CN110444061A - 物联网教学一体机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种物联网教学一体机，涉及物联网教学技术领域，包括教师系统、学生系统和服务器，教师系统和学生系统与服务器通信连接，教师系统用于教师在教室里与学生面对面进行课堂教学，以及用于教师远程在线课堂教学，学生系统用于在教室里辅助学习生完成课堂学习和防止学生课堂玩手机，以及用于学生远程进行课堂学习。本发明可以在学校课堂辅助教师进行教学，同时可以防止学生课堂上玩手机，以及纠正学生错误的坐姿。此外，本发明能够为师生远程授课以及学生请假不在教室是提供3D的虚拟课堂场景，师生可以感受到身临课堂授课和学习的感觉，有利于提高远程授课的教学质量和远程的学习效率。

Description

物联网教学一体机
技术领域
本发明涉及物联网教学技术领域，特别涉及一种物联网教学一体机。
背景技术
计算机是教育的新根，物联网是未来的黑板。这是一个全新的教育环境，是信息时代教育的一个重要特征。物联网是把世界带入课堂的工具和环境，物联网是支持课堂活动的工具和环境，让物联网更好地为教学服务是我们应努力的方向。归纳起来，我们认为物联网在教学中的作用主要表现在三个方面:提供信息，建立师生交流的新途径，更新教学观念。
随着教学事业的发展，物联网教学已经逐渐应用到了学校的教育教学当中。对于学校教育教学，应用物联网一方面可以直接应用到在学校教室课堂授课当中，目的在于辅助教师进授课，减少教师的工作量，提高教学质量；另一方面可以应用到远程教学的过程中，可以方便师生足不出户就可以进行远程授课和听课。
然而，随着通信科技的迅速发展，现在手机已成为高校学生日常用具，教师在学校教室课堂授课时，多数学生只顾在课堂上用手机玩游戏，看视频等，忽略学习，严重影响到了学习成绩。
此外，远程教学大多数以远程视频为主，教师和学生可以通过视频图像互相看到对方。然而，在远程教学过程中，师生看到的只是互相的视频画面，难以体会到身临教室上课的感觉，使得教学效果不佳。
发明内容
为克服上述现有技术中存在的多数学生只顾在课堂上玩手机，以及远程教学时，师生难以体会到身临教室上课感觉的问题，本发明提供了一种物联网教学一体机。
本发明的技术方案是：
一种物联网教学一体机，包括教师系统、学生系统和服务器，所述教师系统和学生系统与服务器通信连接；所述教师系统包括教学终端和教师远程设备，所述学生系统包括学习终端和学生远程设备，所述学习终端和学生远程设备的数量均为多个，每个所述学习终端分别于所述教学终端通信连接；
所述教学终端安装于讲台上，用于在线课堂教学；用于获取课堂场景信息；用于实时记录、显示所述课堂场景信息；
所述学习终端安装于课桌上，所述学习终端用于在线课堂学习；以及用于课堂签到和签退；其中，所述学习终端连接有学生终端管理模块，所述学生终端管理模块设有数据接口；当学生课堂签到时，需要将学生终端与数据接口连接，同时触发签到信号，学习终端控制学生终端管理模块将学生终端锁住，完成课堂签到；课堂签退时，学生需要通过所述学习终端进行签退，然后学习终端控制学生终端管理模块解锁，完成课堂签退；
所述教师远程设备，用于获取教师校外讲课视频信息；
所述学生远程设备，用于获取学生校外视频信息；
所述服务器，用于接收所述课堂场景信息，并对所述课堂场景信息进行3D拟合，得到学校课堂场景，并将所述学校课堂场景发送至学生远程设备进行3D投影显示；
用于接收教师校外讲课视频信息和各个学生校外视频信息，并对所述教师校外讲课视频信息和各个学生校外视频信息进行3D拟合和渲染，得到模拟课堂场景，并将所述模拟课堂场景发送至教师远程设备和学生远程设备进行3D投影显示。
优选的，所述教学终端包括教学模块和采集模块，所述教学模块用于从服务器中获取教学资料信息，所述采集模块用于采集课堂上各个方位的场景信息。
