一种用于信息化教学的体感交互方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于信息化教学的体感交互方法，包括，针对不同学习层次的用户设定每个学习层次所学习的教学内容；对教学内容进行拆分，构建教学元素，生成教学资源包；加载教学资源包，对学习环境进行配置，构建教学体感交互学习场景；获取用户身体姿态信息，根据用户身体姿态信息对姿态指令进行识别，并将其转化为教学元素操作指令；根据用户身体姿态状态和/或动作触发教学元素的操作指令，对教学元素完成对应状态和/或动作，形成交互式教学形态。本发明专利技术还公开了一种用于信息化教学的体感交互系统。本发明专利技术综合考虑教学资源、游戏化场景以及体感交互教学模式，建立了游戏化的基于体感交互的教学资源制作方法，提出了资源建设的新模式。

A somatosensory interaction method and system for information teaching

The invention discloses a somatosensory interaction method for information-based teaching, which comprises: setting the learning content of each learning level for different learning level users; splitting the teaching content, constructing the teaching elements and generating the teaching resource package; loading the teaching resource package, configuring the learning environment, and constructing the teaching content; Interactive learning scenario of teaching somatosensory; obtaining the information of user's body posture, recognizing the gesture command according to the information of user's body posture, and transforming it into the operation command of teaching elements; triggering the operation command of teaching elements according to the user's body posture state and/or action, and completing the corresponding state and/or action of teaching elements. Form interactive teaching form. The invention also discloses a somatosensory interaction system for information teaching. The invention comprehensively considers teaching resources, game scenes and the teaching mode of somatosensory interaction, establishes a game-based method for making teaching resources based on somatosensory interaction, and puts forward a new mode of resource construction.

