CN106204371A - 一种支持工学融合的移动情境感知教学系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种支持工学融合的移动情境感知教学系统及方法，用于无缝融合职业教育中课堂知识学习和实践工作场所技能训练，包括教师终端设备、学习终端设备，情境融合服务器设备和语义数据存储服务器设备。教师终端设备和学习终端设备具有移动网络环境下的智能感知情境能力，教师利用教师终端设备备课和教学，学生利用学习终端设备学习和交流，情境融合服务器设备实现情境感知信息融合处理，语义数据存储服务器设备实现数据语义化存储。本发明的支持工学融合的移动情境感知教学系统能够支持教师真实情境创设、学习资源快速生成和课堂知识学习和实践工作场所技能训练一体化融合，有效地解决了职业教育中课堂知识学习和实践工作场所技能训练割裂的现实问题，激发学生的学习积极性和主动性，提高学生知识学习和技能习得的质量。

Description

一种支持工学融合的移动情境感知教学系统及方法

技术领域

本发明涉及职业教育中工作场所技能训练、移动情境感知技术及教学系统领域，特别是关于一种支持工学融合的移动情境感知教学系统及方法。

背景技术

工学融合是一种将课堂知识学习与工作场所技能训练融合在一起的职业教育人才培养模式，对于提高职业教育人才培养质量至关重要。在传统的职业教育教学环境中，课堂教室与实训室相分离，教师讲授与学生动手实践相分割，学校专业教学和企业生产实际呈分离和割裂状态，这样就会造成诸多问题：教师采用书本教材备课，设计、组织学习过程和学习资源，书本教材内容知识缺乏实际工作情境支持；面对课堂中枯燥的知识学习，学生处于被动接受状态，学习的积极性和主动性不高，当在实践工作场所中技能训练时，又会感到缺乏理论知识指导，知识的迁移外化和解决实际问题的能力不足；教师与学生、学生与学生、教师与教师之间缺乏足够的互动学习交流，缺乏教与学的反思环境支持；学习情境、学习资源、学习过程、学习交流、学习反思等不能在更大程度、更广范围中共享和重用；不能满足学生的情境性、个性化学习需求。这些问题会直接影响着高质量技能型职业人才的培养，关系到国家的经济、社会发展。

传感器、移动智能终端、移动互联网等技术的飞速发展，为新一代的职业教育教学环境提供了技术支撑。但是，如果没有实体的教学系统作为新一代的职业教育教学环境中的支持平台，那么职业教育教学环境还是脱离不了传统的教学环境之中，直接影响着职业人才培养质量。然而，目前职业教育中的教学系统在移动情境感知方面不能很好的支持工学融合，使得教师备课无法与学生工作场所技能训练有机结合，本发明提供一种支持工学融合的移动情境感知教学系统及方法。

发明内容

本发明技术解决总是：克服现有技术的不足，提供一种支持工学融合的移动情境感知教学系统及方法，用于解决现有职业教育中课堂知识学习和实践工作场所技能训练割裂的现实问题，能够激发学生的学习积极性和主动性，提高学生知识学习和技能习得的质量，能够在学校实训室或企业实际工作场所中开展工学融合的实践教学，支持移动环境下的教师备课、学生学习和交流。

本发明技术解决方案：一种工学融合的移动情境感知教学系统，所述系统包括：教师终端设备、学习终端设备、情境融合服务器设备和语义数据存储服务器设备，其中：

教师终端设备，用于支持移动网络环境中教师备课，生成情境备课信息；所述教师终端设备包括课程内容设计单元、学习资源组织单元、学习活动嵌入单元、真实情境创设单元和课程二维码生成单元；

