[發明專利]一種基于筆式交互的化學實驗記錄系統

在審

• 申請號: 202011119069.8
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112215178A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 馮桂煥;沈培芳;吳鑫;洪亮;陳昊
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/34;G06N3/04;G06F40/18
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張換君

本發明公開一種基于筆式交互的化學實驗記錄系統，包括：展現系統、識別系統、數據處理系統和數據存儲系統；展現系統包括手寫區域、識別結果顯示區域；手寫區域用于獲取用戶筆式交互行為，并生成草圖數據；識別結果顯示區域用于對用戶筆式交互行為識別結果進行展示；識別系統用于對草圖數據進行處理及識別，并根據識別結果觸發數據處理系統中的不同功能模塊；數據處理系統用于根據識別系統的識別結果完成相應的功能；數據存儲系統用于進行草圖數據、識別模型、分子結構的存儲。本發明能夠有效降低對實驗內容輸入的限制，高度還原手寫習慣，使老師和學生能夠做到對實驗內容的隨學隨記，聯系以及回顧，從而提高了學習效果。

技術領域

本發明涉及電子實驗記錄技術領域，特別是涉及一種基于筆式交互的化學實驗記錄系統。

背景技術

計算機輔助教學(Computer-Aided Instruction，CAI)是在計算機輔助下進行的各種教學活動，在教育科學中具有比較重要的地位。CAI綜合應用了多媒體、超文本、人工智能和知識庫等計算機技術，克服了傳統教學方式上單一、片面的缺點。它的使用可以為學生提供一個良好的個人化學習環境，并能有效地縮短學習時間，提高教學質量和教學效率，實現最優化的教學目標。此外，優秀的計算機輔助教學系統也可以在大范圍內實施高質量教育，尤其是在遠程教育方面表現得更為突出。在中學的教育體系中，化學實驗教學的作用是不容忽視的，切實采取措施加強實驗教學是提高教學質量的重要環節。而計算機輔助教學系統可以在其中發揮重要的作用。

目前，國內外對計算機輔助教學系統有著豐富的應用研究，其中就包括很多針對化學實驗教學的應用。國內比較典型的應用平臺有NOBOOK虛擬實驗平臺。該平臺提供了中學化學課堂中的大部分虛擬實驗場景，并可以在場景中模擬真實的實驗過程與實驗現象。NOBOOK平臺基于圖形用戶界面交互形式，幫助學生更好地參與到化學實驗的操作環節中，并可以在一定程度上加深學生對知識與現象的理解。但是，對實驗原理的深入理解則需要通過相應的實驗記錄進行歸納與總結。而包括NOBOOK在內的現有的化學實驗教學平臺，都缺乏完備的實驗內容記錄系統，學生不能將實驗過程與內容等記錄下來，不方便后期回顧學習。現有的電子實驗記錄系統(ELN)如ILabELN，iLabber等大多僅支持傳統的WIMP界面交互形式，不符合使用者的自然記錄習慣，并且對實驗內容的輸入有著較大限制。而傳統的紙筆記錄模式在表格處理、文字處理、數據處理等一系列步驟中基本上都是手工操作，且紙質記錄也容易丟失與損毀。

除了實驗部分，方程式的學習對于增進學生的化學思維，了解化學反應過程，借助于方程式來定量分析化學產物的變化情況具有重要意義。由此，如何更好地幫助學生進行化學式書寫也成為了化學教學的研究熱點。MyScript公司的產品在化學方程式書寫識別領域成果較為突出，其產品采用筆畫數據在線識別，將化學方程式識別為LaTex格式，并通過上下文相關的依賴得到準確率較高的識別結果。但是未能提供化學式系數自動糾錯功能，而化學式配平對于學生書寫正確的化學方程式尤為重要。

另外，有機化學是一門難度較大的獨立學科，其中的有機物分子結構很難觀察。通常學生三維空間想象的能力較弱，并且很難在教科書和教室黑板上使用的二維圖形之間進行轉換以表示分子及其三維結構，需要一種通過在電腦上繪制分子圖而自動生成相應3D模型的系統。

綜上，有必要提供一套基于筆式交互的化學實驗記錄系統。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于筆式交互的化學實驗記錄系統，以解決現有技術中存在的技術問題，能夠有效降低對實驗內容輸入的限制，高度還原手寫習慣，使老師和學生能夠做到對實驗內容的隨學隨記，聯系以及回顧，從而提高了學習效果。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種基于筆式交互的化學實驗記錄系統，包括展現系統、識別系統、數據處理系統和數據存儲系統；所述展現系統包括手寫區域、識別結果顯示區域；