【摘 要】多點(diǎn)觸控技術(shù)為人機(jī)交互提供了一種嶄新的途徑，它在教育領(lǐng)域更是有著廣泛的應(yīng)用前景。論文在介紹各種多點(diǎn)觸控技術(shù)及其特點(diǎn)的基礎(chǔ)上、重點(diǎn)分析了支持多點(diǎn)觸控的交互式電子白板和平板電腦在教育中的應(yīng)用，給出了多點(diǎn)觸控技術(shù)在對教育發(fā)展中的前景展望。

【關(guān)鍵詞】多點(diǎn)觸控技術(shù) 手勢 電子白板 平板電腦 教育信息化

多點(diǎn)觸控技術(shù)始于1982年，由多倫多大學(xué)發(fā)明的感應(yīng)食指指壓的多點(diǎn)觸控屏幕作為標(biāo)志。1991年P(guān)ierre Wellner對多點(diǎn)觸控“數(shù)碼服務(wù)臺(tái)”，即支持多手指的提案，研制出一種名為數(shù)碼桌面的觸屏技術(shù)，容許使用者同時(shí)以多個(gè)指頭觸控及拉動(dòng)觸屏內(nèi)的影像[1]。同年，電子白板產(chǎn)品橫空出世，由加拿大SMART公司率先進(jìn)行研發(fā)，并把電子白板進(jìn)行產(chǎn)品化，在歐美市場進(jìn)行了推廣、使用。

國內(nèi)由深圳巨龍科教公司于2001年率先進(jìn)行對交互電子白板硬件與軟件進(jìn)行研發(fā)，并于同年推出國內(nèi)第一塊交互式電子白板。2005年開始，隨著教育多媒體條件逐步成熟，國內(nèi)電子白板開始嶄露頭角。2008年開始，伴隨著投影機(jī)市場短焦、超短焦投影機(jī)的大規(guī)模出現(xiàn)，國內(nèi)交互式電子白板迅速普及到全國大多數(shù)中小學(xué)。隨后，支持多點(diǎn)觸控平板電腦逐漸進(jìn)入課堂，給全球的教育理念，教學(xué)策略帶來了巨大的變革[2]。

一、多點(diǎn)觸控技術(shù)

人機(jī)交互是人與計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交流的方式，傳統(tǒng)的鍵盤鼠標(biāo)等操作方式很多都依賴于經(jīng)驗(yàn)，不能利用人們豐富的感知和動(dòng)作器官，無法與信息空間和現(xiàn)實(shí)物理空間建立自然的映射等[3]。目前廣泛使用的單點(diǎn)觸摸屏，無非是用手指的點(diǎn)擊代替了鼠標(biāo)的點(diǎn)擊，從實(shí)質(zhì)上沒有發(fā)生根本性的變化，仍然缺乏智能性、缺少以用戶為中心的交互自然性、高效性。

多點(diǎn)觸控技術(shù)[4]的出現(xiàn)使得人機(jī)交互的歷史又邁上了一個(gè)新的臺(tái)階，讓人類用雙手自然地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互成為可能。多點(diǎn)觸控技術(shù)就是借助光學(xué)和材料技術(shù)，搭建一個(gè)能夠同時(shí)運(yùn)用多指進(jìn)行操作的平臺(tái)，用戶可以實(shí)現(xiàn)基于手勢的人機(jī)交互。多點(diǎn)觸控技術(shù)按照捕獲參數(shù)過程的工作原理以及傳輸信息的介質(zhì)的不同，可以分為電阻式觸摸屏、電容式觸摸屏、表面聲波觸摸屏、光學(xué)式觸摸屏等。（表1）

（一）手勢

多點(diǎn)觸控技術(shù)是人類通過雙手的觸摸操作，來完成人機(jī)交互的。所以人雙手的操作過程如何能更符合人類的思考習(xí)慣和生活體驗(yàn)，成為研究的熱點(diǎn)。手勢的誕生使得多點(diǎn)觸控的操作更為簡單，更容易被大眾廣泛接受和理解。

（二）手勢的定義

人在日常交流的時(shí)候通常是用語言來傳遞信息，肢體的活動(dòng)也能起到傳遞信息的作用，例如聾啞人的手語，他們通過肢體，手勢等復(fù)雜而豐富的變化來完成表達(dá)語義的功能[6]。其實(shí)多點(diǎn)觸控技術(shù)所涉及的手勢與手語的手勢有相似之處，都要求表意簡潔形式凝練，手勢清晰準(zhǔn)確，即使未曾學(xué)過手語的人也能通過已有的生活經(jīng)驗(yàn)理解部分手勢的含義。手勢的定義應(yīng)該與應(yīng)用的背景是緊密相關(guān)的，定義的過程應(yīng)該首先要知道用戶想要做什么，就是在特定的應(yīng)用環(huán)境下想要完成什么語義功能，然后思考用戶在真實(shí)的場景中通常采用什么樣的手勢去完成這個(gè)語義的表達(dá)，最后確定用戶要實(shí)現(xiàn)的功能應(yīng)該通過何種手勢來完成。

