CN113611174A - 一种数字化远程实景互动教学系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于远程教学技术领域，具体涉及一种数字化远程实景互动教学系统，包括有控制处理云端、教师客户端和学生客户端，所述教师客户端包括有教师注册/登录模块、摄像模块、虚拟教室模拟模块、第一显示模块、教师语音模块、模式教学模块、教师互动模块以及第一共享模块，所述学生客户端包括有学生注册/登录模块、举手模块、第二显示模块、学生语音模块以及第二共享模块，通过虚拟教室模拟模块生成的虚拟教室，看到各个学生的所处的虚拟课桌位置，使教师教学时更加具有真实感和趣味性；本发明还公开了一种教学方法，能够进行两种模式的教学方式，模拟出真实的课堂状态，提高教师和学生之间的教学积极性。

Description

一种数字化远程实景互动教学系统及方法
技术领域
本发明属于远程教学技术领域，具体涉及一种数字化远程实景互动教学系统及方法。
背景技术
社会经济的快速发展，科技的快速进步，人们的生活方式已经发生了改变。传统的教育方式也逐渐被新生的教育方式所改变，远程教育是指使用电视及互联网等传播媒体的教学模式，它突破了时空的界线，有别于传统的在校住宿的教学模式，不需要到特定地点上课，使得人们可以走出教室，在远程的任意地方，就可以自由的选择需要学习的内容进行学习。
目前的远程教育通常由教师通过直播的方式进行授课，教师无法看到学生的名字以及课堂的场景，导致教师的教学真实感不够，教学积极性不高，同时教师与学生之间的互动也不够真实。
发明内容
本发明的目的是：旨在提供一种数字化远程实景互动教学系统及方法，以解决通过直播进行远程教育时，教师无法看到学生的名字以及课堂的场景，导致教师的教学真实感不够，教学积极性不高，同时教师与学生之间的互动也不够真实的问题。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
一种数字化远程实景互动教学系统，包括有控制处理云端、教师客户端和学生客户端，所述控制处理云端均与教师客户端以及学生客户端信号连接；
所述教师客户端包括有教师注册/登录模块、摄像模块、虚拟教室模拟模块、第一显示模块、教师语音模块、模式教学模块、教师互动模块以及第一共享模块；所述学生客户端包括有学生注册/登录模块、举手模块、第二显示模块、学生语音模块以及第二共享模块；
所述教师注册/登录模块用于教师进行注册登录，在教师初次注册时，需要实名认证并验证活体人像，由控制处理云端生成独一的教师身份ID；所述学生注册/登录模块用于学生进行注册登录，在学生初次注册时，需要实名认证并验证活体人像，由控制处理云端生成独一的学生身份ID，并且，控制处理云端为该学生身份ID配置一个虚拟课桌ID作为该学生的固定虚拟课桌，当学生登录后，该虚拟课桌会显示相应的学生身份ID；
所述摄像模块用于实时拍摄教师教学视频并传输至控制处理云端；
所述虚拟教室模拟模块用于生成虚拟教室，包括若干呈方形矩阵的虚拟课桌，各个虚拟课桌ID通过坐标点(i，j)进行表示；
所述模式教学模块用于教师选择教学模式，所述教学模式分为自习模式和讲堂模式，由控制处理云端控制执行；
所述教师语音模块用于输出教师语音信息至控制处理云端以及接收控制处理云端中的学生语音信息；所述学生语音模块用于接收控制处理云端中的教师语音信息、学生语音信息以及输出学生语音信息至控制处理云端；
所述教师互动模块用于教师发出的课堂提问请求至控制处理云端、接收控制处理云端中的学生的个人提问请求以及学生的课堂回答请求；
所述举手模块用于学生发出个人提问请求和课堂回答请求至控制处理云端；
