CN120412352A - 基于全息模拟的教学系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于全息模拟的教学系统及其方法，包括至少一个全息投影灯，沿教室走道布置，投射全息影像；控制台，呈长方体状，作为教师桌，其控制全息投影灯启动，控制台还控制教室顶部照明灯的光亮，避免影响全息影像；至少一个音响，由控制台控制，配合全息影像发出声音。本发明在学生身边投射全息影像，方便学生就近查看，在直观感受信息的同时，也不会影像到课堂纪律；本发明还可通过在学生身边投射全息影像，达到直接互动的目的，避免教师需要走到学生身边进行互动教学的麻烦，避免教师无法知晓学生姓名的时候无法对学生进行互动教学，模拟互动，让学生更加沉浸，教学效果非常好。

Description

基于全息模拟的教学系统及其方法

技术领域

本发明涉及全息技术，具体涉及基于全息模拟的教学系统及其方法。

背景技术

全息技术是利用干涉和衍射原理来记录并再现物体真实的三维图像的技术。所谓的“全息”即“全部信息”，是指用投影的方法记录并且再现被拍物体发出的光的全部信息。

全息技术现趋于成熟，正在用于各行各业，现在教学课堂上有一些问题，如通过全息技术让学生通过全息技术获得更加直观的信息，加深记忆，但如何科学地使用也是一个问题，本发明就是展示全息技术结合到教学的科学使用方法。

发明内容

本发明的目的在于提供基于全息模拟的教学系统及其方法，解决上述问题。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点：

第一方面：基于全息模拟的教学系统，包括：

至少一个全息投影灯，沿教室走道布置，投射全息影像；

控制台，呈长方体状，作为教师桌，其控制全息投影灯的投射位置，控制台还控制教室顶部照明灯的光亮，避免影响全息影像；

至少一个音响，由控制台控制，配合全息影像发出声音。

进一步，所述全息投影灯沿教室走道等间距布置，且在全息投影灯位置设置一一对应的音响。

进一步，所述控制台上设置有一个控制屏，所述控制屏显示出所有学生桌的位置图，教师通过点击对应学生桌，从而呼叫距离该学生桌最近的全息投影灯投射全息影像。

进一步，所述学生桌上设置有提醒灯，当控制屏上点击学生桌时，对应学生桌上提醒灯会亮灯，提醒该学生被点名。

进一步，所述全息投影灯位置还设置有一个声音采集器和视频采集器。

进一步，还包括场景模拟器，包括侧面模拟屏、顶部模拟屏和地面模拟屏，侧面模拟屏安置在教室的一面，顶部模拟屏安置在教室顶部，且贴近侧面模拟屏，地面模拟屏安置在教室地面，且与顶部模拟屏正对。

进一步，所述场景模拟器中也设置有若干全息投影灯。

第二方面：基于全息模拟的教学方法，包括以下步骤：

S1、教师在控制屏上选择制作好的投射影像，选择全部投射，控制屏会自动选择所有全息投影灯投射影像，并且将全部的照明灯变暗，影像演示动作，并且所有音响发出对应的声音；

S2、教师在控制屏上选择制作好的投射影像，选择互动投射，并在控制屏上点击需要互动学生的学生桌，控制台发送信号到该学生桌一定范围内的照明灯变暗；控制台发送信号到最靠近该学生桌的全息投影灯，该全息投影灯投射影像，演示动作，并且对应该全息投影灯的音响发出对应的声音；且启动对应声音采集器和视频采集器，采集互动学生的声音和画面，并将采集的数据发送到控制台；

S3、步骤S1和S2中演示结束后，控制台控制全息投影灯关闭，以及照明灯复原。

进一步，步骤S2中，控制台还会发送信号到该学生桌上的提醒灯，提醒灯发光提醒对应学生配合。

进一步，还包括全景模拟场景步骤：

T1、教师在控制屏上选择全景模式，并选择对应的场景，此刻，侧面模拟屏、顶部模拟屏和地面模拟屏全部被点亮，照明灯全部变暗，向学生展示一些设定场景；

T2、教师在控制屏上选择启动场景模拟器中的全息投影灯，全息投影灯投影设定内容；

T3、学生或/和教师进入场景模拟器中，进行互动模拟。

本发明的有益效果：

1、本发明在学生身边投射全息影像，方便学生就近查看，在直观感受信息的同时，也不会影像到课堂纪律（现状也有教师携带全息设备到教室演示，但需要学生围观，学生随意走动，会影像到纪律）；

