本发明专利技术公开了一种新型青少年STEAM教育系统及方法。所述STEAM教育系统包括线下智能空间模块，云端服务器模块和线上元宇宙系统模块，所述线下智能空间模块用于对青少年自己制作的作品进行自动化测评并生成相关作品数据，之后将相关作品数据上传到所述云端服务器模块储存；所述云端服务器模块用于储存相关作品数据，所述相关作品数据能被元宇宙系统模块所使用；所述线上元宇宙系统模块包括AI学习任务策略中心和虚拟仿真系统；本发明专利技术通过将线上元宇宙系统模块和线下智能空间模块相结合，实现线上与线下良性互动，不仅能够激发孩子主动性学习，趣味性学习、高效性学习，并用AI的辅助手段实现了学习成果的标准化的评定机制，可以实现规模化的推广STEAM科技教育。现规模化的推广STEAM科技教育。现规模化的推广STEAM科技教育。
【技术实现步骤摘要】
一种新型青少年STEAM教育系统及方法
[0001]本专利技术属于教育教学
，具体涉及一种新型青少年STEAM教育系统及方法。
技术介绍
[0002]随着我国经济社会的高速发展和人民生活水平的不断提高，尤其是我国已经发展到一定阶段，后面将追求高质量发展。而高质量发展，国与国之间的竞争归根到底还是依赖于科技创新，而科技创新最终还是落地于创新科技人才教育。因此STEAM教育变得越来越重要，STEAM代表科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、艺术(Arts)和数学(Mathematics)，STEAM教育就是集科学，技术，工程，艺术，数学多学科融合的综合教育。
[0003]STEAM教育实际上是工程技术驱动下的教育模式，旨在培养学生成为知识的生产者。从工程和技术活动入手，学生既可以获取技术知识，又可以生动地走进和理解科学知识。STEAM教育的特征是“跨学科”的，目标是利用科学、技术、工程和数学等学科相互关联的知识，跨越学科界限，从多学科知识综合应用的角度提高学生解决实际问题的能力，在这个过程中通过还原丰富而有趣的来自真实世界的挑战，将知识建立与现实世界的真实的联系，是帮助学生内化知识和认知世界的重要手段。
[0004]在实践中，STEAM教育面临着诸多的挑战：1)评价复杂的工程成果问题：STEAM教育的一个重要中间环节是学生的工程成果，对于工程成果的有效评价，涉及到持续对产出物进行改进，也因此影响着学习的质量与深度。由于需要老师的参与，这本身是一件难以标准化的事。同时STEAM教育首先是一门基于工程实践的科技教育，实施STEAM教育需要一支具备创新能力与丰富科学知识，并掌握一定教学策略和方法的高素质教师队伍。缺乏师资是STEAM教育里一个世界性难题。在师资队伍在本身就稀缺的情况下，更不可能有效的关注到每一个学生的产出物的状态，因此也难以形成完整的、可规模化的评价体系。
[0005]2)创造丰富的应用场景问题：STEAM教育最大的特点是“跨学科”，在丰富的情境中使用项目化教学促进学科融合，形成知识网络，而不是碎片化的知识点。其中情景丰富性是一个理想化的目标，如何模拟出更多的来自真实世界的问题，促使用学生的探究和参与，把学会的重要的数学和科学知识使用起来，是实现STEAM教育有效学习的重要手段。但是丰富的场景的实现，有来自物理世界的现实限制。资源的有限性、组织和整合资源的难度决定了应用场景的规模化产生是很难实现的。
[0006]以上两种因素决定了STEAM教育的标准化、规模化是非常难以实现的，但是由于现实的发展需要，目前，又迫切需要一种STEAM教育系统来科学化，系统化，高效性、创造性、趣味性的教导学生，为国家青少年的成长、和科技学习助力。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型青少年STEAM教育系统及方法。本专利技术青少年STEAM教育系统运用线下的人工智能测量技术(智能空间)对青少年的学习产出物进行成果测评和成果数字化，以及线上的模拟仿真环境(元宇宙)对数字化成果
进行运用，为青少年提供一个新型的STEAM教育体验。
[0008]本专利技术的一个目的在于提供一种新型青少年STEAM教育系统。
[0009]一种新型青少年STEAM教育系统，包括线下智能空间模块，云端服务器模块和线上元宇宙系统模块：
[0010]所述线下智能空间模块用于对青少年自己制作的实体硬件作品进行自动化测评并生成相关作品数据，之后将相关作品数据上传到所述云端服务器模块储存；
[0011]所述云端服务器模块用于储存相关作品数据，所述相关作品数据能被元宇宙系统模块所使用；
[0012]所述线上元宇宙系统模块用于提供一个实时互动、视觉化呈现、高效率的虚拟仿真的世界，并且接收所述相关作品数据，之后将所述相关作品数据生成对应的三维虚拟作品，青少年可以在所述线上元宇宙系统中使用所述三维虚拟作品进行探索、再创作、完成各种任务和应对各种挑战。
