以数字可视化虚拟现实技术应用于跨学科学习的教学系统技术方案

本发明专利技术公开了以数字可视化虚拟现实技术应用于跨学科学习的教学系统，属于教学系统技术领域，它包含物理设施层：用于承载平台系统的硬件设施；应用层：一系列的以数字可视化的虚拟现实技术基于工程的应用于跨学科学习的教学应用，提供实践教学和评价系统等服务；平台层：包括用于执行应用层中的网络联动指令管理系统以及数字可视化的虚拟现实系统，实践教学流程管理系统把实践教学分解到应用平台执行。本系统引入了先进的STEM教学模式，大量运用数学、物理、化学、天文、地理、工程技术和艺术等多学科知识在某项实践学习过程中，极大提高学生多学科知识的综合应用和实践能力。

Application of virtual reality technology of digital visualization in teaching system of interdisciplinary learning

【技术实现步骤摘要】
以数字可视化虚拟现实技术应用于跨学科学习的教学系统
本专利技术涉及以数字可视化虚拟现实技术应用于跨学科学习的教学系统，属于教学系统

技术介绍
虚拟现实(英语：VirtualReality)，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。游戏开发引擎(GameEngine)，是指一些已编写好的可编辑电脑游戏系统或者一些交互式实时图像应用程序的核心组件。这些系统为游戏设计者提供各种编写游戏所需的各种工具，其目的在于让游戏设计者能容易和快速地做出游戏程式而不用由零开始。大部分都支持多种操作平台，如Linux、MacOSX、微软Windows。游戏引擎包含以下系统：渲染引擎(即“渲染器”，含二维图像引擎和三维图像引擎)、物理引擎、碰撞检测系统、音效、脚本引擎、电脑动画、人工智能、网络引擎以及场景管理。STEM是科学(Science)，技术(Technology)，工程(Engineering)，数学(Mathematics)四门学科英文首字母的缩写，其中科学在于认识世界、解释自然界的客观规律；技术和工程则是在尊重自然规律的基础上改造世界、实现对自然界的控制和利用、解决社会发展过程中遇到的难题；数学则作为技术与工程学科的基础工具。由此可见，生活中发生的大多数问题需要应用多种学科的知识来共同解决。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术要解决的技术问题是提供以数字可视化虚拟现实技术应用于跨学科学习的教学系统。本专利技术的以数字可视化虚拟现实技术应用于跨学科学习的教学系统包含物理设施层：用于承载平台系统的硬件设施；应用层：一系列的以数字可视化的虚拟现实技术基于工程的应用于跨学科学习的教学应用，提供实践教学和评价系统等服务；平台层：包括用于执行应用层中的网络联动指令管理系统以及数字可视化的虚拟现实系统，实践教学流程管理系统把实践教学分解到应用平台执行。作为优选，所述实践教学流程管理系统包括章节课时设计、三维可视化课程开发模块、实验实践模块、虚拟现实实践模块、教学流程监控与管理模块、学生评价实时反馈系统、课程统计分析报告系统。作为优选，所述的学生评价实时反馈系统、课程统计分析报告系统，用于向教师端平台上报课程的执行和学习结果，学习成果输出，课程进度记录，便于对课程的再次开发和教学进度调整提供依据。本专利技术的有益效果：实践教学系统教师端具有以下功能1、教师端提词器功能，该功能为各学科教师准备了授课所需要的知识点，文档，说明，让教师无需繁琐的备课也能教授学生知识，减轻教师负担。2、学生端流程控制，该功能使授课教师利用教师端即可远程控制学生端的流程，实时把控课堂进度。3、统计分析功能，该功能对学生的操作及答题情况进行分数的统计分析，并对每组的学生智能分析总结，让教师实时了解每个小组的成绩，使用状态，增添竞技性。本方法实践教学系统学生端具有以下功能1、添加小组成员，该功能可在学生端账户中对每个小组的成员进行添加子单位，并分配组长，组织讨论者，回答者等职位。2、双屏联动，主屏以三维场景展示为主，学生可以随意查看三维场景，副屏以二维图片及文字介绍为主，主副屏幕的相互联动，为学生端提供更丰富的知识，立体的展示效果，以及趣味性，增添交互性。3、VR/AR展示，学生在操作学生端进行学习的过程中，可以通过体验VR，体验AR的学习方式，增加课堂趣味性，调动学生学习的积极性。附图说明为了易于说明，本专利技术由下述的具体实施及附图作以详细描述。