一种基于情景教学的教育机器人及情景教学方法技术

本发明专利技术属于教学的教育机器人技术领域，公开了一种基于情景教学的教育机器人及情景教学方法，教育机器人的情景教学方法包括：课前教学准备和资源库构建；课中的“当前情景任务的选择、构建与设计”、“情景任务教学模式选择、教学过程规划”、“执行教学过程，创新要素、愉悦、语音、情景自主生成”、“人机交互”；课后个性化练习；教育机器人包括头部、躯干和四肢。有利于提高教学的个性化水平。教育机器人可以对学生的学习状态与互动表现的进行分析，判断学生对知识的掌握情况，及时对教学内容做出相应的调整,提高效率，提高对学生个性化教学的水平。

【技术实现步骤摘要】
一种基于情景教学的教育机器人及情景教学方法
本专利技术属于教学的教育机器人
，尤其涉及一种基于情景教学的教育机器人及情景教学方法。
技术介绍
近几年，教育机器人作为多项技术的综合体，其在教学领域的应用对学生创造能力及动手能力的培养具有积极作用。教育机器人的研究已然成为了开发热点。将教育机器人投入使用可大大降低教育成本，提高教学效果，有利于教育平衡的推进。但随着人们对教育需求的不断增大，目前教育机器人产品的局限性正逐渐凸显：(1)大量教育资源和计算能力的需求对教育机器人终端的存储和计算是一个很大的挑战；(2)现有的教育机器人教学方式基本是以辅助教学为主，教学方式比较单一，在一定程度上提高了教学效果，但是机器人的技术优势还没有得到充分的发挥。综上所述，现有技术存在的问题是：现有机器人教学过程中存在的资源利用的问题和主导教学的问题。如何实现资源利用的最大化、快速存储和处理数据信息、最大程度的节约成本和提高性能，如何实现机器人与现有的信息技术有效融合、如何让教育机器人主导教学，是现阶段教育机器人发展要解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于情景教学的教育机器人及情景教学方法。本专利技术是这样实现的，一种教育机器人的情景教学方法，所述教育机器人的情景教学方法包括：课前教学准备和资源库构建；课中的“当前情景任务的选择、构建与设计”、“情景任务教学模式选择、教学过程规划”、“执行教学过程，创新要素、愉悦、语音、情景自主生成”、“人机交互”；课后个性化练习。进一步，所述课前教学准备包括：教师在教育机器人管理系统中设计授课内容和授课对象，给机器人下达任务指令；所述授课内容包括所授课程的教学大纲及授课课程表；所述授课对象包括授课班级；教育机器人根据所授知识点的特征和学生的相关特征选择合适的情景任务及教学方法；所述资源库包括学生学习的资料库；资源库的基本内容由教师创建，扩展内容由教育机器人在授课过程中由网络获取材料并加入到资料库。进一步，所述“当前情景任务的选择、构建与设计”包括根据任务选择合适的教学情景，根据实施对象的特征对情景和任务进行安排；所述“情景任务教学模式选择、教学过程规划”包括根据知识点之间的逻辑关系及学生的接受能力选择合适的教学模式，规划情景任务的教学过程。进一步，所述“执行教学过程，创新要素、愉悦、语音、情景自主生成”包括在按照规划执行教学的过程中为了使学生更好地把握所学知识，给学生布置一些具有创新性的学习任务，让学生以自主学习或协助学习的方式完成任务；在执行教学过程中，教育机器人对采集的学生学习的状态信息进行分析，根据分析结果调整背景音乐、语音语调及情景任务。进一步，所述“人机交互”包括教育机器人对“当前对象行为识别、表情识别、问题应答”的过程，根据学生的学习及反馈信息自主调整教学内容、教学进度、教学方法方式及教学策略。本专利技术的另一目的在于一种利用所述教育机器人的情景教学方法的教育机器人，所述教育机器人包括头部、躯干和四肢；所述头部包括摄像头、红外传感器、超声波传感器、语音输入模块、语音输出模块、第一电机及第一电机驱动模块；摄像头、红外线传感器、超声波传感器及语音输入模块分别有左右两个，分别分布在机器人头部的左右两侧；第一电机驱动模块接收躯干的处理器发送来的指令信息后，第一电机驱动模块驱动第一电机带动头部的转动。所述躯干包括处理器、存储器、接口(串口、USB接口、RJ45接口)、wifi模块、资源库、应用系统、操作系统；所述存储器、接口(串口、USB接口、RJ45接口)、wifi模块、资源库、应用系统、操作系统均与处理器通过导线连接；所述四肢包括左手臂、右手臂、左腿和右腿；所述左手臂包括左手臂关节、第三电机和第三电机驱动模块；第三电机一端与机器人躯干左肩相连，一端与左手臂相连，第三电机驱动模块驱动第三电机的转动，带动左手臂动作；所述右手臂包括右手臂关节、第二电机和第二电机驱动模块；第二电机一端与机器人躯干右键相连，一端与左手臂相连，第二电机驱动模块驱动第二电机的转动，带动手臂动作；所述左腿包括左腿关节、第五电机和第五电机驱动模块；第五电机一端与机器人躯干左胯相连，一端与左腿关节相连，第五电机驱动模块驱动第五电机的转动，带动左腿关节动作；所述右腿包括右腿关节、第四电机和第四电机驱动模块；第四电机一端与机器人躯干右胯相连，一端与右腿关节相连，第四电机驱动模块驱动第四电机的转动，带动右腿关节动作。本专利技术的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-5任意一项所述的教育机器人的情景教学方法。本专利技术的优点及积极效果为：有利于调动学生学习的积极性。教育机器人与虚拟现实技术向结合，提高学生在情景任务中的沉浸体验，并根据不同学生的教育基础、性格爱好对学生进行一种的良性互动与交流，从而激发学生的学习热情，调动学生学习的积极性。有利于提高教学的个性化水平。教育机器人可以对学生的学习状态与互动表现的进行分析，判断学生对知识的掌握情况，及时对教学内容做出相应的调整,提高效率，提高对学生个性化教学的水平。有利于培养学生的动手能力。借助教育机器人自身的计算随时根据内容设计一些实际操作和模拟操作来提高实践能力,克服了传统教学模式下,学生理论知识扎实,但实际动手能力不足的缺点。使学生的实际动手能力得到极大的提高。有利于提高学生的创新意识。教育机器人对采集的学生特征信息进行挖掘处理，预测学生的发展潜能，在以后的授课过程中有意识地加大学生有潜力方面能力的培养。附图说明图1是本专利技术实施例提供的情景教学方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的基于情景教学的教育机器人执行情景教学的示意图。图3是本专利技术实施例提供的基于情景教学的教育机器人的结构图。图4是本专利技术实施例提供的实施例二中教育机器人在多媒体教室教学流程图。图5是本专利技术实施例提供的实施例三中教育机器人在智能多媒体教室教学流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图及具体实施例对本专利技术的应用原理作进一步描述。如图1所示，本专利技术实施例提供的情景教学方法，主要由课前教学准备和资源库构建、课中的“当前情景任务的选择、构建与设计”、“情景任务教学模式选择、教学过程规划”、“执行教学过程，创新要素、愉悦、语音、情景自主生成”、“人机交互”和课后的个性化练习等部分构成。所述教学准备是指教师在教育机器人管理系统中设计授课任务和授课对象，给机器人下达任务指令。所述授课内容指所授课程的教学大纲及授课课程表。所述授课对象指授课班级。教育机器人根据所授知识点的特征和学生的相关特征选择合适的情景任务及教学方法。所述资源库是指学生学习的资料库，也是教学机器人实施情景教学的材料库。资源库的基本内容主要由教师创建，扩展内容主要有教育机器人将在授课过程中由网络获取的材料加入到其中。所述教学情景及任务选择与设计是指根据任务选择合适的教学情景，根据实施对象的特征对情景和任务进行合理安排以便学生能更好地融入到情景中，对知识更好地理解和把握；所述“情景任务教学模式选择、教学过程规划”是指根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种教育机器人的情景教学方法，其特征在于，所述教育机器人的情景教学方法包括：课前教学准备和资源库构建；进行课中的当前情景任务的选择、构建与设计、情景任务教学模式选择、教学过程规划、执行教学过程，创新要素、愉悦、语音、情景自主生成、人机交互；课后个性化练习。