所述课程内容设计单元，用于职业教育实践工作场所中学习课程的教学设计；

所述学习资源组织单元，用于按照知识点、技能点、工作流程组织学习资源；

所述学习活动嵌入单元，用于选择学习活动，并将学习活动嵌入到所述的学习资源中，实现学习活动与学习资源内容整合；

所述真实情境创设单元，用于创设工作场所中真实的学习情境；

所述课程二维码生成单元，建立与课程内容设计单元、学习资源组织单元、学习活动嵌入单元和真实情境创设单元之间的关联，生成工作场所中学习课程的二维码；

学习终端设备，用于智能感知所述学习课程的二维码，支持学生学习和交流，生成情境学习信息；所述学习终端设备包括二维码情境感知单元、知识点技能点学习单元、参与学习活动单元和学习交流反思单元；

所述二维码情境感知单元，二维码情境感知单元是学习终端设备的学习入口，与知识点技能点学习单元、参与学习活动单元和学习交流反思单元的建立直接联系，用于智能感知工作场所中学习课程的二维码，进入工作场所中学习课程；

所述知识点技能点学习单元，用于学生选择学习资源进行知识学习；

所述参与学习活动单元，用于在工作场所实践技能训练后提供学习活动参与；

所述学习反思单元，用于支持知识学习和所述实践技能训练后的做学习笔记和反思；

情境融合服务器设备，用于所述教师终端设备和所述学习终端设备通信提供服务，所述情境融合服务器将所述教师终端设备生成所述情境备课信息和所述学习终端设备生成所述情境学习信息进行融合处理生成情境融合信息，并将所述情境融合信息以语义化数据进行存储；语义数据存储服务器设备，用于所述情境融合服务器生成的所述情境融合信息的数据语义化存储。

所述的教师终端设备进一步包括：拍照录像扫描单元和二维码打印单元；所述二维码打印单元用于将所述课程二维码生成单元生成工作场所中学习课程的二维码进行打印；所述拍照录像扫描单元用于所述真实情境创设单元中学习情境信息的构建，真实工作场所中技能训练实物拍摄和感知；

所述的情境融合服务器设备进一步包括：

语义情境模型单元用于工作场所中移动学习情境信息语义化表征，所述语义情境模型单元包括：专业语义情境单元、课程内容语义情境单元、教师学生语义情境单元、工作场所环境语义情境单元；专业语义情境单元、课程内容语义情境单元、教师学生语义情境单元、工作场所环境语义情境单元是所述语义情境模型单元的组成部分，分别侧重于不同的语义情境描述，语义情境单元保持相对独立；

所述专业语义情境单元用于语义化描述职业教育中专业情境信息；

所述课程内容语义情境单元用于语义化描述课程中的知识点、技能点和其他学习资源内容情境信息；

所述教师学生语义情境单元用于语义化描述教师和学生情境信息；

所述工作场所环境语义情境单元用于语义化描述职业教育中实践工作场所中物理环境情境信息；

关联融合情境单元用于对所述语义情境模型单元中的所述专业语义情境单元、所述课程内容语义情境单元、所述教师学生语义情境单元和所述工作场所环境语义情境单元进行语义关联融合，生成所述情境融合信息；关联融合情境单元在具体学习过程中整合与联结了所述专业语义情境单元、所述课程内容语义情境单元、所述教师学生语义情境单元和所述工作场所环境语义情境单元形成语义关联化的数据；

情境推理单元用于根据实际变化的学习情境信息和推理规则进行动态推理；情境推理单元在动态变化的学习过程中根据外部输入信息，利用所述关联融合情境单元进行智能化的情境推理；

情境学习支持服务控制器用于接收所述情境推理单元输出信息，提供学习支持服务。

所述的语义数据存储服务器设备是基于RDF格式将所述情境融合信息进行语义存储。

一种支持工学融合的移动情境感知教学方法，包括以下步骤：

备课阶段：教师利用所述教师终端设备在学校实训室或企业实际工作场所中备课，具体为教师根据实际课程的教学大纲知识点、技能点和工作流程要求，整体设计真实情境单元、学习资源组织单元和学习活动嵌入单元，并录入一节课的基本信息，如课的具体名称、课的创建者、本节课的学习目标等；利用学习资源组织根据知识点、技能点、工作流程组织学习资源；利用学习活动嵌入单元嵌入学习活动；利用拍照录像扫描单元采集课程的真实学习情境数据；利用课程二维码生成单元生成工作场所中学习课程的二维码；利用二维码打印单元用于真实工作场所中技能训练内容和课程知识学习内容关联整合，打印出纸质二维码标签；

