CN107665693A - 一种基于物联网的课用设备控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明的一种基于物联网的课用设备控制系统，包括：教学模型，所述教学模型用于可视化方式显示教学内容；所述教学模型包括多个自定义参数及输入输出单元；和/或信号输入单元、教学评估单元、作业系统、答题系统、显示系统及无线控制终端中的一种或多种功能单元的组合。本发明的有益效果：本发明的基于物联网的课用设备控制系统，在保持多媒体教学将能将知识点足够形象化，以降低学生对高度抽象化的知识的理解难度的优势的前提下，将传统教学过程中的教师临场能力及创新能力进行充分发挥，实现因材施教，并充分利用当下物联网及计算机数据处理，使教学过程标准化及量化，进一步提升教学质量。

Description

一种基于物联网的课用设备控制系统

技术领域

本发明涉及教学技术领域，尤其涉及一种基于物联网的课用设备控制系统。

背景技术

进入数字化、信息化时代的二十一世纪，人们对教育的需求日益增加。为了知识讲解的标准化和优秀教师经验的普及推广，在多媒体技术逐步成熟的过程中，形成了多媒体教学。多媒体技术引入课堂后，课堂可以展示大量丰富的平面图像的形象化知识，并增加了视频、动画及声音等知识表达方式，更加推进了知识的形象化。

教学工作也在力求尽可能的将上述被高度抽象化的知识本身能够以其本来的形象化形式展现出来，以求学生学习过程的直观化。这一努力贯穿着整个教学历史。比如传统教学模式中的板书模式，教师通常会根据自己对知识的理解，通过板书推演将知识的形成过程及内在逻辑进行充分形象展现，如果图示能够更好的展示其形象性，也会进行附图展示。对于较为复杂及信息量较大的知识点，在板书教学模式中衍生出了教学用具，即将复杂的知识模型通过预先制作的复杂的模具进行形象化展示。

但是，教学的目的不光是把知识形象化的向学生进行广播，好的教学过程应该“因材施教”，即注重学生的个体参数，以学生学到知识为目的及标准。形象化的多媒体教学能够将知识进行形象化展示，提高知识被学生快速理解的可能性。但是，多媒体教学的素材通常是制作者通过预测教学过程进行预先设计，教学流程、进度、特定问题的讲解等难以实现个性化。比如在多媒体教案中，对统计意义上的大概率知识难点进行了细化深入的讲解，而对于统计意义上的小概率知识难点一笔带过；而恰好，这被一笔带过的该小概率知识难点，就是某特定学生甚至某特定学生群体的大概率知识难点；这种情况下，传统多媒体教学的弊端就会显露。与此同时，被预先设计的教学过程，也会在一定程度上阻碍一名教师的创新潜能及临场应变能力，并在一定程度上阻碍了教学方法的进步。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种基于物联网的课用设备控制系统，以降低学生对高度抽象化的知识的理解难度，进一步提升教学质量。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于物联网的课用设备控制系统，其特征在于，包括：教学模型，所述教学模型用于可视化方式显示教学内容；所述教学模型包括多个自定义参数及输入输出单元；和/或信号输入单元、教学评估单元、作业系统、答题系统、显示系统及无线控制终端中的一种或多种功能单元的组合；

所述信号输入单元与所述输入输出单元进行电连接，用于接收所述输入输出单元的外部指令，对教学模型的自定义参数进行修改操作；

所述教学评估单元与所述信号输入单元进行电连接，用于对学生使用系统的行为进行采集，和/或进行学情评估；

所述答题系统，用于获取学生对指定习题任务的相应信号并生成统计结果；

所述显示系统，用于显示教学模型，和/或教学模型应自定义参数变化的实时状态变化过程；

无线控制终端，通过无线方式接入所述系统，用于生成所述课用设备控制系统的指定功能的控制指令。

优选方案，所述可变自定义参数包括，组成所述教学模型的各个组件、组件位置和/或位置关系、组件及模型的显示尺寸、颜色特性信息参数中的一种或多种参数的组合。

优选方案，所述作业系统，与所述教学评估单元电逻辑连接，用于生成根据教学评估结果输出不同而不同的作业任务；

用于实现因学生自身学情不同而不同的个性化的作业布置。

优选方案，所述显示系统包括对教学模型以虚拟现实，和/或增强现实的图像化方式的显示系统。

优选方案，可对所述教学模型的参数修改操作，可以实时地以平面的显示方式被同步显示模拟执行。

优选方案，对所述教学模型的参数修改操作可以实时地以虚拟现实，和/或增强现实的显示方式被同步显示模拟执行。

优选方案，所述信号输入单元包括触摸屏输入单元、摄像头单元及AR摄像投影单元中的一种或多种，所述触摸屏输入单元与所述输入输出单元进行电连接，所述摄像头单元及AR摄像投影单元均通过光捕获方式接收外部的环境视像信息。