所述第一共享模块能够发送教师语音互通请求至控制处理云端，用于将教师与学生之间语音互通；
所述第二共享模块能够接收控制处理云端中的教师语音互通请求，将教师与学生之间语音互通；
所述第一显示模块用于显示虚拟教室模拟模块所生成的各个虚拟课桌；
所述第二显示模块用于显示摄像模块实时拍摄的教师教学视频。
通过虚拟教室模拟模块生成的虚拟教室，同时控制处理云端能够各个学生配置一个固定的虚拟课桌，从而能够使教师在授课时感到更加真实的课堂，看到各个学生的所处的虚拟课桌位置，使教师教学时更加具有真实感和趣味性。
所述教师身份ID包括有教师实名信息以及系统生成的教师编号，所述学生身份ID包括有学生实名信息以及系统生成的学生编号，使教学系统中的教师和学生的身份信息更加完整。
所述学生客户端还包括有同桌配对模块，所述同桌配对模块用于将每一行的虚拟课桌通过两两配对为同桌，从而使学生在学习时更加具有趣味性。
所述学生客户端还包括有同桌共享模块，所述同桌共享模块能够发送同桌语音互通请求以及接收同桌语音互通请求，从而使同桌之间能够通过同桌共享模块进行语音互通，进一步提升学生在学习时的趣味性。
一种数字化远程实景互动教学系统的教学方法，所述教学方法包括以下步骤：
S100：教师通过教师注册/登录模块登陆，学生通过学生注册/登录模块登陆，第一显示模块显示虚拟教室模拟模块所生成的模拟教室，并且显示该虚拟课桌所对应的学生身份ID，第二显示模块显示摄像模块实时拍摄的教师教学视频；
S200：教师通过模式教学模块选择自习模式和讲堂模式中的任意一种教学模式。
所述步骤S200中的自习模式下，学生可向教师提问，教师与学生进行一对一讲解，具体包括以下环节：
S301：各个学生可通过学生客户端举手模块发送个人提问请求至至控制处理云端，控制处理云端将各个学生的个人提问请求依照时间顺序排序，教师能够通过教师互动模块查看学生的个人提问请求；
学生在自习模式下，能够向单独向教师提问，从而模拟真实的自习课堂下学生的学习状态；
S302：教师通过教师互动模块按顺序选择学生的个人提问请求，通过第一共享模块发送教师语音互通请求至控制处理云端，该学生通过第二共享模块接收教师语音互通请求，通过控制处理云端将教师语音模块与学生语音模块通话连接，使教师与学生语音互通，教师语音模块输出教师语音信息至控制处理云端，学生语音模块收听教师语音信息，同时学生语音模块输出学生语音信息至控制处理云端，教师语音模块收听学生语音信息，从而使教师与学生进行一对一的讲解。
教师能够一一对提问的学生进行单独的一对一讲解，从而模拟真实的自习课堂下，教师与学生的讲解互动。
所述步骤S200中的自习模式下，还包括以下环节：
S303：同桌之间能够通过双方的同桌共享模块发出同桌语音互通请求至控制处理云端和接收控制处理云端中的同桌语音互通请求，通过控制处理云端将双方的学生语音模块通话连接，实现语音互通，双方的学生语音模块输出各自的学生语音信息至控制处理云端，且收听对方的学生语音信息，从而使同桌之间一对一的交流学习问题。
同桌之间能够进行一对一的交流学习，进一步模拟真实的自习课堂下，同桌之间的学习状态，提高学习的趣味性。
所述步骤S200中的讲堂模式下，教师对全体学生进行讲解授课，同时也可发起课堂提问，由学生回答后，教师针对该学生的回答，面向全体学生进行点评，具体包括以下环节：
S401：控制处理云端关闭同桌共享模块，同时使学生语音模块只能接收教师语音信息而无法输出学生语音信息，摄像模块实时拍摄教师教学视频并传输至控制处理云端，通过学生客户端的第二显示模块显示，教师语音模块输出教师语音信息至控制处理云端，所有学生通过学生客户端的学生语音模块收听教师语音信息，使教师对所有学生进行授课。
