CN106846943A - 仪器运行原理具象化的实验教学系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种仪器运行原理具象化的实验教学系统及方法，其中，该系统包括真实实验仪器、转换控制器及具象处理装置；真实实验仪器用于根据用户的操作执行相应操作，同时生成触发信号并向外发送；转换控制器用于对接收的触发信号进行处理生成控制指令，并将控制指令并向外发送；具象处理装置包括具象处理模块、图像库、语音库及展示模块；具象处理模块用于对收到的控制指令进行识别处理，并根据识别处理结果分别调用图像库中的三维动画文件以及语音库中的讲解语音文件；展示模块用于将三维动画及讲解语音进行同步展示及播放。本发明能够在用户操作真实实验仪器时展示仪器的运行及其原理，通过增加人机互动来改善和提高教学及学习效率。
Description
技术领域
本发明涉及实验教学技术领域，尤其涉及一种仪器运行原理具象化的实验教学系统及方法。
背景技术
仪器是分析化学中不可或缺的一部分，在高等院校的化学实验教学中也起着非常重要的作用。目前高等院校分析实验教学中关于分析仪器的教学，还只有传统的书面文字描述+仪器外部结构以及有限的内部结构观摩方式。以目前的技术，可通过模拟仿真技术将仪器外观及内部结构可视化便于对仪器内外部结构的讲解，然而并未见这种技术应用在分析仪器教学的报道和实例。
只有书本文字描述+仪器外部结构以及有限的内部结构观摩的单维度教学系统，不便于学生对仪器运行及其原理的充分了解和掌握，不利于培养学生对分析仪器的兴趣，其缺点是教学效率低、教学效果差、教学方式陈旧无吸引力。采用虚拟仿真技术，将仪器内外部结构全部展现出来，让学生可以对仪器结构及运行进行全方位的观摩。这种方式可以让学生从更多角度了解仪器的结构和原理。但是单纯的虚拟仿真技术的应用，依然有其受限的地方，例如：作为实验教学学生参与感依然较弱、缺乏学生+真实仪器+虚拟仪器之间的互动，即当学生操作真实仪器时，不能立即相应的观察到仪器内部各部件的配合运行及运行原理的问题。
有鉴于此，有必要提出对目前的教学系统进行进一步的改进。
发明内容
为解决上述至少一技术问题，本发明的主要目的是提供一种仪器运行原理具象化的实验教学系统及方法。
为实现上述目的，本发明采用的一个技术方案为：提供一种仪器运行原理具象化的实验教学系统，包括真实实验仪器、转换控制器及具象处理装置，所述转换控制器分别与真实实验仪器及具象处理装置电连接；
所述真实实验仪器，用于根据用户的操作执行相应操作，同时生成触发信号并向外发送；
所述转换控制器，用于对接收的触发信号进行处理生成控制指令，并将控制指令并向外发送；
所述具象处理装置包括具象处理模块、图像库、语音库及展示模块；所述具象处理模块，用于对收到的控制指令进行识别处理，并根据识别处理结果分别调用图像库中的三维动画文件以及语音库中的讲解语音文件；所述展示模块用于将三维动画及讲解语音进行同步展示及播放，其中，所述图像库预先存储有至少一真实实验仪器运行的三维图像文件，所述语音库中预先存储有至少一讲解语音文件。
在一具体的实施例中，所述真实实验仪器设置有通信接口，所述触发模块，用于将在真实实验仪器执行开始或停止操作时生成触发信号输送至转换控制器。
为实现上述目的，本发明采用的另一个技术方案为：提供一种仪器运行原理具象化的实验教学方法，包括如下步骤：
根据用户对真实实验仪器的操作生成触发信号；
对接收的触发信号进行处理生成对应的控制指令；以及
根据控制指令进行识别处理，并根据识别处理结果分别调用图像库中的三维动画文件以及语音库中的讲解语音文件，以及将三维动画及讲解语音进行同步展示及播放。
在一具体的实施例中，所述根据控制指令进行识别处理，并根据识别处理结果分别调用图像库中的三维动画文件以及语音库中的讲解语音文件的步骤，具体包括：
根据控制指令进行识别处理得到与执行操作的真实实验仪器对应的识别码；以及
根据识别码从图像库的导引表中查找并调用对应的三维动画文件，以及从语音库的导引表中查找并调用对应的讲解语音文件。
在一具体的实施例中，所述根据用户对真实实验仪器的操作生成触发信号的步骤，具体包括：
根据用户对真实实验仪器的操作生成触发信号；以及
将触发信号通过有线或无线的方式向外发送。