教学阶段：学生利用所述学习终端设备在学校实训室或企业实际工作场所中知识学习和交流反思，具体为学生利用二维码情境感知单元智能感知工作场所中学习课程的二维码，进入工作场所中学习课程；利用知识点技能点学习单元选择学习资源进行知识学习，学生围绕着教师备课阶段按知识点组织好的学习资源，根据自己的兴趣先后学习相关知识点，并动手实践操作训练完成相关技能点的训练；学生利用参与学习活动单元在工作场所实践技能训练后参与教师备课阶段设计的学习活动；学生利用学习反思单元对知识学习和所述实践技能训练后的做学习笔记和反思，学生知识学习和技能训练后写学习体验和学习反思，实现深度学习。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明实现了实现职业教育中教师基于知识点、技能点、工作过程等多维专业课程组织模式；可以在学校实训室和企业实际工作场所开展工学融合的实践教学，教师能够快速构建真实职业情境学习环境，动态感知学生学习情境和学习需求，实现技能训练实体空间和网络知识空间无缝联结和融合；可以有效支持构建“教师主导、学生主体”的学习环境，更好地激发学生的积极性、主动性和创造性，让学生在做中学、在实践中学、在协作中学、在交流中学，从而实现个性化、自适应学习。

附图说明

图1所示为本发明支持工学融合的移动情境感知教学系统的结构示意图；

图2所示为本发明实施例中一种教师终端设备的内部结构示意图；

图3所示为本发明实施例中一种学习终端设备的内部结构示意图；

图4所示为本发明实施例中一种情境融合服务器设备的内部结构示意图；

图5所示为本发明实施例中一种支持工学融合的移动情境感知教学方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例中一种支持工学融合的移动情境感知教学系统及方法进行详细说明。此处，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明实施例中一种工学融合的移动情境感知教学系统包括：教师终端设备101，情境融合服务器设备102，语义数据存储服务器设备103，学习终端设备104、105、106。其中，所述教师终端设备101和所述学习终端设备104、105、106通过无线通信网络和/或有限线通信网络与所述情境融合服务器设备通信；所述情境融合服务器设备102通过有限线通信网络与所述语义数据存储服务器设备103通信。具体的，所述无线通信网络为wifi通信网络和/或WCDMA通信网络和/或GPRS通信网络；所述有线通信网络为通过USB连接形成的通信网络和/或通过RS485网线形成的通信网络。

图2所示为本发明实施例中一种教师终端设备的内部结构示意图。

教师终端设备201包括：包括课程内容设计单元202、学习资源组织单元203、学习活动嵌入单元204、真实情境创设单元205、课程二维码生成单元206、二维码打印单元207、拍照录像扫描单元208；

所述课程内容设计单元202，用于职业教育实践工作场所中学习课程的教学设计，例如教师根据实际课程《汽车发动机》的教学大纲知识点、技能点和工作流程要求，整体设计真实情境单元、学习资源组织单元和学习活动嵌入单元，并录入一节课程的基本信息，如课程的具体名称、课程的创建者、本节课程的学习目标等；

所述学习资源组织单元203，用于按照知识点、技能点、工作流程组织学习资源，教师根据所述课程内容设计单元对《汽车发动机》课做整体教学设计，按照基于知识点、技能点、工作流程的三维学习资源组织方式组织汽车发动机学习资源，基于工作流程的组织方式是基于知识点和技能点维度的复合叠加，面向具体问题的解决；