优选的，所述教学终端包括执行模块，所述执行模块由窗帘控制模块和投影设备组成，所述窗帘控制模块用于控制教室窗帘的开合，所述投影设备用于教学信息的投影和显示。
优选的，所述学习终端包括学习模块，所述学习模块用于接收所述教学终端发送的学习资料。
优选的，所述学习终端包括表情识别模块，所述表情识别模块用于采集学生课堂上的表情数据，并通过这些表情数据评估每个学生的课堂听课效果。
优选的，所述学习终端连接有坐姿提示模块，所述坐姿提示模块用于学生坐姿提醒。
优选的，所述教师远程设备包括第一VR模块和教师终端，所述第一VR模块包括第一VR眼镜和安装在第一VR眼镜上的第一通信模块和第一投影模块；所述第一通信模块与教师终端通信连接，所述第一投影模块用于进行所述模拟课堂场景投影，所述第一VR眼镜用于呈现3D模拟课堂场景投影。
优选的，所述学生远程设备包括第二VR模块和学生终端，所述第二VR模块包括第二VR眼镜和安装在第二VR眼镜上的第二通信模块和第二投影模块；所述第二通信模块与学生终端通信连接，所述第二投影模块用于进行学校课堂场景和模拟课堂场景投影，所述第二VR眼镜用于呈现3D学校课堂场景和3D模拟课堂场景投影。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明可以在学校课堂上辅助教师进行教学，帮助教师了解学生的听课情况，同时可以防止学生课堂上玩手机和纠正学生错误的坐姿。
2、本发明针对于请假不再教室上课的学生，可以将学校课堂场景发送到学生终端上，请假的学生可以通过学生终端结合VR眼镜体验到3D学校课堂效果，如同自己身临课堂学习。
3、本发明针对于师生不再教室进行远程授课时，可以将教师校外讲课视频信息和各个学生校外视频信息进行3D拟合和渲染，从教师终端和学生终端分别为教师和学生呈现出3D的模拟课堂场景，师生可以感受到身临课堂授课和学习的感觉，有利于提高远程授课的教学质量和远程的学习效率。
附图说明
图1为本发明的功能框图；
图2为本发明的教学终端结构图；
图3为本发明的学生终端结构图。
具体实施方式
下面结合本发明中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例
如图1-3所示，本发明提供的一种物联网教学一体机，包括教师系统、学生系统和服务器，所述教师系统和学生系统与服务器通信连接；所述教师系统包括教学终端和教师远程设备，所述学生系统包括学习终端和学生远程设备，所述学习终端和学生远程设备的数量均为多个，每个所述学习终端分别于所述教学终端通信连接；
所述教学终端安装于讲台上，用于在线课堂教学；用于获取课堂场景信息；用于实时记录、显示所述课堂场景信息；
所述学习终端安装于课桌上，所述学习终端用于在线课堂学习；以及用于课堂签到和签退；其中，所述学习终端连接有学生终端管理模块，所述学生终端管理模块设有数据接口；当学生课堂签到时，需要将学生终端与数据接口连接，同时触发签到信号，学习终端控制学生终端管理模块将学生终端锁住，完成课堂签到；课堂签退时，学生需要通过所述学习终端进行签退，然后学习终端控制学生终端管理模块解锁，完成课堂签退；
所述教师远程设备，用于获取教师校外讲课视频信息；
所述学生远程设备，用于获取学生校外视频信息；
所述服务器，用于接收所述课堂场景信息，并对所述课堂场景信息进行3D拟合，得到学校课堂场景，并将所述学校课堂场景发送至学生远程设备进行3D投影显示；
用于接收教师校外讲课视频信息和各个学生校外视频信息，并对所述教师校外讲课视频信息和各个学生校外视频信息进行3D拟合和渲染，得到模拟课堂场景，并将所述模拟课堂场景发送至教师远程设备和学生远程设备进行3D投影显示。
在本实施例中，本发明可分为两种实际应用场景，具体如下：
实际应用场景一，可理解为教师在学校教室与学生进行面对面教学。
具体的，教学终端上安装有教学应用软件，教学终端包括教学模块、采集模块和执行模块，执行模块由窗帘控制模块和投影设备组成；学习终端上安装有与教学应用软件对接的学习应用软件，学习终端包括学习模块、表情识别模块，且学习终端连接有学生终端管理模块和坐姿提示模块，学生终端管理模块设有数据接口。