S402：教师通过教师互动模块发起课堂提问请求至控制处理云端，并通过教师语音模块输出教师语音信息至控制处理云端，提出课堂问题，学生通过学生语音模块接收教师语音信息，可通过举手模块发出课堂回答请求至控制处理云端，教师通过教师互动模块选择其中一个课堂回答请求，此时，控制处理云端使被选择的学生的学生语音模块能够输出学生语音信息，学生即可通过学生语音模块输出学生语音信息至控制处理云端，其他学生通过学生客户端的学生语音模块、教师通过教师客户端的教师语音模块收听学生语音信息，然后控制处理云端使被选择的学生的学生语音模块不再能够输出学生语音信息，教师通过教师语音模块输出教师语音信息至控制处理云端，对学生的回答进行点评，所有学生通过学生语音模块收听教师语音信息。
通过上述教学方法，能够进行两种模式的教学方式，其中，自习模式下，学生能够与同桌之间交流学习，同时也能够向教师提问进行一对一解答；讲堂模式下，教师能够对所有学生进行授课，同时教师能够发出课堂提问，通过择一的选择学生回答，并向所有学生进行点评，从而模拟出真实的课堂状态，提高教师和学生之间的教学积极性。
附图说明
本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；
图1为本发明一种数字化远程实景互动教学系统的结构示意图；
图2为本发明一种数字化远程实景互动教学系统的教学方法实施例的流程示意图；
图3为本发明一种数字化远程实景互动教学系统的教学方法实施例的自习模式下，教师与学生一对一讲解的示意图；
图4为本发明一种数字化远程实景互动教学系统的教学方法实施例的自习模式下，同桌之间交流学习的示意图；
图5为本发明一种数字化远程实景互动教学系统的教学方法实施例的讲堂模式下，教师对所有学生进行授课的示意图；
图6为本发明一种数字化远程实景互动教学系统的教学方法实施例的讲堂模式下，教师发出课堂提问，由学生解答的示意图；
具体实施方式
为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。
如图1所示，本发明的一种数字化远程实景互动教学系统，包括有控制处理云端、教师客户端和学生客户端，控制处理云端均与教师客户端以及学生客户端信号连接；教师客户端包括有教师注册/登录模块、摄像模块、虚拟教室模拟模块、第一显示模块、教师语音模块、模式教学模块、教师互动模块以及第一共享模块；学生客户端包括有学生注册/登录模块、举手模块、第二显示模块、学生语音模块以及第二共享模块；
教师注册/登录模块用于教师进行注册登录，在教师初次注册时，需要实名认证并验证活体人像，由控制处理云端生成独一的教师身份ID；学生注册/登录模块用于学生进行注册登录，在学生初次注册时，需要实名认证并验证活体人像，由控制处理云端生成独一的学生身份ID，并且，控制处理云端为该学生身份ID配置一个虚拟课桌ID作为该学生的固定虚拟课桌，当学生登录后，该虚拟课桌会显示相应的学生身份ID；摄像模块用于实时拍摄教师教学视频并传输至控制处理云端；虚拟教室模拟模块用于生成虚拟教室，包括若干呈方形矩阵的虚拟课桌，各个虚拟课桌ID通过坐标点(i，j)进行表示；模式教学模块用于教师选择教学模式，教学模式分为自习模式和讲堂模式，由控制处理云端控制执行；教师语音模块用于输出教师语音信息至控制处理云端以及接收控制处理云端中的学生语音信息；学生语音模块用于接收控制处理云端中的教师语音信息、学生语音信息以及输出学生语音信息至控制处理云端；教师互动模块用于教师发出的课堂提问请求至控制处理云端、接收控制处理云端中的学生的个人提问请求以及学生的课堂回答请求；举手模块用于学生发出个人提问请求和课堂回答请求至控制处理云端；第一共享模块能够发送教师语音互通请求至控制处理云端，用于将教师与学生之间语音互通；第二共享模块能够接收控制处理云端中的教师语音互通请求，将教师与学生之间语音互通；第一显示模块用于显示虚拟教室模拟模块所生成的各个虚拟课桌，并且显示该虚拟课桌所对应的学生身份ID；第二显示模块用于显示摄像模块实时拍摄的教师教学视频。
