CN113327473B

CN113327473B - 一种虚拟仿真教学实训系统、控制方法、装置及存储介质

Info

Publication number: CN113327473B
Application number: CN202110575230.0A
Authority: CN
Inventors: 邱奇志; 孙振威
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2021-05-26
Filing date: 2021-05-26
Publication date: 2023-02-28
Anticipated expiration: 2041-05-26
Also published as: CN113327473A

Abstract

本发明涉及一种虚拟仿真教学实训系统、控制方法、装置及存储介质，该方法包括：获取教学实验中的知识点，根据知识点，确定教学情境；根据教学情境，确定对应的问题、角色信息、背景信息和角色所作用的对象信息；根据角色信息，向不同的学生分配角色，并根据在学生模拟角色时答题的结果，进行对象信息的转换，以反映不同答题结果对作用对象状态的改变，还根据对象信息的转换，进行情境的变化，以改变对应的背景信息。本发明利用知识点及其对应的问题、角色信息、背景信息和角色所作用的对象信息，构建教学情境，并根据学生在教学情境中的问题答复结果进行场景转换，将学习内容设置到精心创建的情境中。

Description

一种虚拟仿真教学实训系统、控制方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及教学实训技术领域，尤其涉及一种虚拟仿真教学实训系统、控制方法、装置及存储介质。

背景技术

作为现代信息技术的发展产物，虚拟仿真实验教学已成为中国高等教育领域的研究热点，现有虚拟仿真实验教学技术的研究，多集中在机械、医学、化工等学科领域，这些学科的实验项目共性在于真实实验难以实现，有的是高危环境，有的操作不可及，通过利用多媒体、虚拟现实技术，以虚补实，达到实验教学效果。然而实际上，现有虚拟仿真实验教学技术缺乏理论知识和情境设置的全面结合，同时无法实时掌握学生在情境中的知识掌握情况。因此，如何构建全面高效的虚拟仿真教学实训系统是亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种虚拟仿真教学实训系统、控制方法、装置及存储介质，用以解决现有技术中缺乏全面高效的虚拟仿真教学实训系统的问题。

本发明提供一种虚拟仿真教学实训系统，包括：

知识组件单元，用于管理教学实验中的所有知识点；

问题组件单元，用于管理教学实验中的所有需要学生作答的问题；

情境组件单元，用于管理教学实验中的三元组信息，其中，所述三元组信息包括所有教学实验中所需情境的角色信息、背景信息和角色所作用的对象信息；

管理组件单元，用于管理教学实验中的学生信息。

进一步地，还包括：可视化单元，用于对所述知识组件单元、所述问题组件单元、所述情境组件单元、所述管理组件单元的内容进行显示，并实现与用户的交互。

进一步地，所述情境组件单元具体包括角色子单元、背景子单元、对象子单元和情境转换单元，其中：

所述角色子单元，用于存储并管理不同情境下的角色信息；还用于向不同的学生分配角色；

所述背景子单元，用于存储并管理不同情境下的背景信息；

所述对象子单元，用于存储并管理不同情境下角色所作用的对象信息；还用于根据在学生模拟角色时答题的结果，进行对象信息的转换，以反映不同答题结果对作用对象状态的改变，其中，学生通过所述问题组件单元进行答题；

所述情境转换单元，用于根据对象信息的转换，进行情境的变化，以改变对应的所述背景信息。

本发明还提供一种虚拟仿真教学实训系统控制方法，基于如上所述的虚拟仿真教学实训系统控制系统，包括：

获取教学实验中的知识点，根据所述知识点，确定教学情境；

根据所述教学情境，确定对应的问题、角色信息、背景信息和角色所作用的对象信息；

根据所述角色信息，向不同的学生分配角色，并根据在学生模拟角色时答题的结果，进行对象信息的转换，以反映不同答题结果对作用对象状态的改变，还根据对象信息的转换，进行情境的变化，以改变对应的所述背景信息。

进一步地，所述虚拟仿真教学实训系统的构建方法包括：

获取教学实验涉及的知识点及对应的所需的教学情境；

根据所述教学情境，确定对应的脚本程序，通过迭代，覆盖所有知识点。

进一步地，所述虚拟仿真教学实训系统的构建方法还包括：根据预设条件，对所述教学情境对应的脚本程序进行复查，修改其中的缺陷。

进一步地，所述教学情境由角色信息、背景信息和角色所作用的对象信息构成，通过三元组信息表示为：{R，B，O}，其中，R表示所述角色信息，B表示所述背景信息，O表示所述对象信息。

