〞！1.3重課件預(yù)設(shè)，輕主動(dòng)生產(chǎn)傳統(tǒng)的多媒體課堂大多使用PPT、Authorware、Flash等來設(shè)計(jì)多媒體課件進(jìn)而輔助老師的教學(xué)經(jīng)過，固然這些軟件能夠?qū)崿F(xiàn)一定的師生交互活動(dòng)，但這種交互活動(dòng)多由老師備課時(shí)預(yù)設(shè)的問題而設(shè)定，與其講是人機(jī)互動(dòng)，倒不如講是預(yù)設(shè)的演示[5]，紙上談兵罷了。實(shí)際的中學(xué)物理課堂教學(xué)中所遇情況老師不可能全部考慮周到〔學(xué)生之間性格、經(jīng)歷、年紀(jì)、家庭等等的差異〕。一旦出現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)、聽課經(jīng)過中所出現(xiàn)的問題超出老師預(yù)設(shè)或是料想的范圍時(shí)，因課件無法及時(shí)有效的修改，老師經(jīng)常選擇忽略或是回避學(xué)生出現(xiàn)的問題；假如老師不回避，那么就只能回到原始的教學(xué)方式來到黑板上補(bǔ)充這些問題，勢必讓學(xué)生的注意力從電腦轉(zhuǎn)移到黑板前，再從黑板轉(zhuǎn)移到電腦前，來來回回，也就導(dǎo)致了學(xué)生的無意注意的增加，介入教學(xué)活動(dòng)的積極性被中斷。電子白板急需技術(shù)上的突破也就變的越來越迫切，功能愈加完善的新型電子白板已經(jīng)成為今后教育領(lǐng)域的真正所需！2多點(diǎn)觸控電子白板的系統(tǒng)架構(gòu)2.1多點(diǎn)觸控技術(shù)簡介多點(diǎn)觸控〔Multi-Touch〕又稱多點(diǎn)觸摸、多重觸控、多點(diǎn)感應(yīng)、多重感應(yīng)等，是指借助光學(xué)和材料學(xué)等技術(shù)，構(gòu)建能同時(shí)檢測多個(gè)觸點(diǎn)的觸控平臺(tái)，使得用戶能夠運(yùn)用多個(gè)手指同時(shí)操作實(shí)現(xiàn)基于手勢的交互，甚至能夠讓多個(gè)用戶同時(shí)操作實(shí)現(xiàn)基于協(xié)同手勢的交互[7]。意即一些讓電腦使用者透過數(shù)只手指達(dá)至圖像應(yīng)用控制的輸入技術(shù)。要使用多點(diǎn)觸控技術(shù)，裝置必需配備觸屏或觸摸板，同時(shí)需裝載可識(shí)別多于一點(diǎn)同時(shí)觸碰的軟件，相較之下，標(biāo)準(zhǔn)的觸控技術(shù)只能識(shí)別一點(diǎn)，是其之間最大的分別。多點(diǎn)觸控技術(shù)的工作經(jīng)過主要分為兩步，一是同時(shí)收集多路多點(diǎn)觸控信號(hào)，二是對(duì)每路信號(hào)的意義進(jìn)行斷定，也就是所謂的手勢識(shí)別，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)屏幕識(shí)別人的五個(gè)手指或多人同時(shí)做的觸控動(dòng)作[5]。2.2多點(diǎn)觸控電子白板以前的單控式電子白板的人機(jī)交互還只是機(jī)械式的輸入輸出，僅僅停留于靜態(tài)的演示階段，像簡單的放大、縮小這樣的動(dòng)作，也需要通過縮放工具逐步完成。而多點(diǎn)觸控電子白板的人機(jī)交互則是智能化、手勢化的，可很自然地通過手勢的開合進(jìn)行圖像色彩的縮放、旋轉(zhuǎn)，無需專用書寫筆，無論使用手指、教鞭或是任何不透明的物品都能夠進(jìn)行各種演示操控，操作愈加簡單自若，讓老師和學(xué)生在使用經(jīng)過中充分體驗(yàn)人機(jī)交互的樂趣[8]。能夠講多點(diǎn)觸控電子白板的出現(xiàn)，克制了目前其他幾種技術(shù)的種種缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了完美的觸控，真正做到了手隨心動(dòng)的最高境界，讓“交互〞變?yōu)椤盎?dòng)〞，讓呆板的人機(jī)交互變得愈加靈動(dòng)起來，更富表現(xiàn)力和感染力，在“動(dòng)〞“靜〞之間增添無限精彩。2.3觸控白板系統(tǒng)架構(gòu)多點(diǎn)觸控交互式電子白板由紅外筆、Wii手柄、個(gè)人電腦、投影機(jī)、幕布等組成。將Wii手柄放在能夠監(jiān)看到整個(gè)屏幕的位置后固定不動(dòng)，移動(dòng)紅外筆，Wii手柄里的紅外攝像機(jī)可追蹤紅外筆發(fā)出的光點(diǎn)，然后Wii手柄以鼠標(biāo)的身份跟電腦連線，定位方式是將4個(gè)角落光點(diǎn)的位置傳送給電腦上的座標(biāo)軟件作為參考點(diǎn)，這樣就可實(shí)現(xiàn)一個(gè)虛擬的互動(dòng)白板。系統(tǒng)總體架構(gòu)[9]，見圖1。3多點(diǎn)觸控電子白板在中學(xué)物理教學(xué)中的優(yōu)勢3.1龐大的資源庫利于物理課堂演示和課外拓展老師不需要將所有教學(xué)工具和學(xué)習(xí)資源工具事先準(zhǔn)備好，由于多點(diǎn)觸控電子白板資源庫里各科目都配備了相應(yīng)的操作工具等豐富的教學(xué)資源，例如物理科目中有電磁學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)等等[10]。