CN113657714B - 沉浸式智能化线上线下互动教育及评价方法、系统 - Google Patents

沉浸式智能化线上线下互动教育及评价方法、系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了沉浸式智能化线上线下互动教育及评价方法，包括以下步骤：播放教学内容；记录身份信息、课程模块及学习数据，每个课程模块对应多个测评能力点；计算课程模块对应的各测评能力点的实际分数；将各能力点的实际分数分别与预设的阈值进行比较，若能力点的实际分数低于阈值，则形成至少一个课程推荐，以便受教育者下次登录时向受教育者推送课程推荐。本发明还公开了互动教育系统，包括科学站、后台服务器及通讯设备，科学站具有探测部件、操作主机、联动部件。本发明通过游戏、视频、动手操作激发受教育者的兴趣点，实时提供与之匹配的材料包，从而实现寓教于乐的发展相应的科学探究能力，有利于受教育者提升科学探究能力。

Description

沉浸式智能化线上线下互动教育及评价方法、系统
技术领域
本发明涉及智能化教育领域，特别涉及沉浸式智能化线上线下互动教育评价及方法、互动教育系统。
背景技术
科学探究能力包括核心学习潜能(学习倾向、专注力、执行功能、推理能力、言语理解及表达、计算能力、空间知觉、社会人际等方面)、科学素养(了解科学知识、了解科学的研究过程和方法、了解科学技术对社会和个人所产生的影响科学知识等方面)、科学能力(科学探究能力、综合推理能力、动手制作能力和信息技术能力等方面)中的一项或多项。
国际上普遍将科学素养概括为三个组成部分，即了解科学知识；了解科学的研究过程和方法；了解科学技术对社会和个人所产生的影响。
国际脑科学与学习科学最新科学研究成果表明儿童核心的学习潜能包括专注力、执行功能、推理能力、言语理解、计算能力、空间知觉等方面。这些核心潜能是个体长期发展和学习必备素质，对将来的学业成就和工作业绩具有持续的影响。
目前的互动教育系统和互动教育方法，无论是线上的还是线下的，亦或是线上线下结合的，它们并不能真实反应受教育者的科学探究能力的强项和弱项，从而更无法有效地发展及提升受教育者的科学探究能力。比如，教师与受教育者面对面的沟通交流是目前最主要的教育方式，与之对应地是各种早教班、兴趣班、辅导班等等。其局限性除了无法探知受教育者的科学探究能力发展情况外，在时间上也不够灵活，同时地域上受限于场地要求，且各地教学质量和教学资源分布不均一。
随着互联网技术的发展，教育模式也越来越形式多样了，比如远程教学，虚拟现实教学等等，然而将教育完全网络化的结果是：缺少真实场景、教师与受教育者之间的互动，一方面是仅仅通过看和听来学习，容易使得受教育者不能理解教学内容，从而对此种模式丧失兴趣；另一方面是受教育者学习过程中的问题不能及时发现和纠正。因此，本领域技术人员致力于开发一种沉浸式智能化线上线下互动教育及评价系统、互动教育方法和自主课堂物理空间，结合真实场景评价和发展受教育者的科学探究能力。
发明内容
根据本公开一个方面，提供一种沉浸式智能化线上线下互动教育及评价方法，包括以下步骤：
向受教育者播放其选定的课程模块中的教学内容；
记录受教育者的身份信息、所学习的课程模块及与课程模块对应的学习数据，受教育者每次学习的课程模块包括一个或多个，每个课程模块对应多个测评能力点；
根据课程模块及学习数据计算课程模块对应的各测评能力点的实际分数表；
将各能力点的实际分数分别与预设的阈值进行比较，若能力点的实际分数低于阈值，则形成至少一个课程推荐，以便受教育者下次登录时向受教育者推送所述课程推荐。
优选地，本发明的沉浸式智能化线上线下互动教育及评价方法，
课程模块包括科普知识模块、有奖竞答模块、创客现场模块、STEAM在线课堂模块和编码王国模块；
能力点分包括核心学习潜能的能力点、科学素养的能力点和科学能力的能力点；
核心学习潜能的能力点包括专注力、执行能力、推理能力、言语理解及表达、计算能力、社会人际；
科学素养的能力点包括了解科学知识、了解科学的研究过程和方法、了解科学技术对社会和个人所产生的影响；
科学能力的能力点包括科学探究能力、推理能力、动手能力、信息技术能力。
优选地，本发明的沉浸式智能化线上线下互动教育及评价方法，
科普知识模块以视频教学的方式向受教育者传播科普知识；
科普知识模块所评测的能力点包括专注力、了解科学知识、了解科学的探究过程和方法、了解科学技术对社会和个人所产生的影响；
受教育者学习该课程模块后，后台服务器记录受教育者学习该课程模块所生成的学习数据，或者是操作主机或通讯设备记录学习数据后再将学习数据上传至后台服务器；该课程模块对应的学习数据包括观看总视频数量、坚持看完视频的数量、点开视频数量总次数、观看带有第一标签的视频数量、总带有第一标签的视频数量、观看带有第二标签的视频数量、总带有第二标签的视频数量、视频总数量，其中，带有第一标签的视频是指被人为预先添加第一标签的、内容是关于科学的探究过程和方法的视频；带有第二标签的视频是指被人为预先添加第二标签的、内容是关于科学技术对社会和个人所产生的影响的视频；科普知识模块所测评的各能力点的实际分数采用以下公式计算：