进一步地，还包括：显示问题、角色信息、背景信息和角色所作用的对象信息，构建所述教学情境，实现与用户的交互。

本发明还提供一种虚拟仿真教学实训系统控制装置，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上所述的虚拟仿真教学实训系统控制方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机该程序被处理器执行时，实现如上所述的虚拟仿真教学实训系统控制方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：首先，根据知识点确定对应的教学情境；然后，根据教学情境，确定所需的问题、角色信息、背景信息和角色所作用的对象信息；进而，在虚拟过程中，获取学生模拟角色时的答题结果，进行不同的情境转换，保证学生对知识点的有效接受。综上，本发明利用知识点及其对应的问题、角色信息、背景信息和角色所作用的对象信息，构建教学情境，并根据学生在教学情境中的问题答复结果进行场景转换，将学习内容设置到精心创建的情境中。

附图说明

图1为本发明提供的虚拟仿真教学实训系统一实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的虚拟仿真教学实训系统控制方法一实施例的流程示意图；

图3为本发明提供的虚拟仿真教学实训系统的构建方法一实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明实施例提供了一种虚拟仿真教学实训系统，结合图1来看，图1为本发明提供的虚拟仿真教学实训系统一实施例的结构示意图，包括：

知识组件单元101，用于管理教学实验中的所有知识点；

问题组件单元102，用于管理教学实验中的所有需要学生作答的问题；

情境组件单元103，用于管理教学实验中的三元组信息，其中，所述三元组信息包括所有教学实验中所需情境的角色信息、背景信息和角色所作用的对象信息；

管理组件单元104，用于管理教学实验中的学生信息。

在本发明实施例中，通过设置不同的组件单元，对教学情境中涉及的不同信息进行管理，实现情境教学的有效构建。

优选地，上述虚拟仿真教学实训系统还包括：可视化单元，用于对所述知识组件单元、所述问题组件单元、所述情境组件单元、所述管理组件单元的内容进行显示，并实现与用户的交互。作为具体实施例，本发明实施例设置可视化单元实现有效的交互。

优选地，上述情境组件单元具体包括角色子单元、背景子单元、对象子单元和情境转换单元，其中：

所述背景子单元，用于存储并管理不同情境下的背景信息；

作为具体实施例，本发明实施例设置不同的子单元，完成情境教学中不同信息的管理。

本发明实施例提供了一种虚拟仿真教学实训系统控制方法，结合图2来看，图2为本发明提供的虚拟仿真教学实训系统控制方法一实施例的流程示意图，基于上述的虚拟仿真教学实训系统，包括步骤S1至步骤S3，其中：

在步骤S1中，获取教学实验中的知识点，根据所述知识点，确定教学情境；

在步骤S2中，根据所述教学情境，确定对应的问题、角色信息、背景信息和角色所作用的对象信息；

在步骤S3中，根据所述角色信息，向不同的学生分配角色，并根据在学生模拟角色时答题的结果，进行对象信息的转换，以反映不同答题结果对作用对象状态的改变，还根据对象信息的转换，进行情境的变化，以改变对应的所述背景信息。

在本发明实施例中，首先，根据知识点确定对应的教学情境；然后，根据教学情境，确定所需的问题、角色信息、背景信息和角色所作用的对象信息；进而，在虚拟过程中，获取学生模拟角色时的答题结果，进行不同的情境转换，保证学生对知识点的有效接受。

优选地，结合图3来看，图3为本发明提供的虚拟仿真教学实训系统的构建方法一实施例的流程示意图，包括步骤S01至步骤S02，其中：

在步骤S01中，获取教学实验涉及的知识点及对应的所需的教学情境；

在步骤S02中，根据所述教学情境，确定对应的脚本程序，通过迭代，覆盖所有知识点。

作为具体实施例，本发明实施例通过知识点及对应的所需的教学情境的整理和收集，构建脚本程序。

优选地，所述虚拟仿真教学实训系统的构建方法还包括：根据预设条件，对所述教学情境对应的脚本程序进行复查，修改其中的缺陷。作为具体实施例，本发明实施例避免教学情境构建的缺陷。

在本发明一个具体的实施例中，构建流程包括：

阶段I准备阶段：主要由两个部分组成，一方面要对实验所涉及的知识和技能进行归纳和分类，另一方面要通过调研对实验所需的情境进行收集、整理，情境的构建不一定要别具一格，但一定要能激发学生的求知欲和学习兴趣。