本发明的技术方案主要包括真实实验仪器、转换控制器及具象处理装置，该真实实验仪器与具象处理装置分别与转换控制器电连接；该真实实验仪器自带有触发信号生成功能，根据学生或老师的操作生成触发信号，然后由转换控制器对触发信号进行处理生成控制指令；最后由具象处理装置对控制指令进行识别处理，调用预先存储的三维动画及讲解语音文件，并进行同步展示，如此，能够在用户操作真实实验仪器时展示仪器的运行及其原理，通过增加人机互动来改善和提高教学及学习效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明一实施例仪器运行原理具象化的实验教学系统的模块方框图；
图2为本发明另一实施例仪器运行原理具象化的实验教学系统的模块方框图；
图3为本发明一实施例仪器运行原理具象化的实验教学方法的方法流程图；
图4为本发明一实施例的方法流程图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明的实施例中，该真实实验仪器可以是天平、分光光度计、滴定仪、电化学工作站等，可以应用于旅游教学、飞行教学、室内设计、地产漫游、工业仿真、道路桥梁、数字展馆。本发明除了使用虚拟仿真技术解决分析仪器教学维度单一的问题以外，更进一步的要解决的技术问题即是将真实仪器的运行与虚拟动画的演示即时联动起来，将仪器原理及运行具象化，在学生操作真实分析仪器的当时即能看到仪器内部各部件的运行情况和运行原理的展示及讲解，通过增加人机互动，便于教师的教学，也便于学生更有效、更牢固的掌握对仪器设备的知识。
请参照图1，在本发明实施例中，该仪器运行原理具象化的实验教学系统，包括真实实验仪器10、转换控制器20及具象处理装置30，所述转换控制器20分别与真实实验仪器10及具象处理装置30电连接；
所述真实实验仪器10，用于根据用户的操作执行相应操作，同时生成触发信号并向外发送；
所述转换控制器20，用于对接收的触发信号进行处理生成控制指令，并将控制指令并向外发送；
所述具象处理装置30包括具象处理模块31、图像库33、语音库34及展示模块32；所述具象处理模块31，用于对收到的控制指令进行识别处理，并根据识别处理结果分别调用图像库33中的三维动画文件以及语音库34中的讲解语音文件；所述展示模块32用于将三维动画及讲解语音进行同步展示及播放，其中，所述图像库33预先存储有至少一真实实验仪器10运行的三维图像文件，所述语音库34中预先存储有至少一讲解语音文件。
本实施例中，真实实验仪器10可以是天平、分光光度计等，具体的仪器设备再次不作限定。相比于现有技术中的仪器，该真实实验仪器10增加了执行操作或结束操作对应生成的触发信号及可以主动将触发信号上传功能。转换控制器20，主要对触发信号进行初步处理，可以排除没有认证的触发信号，对经过认证处理的触发信号生成对应的控制指令。具象处理装置30，主要包括具象处理模块31及展示模块32，具象处理模块31可以对控制指令进行识别处理生成识别码，然后根据识别码从图像库33及语音库34中分别调用三维动画及讲解语音文件，最后通过展示模块32对三维动画及讲解语音文件进行展示。在这过程中，用户还可以对展示的播放进度进行控制，以更好地实现人机互动。图像库33及语音库34中预先存储有一组或一组以上的三维动画及讲解语音，可以根据默认设置或用户的选择进行播放。上述的展示模块32，可以具体为显示器与扬声器的组合，以分别对图像及声音数据进行播放。
本发明的技术方案主要包括真实实验仪器10、转换控制器20及具象处理装置30，该真实实验仪器10与具象处理装置30分别与转换控制器20电连接；该真实实验仪器10自带有触发信号生成功能，根据学生或老师的操作生成触发信号，然后由转换控制器20对触发信号进行处理生成控制指令；最后由具象处理装置30对控制指令进行识别处理，调用预先存储的三维动画及讲解语音文件，并进行同步展示，如此，能够在用户操作真实实验仪器10时展示仪器的运行及其原理，通过增加人机互动来改善和提高教学及学习效率。
请参照图2，在一具体的实施例中，所述具体处理装置的具象处理模块31，还用于对收到的控制指令进行识别处理得到与真实实验仪器10对应的识别码。
本实施例中，具象处理模块31为集成处理部件，需要对控制指令进行解析识别处理才能识别真实实验仪器10的身份码，并可以生成对应的识别码，该识别码可以与身份码相同，或者利用编码规则转换得到；图像库33及语音库34中分别配置有导引表，以方便查找对应的识别码，以快速匹配，匹配完成后，可以直接调用对应的三维动画文件及讲解语音文件。
