兼具版權(quán)保護(hù)功能的多媒體教學(xué)電子教鞭系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李旭東

浙江財(cái)經(jīng)學(xué)院應(yīng)用數(shù)學(xué)研究所 浙江杭州 310018

教鞭是傳統(tǒng)“黑板—粉筆”教學(xué)方式強(qiáng)有力的輔助工具。使用教鞭，主要是為了更好地指引學(xué)生聽(tīng)課，使學(xué)生跟隨教師的教學(xué)思路和講解內(nèi)容進(jìn)行思考。而隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展與普及，在許多課程中，傳統(tǒng)“黑板—粉筆”教學(xué)方式已漸漸被多媒體教學(xué)方式所取代。當(dāng)前，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助多媒體教學(xué)的主要方式是：教師上課時(shí)，將事先制作好的多媒體教學(xué)課件在計(jì)算機(jī)上打開(kāi)，將其內(nèi)容通過(guò)投影儀放映出來(lái)。顯然，傳統(tǒng)的教鞭在此已無(wú)用武之地，因而大多數(shù)教師選擇了紅色激光筆或者鼠標(biāo)光標(biāo)等來(lái)代替教鞭。但無(wú)論是激光筆還是光標(biāo)，在屏幕上都是一瞬即逝的，無(wú)法留下痕跡，所以其作為教鞭的功能非常有限。于是，克服這些不足的電子教鞭應(yīng)運(yùn)而生。

PPT是當(dāng)前最為常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)輔助多媒體教學(xué)軟件之一[1]。PPT軟件內(nèi)置了電子教鞭功能，教師在演示教學(xué)課件的同時(shí)，能通過(guò)其提供的各式“繪圖筆”，對(duì)教學(xué)課件進(jìn)行圈劃，從而實(shí)現(xiàn)教鞭的功能。但是PPT電子教鞭的功能有很大局限性：沒(méi)有提供如直線、方框、圓、橢圓等規(guī)則的幾何圖形的繪制功能，也不能隨意設(shè)置繪圖筆粗細(xì)和顏色。而其他常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)輔助多媒體教學(xué)軟件，如Authorware，F(xiàn)lash等，則沒(méi)有內(nèi)置的電子教鞭功能，只能通過(guò)其提供的腳本語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)[2-4]，這對(duì)于多數(shù)不會(huì)編程的教師而言，顯然無(wú)法使用。

為此，我們?cè)O(shè)計(jì)出一個(gè)功能強(qiáng)大且實(shí)用、不依賴(lài)于任何計(jì)算機(jī)輔助多媒體教學(xué)軟件的電子教鞭系統(tǒng)。同時(shí)，考慮到對(duì)多媒體教學(xué)課件進(jìn)行版權(quán)保護(hù)的需求，設(shè)計(jì)的電子教鞭系統(tǒng)將加入基于數(shù)字水印的版權(quán)保護(hù)功能。

1 電子教鞭系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)的需求和功能分析

相比傳統(tǒng)教鞭，電子教鞭系統(tǒng)具有的基本功能是：在顯示多媒體教學(xué)課件的計(jì)算機(jī)屏幕上，可以自由標(biāo)注出重點(diǎn)和所要強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容；通過(guò)留有的痕跡，指引學(xué)生觀看多媒體教學(xué)課件。

從計(jì)算機(jī)輔助多媒體教學(xué)的現(xiàn)實(shí)情況和需求來(lái)看，電子教鞭系統(tǒng)應(yīng)具有更多的功能。比如，當(dāng)教師在課堂教學(xué)中要臨時(shí)書(shū)寫(xiě)一些內(nèi)容或繪制幾何圖形時(shí)，需要系統(tǒng)能在計(jì)算機(jī)屏幕上調(diào)出一塊電子黑板(或電子白板)，同時(shí)需要系統(tǒng)提供繪制規(guī)則幾何圖形的工具。