图1为本专利技术的系统与各角色间的关系示意图；图2为本专利技术的系统结构框图；图3为本专利技术的系统平台的功能结构组成图；图4为本专利技术的新型课堂教育模式简图。具体实施方式如图1-3所示，本具体实施方式采用以下技术方案：以数字可视化虚拟现实技术应用于跨学科学习的教学系统包含物理设施层：用于承载平台系统的硬件设施；应用层：一系列的以数字可视化的虚拟现实技术基于工程的应用于跨学科学习的教学应用，提供实践教学和评价系统等服务；平台层：包括用于执行应用层中的网络联动指令管理系统以及数字可视化的虚拟现实系统，实践教学流程管理系统把实践教学分解到应用平台执行。作为优选，所述实践教学流程管理系统包括章节课时设计、三维可视化课程开发模块、实验实践模块、虚拟现实实践模块、教学流程监控与管理模块、学生评价实时反馈系统、课程统计分析报告系统。作为优选，所述的学生评价实时反馈系统、课程统计分析报告系统，用于向教师端平台上报课程的执行和学习结果，学习成果输出，课程进度记录，便于对课程的再次开发和教学进度调整提供依据。本具体实施方式中引入了先进的STEM教学模式，大量运用数学、物理、化学、天文、地理、工程技术和艺术等多学科知识在某项实践学习过程中，极大提高学生多学科知识的综合应用和实践能力。课程通过搭建专业的VR技术环境，使用户能够身临其境完成从某类工程的全过程实践性学习。在完成学习实践任务后，可通过VR体验与此类工程任务相关的结果展示、3D打印整体或零部件，并完成结构组装、设计图纸、形成论文或报告、在VR科技馆实践此工程中相关工作等多种形式反映学习成果。课程软件的技术再创新手段则是依据开发引擎搭配VR头盔协同创造了一套置身于工程需要环节环境中的可实时交互，或可场景自动漫游的全新三维平台。课程的设计弥补了正在接受高等教育学生时代与发展高尖端各类创新技术研究人才之间的断档衔接，整套课程提倡一种新的教学方式：让学生们自己动手完成他们感兴趣的项目，从想法到计划到执行，最终完成特定主题的项目，从过程中学习各种跨学科的知识，而平台中包含的各类工程知识的融入正是本套软件开发创新的重点。本具体实施方式提供一种新型教育课程，将上述软件装入学校用教师机和学生机上，当教学主机处于同一局域网中时，启动教师端及学生端，教师可以根据教师机上的教师端软件控制学生端软件的上课流程，以及根据教师端的提示进行课程讲解。实施例如图4所示一种新型的课堂教育模式，教师通过教师端软件控制监控学生端的流程步骤，而学生可以以小组为单位，教师可以组织学生分配不同的职位，例如操作者，组织讨论者，回答者等职位，各小组的同学经过不同的分工，相互合作，协同解决学生端流程中的各种问题，以及教师通过教师端提出的各种问题。教师在讲解课程知识的同时，各小组同学不仅可以通过学生端软件的三维动画直观的了解知识点，并且可以通过VR/AR等辅助设备，让课堂知识变得更有趣味性，开放性。此外，此系统还具备数据三维可视化的功能，即学生在学生端设计的数据模型可传输给VR设备进行输出，开展个性化的VR实训。以上显示和描述了本专利技术的基本原理和主要特征和本专利技术的优点。本行业的技术人员应该了解，本专利技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利技术的原理，在不脱离本专利技术精神和范围的前本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.以数字可视化虚拟现实技术应用于跨学科学习的教学系统，其特征在于：它包含物理设施层：用于承载平台系统的硬件设施；/n应用层：一系列的以数字可视化的虚拟现实技术基于工程的应用于跨学科学习的教学应用，提供实践教学和评价系统等服务；/n平台层：包括用于执行应用层中的网络联动指令管理系统以及数字可视化的虚拟现实系统，实践教学流程管理系统把实践教学分解到应用平台执行。/n

【技术特征摘要】
1.以数字可视化虚拟现实技术应用于跨学科学习的教学系统，其特征在于：它包含物理设施层：用于承载平台系统的硬件设施；
应用层：一系列的以数字可视化的虚拟现实技术基于工程的应用于跨学科学习的教学应用，提供实践教学和评价系统等服务；
平台层：包括用于执行应用层中的网络联动指令管理系统以及数字可视化的虚拟现实系统，实践教学流程管理系统把实践教学分解到应用平台执行。


2.根据权利要求1所述的以数字可视化虚拟现实技术应用于跨学科学习的教...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦涛，崔星，施晓雅，桑运超，王世君，
申请(专利权)人：幻景北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11