其中，教师可以通过教学模块从服务器中获取教学资料信息，然后将教学资料信息发送给学习终端，学生通过学习模块进行课堂学习，课堂学习的内容包括课堂问答、课堂知识总结、疑难问题记录、课堂测试、课堂考试等。同时，教师可以开启采集模块采集课堂上各个方位的场景信息，并进行记录；通过执行模块控制窗帘控制模块关闭教室里的窗帘，然后开启投影设备将教学信息在教室中投影显示出来。
在上课前学生需要进行课堂签到，课堂签到的工具是学生终端，学生终端指的是学生的手机，且学生的手机上安装有与学习终端上相同的学习应用软件。课堂签到是将手机连接在学生终端管理模块的数据接口上，从而实现手机与学生终端连接，学习终端从手机上获取学生的个人信息，同时触发签到信号，学习终端控制学生终端管理模块将手机锁住，从而实现课堂签到，需要说明的是，学生终端管理模块锁住手机的期间，学生在上课期间不能够使用手机。下课时，需要进行签退，学生需要在学习终端上的学习应用软件上进行签退操作，执行签退后，学生终端管理模块解锁，从而实现课堂签退，学生可以正常使用手机。
教师在教室讲课期间，学生需要开启表情识别模块，表情识别模块会实时采集学生课堂上的表情数据，并通过这些表情数据评估每个学生的课堂听课效果，学习终端一方面会将学生课堂听课的效果进行保存，另一方面将其发送给教学终端，供教师参考和储存。教师可以通过学习终端反馈的各个学生课堂上的听课效果，有利于教师及时了解学生的听课情况，进而对不同学生做出相应的措施。
坐姿提示模块用于测量学生与书桌之间的距离，当学生与书桌之间的距离变近时，坐姿提示模块上的提示灯或警示器被触发，提醒学生及时纠正错误坐姿。
实际应用场景二
该实际应用场景涉及到了远程教学和远程学习，具体应用到了教师远程设备和学生远程设备，教师远程设备包括第一VR模块和教师终端，第一VR模块包括第一VR眼镜和安装在第一VR眼镜上的第一通信模块和第一投影模块；学生远程设备包括第二VR模块和学生终端，第二VR模块包括第二VR眼镜和安装在第二VR眼镜上的第二通信模块和第二投影模块。教师终端和学生终端可以是智能手机、ipad、电脑等，且教师终端安装有与教学终端相同的教学应用软件，学生终端安装有与学习终端相同的学习应用软件。
情形一
实际中，教师和学生都不在教室，需要进行远程授课，为给师生提供身临其境的课堂感觉。具体过程如下：
教师需要打开教师终端上的教学应用软件，然后将第一VR眼镜与教师终端进行设备连接，再佩戴上第一VR眼镜；学生们需要打开学生终端上的学习应用软件，然后将第二VR眼镜与学生终端进行设备连接，再佩戴上第二VR眼镜。教师终端上的教学应用软件将教师校外讲课视频信息发送至服务器，学生终端上的学习应用软件将各个学生校外视频信息发送至服务器，服务器对接收的教师校外讲课视频信息和各个学生校外视频信息进行3D拟合和渲染，得到模拟课堂场景，然后将模拟课堂场景分别发送到教师终端的教学应用软件上和学生终端的学习应用软件上。教师终端将学校课堂场景发送到第一VR眼镜上的第一投影模块，通过第一投影模块将模拟课堂场景投影显示出来，学生终端将模拟课堂场景发送到第二VR眼镜上的第二投影模块，通过第二投影模块将模拟课堂场景投影显示出来。教师和学生通过佩戴的VR眼镜可以看到3D的模拟课堂场景，教师和学生可以感受到身临课堂授课和学习的感觉，有利于提高远程授课的教学质量和远程的学习效率。
情形二
实际中，教师在学校教室与学生进行面对面教学时，会出现学生请假的情况，为方便请假的学生在家中学习时，体验到课堂的感觉。具体过程如下：