此外，根據(jù)中對(duì)多媒體教學(xué)課件版權(quán)保護(hù)方面的實(shí)際需求以及文獻(xiàn)[5-8]提出的基于數(shù)字水印的多媒體教學(xué)課件的版權(quán)保護(hù)方案，電子教鞭系統(tǒng)可加入基于數(shù)字水印的版權(quán)保護(hù)功能。

根據(jù)以上需求分析，電子教鞭系統(tǒng)的總體功能應(yīng)該包括：

(1)能利用鼠標(biāo)或輸入筆等設(shè)備，直接在計(jì)算機(jī)屏幕所顯示的內(nèi)容上標(biāo)注或繪圖。(2)能隨時(shí)在計(jì)算機(jī)屏幕上調(diào)出一塊電子黑板(或電子白板)，供用戶書(shū)寫(xiě)或繪圖。(3)能從計(jì)算機(jī)屏幕中檢測(cè)出或提取出代表版權(quán)所有者信息的數(shù)字水印，以實(shí)現(xiàn)多媒體教學(xué)課件的版權(quán)保護(hù)。(4)不依賴(lài)于任何計(jì)算機(jī)輔助多媒體教學(xué)軟件或其他軟件，并且不影響其他軟件的正常運(yùn)行，同時(shí)又能監(jiān)控用戶的相關(guān)操作。

1.2 系統(tǒng)功能的詳細(xì)設(shè)計(jì)

(1)涂鴉筆和熒光筆。涂鴉筆的功能是繪制出按著鼠標(biāo)左鍵不放而移動(dòng)鼠標(biāo)的自由軌跡線條，所繪制的線條會(huì)覆蓋線條底下的內(nèi)容；熒光筆的功能是繪制出按著鼠標(biāo)左鍵不放而移動(dòng)鼠標(biāo)的寬帶狀自由軌跡線條，所繪制的線條不會(huì)覆蓋其底下的內(nèi)容，而是將這些內(nèi)容涂上一層特定的顏色(一般為黃色)。因此，涂鴉筆和熒光筆的功能主要是用于標(biāo)注或書(shū)寫(xiě)。

(2)規(guī)則的幾何圖形。根據(jù)計(jì)算機(jī)輔助多媒體教學(xué)的需求，電子教鞭系統(tǒng)應(yīng)該至少包括下列規(guī)則的幾何圖形：

直線：給定起點(diǎn)和終點(diǎn)后，連接這兩點(diǎn)獲得的直線段。

橫線：給定起點(diǎn)和終點(diǎn)后，連接分別將終點(diǎn)橫坐標(biāo)和起點(diǎn)縱坐標(biāo)作為橫、縱坐標(biāo)的點(diǎn)與起點(diǎn)獲得的水平直線段。

豎線：給定起點(diǎn)和終點(diǎn)后，連接分別將起點(diǎn)橫坐標(biāo)和終點(diǎn)縱坐標(biāo)作為橫、縱坐標(biāo)的點(diǎn)與起點(diǎn)獲得的垂直直線段。

方框：以給定起點(diǎn)和終點(diǎn)作為對(duì)角線獲得的空心矩形框，其兩條邊框水平，兩條邊框垂直。

圓角方框：類(lèi)似于方框，只是其4個(gè)角不再是直角，而是圓弧。

橢圓：以給定起點(diǎn)和終點(diǎn)作為對(duì)角線獲得矩形的內(nèi)切空心橢圓周。

圓：以給定一點(diǎn)為圓心、指定長(zhǎng)度為半徑獲得的空心圓周。

在上述規(guī)則幾何圖形中，起點(diǎn)和終點(diǎn)分別是指鼠標(biāo)左鍵按下和放開(kāi)時(shí)對(duì)應(yīng)的鼠標(biāo)光標(biāo)在計(jì)算機(jī)屏幕上的坐標(biāo)點(diǎn)。

(3)筆型的屬性設(shè)置。為易于描述，在此將涂鴉筆、熒光筆和規(guī)則幾何圖形均稱(chēng)為“筆型”。為增強(qiáng)電子教鞭的使用效果，電子教鞭系統(tǒng)需要為用戶提供設(shè)置筆型相關(guān)屬性的功能。