专注力＝坚持看完视频的数量/点开视频数量总次数×100；
了解科学知识＝观看总视频数量/视频总数量×100；
了解科学的探究过程和方法＝观看带有第一标签的视频数量/总带有第一标签的视频数量×100；
了解科学技术对社会和个人所产生的影响＝观看带有第二标签的视频数量/总带有第二标签的视频数量×100。
优选地，本发明的沉浸式智能化线上线下互动教育及评价方法，
对有奖竞答模块的学习评测包含专注力、了解科学知识、了解科学的研究过程和方法、了解科学技术对社会和个人所产生的影响；
受教育者学习该模块后，后台服务器记录受教育者学习该模块所生成的学习数据，或者是操作主机或通讯设备记录学习数据后再将学习数据上传至后台服务器；
该模块对应的学习数据包括超时答题数量、总题数量、答对带有第三标签的题目数量、答过的总带有第三标签的题目数量、答对带有第四标签的题目数量、答过的总带有第四标签的题目数量、答对带有第五标签的题目数量、答过的总带有第五标签的题目数量。其中，带有第三标签的题目是指被人为预先添加第三标签的、内容是关于了解科学知识的题目；带有第四标签的题目是指被人为预先添加第四标签的、内容是关于科学的探究过程和方法的题目；带有第五标签的题目是指被人为预先添加第五标签的、内容是关于科学技术对社会和个人所产生的影响的题目。有奖竞答模块所测评的各能力点的实际分数采用以下公式计算：
专注力＝(1-超时答题数量/总题数量)×100；
了解科学知识＝答对带有第三标签的题目数量/答过的总带有第三标签的题目数量×100；
了解科学的研究过程和方法＝答对带有第四标签的题目数量/答过的总带有第四标签的题目数量×100；
了解科学技术对社会和个人所产生的影响＝答对带有第五标签的题目数量/答过的总带有第五标签的题目数量×100。
优选地，本发明的沉浸式智能化线上线下互动教育及评价方法，
对创客现场模块的学习评价包括专注力、执行能力、语言理解及表达、动手制作能力；受教育者学习该模块后，后台服务器记录受教育者学习该模块所生成的学习数据，或者是操作主机或通讯设备记录学习数据后再将学习数据上传至后台服务器；在该课程模块中，受教育者观看手工制作的教学视频，利用虚拟币购买材料包，材料包中含有能够组装成作品的全部零件，参照视频进行手工制作，视频结束后还包括答题项目；该模块对应的学习数据包括所有课程数量、超时答题数量、总题数量、完成作品并上传数量、所有已购买的课程数量；受教育者通过拍照的形式上传作品，后台服务器会对上传作品完整度、上传的作品配有的描述进行打分，满分均为100分；
材料包各零件由不同颜色组成，并且在打分部分设置定位点，定位点位于零件组装处，受教育者需将材料包内组装好的作品通过拍照的方式上传到后台服务器上，后台服务器会根据颜色及定位点对作品的完成度进行评分，符合度达到80％以上的即认为该定位点符合；
通过语义检查上传的作品配有的描述与预设的作品描述之间的语义符合度，语义符合度以百分比计，数值为0-100％；
创客现场模块所测评的各能力点的实际分数采用以下公式计算：
专注力＝(1-超时答题数量/总题数量)×100；
执行能力＝完成作品并上传数量/所有已购买的课程数量×100；
动手能力＝定位点符合的数量除以该作品的总定位点数量×100；
言语理解和表达＝语义符合度×100。
优选地，本发明的沉浸式智能化线上线下互动教育及评价方法，
定位点设置在多个零件拼接处，零件组装好后会形成圆形图案，定位点设置于正视图、后视图、左视图、右视图、俯视图的标准视图上，便于作品拍摄上传，受教育者需将材料包内组装好的作品通过拍照的方式上传到后台服务器上，后台服务器会根据颜色及定位点对作品的完成度进行评分，服务器读取完成作品定位点处各零件的颜色与预设完整作品的定位点颜色进行比较，比较颜色块形状和相应的面积比，以计算符合度。
优选地，本发明的沉浸式智能化线上线下互动教育及评价方法，
STEAM在线课堂模块包含随机弹窗测试、随堂试题、模型设计、作品制作、社会人际五个环节评测；在随机弹窗测试环节，操作主机或通讯设备上弹出窗口，弹窗显示预设时间的秒钟，随机弹窗测试受教育者的专注力，所记录的学习数据为受教育者对弹窗做出反应的时间；
在随堂试题环节，随机产生关于推理能力、科学探究能力、信息技术能力及了解科学知识的题目；随堂测试环节记录的学习数据为每种类型随堂试题总数量，随堂试题答对的数量。
模型设计环节主要测评受教育者的计算能力、空间知觉、信息技术能力、创造力被测评；受教育者在软件上设计模型图并上传后台服务器根据受教育者上传的设计图结构打分，再由后台服务器对受教育者的表现进行打分；
