兼具版权保护功能的多媒体教学电子教鞭系统设计

李旭东

浙江财经学院应用数学研究所 浙江杭州 310018

教鞭是传统“黑板—粉笔”教学方式强有力的辅助工具。使用教鞭，主要是为了更好地指引学生听课，使学生跟随教师的教学思路和讲解内容进行思考。而随着现代教育技术的发展与普及，在许多课程中，传统“黑板—粉笔”教学方式已渐渐被多媒体教学方式所取代。当前，实现计算机辅助多媒体教学的主要方式是：教师上课时，将事先制作好的多媒体教学课件在计算机上打开，将其内容通过投影仪放映出来。显然，传统的教鞭在此已无用武之地，因而大多数教师选择了红色激光笔或者鼠标光标等来代替教鞭。但无论是激光笔还是光标，在屏幕上都是一瞬即逝的，无法留下痕迹，所以其作为教鞭的功能非常有限。于是，克服这些不足的电子教鞭应运而生。

PPT是当前最为常见的计算机辅助多媒体教学软件之一[1]。PPT软件内置了电子教鞭功能，教师在演示教学课件的同时，能通过其提供的各式“绘图笔”，对教学课件进行圈划，从而实现教鞭的功能。但是PPT电子教鞭的功能有很大局限性：没有提供如直线、方框、圆、椭圆等规则的几何图形的绘制功能，也不能随意设置绘图笔粗细和颜色。而其他常见的计算机辅助多媒体教学软件，如Authorware，Flash等，则没有内置的电子教鞭功能，只能通过其提供的脚本语言编程来实现[2-4]，这对于多数不会编程的教师而言，显然无法使用。

为此，我们设计出一个功能强大且实用、不依赖于任何计算机辅助多媒体教学软件的电子教鞭系统。同时，考虑到对多媒体教学课件进行版权保护的需求，设计的电子教鞭系统将加入基于数字水印的版权保护功能。

1 电子教鞭系统分析与设计

1.1 系统的需求和功能分析

相比传统教鞭，电子教鞭系统具有的基本功能是：在显示多媒体教学课件的计算机屏幕上，可以自由标注出重点和所要强调的内容；通过留有的痕迹，指引学生观看多媒体教学课件。

从计算机辅助多媒体教学的现实情况和需求来看，电子教鞭系统应具有更多的功能。比如，当教师在课堂教学中要临时书写一些内容或绘制几何图形时，需要系统能在计算机屏幕上调出一块电子黑板(或电子白板)，同时需要系统提供绘制规则几何图形的工具。

此外，根据中对多媒体教学课件版权保护方面的实际需求以及文献[5-8]提出的基于数字水印的多媒体教学课件的版权保护方案，电子教鞭系统可加入基于数字水印的版权保护功能。

根据以上需求分析，电子教鞭系统的总体功能应该包括：

(1)能利用鼠标或输入笔等设备，直接在计算机屏幕所显示的内容上标注或绘图。(2)能随时在计算机屏幕上调出一块电子黑板(或电子白板)，供用户书写或绘图。(3)能从计算机屏幕中检测出或提取出代表版权所有者信息的数字水印，以实现多媒体教学课件的版权保护。(4)不依赖于任何计算机辅助多媒体教学软件或其他软件，并且不影响其他软件的正常运行，同时又能监控用户的相关操作。

1.2 系统功能的详细设计

(1)涂鸦笔和荧光笔。涂鸦笔的功能是绘制出按着鼠标左键不放而移动鼠标的自由轨迹线条，所绘制的线条会覆盖线条底下的内容；荧光笔的功能是绘制出按着鼠标左键不放而移动鼠标的宽带状自由轨迹线条，所绘制的线条不会覆盖其底下的内容，而是将这些内容涂上一层特定的颜色(一般为黄色)。因此，涂鸦笔和荧光笔的功能主要是用于标注或书写。