例如：放大與縮小這組概念，應(yīng)該是運(yùn)動(dòng)的、抽象的，但是如果手勢去表達(dá)應(yīng)該怎么去做呢？這就是一個(gè)由抽象思維轉(zhuǎn)化為具象動(dòng)作的思考過程。通常人們會(huì)用兩只手臂展開與合攏來表示放大與縮小這兩個(gè)概念，那么同樣，在多點(diǎn)觸控的交互中，用戶通過使用兩只手指的展開與合攏，來實(shí)現(xiàn)對對象的放大與縮小。這樣的手勢與用戶在生活中放大與縮小的手勢相同，符合用戶的認(rèn)知心理，用戶的心理目標(biāo)與實(shí)際行為相匹配，也符合用戶的生活體驗(yàn)[7]。手勢的定義除了自然的認(rèn)知定義之外，也存在一種類似“字典”的定義方式[8]。仍然是放大與縮小這組手勢，定義為雙擊，用戶通過雙擊實(shí)現(xiàn)放大到默認(rèn)倍數(shù)，再次雙擊還原到原始大小。另外，用戶也可以自定義手勢來影射某個(gè)按鍵或者實(shí)現(xiàn)某種特定的功能。

二、多點(diǎn)觸控技術(shù)的教育應(yīng)用

多點(diǎn)觸控技術(shù)在教育行業(yè)的應(yīng)用范圍越來越廣，隨著技術(shù)的發(fā)展，以多點(diǎn)觸控技術(shù)為基礎(chǔ)的白板——交互式電子白板，給傳統(tǒng)的多媒體教室注入了新的活力的同時(shí)，對新媒體、新技術(shù)在課堂中的應(yīng)用也帶來了巨大的沖擊。平板電腦、智能手機(jī)的普及使得用戶可以隨時(shí)隨地利用多點(diǎn)觸控，體驗(yàn)全新的人機(jī)交互，更加直觀的接受新的知識(shí)與信息。

（一）交互式電子白板

交互式電子白板又稱為互動(dòng)白板或交互白板（Interactive White Board，IWB），是基于PC的一種具有人機(jī)交互功能的輸入輸出設(shè)備，它包括電子白板、電子筆和相應(yīng)的應(yīng)用軟件，可廣泛應(yīng)用于教學(xué)培訓(xùn)、遠(yuǎn)程教學(xué)和會(huì)議演示等領(lǐng)域。常見的交互式電子白板的觸摸屏分為電磁感應(yīng)式、紅外線感應(yīng)式、壓力感應(yīng)式、超聲波感應(yīng)式等。實(shí)際使用中，交互式電子白板需要與計(jì)算機(jī)和投影儀結(jié)合使用，交互式電子白板、電子筆、計(jì)算機(jī)和投影儀組成了交互式電子白板系統(tǒng)。通過電子筆一方面可以輕松實(shí)現(xiàn)書寫、標(biāo)注、幾何畫圖等功能，取代了傳統(tǒng)的黑板和粉筆，另一方面還可以使用電子筆在交互電子白板上對計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接操控，實(shí)現(xiàn)對計(jì)算機(jī)文件與程序系統(tǒng)的操作。在小學(xué)數(shù)學(xué)的課堂教學(xué)當(dāng)中，電子白板的多點(diǎn)觸控功能就得到了充分的體現(xiàn)。

教師用白板展示一個(gè)長方形框架，長8厘米，寬5厘米，師生共同求出長方形的面積。教師提問“如果捏住這個(gè)長方形的一組對角，向外這樣拉（使用拉拽的手勢），同學(xué)們看看，現(xiàn)在變成了什么圖形？”長方形的框架變成了平行四邊形，教師詢問：“這樣一拉，形狀變了，面積變了嗎？”怎樣驗(yàn)證面積是否變化，這時(shí)可以利用白板軟件中“網(wǎng)格設(shè)計(jì)器”即時(shí)添上網(wǎng)格，通過學(xué)生數(shù)一數(shù)，得出這個(gè)平行四邊形的面積變小，相鄰兩條邊的乘積不能算出平行四邊形的面積。既有效地解決了教學(xué)中的重點(diǎn)，又突破了難點(diǎn)，優(yōu)化了教學(xué)過程，學(xué)生能更好地掌握所學(xué)的知識(shí)的特征，進(jìn)而提高運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力[9]。