作品制作环节主要测试动手制作能力和执行能力；后台服务器根据作品的完成度对受教育者的动手能力进行打分，满分为100分；在作品制作环节，所记录的学习数据为受教育者从开始计时到完成提交的时长；
在社会人际环节，由受教育者与其他在线受教育自主组队，最多每队5人，记录的学习数据为受教育者所在团队的人数。
对于STEAM在线课堂模块所测评的能力点的实际分数采用以下公式计算：
专注力＝(预设时间-受教育者对弹窗做出反应的时间)×100，若受教育者对弹窗做出反应的时间大于预设时间秒则记0分，时间单位为秒；
推理能力＝随堂测试推理题答对的数量/随堂测试推理题总数×100；
计算能力：使用比例尺为100分，未使用比例尺为0分；
执行能力＝int(作品制作环节从开始计时到完成提交的时长/设定时长)×100，其中int函数为向下取整函数；
社会人际＝所在团队的人数/5×100，当所在团队的人数大于等于5人时，记100分；
动手能力＝设计图完成度×100。
优选地，本发明的沉浸式智能化线上线下互动教育及评价方法，
编码王国模块包括了闯关类游戏和图形化编程；
闯关类游戏为设置若干关卡的游戏，使用者在完功相应任务的情况下通过某一关并进入下一关，每一关均可以多次进行，每次进行不管成功还是失败均会进行提交，每关均设置针对通关的帮助教程，操作者可随时查看帮助教程以便通关；
图形化编程通过使用预设的指令脚本完成任务，完成过程中可以查看操作指南，以更好地完成任务；
该模块对应的学习数据包括完成关数、提交次数、查看帮助教程次数、不看帮助教程完成的数量；图形化编程项目的学习数据包括查看操作指南次数、完成课程数量；编码王国所测评的各能力点的实际分数采用以下公式计算：
计算思维＝完成关数/提交次数×100；
科学探究能力＝查看帮助教程次数/设定的最高允许查看帮助教程的次数×100；
推理能力＝不看帮助教程完成的关数/完成课程数量×100；
信息技术能力＝查看操作指南次数/设定的最高允许查看操作指南的次数×100。
沉浸式智能化线上线下互动教育及评价系统，
科学站，所述科学站具有：
探测部件，用以识别受教育者的身份信息，并将身份信息上传至后台服务器；
操作主机，用于存储课程模块并播放课程模块中的教学内容，记录并上传学习数据计算课程模块所需的受教育者的学习数据；及
联动部件，用于向提供材料包；
后台服务器，用于根据受教育者的学习数据计算各能力点的实际分数，并生成课程推荐；以及
通讯设备，与所述后台服务器连接，用于与所述后台服务器进行信息交互。
在一些实施方式中，后台服务器具有：
存储模块，用于存储受教育者的身份信息、学习数据以及教学内容；
计算模块，用于将根据学习数据计算各能力点的实际分数，所述计算模块包括视觉处理模块和语义识别模块，所述视觉处理模块用于计算受教育者上传的作品的定位点符合的数量，所述语义识别模块用于计算作品描述的语义符合度；以及
课程推荐模块，用于根据能力点的实际得分形成课程推荐。
本公开的方法与系统具有如下有益效果：
(1)7-18岁的青少年儿童是本发明中受教育者的一个较佳实施例，因为这个时期的受教育者是最有利于通过游戏的方式，动手操作的方式来实现科学探究能力发展和提升的。通过线上线下各种有趣的视频、游戏、动手实践活动激发受教育者的兴趣点，实时提供与之匹配的材料包满足受教育者动手还原视频中的各项动手实践活动，从而实现寓教于乐的发展相应的科学探究能力，有利于受教育者提升科学探究能力，促进阳光、健康、快乐成长。
(2)将教育与网络技术、自动化技术结合，实现智能化自主课堂。提供教育空间、教育资源，补充社会科创教育力量，提升受教育者自主学习能力。
(3)提供受教育者成长规划的平台，给予生涯规划的指导，作为家庭教育、学校教育与社会教育的辅助，指导受教育者成长。
附图说明
图1为本发明一实施方式的沉浸式智能化线上线下互动教育系统的结构框图。
图2为本发明一实施方式的沉浸式智能化线上线下互动教育及评价方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1，沉浸式智能化线上线下互动教育系统，包括科学站、通讯设备、后台服务器。
科学站包括探测部件、操作主机和联动部件。探测部件用以识别受教育者的身份，记录该受教育者在所述科学站的停留时间，及上传身份信息和停留时间至后台服务器。探测部件可以通过生物识别、扫码、NFC、RFID、账户与密码登录等一种或多种方式识别和验证受教育者身份。例如，探测部件利用计算机视觉技术对受教育者进行人脸、指纹或虹膜识别；探测部件也通过扫描器扫描受教育者出示的二维码或条形码，其中二维码或条形码与受教育者唯一对应，二维码或条形码可以保存在手环、胸牌、卡片或手机上；探测部件还可以通过NFC读写器或RFID读写器阅读受教育者出示的NFC芯片或RFID芯片，其中NFC芯片或RFID芯片可以集成在手环、胸牌或卡片内，也可以将NFC芯片或RFID芯片的信息复制到带NFC或RFID功能的手机上；探测部件还可以向受教育者提供账号和密码的输入端口，受教育者输入正确的账号和密码才能被认证通过。探测部件采集受教育者身份信息后，与保存在数据库中的身份信息进行比对，比对成功即验证通过。该数据库可以设置在本地，例如集成在探测部件或操作主机内，也可以设置在后台服务器。探测部件可以设置在科学站的出入口，受教育者进入和离开科学站时，分别进行签到和签退操作。