所述学习活动嵌入单元204，用于选择学习活动，并将学习活动嵌入到所述的学习资源中，实现学习活动与学习资源内容整合，例如教师在设计《汽车发动机》课的时候，可以选择“画一画汽车发动机的概念图”学习活动，嵌入到《汽车发动机》课某个学习阶段，让学生在学校实训室或企业实际工作场所中实际学习发动机知识和组装发动机的时候思考发动机的组成和工作原理，激发学生的深度思考；

所述真实情境创设单元205，集成摄像、拍照、二维码扫描功能，用于创设工作场所中真实的学习情境，例如，教师在学校实训室或企业实际工作场所中利用拍照录像扫描单元采集关于汽车发动机的真实学习情境数据进行备课；

所述课程二维码生成单元206，用于生成工作场所中学习课程的二维码，例如，《汽车发动机》备课结束后，教师生成《汽车发动机》课的二维码信息，课程二维码生成单元建立与课程内容设计单元、学习资源组织单元、学习活动嵌入单元和真实情境创设单元之间的关联；

所述二维码打印单元207用于真实工作场所中技能训练内容和课程知识学习内容关联整合，打印出纸质二维码标签；所述二维码打印单元用于将所述课程二维码生成单元生成工作场所中学习课程的二维码进行打印；所述拍照录像扫描单元用于所述真实情境创设单元中学习情境信息的构建；

所述拍照录像扫描单元208用于真实情境信息采集与感知。

图3所示为本发明实施例中一种学习终端设备的内部结构示意图。

学习终端设备301包括二维码情境感知单元302、知识点技能点学习单元303、参与学习活动单元304、学习交流反思单元305；

所述二维码情境感知单元302，二维码情境感知单元是学习终端设备的学习入口，与知识点技能点学习单元、参与学习活动单元和学习交流反思单元的建立直接联系，用于智能感知工作场所中学习课程的二维码，进入工作场所中学习课程，例如，学生在学校实训室或企业实际工作场所中扫描《汽车发动机》课的二维码信息，直接进入了课程学习阶段；

所述知识点技能点学习单元303，用于学生选择学习资源进行知识学习，学生围绕着教师备课阶段按知识点组织好的学习资源，根据自己的兴趣先后学习相关知识点，并动手实践操作训练完成相关技能点的训练；

所述参与学习活动单元304，用于在工作场所实践技能训练后提供学习活动参与，学生参与教师备课阶段设计的学习活动；

所述学习反思单元305，用于支持知识学习和所述实践技能训练后的做学习笔记和反思，学生知识学习和技能训练后写学习体验和学习反思，加深学习。

图4所示为本发明实施例中一种情境融合服务器设备的内部结构示意图。

情境融合服务器设备401包括：语义情境模型单元402、关联融合情境单元403、情境推理单元404、情境学习支持服务控制器405。其中，所述语义情境模型单元402包括：专业语义情境单元406、课程内容语义情境单元407、教师学生语义情境单元408、工作场所环境语义情境单元409。所述情境融合服务器为所述教师终端设备和所述学习终端设备提供服务。

所述专业语义情境单元406用于语义化描述职业教育中专业情境信息；

所述课程内容语义情境单元407用于语义化描述课程中的知识点、技能点和其他学习资源内容情境信息；

所述教师学生语义情境单元408用于语义化描述教师和学生情境信息；

所述工作场所环境语义情境单元409用于语义化描述职业教育中实践工作场所中物理环境情境信息；

关联融合情境单元403用于对所述语义情境模型单元中的所述专业语义情境单元、所述课程内容语义情境单元、所述教师学生语义情境单元和所述工作场所环境语义情境单元进行语义关联融合，生成所述情境融合信息；关联融合情境单元在具体学习过程中整合与联结了所述专业语义情境单元、所述课程内容语义情境单元、所述教师学生语义情境单元和所述工作场所环境语义情境单元，形成语义关联化的数据；

