一种电化情景教学模型及教学方法技术

本发明专利技术的一种电化情景教学模型，包括：实体对象单元，可用作情景化教学的实物对象；对象识别单元，可用作对实体对象进行影像获取；特征提取单元，可用作分析所述实体对象的影像数据，以获取所述实体对象的特征参数；特征跟踪单元，可用作分析所述实体对象的特征参数的状态变化，以获取跟踪所述实体对象的调整参数。本发明专利技术的电化情景教学模型，结合增强现实(AR)技术，将互动性极强的实体对象教学模型实时虚拟化成为可显示的虚拟互动对象，并将知识库中知识点设计为能作用于任意对象的知识引擎。教师可操作知识引擎与被识别的虚拟化的实体对象相互作用，实现虚拟化的将知识作用于对象的现象生动展现出来，突破了现有课堂呈现方式的限制。

An audio-visual situational teaching model and teaching method

An audio-visual situational teaching model of the present invention includes: entity object unit, which can be used as a physical object in situational teaching; object recognition unit, which can be used for image acquisition of entity object; and feature extraction unit, which can be used for analyzing image data of entity object to obtain characteristic parameters of entity object. A feature tracking unit can be used to analyze the state changes of the feature parameters of the entity object to obtain the adjustment parameters for tracking the entity object. The audio-visual scene teaching model of the invention, combined with augmented reality (AR) technology, makes the highly interactive entity object teaching model real-time virtualized into a display virtual interactive object, and designs the knowledge points in the knowledge base as a knowledge engine that can act on any object. Teachers can manipulate the knowledge engine to interact with the identified virtual entity object, realizing virtualization to vividly show the phenomenon of knowledge acting on the object, breaking through the limitations of the existing classroom presentation.