通过虚拟教室模拟模块生成的虚拟教室，同时控制处理云端能够各个学生配置一个固定的虚拟课桌，从而能够使教师在授课时感到更加真实的课堂，看到各个学生的所处的虚拟课桌位置，使教师教学时更加具有真实感和趣味性。
教师身份ID包括有教师实名信息以及系统生成的教师编号，学生身份ID包括有学生实名信息以及系统生成的学生编号，使教学系统中的教师和学生的身份信息更加完整。
学生客户端还包括有同桌配对模块，同桌配对模块用于将每一行的虚拟课桌通过两两配对为同桌，从而使学生在学习时更加具有趣味性。
学生客户端还包括有同桌共享模块，同桌共享模块能够发送同桌语音互通请求以及接收同桌语音互通请求，从而使同桌之间能够通过同桌共享模块进行语音互通，进一步提升学生在学习时的趣味性。
如图2至图6所示，一种数字化远程实景互动教学系统的教学方法，教学方法包括以下步骤：
S100：教师通过教师注册/登录模块登陆，学生通过学生注册/登录模块登陆，第一显示模块显示虚拟教室模拟模块所生成的模拟教室，并且显示该虚拟课桌所对应的学生身份ID，第二显示模块显示摄像模块实时拍摄的教师教学视频；
S200：教师通过模式教学模块选择自习模式和讲堂模式中的任意一种教学模式。
步骤S200中的自习模式下，学生可向教师提问，教师与学生进行一对一讲解，具体包括以下环节：
S301：请参阅图3，各个学生可通过学生客户端举手模块发送个人提问请求至至控制处理云端，控制处理云端将各个学生的个人提问请求依照时间顺序排序，教师能够通过教师互动模块查看学生的个人提问请求；
学生在自习模式下，能够向单独向教师提问，从而模拟真实的自习课堂下学生的学习状态；
S302：请参阅图3，教师通过教师互动模块按顺序选择学生的个人提问请求，通过第一共享模块发送教师语音互通请求至控制处理云端，该学生通过第二共享模块接收教师语音互通请求，通过控制处理云端将教师语音模块与学生语音模块通话连接，使教师与学生语音互通，教师语音模块输出教师语音信息至控制处理云端，学生语音模块收听教师语音信息，同时学生语音模块输出学生语音信息至控制处理云端，教师语音模块收听学生语音信息，从而使教师与学生进行一对一的讲解。
教师能够一一对提问的学生进行单独的一对一讲解，从而模拟真实的自习课堂下，教师与学生的讲解互动。
S303：请参阅图4，同桌之间能够通过双方的同桌共享模块发出同桌语音互通请求至控制处理云端和接收控制处理云端中的同桌语音互通请求，通过控制处理云端将双方的学生语音模块通话连接，实现语音互通，双方的学生语音模块输出各自的学生语音信息至控制处理云端，且收听对方的学生语音信息，从而使同桌之间一对一的交流学习问题。
同桌之间能够进行一对一的交流学习，进一步模拟真实的自习课堂下，同桌之间的学习状态，提高学习的趣味性。
步骤S200中的讲堂模式下，教师对全体学生进行讲解授课，同时也可发起课堂提问，由学生回答后，教师针对该学生的回答，面向全体学生进行点评，具体包括以下环节：
S401：请参阅图5，控制处理云端关闭同桌共享模块，同时使学生语音模块只能接收教师语音信息而无法输出学生语音信息，摄像模块实时拍摄教师教学视频并传输至控制处理云端，通过学生客户端的第二显示模块显示，教师语音模块输出教师语音信息至控制处理云端，所有学生通过学生客户端的学生语音模块收听教师语音信息，使教师对所有学生进行授课。