(2)规则的几何图形。根据计算机辅助多媒体教学的需求，电子教鞭系统应该至少包括下列规则的几何图形：

直线：给定起点和终点后，连接这两点获得的直线段。

横线：给定起点和终点后，连接分别将终点横坐标和起点纵坐标作为横、纵坐标的点与起点获得的水平直线段。

竖线：给定起点和终点后，连接分别将起点横坐标和终点纵坐标作为横、纵坐标的点与起点获得的垂直直线段。

方框：以给定起点和终点作为对角线获得的空心矩形框，其两条边框水平，两条边框垂直。

圆角方框：类似于方框，只是其4个角不再是直角，而是圆弧。

椭圆：以给定起点和终点作为对角线获得矩形的内切空心椭圆周。

圆：以给定一点为圆心、指定长度为半径获得的空心圆周。

在上述规则几何图形中，起点和终点分别是指鼠标左键按下和放开时对应的鼠标光标在计算机屏幕上的坐标点。

(3)笔型的属性设置。为易于描述，在此将涂鸦笔、荧光笔和规则几何图形均称为“笔型”。为增强电子教鞭的使用效果，电子教鞭系统需要为用户提供设置笔型相关属性的功能。

笔型间的切换：为用户提供笔型在涂鸦笔、荧光笔和各种规则几何图形间进行切换的功能。

笔型的宽度设置：为用户提供设置笔型绘制相应线条宽度的功能，即要有不同的线条宽度供选择。

笔型的颜色设置：为用户提供设置笔型绘制相应线条颜色的功能，有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等多种颜色供选择。

(4)标注、书写或绘图。当按下鼠标左键时，以当前笔型及颜色和宽度进行标注、书写或绘图，而当鼠标左键放开时操作结束。同时，电子教鞭系统需要为用户提供清除当前已标注、书写或绘图内容的功能。

(5)电子黑板和电子白板。电子黑板或电子白板，即全黑或全白的计算机屏幕，是教师利用其来临场发挥的有效工具。为此，电子教鞭系统需要为用户提供随时调出电子黑板或电子白板的功能。当处于电子黑板或电子白板功能状态时，除计算机屏幕是全黑或全白的，其他如笔型相关属性设置、标注、书写或绘制等功能，都要能照常使用。

(6)版权保护功能。依据文献[5-8]描述的基于数字水印的多媒体教学资源(课件)版权保护方案或方法，在计算机屏幕上(事实上就是屏幕截图)，利用相应的数字水印检测技术或提取技术，检测或提取出代表版权拥有者信息的数字水印，从而根据数字水印的有无或者归属实现多媒体教学资源(课件)的版权保护。

(7)其他功能。作为一个完整和完善的系统，电子教鞭还需要具备其他一些功能。

帮助：为用户提供电子教鞭系统在操作上的相关信息，如用户使用说明等。

关于：向用户展示电子教鞭系统的名称、版本和版权等相关信息。

退出：电子教鞭系统结束运行。

1.3 系统的功能结构图

根据上述的详细功能设计，电子教鞭系统的功能结构如图1所示。

图1 电子教鞭系统的功能结构图

2 结束语

设计出了一个功能强大且实用、不依赖于任何多媒体教学软件的电子教鞭系统。同时，为满足对多媒体教学课件进行版权保护的需求，本系统加入了基于数字水印的版权保护功能。使用本系统，教师既能充分利用计算机中的多媒体教学资源，又能像传统“黑板—粉笔”教学方式那样临场发挥，这将大大提高教师利用教学课件进行计算机辅助多媒体教学的效率和学生听课的效果，从而提高课堂教学质量。

[1] 马力克.用Powerpoint 2003制作教学课件[M].上海:华东师范大学出版社,2008.

[2] 郭金良,史东甲,陈兴.基于Authorware的电子教鞭系统[J].计算机与现代化,2007(2):33-34.

[3] 周显成.在Flash课件中添加电子教鞭[J].黑龙江科技信息,2009(1):73.

[4] 束成,车利.电子教鞭:让课件更精彩[J].信息技术教育,2005(2):75-76.

[5] 李旭东.基于数字水印的多媒体教学课件版权保护方案[J].软件导刊:教育技术,2010,9(3):84-85.

[6] 孙旭东,黄若宏.基于双重数字水印的多媒体课件版权申明与保护方法研究[J].湖南工业大学学报,2011,25(3):51-54,85.

[7] 刘为,陈永强.基于数字水印的多媒体课件版权保护[J].武汉科技学院学报,2009,22(4):35-37.

[8] 李旭东.运用数字水印实现数字教学资源的版权保护[J].中国教育信息化,2008(6):77-78.