进一步的，所述真实实验仪器10设置有通信接口11，用于将在真实实验仪器10执行开始或停止操作时生成触发信号输送至转换控制器20。本实施例中，真实实验仪器10相比常规仪器设置有通信接口11，主要是将生成触发信号以及将触发信号向外发送。
请参照图3，本发明的实施例中，该仪器运行原理具象化的实验教学方法，包括如下步骤：
步骤S10、根据用户对真实实验仪器的操作生成触发信号；
步骤S20、对接收的触发信号进行处理生成对应的控制指令；以及
步骤S30、根据控制指令进行识别处理，并根据识别处理结果分别调用图像库中的三维动画文件以及语音库中的讲解语音文件，以及将三维动画及讲解语音进行同步展示及播放。
本实施例中，通过步骤S10、S20及S30的步骤，可以将真实实验仪器执行对应操作的运行及原理通过三维动画显示出来，该三维动画可以包含仪器内外部的结构、部件的动作、运行的原理及分析的原理，并且该三维动画中可以配置文字、符号等标识，以更好方便用户理解。在三维动画展示的过程中，还可以进一步配置讲解语音，以提高用户理解效率。
请参照图4，在一具体的实施例中，所述步骤S30中根据控制指令进行识别处理，并根据识别处理结果分别调用图像库中的三维动画文件以及语音库中的讲解语音文件的步骤，具体包括：
步骤S31、根据控制指令进行识别处理得到与执行操作的真实实验仪器对应的识别码；以及
步骤S32、根据识别码从图像库的导引表中查找并调用对应的三维动画文件，以及从语音库的导引表中查找并调用对应的讲解语音文件。本实施例中，通过对控制指令进行解析识别处理识别出真实实验仪器的身份码，并可以生成对应的识别码，该识别码可以与身份码相同，或者利用编码规则转换得到；然后在图像库及语音库中配置的导引表查找对应的识别码，以快速匹配，匹配完成后，可以直接调用对应的三维动画文件及讲解语音文件。
在一具体的实施例中，所述根据用户对真实实验仪器的操作生成触发信号的步骤，具体包括：
根据用户对真实实验仪器的操作生成触发信号；以及
将触发信号通过有线或无线的方式向外发送。本实施例中，该触发信号可以通过有线输出或者wifi，蓝牙等技术向外发送。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种仪器运行原理具象化的实验教学系统，其特征在于，所述仪器运行原理具象化的实验教学系统包括真实实验仪器、转换控制器及具象处理装置，所述转换控制器分别与真实实验仪器及具象处理装置电连接；
所述真实实验仪器，用于根据用户的操作执行相应操作，同时生成触发信号并向外发送；
所述转换控制器，用于对接收的触发信号进行处理生成控制指令，并将控制指令并向外发送；
所述具象处理装置包括具象处理模块、图像库、语音库及展示模块；所述具象处理模块，用于对收到的控制指令进行识别处理，并根据识别处理结果分别调用图像库中的三维动画文件以及语音库中的讲解语音文件；所述展示模块用于将三维动画及讲解语音进行同步展示及播放，其中，所述图像库预先存储有至少一真实实验仪器运行的三维图像文件，所述语音库中预先存储有至少一讲解语音文件。
2.如权利要求1所述的仪器运行原理具象化的实验教学系统，其特征在于，所述真实实验仪器设置有通信接口，用于将在真实实验仪器执行开始或停止操作时产生的触发信号输送至转换控制器。
3.一种仪器运行原理具象化的实验教学方法，其特征在于，所述仪器运行原理具象化的实验教学方法包括如下步骤：
根据用户对真实实验仪器的操作生成触发信号；
对接收的触发信号进行处理生成对应的控制指令；以及
根据控制指令进行识别处理，并根据识别处理结果分别调用图像库中的三维动画文件以及语音库中的讲解语音文件，以及将三维动画及讲解语音进行同步展示及播放。
4.如权利要求3所述的仪器运行原理具象化的实验教学方法，其特征在于，所述根据控制指令进行识别处理，并根据识别处理结果分别调用图像库中的三维动画文件以及语音库中的讲解语音文件的步骤，具体包括：
根据控制指令进行识别处理得到与执行操作的真实实验仪器对应的识别码；以及
根据识别码从图像库的导引表中查找并调用对应的三维动画文件，以及从语音库的导引表中查找并调用对应的讲解语音文件。
5.如权利要求3所述的仪器运行原理具象化的实验教学方法，其特征在于，所述根据用户对真实实验仪器的操作生成触发信号的步骤，具体包括：
根据用户对真实实验仪器的操作生成触发信号；以及
将触发信号通过有线或无线的方式向外发送。
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