2、本发明还可通过在学生身边投射全息影像，达到直接互动的目的，一是避免教师需要走到学生身边进行互动教学的麻烦，特别是很多大学的课堂比较大，很难互动教学；二是避免教师无法知晓学生姓名的时候无法对学生进行互动教学（大学课堂一般100多人，教师很难记得学生名字，并且座位随机，对老师带来的麻烦），老师只要点击对应学生桌，就可以点到对应学生，就可以进行一场互动教学；三是模拟互动，让学生更加沉浸，教学效果非常好。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1 为本发明的教室地面示意图，其中全息投影灯位于地面上的示例；

图2 为本发明的教室设有场景模拟器一侧的示意图；

图3 为本发明的教室顶部示意图，其中全息投影灯位于地面上的示例；

图4 为本发明的控制屏中含学生桌的位置图；

图5 为本发明的教室顶部示意图，其中全息投影灯位于天花板上的示例。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及

附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例 中所描述的实施方式并不代表与本说明书相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所 附权利要求书中所详述的、本说明书的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本说明书使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本说明书。在本说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本说明书可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本说明书范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

本发明解决问题的思路：

第一方面：如图1-3，基于全息模拟的教学系统，包括：

至少一个全息投影灯200，沿教室走道302布置，投射全息影像；

控制台100，呈长方体状，作为教师桌，其控制全息投影灯200的投射位置，控制台100还控制教室顶部照明灯301的光亮，避免影响全息影像；

至少一个音响400，由控制台100控制，配合全息影像发出声音。

所述全息投影灯200沿教室走道302间隔3m等间距布置，且在全息投影灯200位置设置一一对应的音响400。所述控制台100上设置有一个控制屏101，所述控制屏101显示出所有学生桌303的位置图，教师通过点击对应学生桌303，从而呼叫距离该学生桌最近的全息投影灯200，向走道302上方投射全息影像。所述学生桌303上设置有提醒灯304，当控制屏101上点击学生桌303时，对应学生桌303上提醒灯304会亮灯（呈绿色），提醒该学生被点名。如图4，为控制屏101中学生位置示意图，如呼叫A3，则会自动使用靠近的，并且更加靠近教室前的那个全息投影灯200，所以贴合B2/C2的（即G1）那个全息投影灯200自动启动，前后划分采用虚线已经划分，左右基本不会有疑问，如呼叫D3，则会自动启动更靠近D2的（即G2）全息投影灯200，如呼叫C3，则会自动启动更靠近C2的（G1）全息投影灯200；当然控制屏101可以直接点击全息投影灯200来启动。

所述全息投影灯位置还设置有一个声音采集器和视频采集器。用于采集互动学生的声音和画面，方面后续进行评判，甚至，可以制作为一个模拟图，在下一节课播放，让学生能够直观地感受互动得是否正确。

还包括场景模拟器500，包括侧面模拟屏501、顶部模拟屏502和地面模拟屏503，侧面模拟屏501安置在教室300的一面，顶部模拟屏502安置在教室300顶部，且贴近侧面模拟屏501，地面模拟屏503安置在教室300地面，且与顶部模拟屏502正对。

本发明中，控制台100，为一个触摸屏（即控制屏101，具体采购了华南智能的HNIPC-156）安装在教师桌的桌面上，控制台100与全息投影灯200、照明灯301、提醒灯304、音响400、场景模拟器500都通过蓝牙无线连接。

具体的全息投影灯200采用3D裸眼全息投影，第一种，如幻息科技的HX360-B122-004D，但因为该设备需要在走道302上占地，如图1，所以走道302一般设计较宽，在走道302的中心设置，其两侧与学生桌留有可走人的通道；第二种，如达斯琪的DSee-130，该设备是风扇式全息投影设备，安全性上可以设置护罩，使用中噪音较大，但在占地上较小，成本上可以降低，并且可以挂在教室顶部，如图5，不会阻挡走道302；第三种，是申请人希望的，为一种投影灯，可以设置在教室顶部，向地面上方的空中投影，并且可以旋转，能够扩大覆盖面积，设置方式如图5，但在如图4中，G1全息投影灯可以将模拟影像直接投到C3边上，避免C3学生要走到前面来。