情境推理单元404用于根据实际变化的学习情境信息和推理规则进行动态推理；情境推理单元在动态变化的学习过程中根据外部输入信息，利用所述关联融合情境单元进行智能化的情境推理；

情境学习支持服务控制器405用于接收所述情境推理单元输出信息，提供学习支持服务。

图5所示为本发明实施例中一种支持工学融合的移动情境感知教学方法的流程图，该方法包括：

步骤501，备课，教师利用所述教师终端设备在学校实训室或企业实际工作场所中备课，具体为教师根据实际课程的教学大纲知识点、技能点和工作流程要求，整体设计真实情境单元、学习资源组织单元和学习活动嵌入单元，并录入一节课的基本信息，如课的具体名称、课的创建者、本节课的学习目标等；利用学习资源组织根据知识点、技能点、工作流程组织学习资源；利用学习活动嵌入单元嵌入学习活动；利用拍照录像扫描单元采集课程的真实学习情境数据；利用课程二维码生成单元生成工作场所中学习课程的二维码；利用二维码打印单元用于真实工作场所中技能训练内容和课程知识学习内容关联整合，打印出纸质二维码标签。

步骤502，教学，学生利用所述学习终端设备在学校实训室或企业实际工作场所中知识学习和交流反思，具体为学生利用二维码情境感知单元智能感知工作场所中学习课程的二维码，进入工作场所中学习课程；利用知识点技能点学习单元选择学习资源进行知识学习，学生围绕着教师备课阶段按知识点组织好的学习资源，根据自己的兴趣先后学习相关知识点，并动手实践操作训练完成相关技能点的训练；学生利用参与学习活动单元在工作场所实践技能训练后参与教师备课阶段设计的学习活动；学生利用学习反思单元对知识学习和所述实践技能训练后的做学习笔记和反思，学生知识学习和技能训练后写学习体验和学习反思，实现深度学习。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种支持工学融合的移动情境感知教学系统，其特征在于：包括教师终端设备、学习终端设备、情境融合服务器设备和语义数据存储服务器设备，其中：

教师终端设备，用于支持移动网络环境中教师备课，生成情境备课信息；所述教师终端设备包括课程内容设计单元、学习资源组织单元、学习活动嵌入单元、真实情境创设单元和课程二维码生成单元；

所述课程内容设计单元，用于职业教育实践工作场所中学习课程的教学设计；

所述学习资源组织单元，用于按照知识点、技能点、工作流程组织学习资源；

所述学习活动嵌入单元，用于选择学习活动，并将学习活动嵌入到所述的学习资源中，实现学习活动与学习资源内容整合；

所述真实情境创设单元，用于创设工作场所中真实的学习情境；

所述课程二维码生成单元，建立与课程内容设计单元、学习资源组织单元、学习活动嵌入单元和真实情境创设单元之间的关联，生成工作场所中学习课程的二维码；

学习终端设备，用于智能感知所述学习课程的二维码，支持学生学习和交流，生成情境学习信息；所述学习终端设备包括二维码情境感知单元、知识点技能点学习单元、参与学习活动单元和学习交流反思单元；

所述二维码情境感知单元，二维码情境感知单元是学习终端设备的学习入口，与知识点技能点学习单元、参与学习活动单元和学习交流反思单元的建立直接联系，用于智能感知工作场所中学习课程的二维码，进入工作场所中学习课程；

所述知识点技能点学习单元，用于学生选择学习资源进行知识学习；

所述参与学习活动单元，用于在工作场所实践技能训练后提供学习活动参与；

所述学习反思单元，用于支持知识学习和所述实践技能训练后的做学习笔记和反思；

情境融合服务器设备，用于所述教师终端设备和所述学习终端设备通信提供服务，所述情境融合服务器将所述教师终端设备生成所述情境备课信息和所述学习终端设备生成所述情境学习信息进行融合处理生成情境融合信息，并将所述情境融合信息以语义化数据进行存储；语义数据存储服务器设备，用于所述情境融合服务器生成的所述情境融合信息的数据语义化存储。

