希沃“看不見”的硬件工程師，信息化教學設備研發的“隱秘戰事”
溯源
從2009年希沃第一臺交互智能平板走進教室開始,12年來希沃的設備累計走進了全國超200萬間教室。起初,希沃爲教室打造交互智能平板,後來交互智能錄播、雲班牌等教育硬件設備不斷推陳出新,爲教學管理提供服務。
200萬間教室是一份厚重的責任,希沃的教育硬件需要同時對老師、學生、家長負責,硬件研發工作者需要對當下教育需求有更深刻的洞察。屏幕視覺舒適模型和屏幕手寫舒適度的研究是希沃硬件研發工作者交出的兩份答卷,這兩項研發直接指向師生信息化教學的體驗。
“授課的依舊是老師,聽講的是學生,希沃教育硬件能做到的是讓老師用得習慣、讓學生看得舒服。”
“人是最關鍵的。”
樑達奇告訴前來參觀實驗室的記者。
圍繞“人”的教育硬件研發工作在希沃悄然拉開。習慣了粉筆黑板教學的老師想要仿真的屏幕手寫體驗,還在長身體的學生需要更舒適的屏幕觀感,長達十二年的時間裡,老師和學生對教育硬件的要求都十分簡單。“用得習慣”“看得舒服”的要求像潮水淌來的沙粒一樣涌向研發人員的腳跟,在這場浪潮裡,對師生視覺舒適的研究,催生了防眩光噴塗AG玻璃專利技術、教學專用背光技術;對老師屏幕手寫體驗的研究,引發了一場關於屏幕手寫仿真筆跡的追問。
播種
樑達奇回憶,早期希沃教育硬件的屏幕設備研發並沒有屏幕舒適模型這個概念。那時候研發工作者關注的是硬件本身存在哪些影響學生觀看的問題,例如屏幕眩光、水霧等等,防眩光噴塗AG玻璃專利技術和防水霧技術便是這樣來的。
研發視角的轉變是同時發生的。他們發現優化單項技術的參數可以解決硬件本身的問題,但對師生觀看體驗的提升遠遠不夠。例如防眩光技術可以通過提高AG防眩光玻璃的霧度來解決反光帶來的視覺不舒適問題,但AG防眩光玻璃的霧度越高時,屏幕的清晰度也會變低,學生同樣看得不夠舒服。此外,學生與教學屏幕之間的角度、所處環境的光學條件也會影響視覺舒適感。
那是一瞬間的靈感。“在實驗室裡關注屏幕的參數是不夠的,研發工作者要走到教室裡,跟整個教室進行面對面的‘溝通’。”樑達奇認爲前沿技術的應用和硬件設備使用的環境密不可分,教學屏幕需要根據教室環境來研發。
不久後,希沃屏幕顯示技術實驗室成立。實驗室的研發工作者做的第一件事情是:觀察陽光。他們在全國各地多所學校採集教室光照、屏幕距離、學生觀看角度等數據,模擬不同光照情況時、不同位置的學生看向屏幕的場景,計算讓學生看得清楚、看得舒服的屏幕參數調整的方向和範圍。
摸索方向需要好奇心和想象力。樑達奇印象中有些新奇的議題:清晨8點的陽光與下午3點的陽光對坐在教室不同位置的學生來說,屏幕圖像的清晰度和色彩一樣嗎?坐在教室正中間的學生和坐在教室窗邊的學生看到的屏幕清晰度一樣嗎?視覺感受一樣嗎?