老師在上課時(shí)只要按需要合理有效的使用這些資源即可，方便靈敏的在課堂中引入多種類型的數(shù)字化信息資源，省去了課前備課時(shí)候在互聯(lián)網(wǎng)尋找教學(xué)資源的大量時(shí)間，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)多媒體材料進(jìn)行編輯、組織、展示的控制，這樣一來就使得傳統(tǒng)教學(xué)中無法即時(shí)展示的內(nèi)容變得愈加形象、生動(dòng)和靈敏。同時(shí)降低了老師制作課件的門檻，對(duì)老師的計(jì)算機(jī)專業(yè)素質(zhì)要求不高，進(jìn)而老師能夠把大量時(shí)間用在課前的教學(xué)設(shè)計(jì)上面，做到真正的考慮教學(xué)，真正的去提高老師的教學(xué)技能，真正的去提高本人的教育技術(shù)能力，而不是一味的去玩課件的花哨兒、技術(shù)的花哨。再者多點(diǎn)觸控電子白板與互聯(lián)網(wǎng)連接，能夠使得學(xué)生在解答物理題目的時(shí)候直接連接到網(wǎng)絡(luò)獲取更多的練習(xí)形式和更多的練習(xí)資源，愈加的能夠獲取大量的與教學(xué)相關(guān)的信息資源，豐富課外，拓展課外。也給學(xué)生帶來了更多相關(guān)的知識(shí)及解題思維以及考慮問題的方式，有利于學(xué)生思維的拓展。3.2強(qiáng)大的動(dòng)作手勢識(shí)別利于創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境多點(diǎn)觸控是在同一顯示界面上的多點(diǎn)或多用戶的交互操作形式，摒棄了鍵盤、鼠標(biāo)的單點(diǎn)操作方式。用戶可通過雙手進(jìn)行單點(diǎn)觸控，可以以以單擊、雙擊、平移、按壓、滾動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)等不同手勢觸控屏幕，實(shí)現(xiàn)隨心所欲地操控，進(jìn)而更好更全面地了解對(duì)象的相關(guān)特征〔文字、錄像、圖片、衛(wèi)片、三維模擬等信息〕[11]。在中學(xué)物理課堂中手勢是一種非語言的高效的溝通方式，十分是在電子產(chǎn)品的應(yīng)用中，能夠?qū)崿F(xiàn)諸多鍵盤和鼠標(biāo)無法實(shí)現(xiàn)的功能[8]。傳統(tǒng)的交互式電子白板只能識(shí)別和支持每次一個(gè)“手指〞的觸控、點(diǎn)擊操作，而多點(diǎn)觸控電子白板中則在成功引入多點(diǎn)觸控技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種手勢動(dòng)作的識(shí)別。多點(diǎn)觸控電子白板具有靜態(tài)手勢識(shí)別和動(dòng)態(tài)手勢識(shí)別系統(tǒng)以及RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造[12]能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)手勢的智能識(shí)別，智能學(xué)習(xí)，這樣也就使得老師觸控手勢愈加的多樣化、個(gè)性化、靈敏化，觸控的靈敏度也有質(zhì)的提高，多點(diǎn)觸控系統(tǒng)通過對(duì)觸摸點(diǎn)的位置及其運(yùn)動(dòng)變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和智能化的學(xué)習(xí)，能夠準(zhǔn)確地判定出老師在操作經(jīng)過中使用的手勢及其意義，完成復(fù)雜的系統(tǒng)智能動(dòng)作。在中學(xué)物理教學(xué)課件中，物理情景和運(yùn)動(dòng)變化的模型都是經(jīng)過化的，老師為提高學(xué)生興趣制作一些簡單的gif動(dòng)畫圖片或是簡單的flash動(dòng)畫，動(dòng)作單一重復(fù)，不能激起學(xué)生的興趣，而多點(diǎn)觸控電子白板動(dòng)作手勢識(shí)別功能很好地解決了這個(gè)問題。例如在教授（平拋運(yùn)動(dòng)）這一課時(shí)，利用多點(diǎn)觸控和動(dòng)畫特效的功能，隨著老師的手勢操作，小球會(huì)在水安然平靜豎直方向上運(yùn)動(dòng)，甚至能夠?qū)⑽锢砟Ｐ瓦M(jìn)行動(dòng)畫編輯，豐富了課堂演示手段和互動(dòng)效果，讓老師的課堂教學(xué)更富感染力。老師還能夠在課堂上通過手勢任意旋轉(zhuǎn)3D物理模型，模擬出真實(shí)教學(xué)道具的情境，讓課堂愈加生動(dòng)、逼真，極大地吸引了學(xué)生的注意力，使學(xué)生進(jìn)入身臨其境的狀態(tài)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，而興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力，是學(xué)習(xí)活動(dòng)順利進(jìn)行的重要條件。交互電子白板實(shí)現(xiàn)了高度互動(dòng)，能在第一時(shí)間使學(xué)生體會(huì)到學(xué)習(xí)的樂趣，激發(fā)他們的好奇心和求知欲，使學(xué)生感遭到本人是學(xué)習(xí)活動(dòng)的主人[12]。3.3靈敏的交互性利于物理課堂互動(dòng)與氣氛活躍弗蘭德斯的交互分析系統(tǒng)主要針對(duì)課堂教學(xué)中師生通過言語進(jìn)行交互的行為進(jìn)行分析。弗蘭德斯研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，課堂教學(xué)活動(dòng)主要以言語方式進(jìn)行，言語行為是課堂中最主要的教學(xué)行為，占所有教學(xué)行為的80%左右。