受教育者身份验证成功后，探测部件记录受教育者进入科学站的时间，并记录在科学站的停留时间，进入科学站的时间和停留时间被探测部件上传至后台服务器，或者通过操作主机发送至后台服务器。
在一些实施方式中，当受教育者进入科学站时，操作主机自动播放欢迎语的播放，进入故事导入视频页面。
操作主机用于向受教育者提供人机互动界面。操作主机包含触摸显示屏和主机。主机上运行了学习软件，且主机与后台服务器建立通讯连接。受教育者在触摸显示屏上操作学习软件。触摸显示屏可以显示教学内容简介、播放教学内容等，所述教学内容包括但不限于视频、游戏、题目、编程等。教学内容保存在后台服务器，操作主机和通讯设备可读取后台服务器上存储的教学内容。在一些实施方式中，主机也存储了教学内容，受教育者可在科学站内打开存储在主机本地的教学内容，便于快速打开教育内容，减少受教育者在科学站内的等待时间。
联动部件用于提供材料包。当受教育者选择观看某个动手实践类的教学视频时，联动部件自动配发与该教学视频相对应的材料包。材料包内具有与教学视频配套的材料和工具。举例而言，在某项动手实践活动中，需要用到剪刀、纸板、胶水等，这些材料和工具被打包在一起形成一个材料包。不同的教学视频的材料包组成不同。在一些实施方式中，联动部件具有自动售卖材料包的功能，具体的，受教育者在触摸显示屏或通讯设备上支付一定数量的虚拟充值币，后台服务器向联动部件发送配发材料包的指令，联动部件即可自动出售与教学视频相配套的材料包。
通讯设备可以是智能手机、平板电脑、台式电脑、手提电脑、上网本等便携式电子装置，也可以是电子书、手持游戏机、游戏控制器、手持电子装置和/或智能穿戴设备等。优选地，通讯设备是智能手机或平板电脑。通讯设备上可以运行特定的学习APP，受教育者在任意有网络的地方通过该特定的学习APP在线读取后台服务器上的教学内容、采购材料包、查看学习评测结果等。
后台服务器与科学站之间通讯连接，后台服务器与通讯设备之间通过网络建立通讯。受教育者既可以选择在科学站内学习，也可以选择在通讯设备上学习。受教育者每次学习结束后，身份信息及该次学习所记录的学习数据会及时保存后台服务器，该名受教育者过去的学习数据也保存在后台服务器上。
后台服务器具有：
存储模块，用于存储受教育者的身份信息、学习数据以及教学内容；
计算模块，用于将根据学习数据计算各能力点得分；以及
课程推荐模块，用于根据能力点的实际得分形成课程推荐。
进一步地，所述计算模块还包括视觉处理模块和语义识别模块。其中，觉处理模块用于计算受教育者上传的作品的定位点符合的数量，语义识别模块用于计算上传的作品配有的描述的语义符合度。
本公开的互动教育系统可通过游戏的方式，动手操作的方式来实现科学探究能力发展和提升的。通过线上线下各种有趣的视频、游戏、动手实践活动激发受教育者的兴趣点，实时提供与之匹配的材料包满足受教育者动手还原视频中的各项动手实践活动，从而实现寓教于乐的发展相应的科学探究能力，有利于受教育者提升科学探究能力，促进阳光、健康、快乐成长。
根据本公开的另一个方面，提供一种沉浸式智能化线上线下互动教育及评价方法，请参考图2，包括以下步骤：
记录受教育者的身份信息、所学习的课程模块及与课程模块对应的学习数据，受教育者每次学习的课程模块包括一个或多个，每个课程模块对应多个测评能力点；
根据课程模块及学习数据计算课程模块对应的各测评能力点的实际分数；
将各能力点的实际分数分别与预设的阈值进行比较，若能力点的实际分数低于对应阈值，则形成至少一个课程推荐，以便受教育者下次登录时向受教育者推送所述课程推荐。帮助受教育者发现和补齐短板，促进受教育者的成长。
在一些实施方式中，将最终分数表中各能力点的实际分数与预设的阈值进行比较，所述阈值可以为60分。当能力点的实际分数小于阈值时，则将能够测评该能力点的课程模块作为课程推荐。
在一些实施方式中，在学习一段时间或一定次数后，将能力点按设定规则归类为多个能力维度，计算各能力维度下所有能力点的平均分，得到能力维度的得分，依据各能力维度的得分绘制能力雷达图。能力雷达图为n边形，n表示类目的项数；n边形的每个顶角代表一项能力维度，每个能力维度下有多个能力点；受教育者在不同课程模块的学习中的不同表现以得分呈现，决定其对应的顶角与n边形中的固定点之间的距离，分数越高，顶点与n边形中的固定点之间的距离越近。能力维度包括核心学习潜能、科学素养、科学能力。归类的设定规则如下：
