聊聊教育智能硬件中的 “智能纸笔互动”
随着技术的发展，教育智能硬件也出现在了我们的生活场景中，智能硬件的使用更是大大提升了教学效率。在这篇文章里，作者就对智能纸笔互动这一技术进行了背景分析、需求场景拆解、产品架构拆解等。一起来看看作者的解读。
一、概述
“教育智能硬件”的本质是教学介质的革新升级，传统的教育场景，在师生之间充当教学介质的主要是黑板、书、本三类，“黑板”主要作为老师的展示介质，“书”主要作为知识内容的载体，“本”主要作为学生练习的介质。
现有教育智能硬件基本上是对这三类教学介质的革新升级，其价值路径首先体现在教学介质的升级，其次是教学资源的整合，最后是教学效率的提升。
举例说明，如交互白板首先是黑板的数字化升级，其次是课件、教学工具的资源整合，最后是对师生课堂互动效率的提升。
二、行业发展趋势——技术驱动
从技术发展推力来看，在硬实力方面，我国是电子元器件第一大生产国，有着较为完整的电子元器件工业体系，基本可以覆盖现有的市场需求，同时，5G、OCR识别等技术的发展，也有助于智能硬件的普及和使用体验的提升。
在软实力方面，在近两年技术公司的软件研发能力也进一步提升，直播录播、答疑平台、学习工具等教育软件层出不穷。
从技术发展需求来看，物联网的发展需要各个领域智能硬件的交互和协作，同时教育的数字化转型除需要数字化资源以外，学生高频使用的学习设备、文具教辅等都呈现数字化的发展趋势，其形态也多体现为教育智能硬件。
三、产业链——成熟
教育智能硬件的上游主要为基础的软硬件供应商，其中硬件相关的厂商主要由元器件、中间件供应商以及代工厂商组成，他们向中游硬件终端厂商提供原材料采购、产品生产等服务；软件相关的厂商主要为向中游提供通信、云计算、AI以及大数据等技术的服务商。中游为教育智能硬件的品牌商，当前的主流品类多服务于学前幼儿与中小学生。在下游销售环节，教育智能硬件布局全渠道营销，通过直销和经销渗透线下卖场，借助直播和社交创新线上电商。
四、智能手写笔——发展形势
智能手写笔主要指面向学生群体，通过点阵、电磁等技术，对普通纸张上的书写痕迹进行信息采集的智能笔。点阵笔和电磁笔分别通过暗码识别和电磁感应等技术实现笔迹数据的高效、实时采集，具有不改变自然书写习惯、视力保护、常态化数据采集、应用场景丰富等诸多优势。随着OCR识别技术、点阵铺码技术的成熟，教辅、作业铺码成本、智能笔制造成本的进一步降低，更大范围的规模化应用将成为可能。
五、智能手写笔——独特优势
- 传统纸笔的数字化升级、不改变原始书写习惯、不依赖屏幕能够保护视力
- 师生实时互动，数据实时存储、笔记还原、高效便捷
- 精细化笔记采集、可对数学、物理、化学、美术等提供利好体验
- 提供常态化、大规模、无感化数据采集
- 课堂教学互动、智慧作业、智慧测验、自主学习、书法等应用场景
- 智慧纸笔解决了数据采集和交互的问题，一定程度上解决了传统书写无法实时交互数字的问题、搭配教室大屏等能有更好的显示和交互效果
六、需求特点及场景
在学习方面的诸多痛点是对教育智能硬件需求上升的驱动力之一：
- 上网课时注意力不集中、长时间看电子产品、习惯不好；
- 写作业、预习、复习时学习效率不高、姿势习惯不好；
- 整理错题时对错题相关知识点掌握不足、无法有效归纳；
- 课上互动效果差，无法向老师反馈实际学习效果。
自主学习场景：提升学习准确性、积极性、合理性，形成良好学习生活习惯是重点需求，学生平板、点读笔、点阵笔、电磁笔等多品类相互配合，可为孩子提供全方位的帮助。
智慧作业场景：科学布置、有效监督、提升效率、精准讲解是核心需求，在留、写、批、讲作业的不同环节中，纸笔书写、扫描仪、错题打印机等各自发挥作用。
教学互动场景：线下追求“锦上添花”，线上期望还原传统场景。教育智能硬件作为终端主要解决信息配供需 展示、直播上课问题，教学互动的核心仍在于丰富的软件应用工具。
七、介质联通——纸笔互动
1）介质联通下的动态认知
广义教学反馈：板书·笔记·随堂测·作业·单元测，不过分区分场景，系统能够自动识别场景及角色，高维版面击穿应用·滚动代价最小。
教学逻辑：纸笔独立逻辑+屏幕独立逻辑。
2）介质联通交互教学环境包括：
- 传统黑板改造/触控一体机/智能讲台
- 教材/目录教辅/笔记本
- 点阵笔/导学棒+电磁笔&板，
- 智能手机+平板+家庭电视机
1. 介质联通·纸笔互动·架构设计
整体架构通过对介质连通技术以及基础数据定义；分布式虚拟化指令系统子定义的指令模型标准和数据中心的数据表型以及数据标签、群组等形成数据核心，进行联通笔记、数据批改，页群以及透明数据层等应用数据提供应用服务、最终以操作系统数据中台的形式提供联通笔记以及数据批改、版面交互的标准一共数据以及应用服务。
2. 介质联通·纸笔互动·指令架构设计
多元化的调度层，作为整体结构中最核心部分起着承上启下桥梁的作用，其中根据指令层对系统的数据和任务进行调度和分配、虚拟机UI指令调度层起到关键核心部分之一、分布式任务调度系统主要根据定义的任务以及规则进行对基础数据层传输的数据调度分配，分配给指令层然后根据场景和算法模型进行基础处理，经过增强服务系统不同的业务系统提供数据服务层到数据中台进行业务结合处理。
最后通过智能纸笔互动可通过普通的纸、笔，可以让使用者在不改变和影响原有书写形式和习惯的基础上，将所思所想的内容写出，同时，其所书写的内容、过程和进度实时显示在大屏上，可以实现个人或不同组之间的分享&交流&点评。
其创新意义，不仅在于通过直接将手写的内容数字化，并实时显示和分享，将原来手写、拍照、上传、识别、分享等环节自动完全，完全隐去了技术操作环节，使人们更加专注于交流的思想、内容，显著提高了课堂交流互动的效率和质量，更在于实现了我们对于书写传统的敬重和基于数字化的全面融合，打通了传统的模拟化与未来数字化之间的阻隔。