带蓝牙的照明灯、提醒灯、音响，都是非常常见的设备，这里不作赘述。

场景模拟器500，则是三个屏幕组成，侧面模拟屏501、顶部模拟屏502和地面模拟屏503，这三个屏幕都是组合屏，成本低，三个屏幕再组合起来，称为一个模拟场景。

场景模拟器500中也可以设置全息投影灯200，与模拟场景组合后，使得展示更加丰富直观。

场景模拟器500一般设置在教室的一侧，占地宽3m*长8m，两侧是窗户。

第二方面：基于全息模拟的教学方法，包括以下步骤：

S1、教师在控制屏101上选择制作好的投射影像，选择全部投射，控制屏101会自动选择所有全息投影灯200投射影像，并且将全部的照明灯301变暗，影像演示动作，并且所有音响发出对应的声音；

S2、教师在控制屏101上选择制作好的投射影像，选择互动投射，并在控制屏101上点击需要互动学生的学生桌303，控制台100发送信号到该学生桌303一定范围内的照明灯301变暗，如图5，B6全息投影灯启动，这时控制B6周围间隔为2的照明灯都变暗，具体如图中虚线；控制台100发送信号到最靠近该学生303桌的全息投影灯200，该全息投影灯投射影像，演示动作，并且对应该全息投影灯200的音响发出对应的声音；且启动对应声音采集器和视频采集器，采集互动学生的声音和画面，并将采集的数据发送到控制台100；

S3、步骤S1和S2中演示结束后，控制台100控制全息投影灯200关闭，以及照明灯303复原。

步骤S2中，控制台100还会发送信号到该学生桌303上的提醒灯304，提醒灯304发光提醒对应学生配合。

还包括全景模拟场景步骤：

T1、教师在控制屏101上选择全景模式，并选择对应的场景，此刻，侧面模拟屏501、顶部模拟屏502和地面模拟屏503全部被点亮，照明灯301全部变暗，向学生展示一些设定场景；

T2、教师在控制屏101上选择启动场景模拟器中的全息投影灯200，全息投影灯200投影设定内容；

T3、学生或/和教师进入场景模拟器中，进行互动模拟。

本发明中，可以用于多门学科，下面进行一些学科的具体举例：

第一、英语：

步骤S1、教师在控制屏101上选择制作好的投射影像，如一个地方景色描述文章，可制作对应的模拟景色，选择全部投射，控制屏101会自动选择所有全息投影灯200投射影像，并且将全部的照明灯301变暗，影像演示动作，并且所有音响发出对应的声音。

这样的设置，让学生通过全息模拟景色，能够具体理解到英语中单词的运用，让大家更加感受到文章的魅力，加强了大家的记忆。

步骤S2、教师在控制屏101上选择制作好的投射影像，如一个对话情景，选择互动投射，并在控制屏101上点击需要互动学生的学生桌303，控制台100发送信号到该学生桌303一定范围内的照明灯301变暗；控制台100发送信号到最靠近该学生303桌的全息投影灯200，该全息投影灯投射影像，演示动作，并且对应该全息投影灯200的音响发出对应的声音；

对话情景在英语教学中非常常见，通过一个模拟影像，还原出对话人的动作、表情、手中物品等，让互动学生能够更加的入戏，从而回答出更加符合的对话，加深了记忆，后续在遇到相似场景时，能够有更好的应对。

并且通过声音采集器（麦克风）和视频采集器（摄像头），采集到互动学生的声音和画面，控制台100进行存储，由老师后续制作出对应的模拟图，用于后面课堂中，对该学生进行展示，进行讲解后，让该学生得到更加直观的感受。

全景模拟场景步骤中，通过一个模拟场景，如海边，地面模拟屏503模拟出沙滩，以及沙滩上的生物，侧面模拟屏501模拟出于沙滩交接的大海，顶部模拟屏502模拟出天空，然后让学生在该场景中进行模拟对话，甚至，设置全息投影灯200模拟出人物、动物或者植物，使得整个模拟更加真实，让学生能够沉浸在场景中进行演示剧情。

具体英语案例

以下是基于英语教材（人教版、外研版、译林版等）的单元对应参考，结合新课标主题范畴和语言知识点，将三个模拟场景与教材具体单元进行匹配的英语案例。

案例一：模拟地方景色（城市导览）。

对应教材单元：

1. 人教版七年级下册 Unit 8 Is there a post office near here?