在教室讲课的教师需要打开教学终端，使得采集模块及其他模块正常运行，请假的学生的打开自己的学生终端上的学习应用软件，与教学终端进行设备连接，然后将第二VR眼镜与学生终端进行设备连接，再佩戴上第二VR眼镜。采集模块将课堂上各个方位的场景信息，通过教学终端发送至服务器，同样学生终端上的学习应用软件将请假学生校外视频信息发送至服务器，服务器对所接收到的数据信息进行3D拟合，得到学校课堂场景，然后将学校课堂场景发送至学生终端上的学习应用软件上。学生终端将学校课堂场景发送到第二VR眼镜上的第二投影模块，通过第二投影模块将学校课堂场景投影显示出来，请假的学生通过第二VR眼镜可以看到3D的学校课堂场景效果，如同自己身临课堂学习。
以上公开的仅为本发明的较佳的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种物联网教学一体机，包括教师系统、学生系统和服务器，所述教师系统和学生系统与服务器通信连接；其特征在于，所述教师系统包括教学终端和教师远程设备，所述学生系统包括学习终端和学生远程设备，所述学习终端和学生远程设备的数量均为多个，每个所述学习终端分别于所述教学终端通信连接；
所述教学终端安装于讲台上，用于在线课堂教学；用于获取课堂场景信息；用于实时记录、显示所述课堂场景信息；
所述学习终端安装于课桌上，所述学习终端用于在线课堂学习；以及用于课堂签到和签退；其中，所述学习终端连接有学生终端管理模块，所述学生终端管理模块设有数据接口；当学生课堂签到时，需要将学生终端与数据接口连接，同时触发签到信号，学习终端控制学生终端管理模块将学生终端锁住，完成课堂签到；课堂签退时，学生需要通过所述学习终端进行签退，然后学习终端控制学生终端管理模块解锁，完成课堂签退；
所述教师远程设备，用于获取教师校外讲课视频信息；
所述学生远程设备，用于获取学生校外视频信息；
所述服务器，用于接收所述课堂场景信息，并对所述课堂场景信息进行3D拟合，得到学校课堂场景，并将所述学校课堂场景发送至学生远程设备进行3D投影显示；
用于接收教师校外讲课视频信息和各个学生校外视频信息，并对所述教师校外讲课视频信息和各个学生校外视频信息进行3D拟合和渲染，得到模拟课堂场景，并将所述模拟课堂场景发送至教师远程设备和学生远程设备进行3D投影显示。
2.如权利要求1所述的一种物联网教学一体机，其特征在于，所述教学终端包括教学模块和采集模块，所述教学模块用于从服务器中获取教学资料信息，所述采集模块用于采集课堂上各个方位的场景信息。
3.如权利要求1所述的一种物联网教学一体机，其特征在于，所述教学终端包括执行模块，所述执行模块由窗帘控制模块和投影设备组成，所述窗帘控制模块用于控制教室窗帘的开合，所述投影设备用于教学信息的投影和显示。
4.如权利要求1所述的一种物联网教学一体机，其特征在于，所述学习终端包括学习模块，所述学习模块用于接收所述教学终端发送的学习资料。
5.如权利要求1所述的一种物联网教学一体机，其特征在于，所述学习终端包括表情识别模块，所述表情识别模块用于采集学生课堂上的表情数据，并通过这些表情数据评估每个学生的课堂听课效果。
6.如权利要求1所述的一种物联网教学一体机，其特征在于，所述学习终端连接有坐姿提示模块，所述坐姿提示模块用于学生坐姿提醒。
7.如权利要求1所述的一种物联网教学一体机，其特征在于，所述教师远程设备包括第一VR模块和教师终端，所述第一VR模块包括第一VR眼镜和安装在第一VR眼镜上的第一通信模块和第一投影模块；所述第一通信模块与教师终端通信连接，所述第一投影模块用于进行所述模拟课堂场景投影，所述第一VR眼镜用于呈现3D模拟课堂场景投影。
8.如权利要求1所述的一种物联网教学一体机，其特征在于，所述学生远程设备包括第二VR模块和学生终端，所述第二VR模块包括第二VR眼镜和安装在第二VR眼镜上的第二通信模块和第二投影模块；所述第二通信模块与学生终端通信连接，所述第二投影模块用于进行学校课堂场景和模拟课堂场景投影，所述第二VR眼镜用于呈现3D学校课堂场景和3D模拟课堂场景投影。
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