核心学习潜能的能力点包括专注力、执行功能、推理能力、言语理解及表达、计算能力、空间知觉、社会人际；
科学素养的能力点包括了解科学知识、了解科学的研究过程和方法、了解科学技术对社会和个人所产生的影响、科学知识；
科学能力的能力点包括科学探究能力、推理能力、动手制作能力、信息技术能力。
举例而言，课程模块分为科普知识、有奖竞答、创客现场、STEAM在线课堂和编码王国。科普知识、创客现场、STEAM在线课堂都是以视频为主，有奖竞答以题目为主，编码王国为编程闯关类题目。受教育者在每次学习时，可以学习一个或多个课程模块中的课程。通过受教育者对以上五个课程模块的教学内容的学习情况评测核心学习潜能、科学素养、科学能力能力维度中的一个项或多项。每项能力维度包含多个能力点，每个课程模块对多个能力点进行测评。
科普知识模块以视频教学的方式向受教育者传播科普知识。科普知识模块所评测的能力点包括专注力、了解科学知识、了解科学的探究过程和方法、了解科学技术对社会和个人所产生的影响。受教育者学习该课程模块后，后台服务器记录受教育者学习该课程模块所生成的学习数据，也可以是操作主机或通讯设备记录学习数据后再将学习数据上传至后台服务器。该课程模块对应的学习数据包括观看总视频数量、坚持看完视频的数量、点开视频数量总次数、观看带有第一标签的视频数量、总带有第一标签的视频数量、观看带有第二标签的视频数量、总带有第二标签的视频数量、视频总数量。其中，带有第一标签的视频是指被人为预先添加第一标签的、内容是关于科学的探究过程和方法的视频；带有第二标签的视频是指被人为预先添加第二标签的、内容是关于科学技术对社会和个人所产生的影响的视频。科普知识模块所测评的各能力点的实际分数采用以下公式计算：
专注力＝坚持看完视频的数量/点开视频数量总次数×100；
了解科学知识＝观看总视频数量/视频总数量×100；
了解科学的探究过程和方法＝观看带有第一标签的视频数量/总带有第一标签的视频数量×100；
了解科学技术对社会和个人所产生的影响＝观看带有第二标签的视频数量/总带有第二标签的视频数量×100。
对有奖竞答模块的学习评测包含专注力、了解科学知识、了解科学的研究过程和方法、了解科学技术对社会和个人所产生的影响。受教育者学习该模块后，后台服务器记录受教育者学习该模块所生成的学习数据，也可以是操作主机或通讯设备记录学习数据后再将学习数据上传至后台服务器。该模块对应的学习数据包括超时答题数量、总题数量、答对带有第三标签的题目数量、答过的总带有第三标签的题目数量、答对带有第四标签的题目数量、答过的总带有第四标签的题目数量、答对带有第五标签的题目数量、答过的总带有第五标签的题目数量。其中，带有第三标签的题目是指被人为预先添加第三标签的、内容是关于了解科学知识的题目；带有第四标签的题目是指被人为预先添加第四标签的、内容是关于科学的探究过程和方法的题目；带有第五标签的题目是指被人为预先添加第五标签的、内容是关于科学技术对社会和个人所产生的影响的题目。有奖竞答模块所测评的各能力点的实际分数采用以下公式计算：
专注力＝(1-超时答题数量/总题数量)×100；
了解科学知识＝答对带有第三标签的题目数量/答过的总带有第三标签的题目数量×100；
了解科学的研究过程和方法＝答对带有第四标签的题目数量/答过的总带有第四标签的题目数量×100；
了解科学技术对社会和个人所产生的影响＝答对带有第五标签的题目数量/答过的总带有第五标签的题目数量×100。
对创客现场模块的学习评价包括专注力、执行能力、语言理解及表达、动手制作能力。受教育者学习该模块后，后台服务器记录受教育者学习该模块所生成的学习数据，也可以是操作主机或通讯设备记录学习数据后再将学习数据上传至后台服务器。在该课程模块中，受教育者观看手工制作的教学视频，利用虚拟币购买材料包，材料包中含有能够组装成作品的全部零件，参照视频进行手工制作，还包括答题项目。该模块对应的学习数据包括所有课程数量、超时答题数量、总题数量、完成作品并上传数量、所有已购买的课程数量。受教育者可通过拍照的形式上传作品，后台服务器会对上传作品完整度、上传的作品配有的描述进行打分，满分均为100分。
具体表现为，材料包各零件由不同颜色组成，并且在打分部分设置定位点(定位点设置在多个零件拼接处，零件组装好后会形成圆形图案等，定位点通常设置于正视图、后视图、左视图、右视图、俯视图的标准视图上，便于作品拍摄上传)，定位点位于零件组装处，受教育者需将材料包内组装好的作品通过拍照的方式上传到后台服务器上，后台服务器会根据颜色及定位点对作品的完成度进行评分。比如一个作品具有5个定位点，服务器读取完成作品定位点处各零件的颜色与预设完整作品的定位点颜色进行比较(定位点的圆形图案内会由多个零件的不同颜色组成从而形成七巧板状的颜色块组成，先比较各零件轮廓导致的颜色块形状，再计算相应颜色块形状的面积)，符合度达到80％以上的即认为该定位点符合，定位点符合的数量除以该作品的总定位点数量乘以100即为作品完整度的得分；通过定位点和零件颜色的设置，解决了现实作品电脑自动评分困难的问题。