阶段II实施阶段：实施阶段需要完成的主要任务就是撰写脚本，创建递进的情境，这些递进的情境里能巧妙地覆盖到准备阶段全部的知识点，这是一个需要迭代的过程。

阶段III复查阶段：按照预设条件进行复查，修改其中的缺陷。

其中，预设条件基于创设原则设立，创设原则包括：

一致性：实验教学的目的应该与课堂教学目的相一致；实验需要的技能应该与学生已有的基础相一致；创设的情境还应与学科培养方案相一致，以促使学生在掌握具体技能的同时，综合专业素养也得到提升。

实践性：与理论知识的抽象性不同，情境教学的最大特点就是要提供一个可感知和体验的场景，使得学生能在其中运用抽象理论完成具体实践，得到预期的结果，从而达到凝练知识的目的。

冲突性：冲突性是情境教学创设非常重要的一个原则，可以体现在多个方面，比如新旧知识的冲突性、具体问题难度与学生已有能力的冲突性等等，这些冲突性的设置能有效地激发学生的学习兴趣。

递进性：随着时间或者学习进度，根据实验项目的步骤构建一系列递进的场景，既能摆脱单一场景的枯燥性，又能体现子问题间的层次关系。

优选地，所述教学情境由角色信息、背景信息和角色所作用的对象信息构成，通过三元组信息表示为：{R，B，O}，其中，R表示所述角色信息，B表示所述背景信息，O表示所述对象信息。作为具体实施例，本发明实施例构建三元组信息，反馈教学情境中的多种信息。

优选地，上述方法还包括：显示问题、角色信息、背景信息和角色所作用的对象信息，构建所述教学情境，实现与用户的交互。作为具体实施例，本发明实施例实现用户的交互。

需要说明的是，本发明的虚拟仿真实验的体系结构，是一个层次结构，底层为基础层，是计算机硬件和系统软件，是整个系统基石。第二层是支持层开发工具，比如Web开发环境、Unity等等。第三层是组件层，这一层是核心层，由知识组件、问题组件、情境组件、管理组件组成，知识组件负责管理实验所需要的知识点，问题组件负责管理实验中需要学生作答的试题，情境组件是最重要的，负责定义的三元组，管理组件负责事务管理，比如学生的个人信息、学习信息等。最上面是视图层，它按照脚本将组件层的内容进行显示，负责与用户的交互。

在本发明一个具体的实施例中，为学生构建了一个有关某软件公司A项目组招收分析员的故事背景，表1中显示了“情境”三元组的详细内容。“role”要素有不止一个角色，其中学生所要扮演的是“分析员”这个主角，其他的角色，如项目经理、架构师、程序员、测试工程师，均为系统虚拟的；“background”要素有一系列递进的“背景”组成，“背景”中包含着知识要点、待解决的问题和所需的技能，这些背景能反映实验的进展；“object”要素也由一系列文档组成，需求分析的主要输出就是一系列文档，这些文档既是后续软件开发的基础，也是软件测试的依据。

表1

下面详细介绍需求分析实验项目中的2个情境，分别是应聘场景和讨论场景：

第一，应聘场景：本场景的教学目的在于检验学生已有的知识背景，主要考察的是学生对需求分析的目的意义的理解和掌握。

Role：应聘者，由学生扮演。

Background：有4个子背景组成，如表2所示，其中precondition列记录子背景是否要求学生先修知识，componet列记录四类组件。子背景sub3要求学生完成一份包括3-5个问题的答卷，这些问题主要与需求分析的总体目标和任务相关联。

表2

其中，K代表知识要点组件，Q代表问题组件S代表情境组件，M代表管理组件，Object代表上述子背景sub3中答卷，学生通过答题来改变答卷的状态，而对象状态的改变将引起情境的变化，从子背景sub3转入子背景sub4。

第二，讨论场景：本场景的教学目的在于强化学生对需求类别的认知，学生通过观摩一次分析讨论会，加深对需求类别、用户类型等需求要素的理解，为后续的需求描述打好基础。

Role：分析员(学生扮演)、项目经理、1-2名小组其他成员，除分析员外，其他角色均为虚拟的。

Background：有3个子背景组成，如表3所示，其中子背景sub1为一段视频，视频涉及需求分类、用户类别等知识要点，通过视频学生不仅强化了需求

分析的要点的掌握，而且形象地展示了在项目中如何展开讨论活动。

表3

	Description	Precondition	Component
				1	Meeting room	---	S、M
2	Video	√	K、S、M
				3	Office scene	---	S、M

