CN110910292A - 基于多维度数据分析的多学科交互教学系统及教学方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多维度数据分析的多学科交互教学系统，包括基于AI的数据处理服务器、智能网关及教学终端，其中基于AI的数据处理服务器通过智能网关分别与若干教学终端连接。其教学方法包括系统组网，身份预制，教学预制，教学活动及系统更新等五个步骤。本发明一方面具有良好的联机组网运行能力和良好的系统拓展能力，极大的提高了对各类不同学科知识点及教学资源综合调配、管理作业的工作效率，降低劳动强度和成本；另一方面极大的提高了教学活动开展中知识点内容的丰富性和全面性，同时可有效兼容多种类型教学资源同步参与教学活动，从而极大的提高了教学活动的效率、知识全面性，便于学员充分全面对知识点掌握，提高教学质量。

Description

基于多维度数据分析的多学科交互教学系统及教学方法

技术领域

本发明涉及一种基于多维度数据分析的多学科交互教学系统，属教学设备技术领域。

背景技术

目前在各类学校开展教学活动中，尤其是大专院校开展多种学科教学活动中，各学科之间存在大量的知识点交叉、类同情况和需要通过相关学科知识对特定知识点比对、验证作业，以达到提高教学活动效率和质量的目的，但在实际教学互动中，各教学知识点往往均通过教师等工作人员根据教学活动需要，预先编制教学大纲教学计划，通过在教学大纲中编入相关学科知识点内容达到满足多学科知识点综合汇编教学的需要，这种方式虽然可以一定程度满足教学活动的需要，但一方面导致教学知识点整理、汇编作业效率低下，且全面性差，易造成知识点遗漏；另一方面导致各学科教学知识点数据类型少，无法同时满足文本资料、图文资料、视频资料及相关计算机辅助软件系统同步参与教学活动的需要，因此严重影响了教学活动的灵活性，也影响了学员对知识点掌握作业的效率，从而导致当前学员在进行多学科知识点同步教学作业时的学习效率和教学质量均相对较差。

因此针对这一问题，迫切需要开发一种全新的教学系统，以满足实际使用的需要。

发明内容

本发明目的就在于克服上述不足，提供一种基于多维度数据分析的多学科交互教学系统及使用方法。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于多维度数据分析的多学科交互教学系统，包括基于AI的数据处理服务器、智能网关及教学终端，其中基于AI的数据处理服务器通过智能网关分别与若干教学终端连接，并构成一个教学服务局域网，各教学终端间通过智能网关相互连接并构成至少两个教学活动局域网，各教学活动局域网内均设至少两个教学终端，且各教学活动局域网间通过智能网关相互连接。

进一步的，所述的教学终端包括承载机架、承载板、盖板、主显示器、辅助显示器、操作键盘、驱动导轨及控制电路，所述承载机架为轴线与水平面垂直分布的柱框架结构，其上端面与承载板连接，且所述承载板上端面与水平面呈0°—60°夹角，且承载板上端面设至少一个“凵”字形槽状结构承载槽，所述盖板与承载板上端面铰接并呈0°—135°夹角，且盖板面积为承载槽上端面面积的1.1—1.5倍，所述主显示器与盖板下端面连接并同轴分布，所述操作键盘至少一个，嵌于承载槽底部并与承载槽底部呈0°—30°夹角，所述承载板左侧面和右侧面分别通过转台机构与一条驱动导轨铰接，所述驱动导轨轴线与承载板上端面呈0°—135°夹角，且每条驱动导轨均与一个辅助显示器滑动连接，且所述辅助显示器前端面与驱动导轨轴线平行分布，所述控制电路嵌于承载机架内，并分别与主显示器、辅助显示器、操作键盘、转台机构、驱动导轨及智能网关电气连接。

进一步的，所述的承载板与承载机架上端面及盖板下端面与承载槽侧壁间均通过弹性伸缩杆相互连接，所述弹性伸缩杆两端分别与承载板、承载机架、盖板及承载槽铰接，且弹性伸缩杆为至少两级弹簧伸缩杆、液压伸缩杆及气压伸缩杆中的任意一种，且所述盖板下端面与承载板上端面间设弹性垫块。