S402：请参阅图6，教师通过教师互动模块发起课堂提问请求至控制处理云端，并通过教师语音模块输出教师语音信息至控制处理云端，提出课堂问题，学生通过学生语音模块接收教师语音信息，可通过举手模块发出课堂回答请求至控制处理云端，教师通过教师互动模块选择其中一个课堂回答请求，此时，控制处理云端使被选择的学生的学生语音模块能够输出学生语音信息，学生即可通过学生语音模块输出学生语音信息至控制处理云端，其他学生通过学生客户端的学生语音模块、教师通过教师客户端的教师语音模块收听学生语音信息，然后控制处理云端使被选择的学生的学生语音模块不再能够输出学生语音信息，教师通过教师语音模块输出教师语音信息至控制处理云端，对学生的回答进行点评，所有学生通过学生语音模块收听教师语音信息。
通过上述教学方法，能够进行两种模式的教学方式，其中，自习模式下，学生能够与同桌之间交流学习，同时也能够向教师提问进行一对一解答；讲堂模式下，教师能够对所有学生进行授课，同时教师能够发出课堂提问，通过择一的选择学生回答，并向所有学生进行点评，从而模拟出真实的课堂状态，提高教师和学生之间的教学积极性。
上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种数字化远程实景互动教学系统，其特征在于：包括有控制处理云端、教师客户端和学生客户端，所述控制处理云端均与教师客户端以及学生客户端信号连接；
所述教师客户端包括有教师注册/登录模块、摄像模块、虚拟教室模拟模块、第一显示模块、教师语音模块、模式教学模块、教师互动模块以及第一共享模块；所述学生客户端包括有学生注册/登录模块、举手模块、第二显示模块、学生语音模块以及第二共享模块；
所述教师注册/登录模块用于教师进行注册登录，在教师初次注册时，需要实名认证并验证活体人像，由控制处理云端生成独一的教师身份ID；所述学生注册/登录模块用于学生进行注册登录，在学生初次注册时，需要实名认证并验证活体人像，由控制处理云端生成独一的学生身份ID，并且，控制处理云端为该学生身份ID配置一个虚拟课桌ID作为该学生的固定虚拟课桌，当学生登录后，该虚拟课桌会显示相应的学生身份ID；
所述摄像模块用于实时拍摄教师教学视频并传输至控制处理云端；
所述虚拟教室模拟模块用于生成虚拟教室，包括若干呈方形矩阵的虚拟课桌，各个虚拟课桌ID通过坐标点(i，j)进行表示；
所述模式教学模块用于教师选择教学模式，所述教学模式分为自习模式和讲堂模式，由控制处理云端控制执行；
所述教师语音模块用于输出教师语音信息至控制处理云端以及接收控制处理云端中的学生语音信息；所述学生语音模块用于接收控制处理云端中的教师语音信息、学生语音信息以及输出学生语音信息至控制处理云端；
所述教师互动模块用于教师发出的课堂提问请求至控制处理云端、接收控制处理云端中的学生的个人提问请求以及学生的课堂回答请求；
所述举手模块用于学生发出个人提问请求和课堂回答请求至控制处理云端；
所述第一共享模块能够发送教师语音互通请求至控制处理云端，用于将教师与学生之间语音互通；
所述第二共享模块能够接收控制处理云端中的教师语音互通请求，将教师与学生之间语音互通；
所述第一显示模块用于显示虚拟教室模拟模块所生成的各个虚拟课桌；
所述第二显示模块用于显示摄像模块实时拍摄的教师教学视频。
2.根据权利要求1所述的一种数字化远程实景互动教学系统，其特征在于：所述教师身份ID包括有教师实名信息以及系统生成的教师编号，所述学生身份ID包括有学生实名信息以及系统生成的学生编号。
3.根据权利要求1所述的一种数字化远程实景互动教学系统，其特征在于：所述学生客户端还包括有同桌配对模块，所述同桌配对模块用于将每一行的虚拟课桌通过两两配对为同桌。