【技术特征摘要】
1.一种教育机器人的情景教学方法，其特征在于，所述教育机器人的情景教学方法包括：课前教学准备和资源库构建；进行课中的当前情景任务的选择、构建与设计、情景任务教学模式选择、教学过程规划、执行教学过程，创新要素、愉悦、语音、情景自主生成、人机交互；课后个性化练习。2.如权利要求1所述的教育机器人的情景教学方法，其特征在于，所述课前教学准备包括：教师在教育机器人管理系统中设计授课内容和授课对象，给机器人下达任务指令；所述授课内容包括所授课程的教学大纲及授课课程表；所述授课对象包括授课班级；教育机器人根据所授知识点的特征和学生的相关特征选择合适的情景任务及教学方法；所述资源库包括学生学习的资料库；资源库的基本内容由教师创建，扩展内容由教育机器人在授课过程中由网络获取材料并加入到资料库。3.如权利要求1所述的教育机器人的情景教学方法，其特征在于，所述“当前情景任务的选择、构建与设计”包括根据任务选择合适的教学情景，根据实施对象的特征对情景和任务进行安排；所述“情景任务教学模式选择、教学过程规划”包括根据知识点之间的逻辑关系及学生的接受能力选择教学模式，规划情景任务的教学过程。4.如权利要求1所述的教育机器人的情景教学方法，其特征在于，所述“执行教学过程，创新要素、愉悦、语音、情景自主生成”包括在按照规划执行教学的过程中，给学生布置具有创新性的学习任务，让学生以自主学习或协助学习的方式完成任务；在执行教学过程中，教育机器人对采集的学生学习的状态信息进行分析，根据分析结果调整背景音乐、语音语调及情景任务。5.如权利要求1所述的教育机器人的情景教学方法，其特征在于，所述“人机交互”包括教育机器人对“当前对象行为识别、表情识别、问题应答”的...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘刚，陈光平，张小安，杨丽萍，
申请(专利权)人：四川文理学院，
类型：发明
国别省市：四川,51