进一步的，所述的承载槽为两个及两个以上时，各承载槽以承载板轴线对称分布，且以承载板轴线对称分布的两个承载槽之间间距不小于30厘米，当盖板与承载板上端面夹角为0°时，主显示器嵌于承载槽内并与承载板同轴分布，且主显示器与承载槽底部间间距为5—20毫米，盖板上端面高出承载板上端面0—10毫米。

进一步的，所述的主显示器、辅助显示器间相互并联，并均为多点触控显示器，所述主显示器、辅助显示器侧表面上另均设一个CCD摄像头、一个麦克风和至少一个定向扬声器，所述CCD摄像头、麦克风和定向扬声器轴线均与承载板轴线相交，且高出承载板上端面至少10厘米并位于承载板前端面至少5厘米处。

进一步的，所述的基于AI的数据处理服务器包括至少一个数据处理子服务器、教学资源子服务器、身份识别子服务器、通讯协议子服务器及若干操控终端，其中所述数据处理子服务器为两个或两个以上时，各数据处理子服务器间相互并联，并分别与各教学资源子服务器、身份识别子服务器、通讯协议子服务器及操控终端连接，所述操控终端为人计算机、智能移动通讯终端中的任意或几种共用。

一种基于多维度数据分析的多学科交互教学系统的教学方法，包括如下步骤：

S1，系统组网，首先构建至少一台以基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台和若干教学终端，并将教学终端安装在指定的教学活动场所中，然后通过智能网关对以基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台和各教学终端进行组网连接构成教学服务局域网，并由基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台为教学服务局域网中的各教学终端及智能网关分配独立的通讯寻址地址，最后将基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台通过智能网关与至少一条外部数据通讯网络建立数据连接；

S2，身份预制，完成S1步骤后，首先通过基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台在教学服务局域网中选择若干教学终端并设定为教师用终端，剩余教学终端为学员用终端；然后由教职员工通过教师用终端进行教师身份识别信息认证，由学员通过学员用终端进行学员身份识别信息认证，最后将教师身份识别信息认证信息和学员身份识别信息认证信息存储在基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台中，并为各基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台设置独立的数据存储空间；

S3，教学预制，完成S2步骤后，首先由教职人员通过教师用终端向基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台录入教学方案和教学大纲，然后由学员通过学员用终端向基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台录入学习需求计划，最后由基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台录入根据教师录入数据和学员录入数据进行汇总，对满足教学大纲和学习需求计划各学科知识点进行汇编并生成教学计划，并将教学计划推送至各教师用终端和学员用终端进行教学信息发布；

S4，教学活动，完成S3步骤后，根据S3步骤推送的教学计划通过教师用终端和学员用终端通知相应教师及学员到S1步骤教学活动场所中开展教学活动，在教学活动中，教师和学员同时从基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台中调取当前教学计划对应的教学方案和教学大纲，并通过各教学终端进行教学作业活动，在进行教学作业活动时，一方面由教师借助教学活动场所中传统教具进行教学活动；另一方面在教学活动中，教师和学员通过教学终端中的各主显示器、辅助显示器分别进行相关学科数据独立显示，由学员选择性进行学习，同时学员借助操作键盘根据主显示器、辅助显示器数据及教学活动需要进行操作并实现教学活动信息反馈，达到多维度分析、多学科交互教学的需要，最后在完成教学后，一方面将教学活动中的各类信息保存在基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台中当前学员身份识别信息对应的数据存储空间内，另一方面对各教学终端内数据进行清空即可返回S1步骤复位待机；

S5，系统更新，在教学活动中，一方面根据教学终端、智能网关设备运行状态，对S1步骤中的教学服务局域网内的教学终端、智能网关设备进行删减、增添作业；另一方面根据教学活动中教师和学员人员身份及教学内容，进行人员身份识别信息在基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台中进行补录调整，并在人员身份调整后根据S3步骤重新制定新的教学计划。

本发明一方面系统构成结构简单，通用性好，并具有良好的联机组网运行能力和良好的系统拓展能力，极大的提高了对各类不同学科知识点及教学资源综合调配、管理作业的工作效率，降低劳动强度和成本；另一方面极大的提高了教学活动开展中知识点内容的丰富性和全面性，同时可有效兼容多种类型教学资源同步参与教学活动，从而极大的提高了教学活动的效率、知识全面性，便于学员充分全面对知识点掌握，提高教学质量。