4.根据权利要求3所述的一种数字化远程实景互动教学系统，其特征在于：所述学生客户端还包括有同桌共享模块，所述同桌共享模块能够发送同桌语音互通请求以及接收同桌语音互通请求。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种数字化远程实景互动教学系统的教学方法，其特征在于：所述教学方法包括以下步骤：
S100：教师通过教师注册/登录模块登陆，学生通过学生注册/登录模块登陆，第一显示模块显示虚拟教室模拟模块所生成的模拟教室，并且显示该虚拟课桌所对应的学生身份ID，第二显示模块显示摄像模块实时拍摄的教师教学视频；
S200：教师通过模式教学模块选择自习模式和讲堂模式中的任意一种教学模式。
6.根据权利要求5所述的一种数字化远程实景互动教学系统的教学方法，其特征在于：所述步骤S200中的自习模式下，学生可向教师提问，教师与学生进行一对一讲解，具体包括以下环节：
S301：各个学生可通过学生客户端举手模块发送个人提问请求至至控制处理云端，控制处理云端将各个学生的个人提问请求依照时间顺序排序，教师能够通过教师互动模块查看学生的个人提问请求；
S302：教师通过教师互动模块按顺序选择学生的个人提问请求，通过第一共享模块发送教师语音互通请求至控制处理云端，该学生通过第二共享模块接收教师语音互通请求，通过控制处理云端将教师语音模块与学生语音模块通话连接，使教师与学生语音互通，教师语音模块输出教师语音信息至控制处理云端，学生语音模块收听教师语音信息，同时学生语音模块输出学生语音信息至控制处理云端，教师语音模块收听学生语音信息，从而使教师与学生进行一对一的讲解。
7.根据权利要求5所述的一种数字化远程实景互动教学系统的教学方法，其特征在于：所述步骤S200中的自习模式下，还包括以下环节：
S303：同桌之间能够通过双方的同桌共享模块发出同桌语音互通请求至控制处理云端和接收控制处理云端中的同桌语音互通请求，通过控制处理云端将双方的学生语音模块通话连接，实现语音互通，双方的学生语音模块输出各自的学生语音信息至控制处理云端，且收听对方的学生语音信息，从而使同桌之间一对一的交流学习问题。
8.根据权利要求5所述的一种数字化远程实景互动教学系统的教学方法，其特征在于：所述步骤S200中的讲堂模式下，教师对全体学生进行讲解授课，同时也可发起课堂提问，由学生回答后，教师针对该学生的回答，面向全体学生进行点评，具体包括以下环节：
S401：控制处理云端关闭同桌共享模块，同时使学生语音模块只能接收教师语音信息而无法输出学生语音信息，摄像模块实时拍摄教师教学视频并传输至控制处理云端，通过学生客户端的第二显示模块显示，教师语音模块输出教师语音信息至控制处理云端，所有学生通过学生客户端的学生语音模块收听教师语音信息，使教师对所有学生进行授课。
S402：教师通过教师互动模块发起课堂提问请求至控制处理云端，并通过教师语音模块输出教师语音信息至控制处理云端，提出课堂问题，学生通过学生语音模块接收教师语音信息，可通过举手模块发出课堂回答请求至控制处理云端，教师通过教师互动模块选择其中一个课堂回答请求，此时，控制处理云端使被选择的学生的学生语音模块能够输出学生语音信息，学生即可通过学生语音模块输出学生语音信息至控制处理云端，其他学生通过学生客户端的学生语音模块、教师通过教师客户端的教师语音模块收听学生语音信息，然后控制处理云端使被选择的学生的学生语音模块不再能够输出学生语音信息，教师通过教师语音模块输出教师语音信息至控制处理云端，对学生的回答进行点评，所有学生通过学生语音模块收听教师语音信息。
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