优选方案，所述AR摄像投影单元获取视像信息，所述课用设备控制系统调整教学模型参数及投影单元的投射参数，实现教学模型投影与现实场景的情景化互动。

优选方案，所述无线控制终端包括物理控制键，所述物理控制键包括模型切换快捷信号生成单元及复位信号键，所述复位信号键用于令所述课用设备控制系统回归到指定模型或指定步骤。

优选方案，所述快捷物理控制键设置于可穿戴式主体上，所述可穿戴主体正常穿戴时，所述快捷物理控制键位于佩戴者指间的位置。所述快捷物理控制键为物理开关按键和/或基于陀螺式加速度检测原理的陀螺式动作检测单元。

本发明的有益效果：本发明的基于物联网的课用设备控制系统，在保持多媒体教学将能将知识点足够形象化，以降低学生对高度抽象化的知识的理解难度的优势的前提下，将传统教学过程中的教师临场能力及创新能力进行充分发挥，实现因材施教，并充分利用当下物联网及计算机数据处理，使教学过程标准化及量化，进一步提升教学质量。

附图说明

用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明基于物联网的课用设备控制系统一实施例结构示意图。

图2是本发明信号输入单元一实施例系统结构示意图。

图3是本发明无线控制终端一实施例系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明技术方案作进一步的说明，这是本发明的较佳实施例。

一种基于物联网的课用设备控制系统，其特征在于，包括：教学模型，所述教学模型用于可视化方式显示教学内容；所述教学模型包括多个自定义参数及输入输出单元；和/或信号输入单元、教学评估单元、作业系统、答题系统、显示系统及无线控制终端中的一种或多种功能单元的组合；

所述信号输入单元与所述输入输出单元进行电连接，用于接收所述输入输出单元的外部指令，对教学模型的自定义参数进行修改操作；

所述教学评估单元与所述信号输入单元进行电连接，用于对学生使用系统的行为进行采集，和/或进行学情评估；

所述答题系统，用于获取学生对指定习题任务的相应信号并生成统计结果；

所述显示系统，用于显示教学模型，和/或教学模型应自定义参数变化的实时状态变化过程；

无线控制终端，通过无线方式接入所述系统，用于生成所述课用设备控制系统的指定功能的控制指令。

优选实施例方案，所述可变自定义参数包括，组成所述教学模型的各个组件、组件位置和/或位置关系、组件及模型的显示尺寸、颜色特性信息参数中的一种或多种参数的组合。

优选实施例方案，所述作业系统，与所述教学评估单元电逻辑连接，用于生成根据教学评估结果输出不同而不同的作业任务；

用于实现因学生自身学情不同而不同的个性化的作业布置。

优选实施例方案，所述显示系统包括对教学模型以虚拟现实，和/或增强现实的图像化方式的显示系统。

优选实施例方案，可对所述教学模型的参数修改操作，可以实时地以平面的显示方式被同步显示模拟执行。

优选实施例方案，对所述教学模型的参数修改操作可以实时地以虚拟现实，和/或增强现实的显示方式被同步显示模拟执行。

优选实施例方案，所述信号输入单元包括触摸屏输入单元、摄像头单元及AR摄像投影单元中的一种或多种，所述触摸屏输入单元与所述输入输出单元进行电连接，所述摄像头单元及AR摄像投影单元均通过光捕获方式接收外部的环境视像信息。

优选实施例方案，所述AR摄像投影单元获取视像信息，所述课用设备控制系统调整教学模型参数及投影单元的投射参数，实现教学模型投影与现实场景的情景化互动。

优选实施例方案，所述无线控制终端包括物理控制键，所述物理控制键包括模型切换快捷信号生成单元及复位信号键，所述复位信号键用于令所述课用设备控制系统回归到指定模型或指定步骤。

优选实施例方案，所述快捷物理控制键设置于可穿戴式主体上，所述可穿戴主体正常穿戴时，所述快捷物理控制键位于佩戴者指间的位置。所述快捷物理控制键为物理开关按键和/或基于陀螺式加速度检测原理的陀螺式动作检测单元。申请人发现，由于教学过程中，存在反复切换模型及对操作步骤跳转的需求，如果操作不畅会严重影响到教学讲解的连贯性，对于知识传授不利。同时复杂的操作也是设备被普及尤其是普及到电气化教学设备使用较为落后的农村及偏远地区的主要障碍之一，设置可穿戴式的物理控制键，一方面解决了知识讲解及模型切换连贯性的问题，同时智能简化了操作，降低了系统的使用门槛。其中物理开关按键提供了直观容易理解的操作方式，而陀螺式检测则提供了更多更智能的硬件信号输入可能。