附图说明

图1为本发明系统构成结构示意图；

图2为教学终端局部结构示意图；

图3为基于AI的数据处理服务器系统结构示意图；

图4为本发明教学方法流程示意图。

具体实施方式

如图1—3所示，一种基于多维度数据分析的多学科交互教学系统，包括基于AI的数据处理服务器1、智能网关2及教学终端3，其中基于AI的数据处理服务器1通过智能网关2分别与若干教学终端3连接，并构成一个教学服务局域网101，各教学终端3间通过智能网关2相互连接并构成至少两个教学活动局域网102，各教学活动局域网102内均设至少两个教学终端3，且各教学活动局域网102间通过智能网关2相互连接。

重点说明的，所述的教学终端3包括承载机架31、承载板32、盖板33、主显示器34、辅助显示器35、操作键盘36、驱动导轨37及控制电路38，所述承载机架31为轴线与水平面垂直分布的柱框架结构，其上端面与承载板32连接，且所述承载板32上端面与水平面呈0°—60°夹角，且承载板32上端面设至少一个“凵”字形槽状结构承载槽39，所述盖板33与承载板32上端面铰接并呈0°—135°夹角，且盖板33面积为承载槽上端面面积的1.1—1.5倍，所述主显示器34与盖板33下端面连接并同轴分布，所述操作键盘36至少一个，嵌于承载槽39底部并与承载槽39底部呈0°—30°夹角，所述承载板32左侧面和右侧面分别通过转台机构4与一条驱动导轨37铰接，所述驱动导轨37轴线与承载板32上端面呈0°—135°夹角，且每条驱动导轨37均与一个辅助显示器35滑动连接，且所述辅助显示器35前端面与驱动导轨37轴线平行分布，所述控制电路38嵌于承载机架31内，并分别与主显示器34、辅助显示器35、操作键盘36、转台机构4、驱动导轨37及智能网关2电气连接。

进一步优化的，所述的承载板32与承载机架31上端面及盖板33下端面与承载槽39侧壁间均通过弹性伸缩杆5相互连接，所述弹性伸缩杆5两端分别与承载板32、承载机架31、盖板33及承载槽39铰接，且弹性伸缩杆5为至少两级弹簧伸缩杆、液压伸缩杆及气压伸缩杆中的任意一种，且所述盖板33下端面与承载板32上端面间设弹性垫块6，且所述的承载槽39为两个及两个以上时，各承载槽39以承载板32轴线对称分布，且以承载板32轴线对称分布的两个承载槽39之间间距不小于30厘米，当盖板33与承载板32上端面夹角为0°时，主显示器34嵌于承载槽39内并与承载板32同轴分布，且主显示器34与承载槽39底部间间距为5—20毫米，盖板33上端面高出承载板32上端面0—10毫米。

同时，所述的主显示器34、辅助显示器35间相互并联，并均为多点触控显示器，所述主显示器34、辅助显示器35侧表面上另均设一个CCD摄像头9、一个麦克风7和至少一个定向扬声器8，所述CCD摄像头9、麦克风7和定向扬声器8轴线均与承载板32轴线相交，且高出承载板32上端面至少10厘米并位于承载板32前端面至少5厘米处。

此外的，所述的基于AI的数据处理服务器1包括至少一个数据处理子服务器111、教学资源子服务器112、身份识别子服务器113、通讯协议子服务器114及若干操控终端115，其中所述数据处理子服务器111为两个或两个以上时，各数据处理子服务器111间相互并联，并分别与各教学资源子服务器112、身份识别子服务器112、通讯协议子服务器113及操控终端114连接，所述操控终端114为人计算机、智能移动通讯终端中的任意或几种共用。

如图4所示，一种基于多维度数据分析的多学科交互教学系统的教学方法，包括如下步骤：

S1，系统组网，首先构建至少一台以基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台和若干教学终端，并将教学终端安装在指定的教学活动场所中，然后通过智能网关对以基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台和各教学终端进行组网连接构成教学服务局域网，并由基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台为教学服务局域网中的各教学终端及智能网关分配独立的通讯寻址地址，最后将基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台通过智能网关与至少一条外部数据通讯网络建立数据连接；

S2，身份预制，完成S1步骤后，首先通过基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台在教学服务局域网中选择若干教学终端并设定为教师用终端，剩余教学终端为学员用终端；然后由教职员工通过教师用终端进行教师身份识别信息认证，由学员通过学员用终端进行学员身份识别信息认证，最后将教师身份识别信息认证信息和学员身份识别信息认证信息存储在基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台中，并为各基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台设置独立的数据存储空间；