【技术实现步骤摘要】
一种用于信息化教学的体感交互方法及系统
本专利技术属于教育信息化
，具体涉及一种用于信息化教学的体感交互方法及系统。
技术介绍
随着教育认知理论的进步和教育信息化技术的发展，在多年的教育教学实践中积淀的传统教学资源，已经不能满足目前的教育教学需求，信息化教学资源应运而生，革新了现有的教育教学方式。教学实践表明，有效地利用数字化教学资源，对于学生学习能力以及问题意识的培养乃至怀疑精神的塑造具有重要意义。学生通过对数字化教学资源的真正利用，可以激发学生的学习与发现的兴趣。数字文化所自然生成的DIY学习理念已成为一种网络的标识性的文化符号。这种文化理念培养的往往是一种互动精神，而互动能协助孩子成长，培育其开发本身的价值，训练其判断分析力，评估力，批判力及帮助他人的能力。在这种情况下，教师在教学中应积极及时地引导学生开发和利用数字化教学资源，并由此培养学生的发现、思考、分析及判断能力。但是从信息化教学资源的应用现状来看，目前的教育教学方式在应用信息化教学资源上仍具有较大的不足。举例来说，从教师方面来看，信息化水平不均衡，教育技术应用不熟练，导致教师无法将信息化与教育教学进行有效整合；从学生方面来看，信息化教学资源形式单一，无法激发学习的积极性。体感交互自发展以来，在技术方面越来越成熟，应用方面也越来越广泛。其可以令用户以更加自然的方式与计算机进行交互，如肢体动作，语音等，摆脱了对传统的输入设备的依赖，提高了人机交互的输入输出效率。另一方面，游戏具有极大的趣味性，其中的积极因素正逐渐被引入教学，借以激发学生的学习兴趣，让学生充满乐趣的学习，游戏元素的引入是对传统教学的延伸，弥补了传统教学方式。目前的将体感交互应用到信息化教学的发展还处于初级摸索阶段，现有的体感交互无法直接应用到信息化教学中。尤其是，目前的体感教学在多学科兼容性上具有一定的不足，普适性较差，无法良好地应用到多学科上。同时，体感交互技术对教师要求较高，以及在使用体感交互进行信息化教学的时候，还需要考虑到教学效果以及与学生互动性的问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种用于信息化教学的体感交互方法及系统。本专利技术技术方案的方法，针对目前信息化教学与体感交互之间存在一定不适应的情况，设计了一种游戏化的基于体感交互的教学资源制作的方法，部分解决了上述问题。本专利技术技术方案可以应用到多种学科，为教师开辟了简易通道，通过对环境、关卡等的设定，搭建出游戏化场景，并在此基础上利用体感交互的手势操作，建立交互式的教学模式，游戏教学效果的评价通过评价模型实现，创新了教学资源的制作方法，为教学资源的制作提供了新的模式。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于信息化教学的体感交互方法，其特征在于，包括S1针对不同学习层次的用户设定每个学习层次所学习的教学内容；S2对教学内容进行拆分，构建教学元素，生成教学资源包；S3加载教学资源包，对学习环境进行配置，构建教学体感交互学习场景；S4获取用户身体姿态信息，根据用户身体姿态信息对姿态指令进行识别，并将其转化为教学元素操作指令；S5根据用户身体姿态状态和/或动作触发教学元素的操作指令，对教学元素完成对应状态和/或动作，形成交互式教学形态。作为本专利技术技术方案的一个优选，步骤S2包括，S21对教学内容进行特征分析，确定其构成特点；S22根据教学内容的构成特点，建立每种教学内容的拆分规则和/或分类规则；S23按照拆分规则对教学内容进行拆分，获得每种教学内容的初始教学元素；S24针对每种教学内容，在对应的初始教学元素中加入游戏要素，形成教学元素；S25按照分类规则对教学元素进行整理，形成教学资源包。作为本专利技术技术方案的一个优选，步骤S3包括，S31根据教学内容和用户的学习层次，选择符合用户认知特点的空间场景；S32对本学习层次的教学资源包进行加载，获取本学习层次的教学内容；S33根据用户特征设定学习学科和关卡，结合本学习层次的教学内容展示教学元素。作为本专利技术技术方案的一个优选，步骤S5包括，S51对初始环境的红外数据进行处理，获取初始环境的三维景深数据；S52检测可视范围内的用户，根据用户身体的红外信息，判断用户身体的关节点并追踪，以获取用户的手势状态和/或手势动作；S53将用户的起始手势作为基准，根据用户的手势状态选定教学元素，根据用户的手势动作对选定的教学元素执行手势动作。作为本专利技术技术方案的一个优选，还包括，收集用户教学过程中的包括教学时间、教学次数和教学成果在内的教学信息；建立评价模型，根据权重将教学信息导入评价模型，获得评价结果；根据评价结果对用户的教学结果进行评价。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于信息化教学的体感交互系统，其特征在于，包括，教学大纲模块，用于针对不同学习层次的用户设定每个学习层次所学习的教学内容；资源构建模块，用于对教学内容进行拆分，构建教学元素，生成教学资源包；资源配置模块，用于加载教学资源包，对学习环境进行配置，构建教学体感交互学习场景；指令识别模块，用于获取用户身体姿态信息，根据用户身体姿态信息对姿态指令进行识别，并将其转化为教学元素操作指令；交互应用模块，用于根据用户身体姿态状态和/或动作触发教学元素的操作指令，对教学元素完成对应状态和/或动作，形成交互式教学形态。作为本专利技术技术方案的一个优选，资源构建模块包括，特征分析模块，用于对教学内容进行特征分析，确定其构成特点；规则建立模块，用于根据教学内容的构成特点，建立每种教学内容的拆分规则和/或分类规则；学科拆分模块，用于按照拆分规则对教学内容进行拆分，获得每种教学内容的初始教学元素；教学元素模块，用于针对每种教学内容，在对应的初始教学元素中加入游戏要素，形成教学元素；资源整合模块，用于按照分类规则对教学元素进行整理，形成教学资源包。作为本专利技术技术方案的一个优选，资源配置模块包括，场景选择模块，用于根据教学内容和用户的学习层次，选择符合用户认知特点的空间场景；资源加载模块，用于对本学习层次的教学资源包进行加载，获取本学习层次的教学内容；资源展示模块，用于根据用户特征设定学习学科和关卡，结合本学习层次的教学内容展示教学元素。作为本专利技术技术方案的一个优选，交互应用模块包括，红外捕捉模块，用于对初始环境的红外数据进行处理，获取初始环境的三维景深数据；节点追踪模块，用于检测可视范围内的用户，根据用户身体的红外信息，判断用户身体的关节点并追踪，以获取用户的手势状态和/或手势动作；手势执行模块，用于将用户的起始手势作为基准，根据用户的手势状态选定教学元素，根据用户的手势动作对选定的教学元素执行手势动作。作为本专利技术技术方案的一个优选，还包括教学评价模块，用于收集用户教学过程中的包括教学时间、教学次数和教学成果在内的教学信息；建立评价模型，根据权重将教学信息导入评价模型，获得评价结果；根据评价结果对用户的教学结果进行评价。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：1)本专利技术技术方案的方法，对教学内容进行了拆分和重组，形成多个可以被体感交互设备捕获的动作指令识别的教学元素，进而通过体感交互技术，可以根据用户身体姿态的变换获取不同的指令，对所识别的教学元素执行对应的指令本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于信息化教学的体感交互方法，其特征在于，包括，S1针对不同学习层次的用户设定每个学习层次所学习的教学内容；S2对教学内容进行拆分，构建教学元素，生成教学资源包；S3加载教学资源包，对学习环境进行配置，构建教学体感交互学习场景；S4获取用户身体姿态信息，根据用户身体姿态信息对姿态指令进行识别，并将其转化为教学元素操作指令；S5根据用户身体姿态状态和/或动作触发教学元素的操作指令，对教学元素完成对应状态和/或动作，形成交互式教学形态。