教材中核心内容：方位介词（across from, between, in front of）、地点名词（bank, hotel, supermarket）。

教材活动：Section B 的街道地图任务与场景对话可直接改编为城市导览模拟。

具体就采用步骤S1中的模拟方式，全息投影灯200投射出制作的街道地图，让学生直观知道方位介词的使用方式，地点名称的指向建筑。

2. 外研版七年级上册 Module 3 My school

教材中核心内容：描述学校设施位置（The library is next to theclassroom），可拓展至城市地标。

具体就采用步骤S1中的模拟方式，全息投影灯200投射出制作的学校地图，让学生直观知道学校设施的指向。

3. 译林版七年级上册 Unit 4 Finding your way

教材中核心内容：问路句型（Which is the way to...?）和交通方式（by bus/taxi）

整合建议：

将教材中的地图任务升级为动态角色扮演（如课本P45人教版地图→教室地面实体模拟）。

具体就采用步骤S1中的模拟方式，全息投影灯200投射出制作的学校地图，让学生直观感受交通工具。

案例二：互动对话模拟（餐厅点餐）

对应教材单元：

1. 人教版八年级上册 Unit 8 How do you make a banana milk shake?

核心内容：食物制作步骤（peel, cut up, pour）可延伸至点餐需求（Add morecheese, please）。

教学活动：模拟餐厅服务员与顾客，根据相关的教材内容进行餐厅点餐对话模拟。

具体就采用步骤S2中的模拟方式，全息投影灯200投射出餐厅的格局，以及菜单和餐具，让学生直观感受餐厅点餐过程。

2. 外研版七年级下册 Module 6 Around town

子话题：Unit 2 Let’s go to the restaurant! 提供点餐基础句型（What wouldyou like to order?）。

3. 译林版八年级下册 Unit 6 Sunshine for all

延伸应用：结合“志愿服务”主题，模拟为特殊人群点餐（如素食者、过敏者）。

具体就采用步骤S2中的模拟方式，全息投影灯200投射出餐厅，模拟具体点餐，让学生直观感受餐厅点餐过程。

整合建议：

利用教材中的菜单图片（如人教版P59）制作实物菜单道具，增加价格计算任务。

案例三：场景模拟（海边救援任务）

对应教材单元：

1. 人教版九年级全一册 Unit 13 We’re trying to save the earth!

核心内容：环境保护与自然灾害词汇（pollution, protect, danger），可关联海滩安全救援。

具体就采用步骤S3中的模拟方式，地面模拟屏503模拟出海边，海边的生物，以及海边游玩的人群，全息投影灯200投射出互动的角色，学生去该环境中与对应角色进行互动，让学生直观感受海滩安全救援方面的情景互动。

2. 外研版八年级上册 Module 12 Help!

主题匹配：急救措施（Check if he can breathe. Call for help!）与海滩溺水场景高度契合。模拟方面与第1点类似，都是海滩设计。

3. 译林版九年级上册 Unit 7 Films

创意延伸：结合“电影场景设计”任务，让学生编写海滩救援微剧本（Action!Cut!）。

整合建议：

结合外研版Module 12的听力材料（急救电话对话），设计“模拟拨打110/120”英语任务。模拟方面与第1点类似，都是海滩设计。

新课标主题对应：1、模拟场景为城市导览；教材单元为人与社会·社区生活；新课标主题范畴：学习理解+实践应用；

2、模拟场景为餐厅点餐；教材单元为人与社会·日常活动；新课标主题范畴：文化意识+交际能力；

3、模拟场景为海滩救援；教材单元为人与自然·灾害防范；新课标主题范畴：思维品质+责任担当；

扩展内容：

跨单元融合：例如将人教版七年级（问路）与八年级（食物）结合，设计“外卖送餐路线指引”综合任务。具体就是模拟道路、外面人员等。

分层教学：小学可选用人教版三年级下册Unit 4 Where is my car?（简单方位词），中学增加复杂句型（Could you tell me the nearest...?）。教师可根据实际使用教材版本调整细节，确保场景任务与单元核心词汇、语法及文化知识点无缝衔接。

第二、生物：

生物课对全息模拟也非常的需要，如模拟一些生物，让学生直观感受生物的结构，或者是生物的行动、生长过程等等。

生物课在互动上，教师可以选择一个或几个代表性的学生（不属于一个全息投影灯200），几个学生分别对全息模拟进行操作，具体如在被选择的学生的学生桌上设置有一个辅助操作屏，当学生桌被选定后，辅助操作屏被启动，学生通过辅助操作屏输入一些动作，如对某个植物进行生长操作时，可以浇水、施肥等（水量和肥料可以设置），甚至模拟剪枝等，加快时间进度后，最后查看生长情况。