（二）平板電腦

平板電腦以平板外形為基礎(chǔ)，區(qū)別于筆記本電腦，沒有鍵盤和翻蓋，處理器為Intel、AMD或ARM，可安裝操作系統(tǒng)，屏幕支持多點(diǎn)觸控，大小不超過10寸，使用手寫或屏幕鍵盤進(jìn)行輸入，也可以通過語音和外置鍵盤。由于平板電腦采用多點(diǎn)觸控屏幕，可以使用手勢，使得平板電腦的操作更加簡單、容易、大眾化、智能化[10]。以蘋果公司的iPad為例，簡單介紹多點(diǎn)觸控技術(shù)的教育應(yīng)用。

1.語文教學(xué)中的應(yīng)用

運(yùn)用多點(diǎn)觸控屏的手寫功能，學(xué)生可以在屏幕上進(jìn)行漢字的書寫，教師也可以糾正學(xué)生的書寫習(xí)慣，師生互動(dòng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。幼兒七彩筆順學(xué)習(xí)卡是專為學(xué)齡前幼兒設(shè)計(jì)的一款看圖學(xué)寫字的軟件。每個(gè)字的筆順演示及書寫均按照赤橙黃綠青藍(lán)紫的筆畫順序顯示，通過這種寓教于樂的形式，培養(yǎng)起孩子對漢字的興趣和良好的書寫習(xí)慣，使孩子能輕松掌握書寫順序。

2.數(shù)學(xué)教學(xué)的互動(dòng)應(yīng)用

針對幼兒以形象思維為主，空間、抽象思維較弱的年齡特點(diǎn)，在教學(xué)中利用多點(diǎn)觸控屏幕可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示和操作。學(xué)生只需要用手指輕輕在屏幕上劃動(dòng)一下，就可以撥動(dòng)平板電腦中演示時(shí)鐘的時(shí)針分針，也可以直接用手指拖動(dòng)某個(gè)幾何圖形的頂點(diǎn)或者角的邊，無需再像以往那樣用鼠標(biāo)點(diǎn)擊拖動(dòng)，給學(xué)生帶來更直接的體驗(yàn)。

3.地理等戶外活動(dòng)教學(xué)，應(yīng)用平板電腦結(jié)合Wifi和3G網(wǎng)絡(luò)接入，使得學(xué)生可以隨時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)獲取所需的知識(shí)和資料，結(jié)合天文學(xué)習(xí)軟件可以更好的擴(kuò)充學(xué)生學(xué)習(xí)的途徑和提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。例如：Sky Safari對于喜歡觀星的學(xué)習(xí)者來說是極好的伴侶，它包含豐富的星座數(shù)據(jù)庫，其中就有恒星坐標(biāo)、物理參數(shù)和軌道參數(shù)等信息，用戶可以找到并搜尋天空中的任何天體，包括行星、衛(wèi)星、小行星、彗星和恒星等。用戶通過利用手勢對天體進(jìn)行放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、運(yùn)動(dòng)等操作，生動(dòng)逼真還原天體運(yùn)行的各種狀態(tài)。

三、結(jié)語

多點(diǎn)觸控技術(shù)給人類提供了一種更為自然、直接、高效的交互模式，在很多領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景，對教育領(lǐng)域的影響尤其突出。它對傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助教育的理念、教學(xué)策略來說，是一次偉大的革命，意義非常重大，影響十分廣泛。多點(diǎn)觸控技術(shù)與教育的結(jié)合雖然在應(yīng)用前景上十分看好，但在現(xiàn)實(shí)中仍然存在著不少問題亟待解決。相信不久的將來，會(huì)有更多的新技術(shù)、新媒體，為以教育信息化推動(dòng)教育現(xiàn)代化帶來新的革命。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

袁 蒙，男，碩士研究生，計(jì)算機(jī)教育應(yīng)用方向。

張景生，男，教授，碩士生導(dǎo)師。

賈 斌，男，碩士研究生。

基金項(xiàng)目：

課題號(hào)：信息技術(shù)價(jià)值觀與網(wǎng)絡(luò)道德養(yǎng)成的實(shí)證研究 全國教育科學(xué)“十一五”規(guī)劃2010年度單位資助教育部規(guī)劃課題，課題批準(zhǔn)號(hào)為FFB108093 2010