這是一段漫長而艱辛的求解過程。希沃將防眩光、亮度、對比度、色彩均勻度等都納入教學屏幕研發中,得益於這項研究,希沃研發出了教學屏幕專用的背光技術,這項技術專爲教學場景服務,考量了教學中影響視覺舒適的多種情況,能讓師生都有舒適的視覺感受。
2019年,希沃教育顯示設備與視覺健康的規範設立,希沃希望藉此推動國內教育硬件設備建立視覺舒適檢測的規範和流程。
追問
2014年,一位老師給希沃留言,覺得希沃交互智能平板的手寫體驗沒有黑板真實。大多數老師都經歷過黑板粉筆教學的年代,如今教室裡多了一臺交互智能平板,他們心裡難免會生出一杆秤,反覆對比兩者之間的使用感。
老師們經常用“不夠真實”來形容在交互智能平板上板書的感覺,認爲在屏幕上手寫的感覺沒有粉筆來得習慣。但要使一塊屏幕有仿粉筆手寫的舒適效果並不容易,希沃研發工作者認爲這指向兩個核心問題:一是屏幕如何才能根據不同老師手寫的力度、角度習慣顯示仿真的筆跡效果,二是手寫筆在屏幕上書寫是產生的聲音是否舒適、手感是否適當順滑。
要讓屏幕顯示的筆跡接近真實的粉筆筆跡,需要CPU根據筆尖與屏幕接觸面的力度、範圍顯示更精確的圖像,例如當接觸面大時屏幕顯示的筆跡也會更粗,就像用粗粉筆寫字的字跡更粗一樣;例如習慣用很輕的力寫字的老師也能看到即時的屏幕筆跡顯示,有舒適的手寫體驗。
希沃對老師平時板書的力度分佈做了一次深度調查,利用裝有壓感檢測裝置的筆在屏幕上來回書寫,測試不同人手寫的力度和角度,進而根據人體習慣調整屏幕觸控的精度和筆跡顯示的效果。如果老師們留心,就可以發現希沃的屏幕書寫效果已經相當仿真,在筆跡顯示上十分逼近粉筆板書效果。
流暢又舒適的手寫感是希沃研發的另一個課題,過軟的手寫筆書寫不夠流暢,過硬的手寫筆書寫摩擦聲不夠悅耳。希沃觸控技術研發工作者測試了數千次不同筆尖材料書寫的手感和摩擦聲,做出了讓人覺得書寫順滑又舒適的手寫筆。
目前希沃新款電容手寫筆就是這樣做出來的,研發工作者不惜以萬分力氣尋找0.01的優化效果,數以萬次0.01的優化最終便是滴水穿石般的成效。
希望
樑達奇是希沃技術開發中心的總監,同時也是一位父親。他所在的技術部門員工大部分已經爲人父母,對他們而言,做教育產品不僅僅是一份工作,更是一份關乎下一代成長的責任。
責任感驅使他們不斷地迭代顯示技術,力求讓教室裡每一個學生都能看到同樣的信息,都能看得舒服。責任感同時也驅策他們思考,在信息化時代,孩子的教學環境會發生什麼樣的變化?孩子和老師是一個什麼樣的關係?教育硬件產品可以幫助解決什麼問題?
思考這些問題是有依據的。當樑達奇還是個孩子時,他對老師的記憶是“有距離感”,老師平時上課需要花很多時間板書、畫圖,甚至一堂課下來因爲板書太多了,老師需要花時間擦黑板才能繼續講課,因此多數時候老師留給他的是一道背影。
當他成爲一名教育硬件設備工程師,他希望設備的交互能更靈敏、操作能更簡單,老師可以在交互設備上輕鬆展示知識點、一鍵清除板書、高效書寫,老師有更多的時間轉過身來關注他的學生。
很多時候老師們不一定知道這塊屏幕是怎麼做的,也不一定知道做這塊屏幕的人在背後做了多少次嘗試,但如果老師和學生們都覺得這個設備一次比一次好操作、看得舒服、寫得流暢,那就證明樑達奇和他的研發團隊的努力沒有白費。
樑達奇說,希望教育硬件設備,能像陽光雨露滋養萬物一樣服務每一位師生,讓老師和學生們都能以平時習慣的方式、舒適地上課。
在教育信息化2.0時代,在希沃屏幕顯示技術實驗室裡,這是樑達奇和他的團隊一次有“野心”的宣言,他們的目標直指信息化教學體驗這個隱秘的“後方戰場”,試圖讓教育硬件成爲潤物細無聲的微風細雨,並決定爲此奮耕不輟。