如图1所示，本发明的基于物联网的课用设备控制系统包括以软件模型存在的教学模型，比如地理学上的地球模型、生物学上的人体心脏或肝脏等器官模型、血液循环模型、物理学上的各种实验模型等。具体地，本发明提出一种基于物联网的课用设备控制系统，包括：输入输出单元、信号输入单元、教学评估单元、作业系统、答题系统、显示系统及无线控制终端；其中，上述各种模型根据知识点讲解的需求，用于设置多种可变自定义参数的输入输出单元的自定义参数包括组成模型的各个组件及位置关系、各个组件的位置坐标、组件及模型整体的外观尺寸、颜色等特性信息的参数。

本发明基于物联网的课用设备控制系统的教学评估系统用于评估学生的学情，即对知识的掌握情况等。本发明基于物联网的课用设备控制系统的作业系统，用于实现电子化作业，作业系统的另一目的是针对不同的学生实现个性化作业布置。

本实施例中，教学模型可以以平面显示或者虚拟现实等方式被直观图像化显示，对其参数的操作修改也可以被实时的以上述显示方式被同步执行。比如需要了解心脏的内部结构，则需要对心脏模型进行解剖并将解剖的部分分离开，该过程可以通过模拟解剖的手势动作对参数进行修改操作。

如图2所示，信号输入单元包括触摸屏输入单元、摄像头单元及AR摄像投影单元，触摸屏输入单元与输入输出单元进行电连接，摄像头单元及AR摄像投影单元均通过光捕获方式接收外部的环境视像信息。

触摸屏输入单元通过触摸屏与屏幕上显示的模型进行互动，实现对屏幕上模型的参数进行修改操作。

摄像头单元通过获取操作者肢体动作并进行分析，实现对操作者手势操作对象的估计，进而控制最可能的被操作对象执行相应的动作。此处不同于传统的基于摄像头的手势识别系统，由于教学过程中伴随着教师的各种肢体语言，以追求对知识的形象化表达，这些肢体语言的一部分是配合教师语言的直接表达，而不需要借助教学模型，另一部分肢体语言则是需要结合教学模型才能完成形象化表达。对于系统而言，显然应该对以上两种字体语言进行正确及时的区分，但是仅仅借助摄像头获取视频信息以及计算机程序的实时处理，难以识别这两类肢体语言，即使能够辨识，也大大增加了系统的运算量，对于系统硬件处理能力的要求增加了不少。

基于AR的摄像投影单元通过摄取环境视像信息并输入系统，系统根据摄像单元获取的视像信息调整教学模型及投影单元，实现模型与现实的情景化互动。比如情景式教学互动，可以通过投影对每个角色人物投射出能反应该任务形象的光影及装束；亦或者生物教学中，教学中将人体的内部结构投射至真实的人体，或者将某一实物教学产品如汽车的内部结构投射至该实物教学产品的表面等。摄像投影单元包括实时获取并最终目标比如实物对象的摄像头及控制系统，投影显示控制系统，用于控制投射对象被投射到正确的位置等。系统还可以包括投影光机座，用于根据需要实时调整投影光机的位置，以满足投射需求。

如图3所示，本发明基于物联网的课用设备控制系统设置了无线控制终端，该无线控制终端可以以可穿戴的形式配备给教师，比如以手套、腕带等形式存在。无线操控终端设置有快捷物理控制键，快捷物理控制键用于控制作为信号输入单元的摄像头是否对接下来的动作进行采集分析。物理控制键用于检测教师发出的控制信号，具体的，可以是设置在便于操作操作的指间物理按键，也可以是设置有信号检测的陀螺仪系统或者其他状态检测系统，可以检测教师的特定手势，比如快速甩动、二次甩动等。无线控制终端还包括有模型切换快捷信号生成单元，用于生成模型切换的快捷信号。比如因为教学的需要，在短时间内可能需要在地球模型的政区图、地形图、地图上的显示及需要屏蔽的信息之间进行不断切换，则快捷信号包括对预设模型的切换信号比如上一模型或下一模型等；还包括复位信号键，复位信号键用于回归特定主模型。以上信号可以通过设置有信号检测的陀螺仪系统或者其他状态检测系统，对手势进行预先定义实现，也可以通过物理案件或者触摸屏对手势的识别实现。通过以上信号的定义，将大大提升教学讲解的效率，教师的教学连贯性将大大加强，不会因为操作工具而打断教学思路。