S3，教学预制，完成S2步骤后，首先由教职人员通过教师用终端向基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台录入教学方案和教学大纲，然后由学员通过学员用终端向基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台录入学习需求计划，最后由基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台录入根据教师录入数据和学员录入数据进行汇总，对满足教学大纲和学习需求计划各学科知识点进行汇编并生成教学计划，并将教学计划推送至各教师用终端和学员用终端进行教学信息发布；

S4，教学活动，完成S3步骤后，根据S3步骤推送的教学计划通过教师用终端和学员用终端通知相应教师及学员到S1步骤教学活动场所中开展教学活动，在教学活动中，教师和学员同时从基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台中调取当前教学计划对应的教学方案和教学大纲，并通过各教学终端进行教学作业活动，在进行教学作业活动时，一方面由教师借助教学活动场所中传统教具进行教学活动；另一方面在教学活动中，教师和学员通过教学终端中的各主显示器、辅助显示器分别进行相关学科数据独立显示，由学员选择性进行学习，同时学员借助操作键盘根据主显示器、辅助显示器数据及教学活动需要进行操作并实现教学活动信息反馈，达到多维度分析、多学科交互教学的需要，最后在完成教学后，一方面将教学活动中的各类信息保存在基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台中当前学员身份识别信息对应的数据存储空间内，另一方面对各教学终端内数据进行清空即可返回S1步骤复位待机；

S5，系统更新，在教学活动中，一方面根据教学终端、智能网关设备运行状态，对S1步骤中的教学服务局域网内的教学终端、智能网关设备进行删减、增添作业；另一方面根据教学活动中教师和学员人员身份及教学内容，进行人员身份识别信息在基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台中进行补录调整，并在人员身份调整后根据S3步骤重新制定新的教学计划。

本发明一方面系统构成结构简单，通用性好，并具有良好的联机组网运行能力和良好的系统拓展能力，极大的提高了对各类不同学科知识点及教学资源综合调配、管理作业的工作效率，降低劳动强度和成本；另一方面极大的提高了教学活动开展中知识点内容的丰富性和全面性，同时可有效兼容多种类型教学资源同步参与教学活动，从而极大的提高了教学活动的效率、知识全面性，便于学员充分全面对知识点掌握，提高教学质量。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于多维度数据分析的多学科交互教学系统，其特征在于：所述基于多维度数据分析的多学科交互教学系统包括基于AI的数据处理服务器、智能网关及教学终端，其中基于AI的数据处理服务器通过智能网关分别与若干教学终端连接，并构成一个教学服务局域网，各教学终端间通过智能网关相互连接并构成至少两个教学活动局域网，各教学活动局域网内均设至少两个教学终端，且各教学活动局域网间通过智能网关相互连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于多维度数据分析的多学科交互教学系统，其特征在于：所述的教学终端包括承载机架、承载板、盖板、主显示器、辅助显示器、操作键盘、驱动导轨及控制电路，所述承载机架为轴线与水平面垂直分布的柱框架结构，其上端面与承载板连接，且所述承载板上端面与水平面呈0°—60°夹角，且承载板上端面设至少一个“凵”字形槽状结构承载槽，所述盖板与承载板上端面铰接并呈0°—135°夹角，且盖板面积为承载槽上端面面积的1.1—1.5倍，所述主显示器与盖板下端面连接并同轴分布，所述操作键盘至少一个，嵌于承载槽底部并与承载槽底部呈0°—30°夹角，所述承载板左侧面和右侧面分别通过转台机构与一条驱动导轨铰接，所述驱动导轨轴线与承载板上端面呈0°—135°夹角，且每条驱动导轨均与一个辅助显示器滑动连接，且所述辅助显示器前端面与驱动导轨轴线平行分布，所述控制电路嵌于承载机架内，并分别与主显示器、辅助显示器、操作键盘、转台机构、驱动导轨及智能网关电气连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于多维度数据分析的多学科交互教学系统，其特征在于：所述的承载板与承载机架上端面及盖板下端面与承载槽侧壁间均通过弹性伸缩杆相互连接，所述弹性伸缩杆两端分别与承载板、承载机架、盖板及承载槽铰接，且弹性伸缩杆为至少两级弹簧伸缩杆、液压伸缩杆及气压伸缩杆中的任意一种，且所述盖板下端面与承载板上端面间设弹性垫块。