符合度达到80％以上的计算方法为，先判断定位点中各颜色块与预设的图形中形状是否相似(如预设的图形为3个颜色其中零件的边缘组成的Y字形，通过机械视觉检测是否也为Y字形)，相似时，再比较各颜色块的面积的占比是否在±20％的误差内(如3种颜色的面积占比分别为20％、30％和50％，则三种颜色为16％-24％、24％-36％、40％-60％)则说明符合度达到80％。
通过语义检查上传的作品配有的描述与预设的作品描述之间的语义符合度，语义符合度以百分比计，数值为0-100％；
创客现场模块所测评的各能力点的实际分数采用以下公式计算：
专注力＝(1-超时答题数量/总题数量)×100；
执行能力＝完成作品并上传数量/所有已购买的课程数量×100；
动手能力＝定位点符合的数量除以该作品的总定位点数量×100；
言语理解和表达＝语义符合度×100。
STEAM在线课堂模块包含随机弹窗测试、随堂试题、模型设计、作品制作、社会人际五个环节评测。在随机弹窗测试环节，操作主机或通讯设备上弹出窗口，弹窗时长为预设时间，例如预设时间可以为7秒钟，从第3秒开始计分，第3-7秒做出反应分别得100、75、50、25、0分。随机弹窗测试受教育者的专注力，所记录的学习数据为受教育者对弹窗做出反应的时间。
在随堂试题环节，随机产生关于推理能力、科学探究能力、信息技术能力及了解科学知识的题目。随堂测试环节记录的学习数据为每种类型随堂试题总数量，随堂试题答对的数量。
模型设计环节主要测评受教育者的计算能力、空间知觉、信息技术能力、创造力被测评。受教育者在软件上设计模型图并上传，再由后台服务器对受教育者的表现进行打分。若受教育者使用了软件的比例尺计算，则说明受教育者具备了一定的计算能力，记录的学习数据为是否使用比例尺，其中“是”用1值表示，“否”用0值表示。后台服务器根据受教育者上传的设计图结构打分，满分为100分。设计图完成度体现软件操作能力，后台服务器根据受教育者上传设计模型图与最终模型的近似度进行打分。
作品制作环节主要测试受教育者空间知觉、动手制作能力和执行能力。后台服务器根据作品结构对受教育者的空间知觉能力打分，满分为100分。后台服务器根据作品的完成度对受教育者的动手能力进行打分，满分为100分。在作品制作环节，所记录的学习数据为受教育者从开始计时到完成提交的时长。
在社会人际环节，由受教育者与其他在线受教育自主组队，最多每队5人，记录的学习数据为受教育者所在团队的人数。
对于STEAM在线课堂模块所测评的能力点的实际分数采用以下公式计算：
专注力＝(预设时间-受教育者对弹窗做出反应的时间，单位为秒)×100，若受教育者对弹窗做出反应的时间大于预设时间秒则记0分，此处的预设时间优选为7；
推理能力＝随堂测试推理题答对的数量/随堂测试推理题总数×100；
计算能力：使用比例尺为100分，未使用比例尺为0分；
执行能力＝int(作品制作环节从开始计时到完成提交的时长/设定时长)×100，其中int函数为向下取整函数；
社会人际＝所在团队的人数/5×100，当所在团队的人数大于等于5人时，记100分；
动手能力＝设计图完成度×100。
编码王国模块包括了闯关类游戏和图形化编程。
闯关类游戏为设置若干关卡的游戏，使用者在完功相应任务的情况下通过某一关并进入下一关，每一关均可以多次进行，每次进行不管成功还是失败均会进行提交，每关均设置针对通关的帮助教程，操作者可随时查看帮助教程以便通关；
图形化编程与Scratch软件功能相同，通过使用预设的指令脚本完成任务，完成过程中可以查看操作指南，以更好地完成任务。
编码王国模块主要训练和评测受教育者的计算思维、信息技术能力、推理能力。该模块对应的学习数据包括完成关数、提交次数。图形化编程项目的学习数据包括查看帮助教程次数、不看帮助教程完成的数量、查看操作指南次数、完成课程数量。编码王国所测评的各能力点的实际分数采用以下公式计算：
计算思维＝完成关数/提交次数×100；
科学探究能力＝查看帮助教程次数/设定的最高允许查看帮助教程的次数×100；
推理能力＝不看帮助教程完成的关数/完成课程数量×100；
信息技术能力＝查看操作指南次数/设定的最高允许查看操作指南的次数×100。
值得说明的是，各模块中的打分是独立进行的，各模块中相同能力仅为该模块中的得分。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.沉浸式智能化线上线下互动教育及评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