【技术实现步骤摘要】
一种电化情景教学模型及教学方法
本专利技术涉及基于信息技术的现代化教学
，涉及一种情景化教学技术，具体涉及一种电化情景教学模型及教学方法。
技术介绍
增强现实技术(AugmentedReality，简称AR)，是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。这种技术1990年提出。随着随身电子产品CPU运算能力的提升，预期增强现实的用途将会越来越广。早在很多年以前，包括微软在内的企业就在探索增强现实应用于教育的技术方案。这种方案不仅充分尊重了教师课堂讲解的字体语言发挥，也让知识点通过动画、视频等方式在增强现实技术的作用下得以生动呈现。教育的需求随着社会知识的积累日益增加。传统知识讲解和传播的方法难以满足当下的知识传播需求。伴随多媒体技术逐步成熟的过程，形成了多媒体教学。多媒体技术引入课堂后，课堂可以展示大量丰富的平面图像的形象化知识，增加了视频、动画及声音等知识表达方式，更加推进了知识的形象化。课堂教学，仍然是知识传播尤其是义务教育/普及教育的知识传播的主要形式。被高度抽象化的知识本身能够以其本来的形象化形式展现出来，成为教学工作力求实现的目标，以求学生学习过程的直观化。这一努力贯穿着整个教学历史。比如传统教学模式中的板书模式，教师通常会根据自己对知识的理解，通过板书推演将知识的形成过程及内在逻辑进行充分形象展现，如果图示能够更好的展示其形象性，也会进行附图展示。对于较为复杂及信息量较大的知识点，在板书教学模式中衍生出了教学用具，即将复杂的知识模型通过预先制作的复杂的模具进行形象化展示。但是，增强现实技术高互动性的呈现方式在教学过程的具体应用中还存在一定问题。一方面，社会长期的知识积累过程形成了巨大的知识库，如何将数量庞大的知识点快速呈现为增强现实可展示的知识点，工作量和呈现方式都是不小的挑战；另一方面，考虑到实验教学对知识学习的重要性，预先设定的知识讲解过程难以满足现代化教学的需求，学生学习过程对互动性的要求越来越高。比如对于碰撞的讲解，传统教学可能采用具有教学典型特征的教学专用碰撞小球，但是对于任意(种类)物体的碰撞过程呈现，将对学生更深入的理解知识点本身意义更大。也就是说知识点本身和实体对象的分离，将为教学过程带来更多的灵活性。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提出一种电化情景教学模型及教学方法，使AR技术切实应用于情景化教学，增强了课堂互动的性，进一步提升教学质量。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种电化情景教学模型，其特征在于，包括：实体对象单元，可用作情景化教学的实物对象；对象识别单元，可用作对实体对象进行影像获取；特征提取单元，可用作分析所述实体对象的影像数据，以获取所述实体对象的特征参数；特征跟踪单元，可用作分析所述实体对象的特征参数的状态变化，以获取跟踪所述实体对象的调整参数；知识库单元，所述知识库单元可用于存储可用于所述电化情景教学的知识数据；增强现实运算单元，所述增强现实运算单元可用于进行对象识别单元与知识库单元之间数据的增强现实匹配运算，并输出运算结果。优选方案，所述教学模型包括：知识引擎单元，所述知识引擎单元包括知识引擎，所述知识引擎用于驱动模型呈现知识作用于对象的过程现象，所述过程现象包括所述知识作用于被所述对象识别单元完成识别的对象时，所述对象变化过程现象中除去对象本体的部分。优选方案，所述知识引擎单元包括对象特征参数设定组件，所述对象特征参数设定组件用于设定影响所述知识作用于对象时的现象表达的对象特征参数。优选方案，所述对象特征参数获取自所述特征提取单元。优选方案，所述特征提取单元所获取的实体对象的特征参数包括直接获取自所述实体对象影像中的特征参数，和/或与所述实体对象相匹配的系统预存储特征参数。优选方案，所述模型包括网络通信单元，所述特征参数包括通过所述网络通信单元获取自网络知识库之关于所述实体对象的所述特征参数。优选方案，所述知识引擎包括物理引擎，所述物理引擎包括物理定律作用于被所述对象识别单元完成识别的对象时，所述对象的物理变化过程数据中除去对象本体的部分。优选方案，所述物理引擎包括碰撞引擎，所述碰撞引擎包括碰撞定律作用于被所述对象识别单元完成识别的对象时，所述对象的物理变化过程现象中除去对象本体的部分。优选方案，所述对象特征参数包括对象相对运动速度，和/或对象碰撞点坐标，和/或对象碰撞位置的硬度。优选方案，所述教学模型包括操控指令集和操控单元，所述操控单元可用于远程调用相应操作指令集中的指令，所述指令可用于控制所述被识别的实体对象执行相应的动作。优选方案，所述操控单元包括运算组件，和电连接至运算组件的触摸输入组件、显示组件与无线连接组件。优选方案，所述操控单元包括软件控制组件，所述软件控制组件用于控制操控指令集在操控单元的指令显示，和/或控制指令的生成和传输。一种电化情景教学方法，其特征在于，包括如下步骤：a、根据教学内容选定实体对象教学模型；b、启动系统并等待识别所述实体对象；c、调用知识引擎作用于所述被识别的实体对象，并以增强现实的方式呈现所述知识引擎作用于所述实体对象时的现象。优选方案，所述步骤b包括，通过人工向所述系统录入所述实体对象特征，以使系统完成对所述实体对象的识别。本专利技术的有益效果：本专利技术的电化情景教学模型，结合增强现实(AR)技术，将互动性极强的实体对象教学模型实时虚拟化成为可显示的虚拟互动对象，并将知识库中知识点设计为能作用于任意对象的知识引擎。教师可通过直接作用于实体对象或者操作知识引擎与被识别的虚拟化的实体对象相互作用，实现虚拟化的将知识作用于对象的现象(即知识点)生动展现出来，极大的突破了现有课堂呈现方式的限制。附图说明用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制。图1是本专利技术一种电化情景教学模型的结构框图；图2是本专利技术一种电化情景教学模型中知识引擎单元结构框图；图3是本专利技术一种电化情景教学模型中控制单元结构框图；图4是本专利技术一种电化情景教学方法的流程图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术技术方案作进一步的说明，这是本专利技术的较佳实施例。本实施例的一种基于情景化教学的课堂教学系统，包括：一种电化情景教学模型，包括：实体对象单元，可用作情景化教学的实物对象；实体对象可以是任意适用于教学的物体。比如，手机、茶杯等日常用品；直尺、圆规等传统教学用具；书本、器官模型、植物、动物等各种对象。对象识别单元，可用作对实体对象进行影像获取。对象识别单元包括摄像头，摄像头可对其视觉覆盖范围内的物体进行识别。识别过程可以是根据既定的程序作相应模型化的识别，也可以是基于深度学习的自我完善和识别建模。特征提取单元，可用作分析所述实体对象的影像数据，以获取所述实体对象的特征参数。将获取的实体对象的影像经过软件进行图像分析提取，识别对象在知识点讲解过程中需要的特征参数。比如关于物理性质方面的对象的硬度、形状、结构、构造等特征；关于化学的成本、工艺等特征；以及历史、地理、自然等各种属性特征。特征跟踪单元，可用作分析所述实体对象的特征参数的状态变化，以获取跟踪所述实体对象的调整参数。比如物理特征方面的方位特征、位置特征、形状特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化情景教学模型，其特征在于，包括：实体对象单元，可用作情景化教学的实物对象；对象识别单元，可用作对实体对象进行影像获取；特征提取单元，可用作分析所述实体对象的影像数据，以获取所述实体对象的特征参数；特征跟踪单元，可用作分析所述实体对象的特征参数的状态变化，以获取跟踪所述实体对象的调整参数；知识库单元，所述知识库单元可用于存储可用于所述电化情景教学的知识数据；增强现实运算单元，所述增强现实运算单元可用于进行对象识别单元与对象知识库单元之间数据的增强现实匹配运算，并输出运算结果。

【技术特征摘要】
1.一种电化情景教学模型，其特征在于，包括：实体对象单元，可用作情景化教学的实物对象；对象识别单元，可用作对实体对象进行影像获取；特征提取单元，可用作分析所述实体对象的影像数据，以获取所述实体对象的特征参数；特征跟踪单元，可用作分析所述实体对象的特征参数的状态变化，以获取跟踪所述实体对象的调整参数；知识库单元，所述知识库单元可用于存储可用于所述电化情景教学的知识数据；增强现实运算单元，所述增强现实运算单元可用于进行对象识别单元与对象知识库单元之间数据的增强现实匹配运算，并输出运算结果。2.根据权利要求1所述的一种电化情景教学模型，其特征在于，所述教学模型包括：知识引擎单元，所述知识引擎单元包括知识引擎，所述知识引擎用于驱动模型以呈现知识作用于对象的过程现象，所述过程现象包括所述知识作用于被所述对象识别单元完成识别的对象时，所述对象变化过程现象中除去对象本体的部分。3.根据权利要求2所述的一种电化情景化教学模型，其特征在于，所述知识引擎单元包括对象特征参数设定组件，所述对象特征参数设定组件用于设定影响所述知识作用于对象时的现象表达的对象特征参数。4.根据权利要求3所述的一种电化情景教学模型，其特征在于，所述对象特征参数获取自所述特征提取单元。5.根据权利要求1-4之任一项权利要求所述的一种电化情景教学...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓琳，巩煜，陈诚，田原，刘擂擂，邓光磊，冷伟，苟钊源，
申请(专利权)人：四川科华天府科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51