【技术特征摘要】
1.一种用于信息化教学的体感交互方法，其特征在于，包括，S1针对不同学习层次的用户设定每个学习层次所学习的教学内容；S2对教学内容进行拆分，构建教学元素，生成教学资源包；S3加载教学资源包，对学习环境进行配置，构建教学体感交互学习场景；S4获取用户身体姿态信息，根据用户身体姿态信息对姿态指令进行识别，并将其转化为教学元素操作指令；S5根据用户身体姿态状态和/或动作触发教学元素的操作指令，对教学元素完成对应状态和/或动作，形成交互式教学形态。2.根据权利要求1所述的一种用于信息化教学的体感交互方法，其中，所述步骤S2包括，S21对教学内容进行特征分析，确定其构成特点；S22根据教学内容的构成特点，建立每种教学内容的拆分规则和/或分类规则；S23按照拆分规则对教学内容进行拆分，获得每种教学内容的初始教学元素；S24针对每种教学内容，在对应的初始教学元素中加入游戏要素，形成教学元素；S25按照分类规则对教学元素进行整理，形成教学资源包。3.根据权利要求1或2所述的一种用于信息化教学的体感交互方法，其中，所述步骤S3包括，S31根据教学内容和用户的学习层次，选择符合用户认知特点的空间场景；S32对本学习层次的教学资源包进行加载，获取本学习层次的教学内容；S33根据用户特征设定学习学科和关卡，结合本学习层次的教学内容展示教学元素。4.根据权利要求1～3任一项所述的一种用于信息化教学的体感交互方法，其中，所述步骤S5包括，S51对初始环境的红外数据进行处理，获取初始环境的三维景深数据；S52检测可视范围内的用户，根据用户身体的红外信息，判断用户身体的关节点并追踪，以获取用户的手势状态和/或手势动作；S53将用户的起始手势作为基准，根据用户的手势状态选定教学元素，根据用户的手势动作对选定的教学元素执行手势动作。5.根据权利要求1～4任一项所述的一种用于信息化教学的体感交互方法，其中，还包括，收集用户教学过程中的包括教学时间、教学次数和教学成果在内的教学信息；建立评价模型，根据权重将教学信息导入评价模型，获得评价结果；根据评价结果对用户的教学结果进行评价。6.一种用于信息化教学的体感交互系统，其特征在于，包括，教学大纲模块，用于针对不同学习层次的用户设定每个学习层次...

【专利技术属性】
技术研发人员：周东波，姚璜，钟正，王玉，
申请(专利权)人：华中师范大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42