4.根据权利要求2所述的一种基于多维度数据分析的多学科交互教学系统，其特征在于：所述的承载槽为两个及两个以上时，各承载槽以承载板轴线对称分布，且以承载板轴线对称分布的两个承载槽之间间距不小于30厘米，当盖板与承载板上端面夹角为0°时，主显示器嵌于承载槽内并与承载板同轴分布，且主显示器与承载槽底部间间距为5—20毫米，盖板上端面高出承载板上端面0—10毫米。

5.根据权利要求2所述的一种基于多维度数据分析的多学科交互教学系统，其特征在于：所述的主显示器、辅助显示器间相互并联，并均为多点触控显示器，所述主显示器、辅助显示器侧表面上另均设一个CCD摄像头、一个麦克风和至少一个定向扬声器，所述CCD摄像头、麦克风和定向扬声器轴线均与承载板轴线相交，且高出承载板上端面至少10厘米并位于承载板前端面至少5厘米处。

6.根据权利要求1所述的一种基于多维度数据分析的多学科交互教学系统，其特征在于：所述的基于AI的数据处理服务器包括至少一个数据处理子服务器、教学资源子服务器、身份识别子服务器、通讯协议子服务器及若干操控终端，其中所述数据处理子服务器为两个或两个以上时，各数据处理子服务器间相互并联，并分别与各教学资源子服务器、身份识别子服务器、通讯协议子服务器及操控终端连接，所述操控终端为人计算机、智能移动通讯终端中的任意或几种共用。

7.一种基于多维度数据分析的多学科交互教学系统的教学方法，其特征在于：所述的基于多维度数据分析的多学科交互教学系统的教学方法包括如下步骤：

S1，系统组网，首先构建至少一台以基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台和若干教学终端，并将教学终端安装在指定的教学活动场所中，然后通过智能网关对以基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台和各教学终端进行组网连接构成教学服务局域网，并由基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台为教学服务局域网中的各教学终端及智能网关分配独立的通讯寻址地址，最后将基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台通过智能网关与至少一条外部数据通讯网络建立数据连接；

S2，身份预制，完成S1步骤后，首先通过基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台在教学服务局域网中选择若干教学终端并设定为教师用终端，剩余教学终端为学员用终端；然后由教职员工通过教师用终端进行教师身份识别信息认证，由学员通过学员用终端进行学员身份识别信息认证，最后将教师身份识别信息认证信息和学员身份识别信息认证信息存储在基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台中，并为各基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台设置独立的数据存储空间；

S3，教学预制，完成S2步骤后，首先由教职人员通过教师用终端向基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台录入教学方案和教学大纲，然后由学员通过学员用终端向基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台录入学习需求计划，最后由基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台录入根据教师录入数据和学员录入数据进行汇总，对满足教学大纲和学习需求计划各学科知识点进行汇编并生成教学计划，并将教学计划推送至各教师用终端和学员用终端进行教学信息发布；

S4，教学活动，完成S3步骤后，根据S3步骤推送的教学计划通过教师用终端和学员用终端通知相应教师及学员到S1步骤教学活动场所中开展教学活动，在教学活动中，教师和学员同时从基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台中调取当前教学计划对应的教学方案和教学大纲，并通过各教学终端进行教学作业活动，在进行教学作业活动时，一方面由教师借助教学活动场所中传统教具进行教学活动；另一方面在教学活动中，教师和学员通过教学终端中的各主显示器、辅助显示器分别进行相关学科数据独立显示，由学员选择性进行学习，同时学员借助操作键盘根据主显示器、辅助显示器数据及教学活动需要进行操作并实现教学活动信息反馈，达到多维度分析、多学科交互教学的需要，最后在完成教学后，一方面将教学活动中的各类信息保存在基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台中当前学员身份识别信息对应的数据存储空间内，另一方面对各教学终端内数据进行清空即可返回S1步骤复位待机；

S5，系统更新，在教学活动中，一方面根据教学终端、智能网关设备运行状态，对S1步骤中的教学服务局域网内的教学终端、智能网关设备进行删减、增添作业；另一方面根据教学活动中教师和学员人员身份及教学内容，进行人员身份识别信息在基于AI的数据处理服务器为中心的核心数据服务平台中进行补录调整，并在人员身份调整后根据S3步骤重新制定新的教学计划。

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