向受教育者播放其选定的课程模块中的教学内容；
记录受教育者的身份信息、所学习的课程模块及与课程模块对应的学习数据，受教育者每次学习的课程模块包括一个或多个，每个课程模块对应多个测评能力点；
根据课程模块及学习数据计算课程模块对应的各测评能力点的实际分数表；
将各能力点的实际分数分别与预设的阈值进行比较，若能力点的实际分数低于阈值，则形成至少一个课程推荐，以便受教育者下次登录时向受教育者推送所述课程推荐；
课程模块包括科普知识模块、有奖竞答模块、创客现场模块、STEAM在线课堂模块和编码王国模块；
能力点分包括核心学习潜能的能力点、科学素养的能力点和科学能力的能力点；
核心学习潜能的能力点包括专注力、执行能力、推理能力、言语理解及表达、计算能力、社会人际；
科学素养的能力点包括了解科学知识、了解科学的研究过程和方法、了解科学技术对社会和个人所产生的影响；
科学能力的能力点包括科学探究能力、推理能力、动手能力、信息技术能力；
对创客现场模块的学习评价包括专注力、执行能力、语言理解及表达、动手制作能力；受教育者学习该模块后，后台服务器记录受教育者学习该模块所生成的学习数据，或者是操作主机或通讯设备记录学习数据后再将学习数据上传至后台服务器；在该课程模块中，受教育者观看手工制作的教学视频，利用虚拟币购买材料包，材料包中含有能够组装成作品的全部零件，参照视频进行手工制作，视频结束后还包括答题项目；该模块对应的学习数据包括所有课程数量、超时答题数量、总题数量、完成作品并上传数量、所有已购买的课程数量；受教育者通过拍照的形式上传作品，后台服务器会对上传的作品完整度、上传的作品配有的描述进行打分，满分均为100分；
材料包各零件由不同颜色组成，并且在打分部分设置定位点，定位点位于零件组装处，受教育者需将材料包内组装好的作品通过拍照的方式上传到后台服务器上，后台服务器会根据颜色及定位点对作品的完成度进行评分，符合度达到80％以上的即认为该定位点符合；
通过语义检查上传的作品配有的描述与预设的作品描述之间的语义符合度，语义符合度以百分比计，数值为0-100％；
创客现场模块所测评的各能力点的实际分数采用以下公式计算：
专注力＝(1-超时答题数量/总题数量)×100；
执行能力＝完成作品并上传数量/所有已购买的课程数量×100；
动手能力＝定位点符合的数量除以该作品的总定位点数量×100；
言语理解和表达＝语义符合度×100。
2.根据权利要求1所述的沉浸式智能化线上线下互动教育及评价方法，其特征在于，
科普知识模块以视频教学的方式向受教育者传播科普知识；
科普知识模块所评测的能力点包括专注力、了解科学知识、了解科学的探究过程和方法、了解科学技术对社会和个人所产生的影响；
受教育者学习该课程模块后，后台服务器记录受教育者学习该课程模块所生成的学习数据，或者是操作主机或通讯设备记录学习数据后再将学习数据上传至后台服务器；该课程模块对应的学习数据包括观看总视频数量、坚持看完视频的数量、点开视频数量总次数、观看带有第一标签的视频数量、总带有第一标签的视频数量、观看带有第二标签的视频数量、总带有第二标签的视频数量、视频总数量，其中，带有第一标签的视频是指被人为预先添加第一标签的、内容是关于科学的探究过程和方法的视频；带有第二标签的视频是指被人为预先添加第二标签的、内容是关于科学技术对社会和个人所产生的影响的视频；科普知识模块所测评的各能力点的实际分数采用以下公式计算：
专注力＝坚持看完视频的数量/点开视频数量总次数×100；
了解科学知识＝观看总视频数量/视频总数量×100；
了解科学的探究过程和方法＝观看带有第一标签的视频数量/总带有第一标签的视频数量×100；
了解科学技术对社会和个人所产生的影响＝观看带有第二标签的视频数量/总带有第二标签的视频数量×100。
3.根据权利要求1所述的沉浸式智能化线上线下互动教育及评价方法，其特征在于，
对有奖竞答模块的学习评测包含专注力、了解科学知识、了解科学的研究过程和方法、了解科学技术对社会和个人所产生的影响；
受教育者学习该模块后，后台服务器记录受教育者学习该模块所生成的学习数据，或者是操作主机或通讯设备记录学习数据后再将学习数据上传至后台服务器；
该模块对应的学习数据包括超时答题数量、总题数量、答对带有第三标签的题目数量、答过的总带有第三标签的题目数量、答对带有第四标签的题目数量、答过的总带有第四标签的题目数量、答对带有第五标签的题目数量、答过的总带有第五标签的题目数量，其中，带有第三标签的题目是指被人为预先添加第三标签的、内容是关于了解科学知识的题目；带有第四标签的题目是指被人为预先添加第四标签的、内容是关于科学的探究过程和方法的题目；带有第五标签的题目是指被人为预先添加第五标签的、内容是关于科学技术对社会和个人所产生的影响的题目；有奖竞答模块所测评的各能力点的实际分数采用以下公式计算：
专注力＝(1-超时答题数量/总题数量)×100；