本发明基于物联网的课用设备控制系统的答题系统包括分配到每一答题参与者即学生的答题器，系统包括对答题状态的统计功能。解决的问题是，传统答题练习老师难以对现场答题的情况有全面了解，仅仅是抽样了解比如请学生回答，或者简单统计，比如对某一答案举手统计。但是这样的方式都很难实现对学生真实状态的反应，比如说学生甲选择的答案是A，但是在举手统计的过程中，大多数学生选择了答案B，这时候不太自信的学生A可能就会在选择答案B的行列举手，造成统计错误。该答题系统可以实现统一的答题，完全排除学生间的答题干扰，真正做到客观反映当前每一学生的答题状态以及学生群体的统计状态。对于教学方案的调整，教学重点的修正具有明细意义。答题器可以是设置在连入系统的手机等电子设备上的虚拟答题终端单元。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“中心”、“顶”、“底”、“顶部”、“根部”、“内”、“外”、“外围”、“里侧”、“内侧”、“外侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了使于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。其中，“里侧”是指内部或围起来的区域或空间。“外围”是指某特定部件或特定区域的周围的区域。

在本发明的实施例的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“组装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的实施例的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，“-”和“～”表示的是两个数值之同的范围，并且该范围包括端点。例如:“A-B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。“A～B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。

在本发明的实施例的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于物联网的课用设备控制系统，其特征在于，包括：教学模型，所述教学模型用于可视化方式显示教学内容；所述教学模型包括多个自定义参数及输入输出单元；和/或信号输入单元、教学评估单元、作业系统、答题系统、显示系统及无线控制终端中的一种或多种功能单元的组合；

所述信号输入单元与所述输入输出单元进行电连接，用于接收所述输入输出单元的外部指令，对教学模型的自定义参数进行修改操作；

所述教学评估单元与所述信号输入单元进行电连接，用于对学生使用系统的行为进行采集，和/或进行学情评估；

所述答题系统，用于获取学生对指定习题任务的相应信号并生成统计结果；

所述显示系统，用于显示教学模型，和/或教学模型应自定义参数变化的实时状态变化过程；

无线控制终端，通过无线方式接入所述系统，用于生成所述课用设备控制系统的指定功能的控制指令。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的课用设备控制系统，其特征在于，所述可变自定义参数包括，组成所述教学模型的各个组件、组件位置和/或位置关系、组件及模型的显示尺寸、颜色特性信息参数中的一种或多种参数的组合。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的课用设备控制系统，其特征在于，所述作业系统，与所述教学评估单元电逻辑连接，用于生成根据教学评估结果输出不同而不同的作业任务；

用于实现因学生自身学情不同而不同的个性化的作业布置。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的课用设备控制系统，其特征在于，所述显示系统包括对教学模型以虚拟现实，和/或增强现实的图像化方式的显示系统。

5.根据权利要求1或4所述的基于物联网的课用设备控制系统，其特征在于，可对所述教学模型的参数修改操作，可以实时地以平面的显示方式被同步显示模拟执行。

6.根据权利要求1或4所述的基于物联网的课用设备控制系统，其特征在于，对所述教学模型的参数修改操作可以实时地以虚拟现实，和/或增强现实的显示方式被同步显示模拟执行。

7.根据权利要求1所述的基于物联网的课用设备控制系统，其特征在于，所述信号输入单元包括触摸屏输入单元、摄像头单元及AR摄像投影单元中的一种或多种，所述触摸屏输入单元与所述输入输出单元进行电连接，所述摄像头单元及AR摄像投影单元均通过光捕获方式接收外部的环境视像信息。

8.根据权利要求1或7所述的基于物联网的课用设备控制系统，其特征在于，所述AR摄像投影单元获取视像信息，所述课用设备控制系统调整教学模型参数及投影单元的投射参数，实现教学模型投影与现实场景的情景化互动。

9.根据权利要求1所述的基于物联网的课用设备控制系统，其特征在于，所述无线控制终端包括物理控制键，所述物理控制键包括模型切换快捷信号生成单元及复位信号键，所述复位信号键用于令所述课用设备控制系统回归到指定模型或指定步骤。

10.根据权利要求9所述的基于物联网的课用设备控制系统，其特征在于，所述快捷物理控制键设置于可穿戴式主体上，所述可穿戴主体正常穿戴时，所述快捷物理控制键位于佩戴者指间的位置。所述快捷物理控制键为物理开关按键和/或基于陀螺式加速度检测原理的陀螺式动作检测单元。