其中，K代表知识要点组件，Q代表问题组件S代表情境组件，M代表管理组件，Object代表此场景中的活动对象主要是在子背景sub3中要求学生完成的对需求列表。对象状态的改变将结束这个背景进入下一个背景。

本发明实施例提供了一种虚拟仿真教学实训系统控制装置，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上所述的虚拟仿真教学实训系统控制方法。

本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机该程序被处理器执行时，实现如上所述的虚拟仿真教学实训系统控制方法。

本发明公开了一种虚拟仿真教学实训系统、控制方法、装置及存储介质，首先，根据知识点确定对应的教学情境；然后，根据教学情境，确定所需的问题、角色信息、背景信息和角色所作用的对象信息；进而，在虚拟过程中，获取学生模拟角色时的答题结果，进行不同的情境转换，保证学生对知识点的有效接受。

本发明技术方案，利用知识点及其对应的问题、角色信息、背景信息和角色所作用的对象信息，构建教学情境，并根据学生在教学情境中的问题答复结果进行场景转换，将学习内容设置到精心创建的情境中。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种虚拟仿真教学实训系统，其特征在于，包括：

知识组件单元，用于管理教学实验中的所有知识点；

管理组件单元，用于管理教学实验中的学生信息；

其中，获取教学实验中的知识点，根据所述知识点，确定教学情境；

根据所述角色信息，向不同的学生分配角色，并根据在学生模拟角色时答题的结果，进行对象信息的转换，以反映不同答题结果对作用对象状态的改变，

还根据对象信息的转换，进行情境的变化，以改变对应的所述背景信息；

其中，所述虚拟仿真教学实训系统的构建方法包括：

获取教学实验涉及的知识点及对应的所需的教学情境；

根据所述教学情境，确定对应的脚本程序，通过迭代，覆盖所有知识点，上述系统的构建流程包括：

阶段I准备阶段：主要由两个部分组成，一方面要对实验所涉及的知识和技能进行归纳和分类，另一方面要通过调研对实验所需的情境进行收集、整理，情境的构建不一定要别具一格，但一定要能激发学生的求知欲和学习兴趣，

阶段II实施阶段：实施阶段需要完成的主要任务就是撰写脚本，创建递进的情境，这些递进的情境里能巧妙地覆盖到准备阶段全部的知识点，这是一个需要迭代的过程，

2.根据权利要求1所述的虚拟仿真教学实训系统，其特征在于，还包括：可视化单元，用于对所述知识组件单元、所述问题组件单元、所述情境组件单元、所述管理组件单元的内容进行显示，并实现与用户的交互。

3.根据权利要求1所述的虚拟仿真教学实训系统，其特征在于，所述情境组件单元具体包括角色子单元、背景子单元、对象子单元和情境转换单元，其中：

所述背景子单元，用于存储并管理不同情境下的背景信息；

4.一种虚拟仿真教学实训系统控制方法，其特征在于，应用于根据权利要求1至3任一项所述的虚拟仿真教学实训系统，包括：

其中，所述虚拟仿真教学实训系统的构建方法包括：

获取教学实验涉及的知识点及对应的所需的教学情境；

5.根据权利要求4所述的虚拟仿真教学实训系统控制方法，其特征在于，所述虚拟仿真教学实训系统的构建方法还包括：根据预设条件，对所述教学情境对应的脚本程序进行复查，修改其中的缺陷。

6.根据权利要求4所述的虚拟仿真教学实训系统控制方法，其特征在于，所述教学情境由角色信息、背景信息和角色所作用的对象信息构成，通过三元组信息表示为：

，其中，R表示所述角色信息，

表示所述背景信息，O表示所述对象信息。

7.根据权利要求4所述的虚拟仿真教学实训系统控制方法，其特征在于，还包括：显示问题、角色信息、背景信息和角色所作用的对象信息，构建所述教学情境，实现与用户的交互。

8.一种虚拟仿真教学实训系统控制装置，其特征在于，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如权利要求5-7任一项所述的虚拟仿真教学实训系统控制方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机该程序被处理器执行时，实现如权利要求5-7任一项所述的虚拟仿真教学实训系统控制方法。