了解科学知识＝答对带有第三标签的题目数量/答过的总带有第三标签的题目数量×100；
了解科学的研究过程和方法＝答对带有第四标签的题目数量/答过的总带有第四标签的题目数量×100；
了解科学技术对社会和个人所产生的影响＝答对带有第五标签的题目数量/答过的总带有第五标签的题目数量×100。
4.根据权利要求1所述的沉浸式智能化线上线下互动教育及评价方法，其特征在于，
定位点设置在多个零件拼接处，零件组装好后会形成圆形图案，定位点设置于正视图、后视图、左视图、右视图、俯视图的标准视图上，便于作品拍摄上传，受教育者需将材料包内组装好的作品通过拍照的方式上传到后台服务器上，后台服务器会根据颜色及定位点对作品的完成度进行评分，服务器读取完成作品定位点处各零件的颜色与预设完整作品的定位点颜色进行比较，比较颜色块形状和相应的面积比，以计算符合度。
5.根据权利要求1所述的沉浸式智能化线上线下互动教育及评价方法，其特征在于，
STEAM在线课堂模块包含随机弹窗测试、随堂试题、模型设计、作品制作、社会人际五个环节评测；在随机弹窗测试环节，操作主机或通讯设备上弹出窗口，弹窗显示预设时间的秒钟，随机弹窗测试受教育者的专注力，所记录的学习数据为受教育者对弹窗做出反应的时间；
在随堂试题环节，随机产生关于推理能力、科学探究能力、信息技术能力及了解科学知识的题目；随堂测试环节记录的学习数据为每种类型随堂试题总数量，随堂试题答对的数量；
模型设计环节主要测评受教育者的计算能力、空间知觉、信息技术能力、创造力被测评；受教育者在软件上设计模型图并上传后台服务器根据受教育者上传的设计图结构打分，再由后台服务器对受教育者的表现进行打分；
作品制作环节主要测试动手制作能力和执行能力；后台服务器根据作品的完成度对受教育者的动手能力进行打分，满分为100分；在作品制作环节，所记录的学习数据为受教育者从开始计时到完成提交的时长；
在社会人际环节，由受教育者与其他在线受教育自主组队，记录的学习数据为受教育者所在团队的人数；
对于STEAM在线课堂模块所测评的能力点的实际分数采用以下公式计算：
专注力＝(预设时间-受教育者对弹窗做出反应的时间)×100，若受教育者对弹窗做出反应的时间大于预设时间则记0分，时间单位为秒；
推理能力＝随堂测试推理题答对的数量/随堂测试推理题总数×100；
计算能力：使用比例尺为100分，未使用比例尺为0分；
执行能力＝int(作品制作环节从开始计时到完成提交的时长/设定时长)×100，其中int函数为向下取整函数；
社会人际＝所在团队的人数/5×100，当所在团队的人数大于等于5人时，记100分；
动手能力＝设计图完成度×100。
6.根据权利要求1所述的沉浸式智能化线上线下互动教育及评价方法，其特征在于，
编码王国模块包括了闯关类游戏和图形化编程；
闯关类游戏为设置若干关卡的游戏，使用者在完成相应任务的情况下通过某一关并进入下一关，每一关均可以多次进行，每次进行不管成功还是失败均会进行提交，每关均设置针对通关的帮助教程，操作者可随时查看帮助教程以便通关；
图形化编程通过使用预设的指令脚本完成任务，完成过程中可以查看操作指南，以更好地完成任务；
该模块对应的学习数据包括完成关数、提交次数、查看帮助教程次数、不看帮助教程完成的数量；图形化编程项目的学习数据包括查看操作指南次数、完成课程数量；编码王国所测评的各能力点的实际分数采用以下公式计算：
计算思维＝完成关数/提交次数×100；
科学探究能力＝查看帮助教程次数/设定的最高允许查看帮助教程的次数×100；
推理能力＝不看帮助教程完成的关数/完成课程数量×100；
信息技术能力＝查看操作指南次数/设定的最高允许查看操作指南的次数×100。
7.沉浸式智能化线上线下互动教育及评价系统，其特征在于，
科学站，所述科学站具有：
探测部件，用以识别受教育者的身份信息，并将身份信息上传至后台服务器；
操作主机，用于存储课程模块并播放课程模块中的教学内容，记录并上传学习数据计算课程模块所需的受教育者的学习数据；及
联动部件，用于向提供材料包；
后台服务器，用于根据受教育者的学习数据计算各能力点的实际分数，并生成课程推荐；以及
通讯设备，与所述后台服务器连接，用于与所述后台服务器进行信息交互。
8.根据权利要求7所述的沉浸式智能化线上线下互动教育及评价系统，其特征在于，所述后台服务器具有：
存储模块，用于存储受教育者的身份信息、学习数据以及教学内容；
计算模块，用于将根据学习数据计算各能力点的实际分数，所述计算模块包括视觉处理模块和语义识别模块，所述视觉处理模块用于计算受教育者上传的作品的定位点符合的数量，所述语义识别模块用于计算作品描述的语义符合度；以及
课程推荐模块，用于根据能力点的实际得分形成课程推荐。
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