筆型間的切換：為用戶提供筆型在涂鴉筆、熒光筆和各種規(guī)則幾何圖形間進(jìn)行切換的功能。

筆型的寬度設(shè)置：為用戶提供設(shè)置筆型繪制相應(yīng)線條寬度的功能，即要有不同的線條寬度供選擇。

筆型的顏色設(shè)置：為用戶提供設(shè)置筆型繪制相應(yīng)線條顏色的功能，有紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等多種顏色供選擇。

(4)標(biāo)注、書(shū)寫(xiě)或繪圖。當(dāng)按下鼠標(biāo)左鍵時(shí)，以當(dāng)前筆型及顏色和寬度進(jìn)行標(biāo)注、書(shū)寫(xiě)或繪圖，而當(dāng)鼠標(biāo)左鍵放開(kāi)時(shí)操作結(jié)束。同時(shí)，電子教鞭系統(tǒng)需要為用戶提供清除當(dāng)前已標(biāo)注、書(shū)寫(xiě)或繪圖內(nèi)容的功能。

(5)電子黑板和電子白板。電子黑板或電子白板，即全黑或全白的計(jì)算機(jī)屏幕，是教師利用其來(lái)臨場(chǎng)發(fā)揮的有效工具。為此，電子教鞭系統(tǒng)需要為用戶提供隨時(shí)調(diào)出電子黑板或電子白板的功能。當(dāng)處于電子黑板或電子白板功能狀態(tài)時(shí)，除計(jì)算機(jī)屏幕是全黑或全白的，其他如筆型相關(guān)屬性設(shè)置、標(biāo)注、書(shū)寫(xiě)或繪制等功能，都要能照常使用。

(6)版權(quán)保護(hù)功能。依據(jù)文獻(xiàn)[5-8]描述的基于數(shù)字水印的多媒體教學(xué)資源(課件)版權(quán)保護(hù)方案或方法，在計(jì)算機(jī)屏幕上(事實(shí)上就是屏幕截圖)，利用相應(yīng)的數(shù)字水印檢測(cè)技術(shù)或提取技術(shù)，檢測(cè)或提取出代表版權(quán)擁有者信息的數(shù)字水印，從而根據(jù)數(shù)字水印的有無(wú)或者歸屬實(shí)現(xiàn)多媒體教學(xué)資源(課件)的版權(quán)保護(hù)。

(7)其他功能。作為一個(gè)完整和完善的系統(tǒng)，電子教鞭還需要具備其他一些功能。

幫助：為用戶提供電子教鞭系統(tǒng)在操作上的相關(guān)信息，如用戶使用說(shuō)明等。

關(guān)于：向用戶展示電子教鞭系統(tǒng)的名稱(chēng)、版本和版權(quán)等相關(guān)信息。

退出：電子教鞭系統(tǒng)結(jié)束運(yùn)行。

1.3 系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)上述的詳細(xì)功能設(shè)計(jì)，電子教鞭系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電子教鞭系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖

2 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)出了一個(gè)功能強(qiáng)大且實(shí)用、不依賴(lài)于任何多媒體教學(xué)軟件的電子教鞭系統(tǒng)。同時(shí)，為滿足對(duì)多媒體教學(xué)課件進(jìn)行版權(quán)保護(hù)的需求，本系統(tǒng)加入了基于數(shù)字水印的版權(quán)保護(hù)功能。使用本系統(tǒng)，教師既能充分利用計(jì)算機(jī)中的多媒體教學(xué)資源，又能像傳統(tǒng)“黑板—粉筆”教學(xué)方式那樣臨場(chǎng)發(fā)揮，這將大大提高教師利用教學(xué)課件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助多媒體教學(xué)的效率和學(xué)生聽(tīng)課的效果，從而提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

[1] 馬力克.用Powerpoint 2003制作教學(xué)課件[M].上海:華東師范大學(xué)出版社,2008.

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