场景模拟也是，学生可以通过场景感受海中生物的情况，远古生物的情况。

第三、化学：

可以模拟一些化学实验过程，让学生直观感受；

可以再互动上，让学生自己操作，主要也是通过辅助操作屏进行操作；甚至可以是摄像头直接摄像学生的动作，如拿起量杯，发送至控制台后，控制台实时改动模拟影像，从而模拟出混合液体、摇晃量杯、启动加热等基本操作，让学生能够在课堂上实时进行化学实验；

场景模拟，可以模拟出一些实验室，让大家感受到实验室具体情况。

第四、历史：

可以模拟一些历史建筑、历史人物等，让学生直观感受；

可以进行互动，如模拟历史人物的对话；

可以模拟一些历史场景，让学生身临其境，甚至可以适当参与，从而对历史事件更加清晰记忆。

当然，还可以用于其他科目，这里不再一一例举。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.基于全息模拟的教学系统，其特征在于，包括：

至少一个全息投影灯，沿教室走道布置，投射全息影像；

控制台，呈长方体状，作为教师桌，其控制全息投影灯启动，控制台还控制教室顶部照明灯的光亮，避免影响全息影像；

至少一个音响，由控制台控制，配合全息影像发出声音。

2.如权利要求1所述的基于全息模拟的教学系统，其特征在于，所述全息投影灯沿教室走道等间距布置，且在全息投影灯位置设置一一对应的音响。

3.如权利要求1所述的基于全息模拟的教学系统，其特征在于，所述控制台上设置有一个控制屏，所述控制屏显示出所有学生桌的位置图，教师通过点击对应学生桌，从而呼叫距离该学生桌最近的全息投影灯投射全息影像。

4.如权利要求3所述的基于全息模拟的教学系统，其特征在于，所述学生桌上设置有提醒灯，当控制屏上点击学生桌时，对应学生桌上提醒灯会亮灯，提醒该学生被点名。

5.如权利要求1所述的基于全息模拟的教学系统，其特征在于，所述全息投影灯位置还设置有一个声音采集器和视频采集器。

6.如权利要求1所述的基于全息模拟的教学系统，其特征在于，还包括场景模拟器，包括侧面模拟屏、顶部模拟屏和地面模拟屏，侧面模拟屏安置在教室的一面，顶部模拟屏安置在教室顶部，且贴近侧面模拟屏，地面模拟屏安置在教室地面，且与顶部模拟屏正对。

7.如权利要求6所述的基于全息模拟的教学系统，其特征在于，所述场景模拟器中也设置有若干全息投影灯。

8.基于全息模拟的教学方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、教师在控制屏上选择制作好的投射影像，选择全部投射，控制屏会自动选择所有全息投影灯投射影像，并且将全部的照明灯变暗，影像演示动作，并且所有音响发出对应的声音；

S2、教师在控制屏上选择制作好的投射影像，选择互动投射，并在控制屏上点击需要互动学生的学生桌，控制台发送信号到该学生桌一定范围内的照明灯变暗；控制台发送信号到最靠近该学生桌的全息投影灯，该全息投影灯投射影像，演示动作，并且对应该全息投影灯的音响发出对应的声音；且启动对应声音采集器和视频采集器，采集互动学生的声音和画面，并将采集的数据发送到控制台；

S3、步骤S1和S2中演示结束后，控制台控制全息投影灯关闭，以及照明灯复原。

9.如权利要求8所述的基于全息模拟的教学方法，其特征在于，步骤S2中，控制台还会发送信号到该学生桌上的提醒灯，提醒灯发光提醒对应学生配合。

10.如权利要求8所述的基于全息模拟的教学方法，其特征在于，还包括全景模拟场景步骤：

T1、教师在控制屏上选择全景模式，并选择对应的场景，此刻，侧面模拟屏、顶部模拟屏和地面模拟屏全部被点亮，照明灯全部变暗，向学生展示一些设定场景；

T2、教师在控制屏上选择启动场景模拟器中的全息投影灯，全息投影灯投影设定内容；

T3、学生或/和教师进入场景模拟器中，进行互动模拟。