2.根据权利要求1所述的支持工学融合的移动情境感知教学系统，其特征在于：所 述的教师终端设备进一步包括：拍照录像扫描单元和二维码打印单元；所述二维码打印单元用于将所述课程二维码生成单元生成工作场所中学习课程的二维码进行打印；所述拍照录像扫描单元用于所述真实情境创设单元中学习情境信息的构建，真实工作场所中技能训练实物拍摄和感知。

3.根据权利要求1所述的支持工学融合的移动情境感知教学系统，其特征在于：所述的情境融合服务器设备进一步包括：

语义情境模型单元用于工作场所中移动学习情境信息语义化表征，所述语义情境模型单元包括：专业语义情境单元、课程内容语义情境单元、教师学生语义情境单元、工作场所环境语义情境单元；专业语义情境单元、课程内容语义情境单元、教师学生语义情境单元、工作场所环境语义情境单元是所述语义情境模型单元的组成部分，分别侧重于不同的语义情境描述，语义情境单元保持相对独立；

所述专业语义情境单元用于语义化描述职业教育中专业情境信息；

所述课程内容语义情境单元用于语义化描述课程中的知识点、技能点和其他学习资源内容情境信息；

所述教师学生语义情境单元用于语义化描述教师和学生情境信息；

所述工作场所环境语义情境单元用于语义化描述职业教育中实践工作场所中物理环境情境信息；

关联融合情境单元用于对所述语义情境模型单元中的所述专业语义情境单元、所述课程内容语义情境单元、所述教师学生语义情境单元和所述工作场所环境语义情境单元进行语义关联融合，生成所述情境融合信息；关联融合情境单元在具体学习过程中整合与联结了所述专业语义情境单元、所述课程内容语义情境单元、所述教师学生语义情境单元和所述工作场所环境语义情境单元形成语义关联化的数据；

情境推理单元用于根据实际变化的学习情境信息和推理规则进行动态推理；情境推理单元在动态变化的学习过程中根据外部输入信息，利用所述关联融合情境单元进行智能化的情境推理；

情境学习支持服务控制器用于接收所述情境推理单元输出信息，提供学习支持服务。

4.根据权利要求1所述的支持工学融合的移动情境感知教学系统，其特征在于：所述的语义数据存储服务器设备是基于RDF格式将所述情境融合信息进行语义存储。

5.一种支持工学融合的移动情境感知教学方法，其特征在于包括以下步骤：

备课阶段：教师利用所述教师终端设备在学校实训室或企业实际工作场所中备课， 具体为教师根据实际课程的教学大纲知识点、技能点和工作流程要求，整体设计真实情境单元、学习资源组织单元和学习活动嵌入单元，并录入一节课的基本信息，如课的具体名称、课的创建者、本节课的学习目标等；利用学习资源组织根据知识点、技能点、工作流程组织学习资源；利用学习活动嵌入单元嵌入学习活动；利用拍照录像扫描单元采集课程的真实学习情境数据；利用课程二维码生成单元生成工作场所中学习课程的二维码；利用二维码打印单元用于真实工作场所中技能训练内容和课程知识学习内容关联整合，打印出纸质二维码标签；

教学阶段：学生利用所述学习终端设备在学校实训室或企业实际工作场所中知识学习和交流反思，具体为学生利用二维码情境感知单元智能感知工作场所中学习课程的二维码，进入工作场所中学习课程；利用知识点技能点学习单元选择学习资源进行知识学习，学生围绕着教师备课阶段按知识点组织好的学习资源，根据自己的兴趣先后学习相关知识点，并动手实践操作训练完成相关技能点的训练；学生利用参与学习活动单元在工作场所实践技能训练后参与教师备课阶段设计的学习活动；学生利用学习反思单元对知识学习和所述实践技能训练后的做学习笔记和反思，学生知识学习和技能训练后写学习体验和学习反思，实现深度学习。