[0013]进一步地，所述线上元宇宙系统模块包括AI学习任务策略中心和虚拟仿真系统，所述AI学习任务策略中心用于根据用户的进度生成随机或预设的相关STEAM主题的挑战；所述虚拟仿真系统用于构建一个拥有一定物理规则的虚拟世界，并且接收相关作品数据，之后将所述相关作品数据生成对应的三维虚拟作品，解锁对应的任务和挑战。
[0014]更进一步地，所述物理规则是通过仿真的物理引擎进行构建，并且所述物理规则包括虚拟生态、虚拟时间或虚拟经济中的一种或多种。
[0015]进一步地，所述线下智能空间模块包括AI作品测试系统，所述AI作品测试系统包括高精度测量模块、自动控制模块、人机互动模块和场地中央处理模块：
[0016]所述高精度测量模块可以使用视觉输入的方式进行测量，所述视觉输入包括网络监控摄影机(IPC)和边缘计算盒子，用于提取和预处理被测物件的视觉信息；当需要进行高精度测量时，所述高精度测量模块也可以采用视觉测量以外的其他方案，例如由学生在检测现场自主部署UWB标签在被测物体的不同部位，部署完成后，标签周期性发送脉冲信号，由检测点所部署的固定基站接收，得到高精度定位数据，并发送给中央处理模块；
[0017]所述人机互动模块用于输入被检测物体的类型，同时确定被检测物体的检测维度，最后显示检测结果；
[0018]所述自动控制模块包括无线接收模块和交互端无线发送模块，用于建立被检测物体和人机互动模块之间的无线通信，使得被检测物体能够接收到测试的控制指令，做出相应的运动动作，所述测试的控制指令是AI算法发出的，也可以由人工手动操作输入；
[0019]所述场地中央处理模块，其为部署在教育成果评价场地内的服务器，用于接收和处理所述人机互动模块、所述高精度测量模块和所述自动控制模块的信息；并在处理信息后，输出给所述人机交互模块进行结果展示，同时将相关作品数据上传到所述云端服务器模块储存。
[0020]进一步地，所述AI作品测试系统包括多个检测位点，每个检测位点均配备高精度测量模块，从而能对多个作品同时进行检测。
[0021]更进一步地，当所述高精度测量模块使用视觉输入的方式进行测量时，所述检测位点包括至少3个以上的网络监控摄影机，所述网络监控摄影机能捕捉被检测物体的三维影像信息，同时边缘计算盒子中的算法模块可以预处理影像信息并储存部分影像信息；所
述预处理包括但不限于进行灰度处理，过滤影像的色彩信息，进行投影处理和微分处理，优化物体边缘辨识度，裁剪影像信息，过滤掉检测前后的静态影像。
[0022]更进一步地，所述场地中央处理模块能同时接收多个检测位点传来的预处理过的影像信息；之后基于所述人机互动模块确定的被检测物体的检测维度，计算出被检测物体的检测维度。
[0023]更进一步地，所述计算过程如下：对于预处理过的影像信息采用OpenCV等公开机器学习框架，基于被检测物体的类别，计算出物体的速度、加速度、位置、角度等信息；本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种新型青少年STEAM教育系统，其特征在于，包括线下智能空间模块，云端服务器模块和线上元宇宙系统模块：所述线下智能空间模块用于对青少年自己制作的实体硬件作品进行自动化测评并生成相关作品数据，之后将相关作品数据上传到所述云端服务器模块储存；所述云端服务器模块用于储存相关作品数据，所述相关作品数据能被元宇宙系统模块所使用；所述线上元宇宙系统模块用于提供一个实时互动、视觉化呈现、高效率的虚拟仿真的世界，并且接收所述相关作品数据，之后将所述相关作品数据生成对应的三维虚拟作品，青少年可以在所述线上元宇宙系统中使用所述三维虚拟作品进行探索、再创作、完成各种任务和应对各种挑战。2.如权利要求1所述的新型青少年STEAM教育系统，其特征在于，所述线上元宇宙系统模块包括AI学习任务策略中心和虚拟仿真系统，所述AI学习任务策略中心用于根据用户的进度生成随机或预设的相关STEAM主题的挑战；所述虚拟仿真系统用于构建一个拥有一定物理规则的虚拟世界，并且接收相关作品数据，之后将所述相关作品数据生成对应的三维虚拟作品，解锁对应的任务和挑战。3.如权利要求2所述的新型青少年STEAM教育系统，其特征在于，所述物理规则是通过仿真的物理引擎进行构建，并且所述物理规则包括虚拟生态、虚拟时间或虚拟经济中的一种或多种。4.如权利要求1所述的新型青少年STEAM教育系统，其特征在于，所述线下智能空间模块包括AI作品测试系统，所述AI作品测试系统包括高精度测量模块、自动控制模块、人机互动模块和场地中央处理模块：所述高精度测量模块可以使用视觉输入的方式进行测量，所述视觉输入包括网络监控摄影机(IPC)和边缘计算盒子，用于提取和预处理被测物件的视觉信息；当需要进行高精度测量时，所述高精度测量模块也可以采用视觉测量以外的其他方案，例如由学生在检测现场自主部署UWB标签在被测物体的不同部位，部署完成后，标签周期性发送脉冲信号，由检测点所部署的固定基站接收，得到高精度定位数据，并发送给中央处理模块；所述人机互动模块用于输入被检测物体的类型，同时确定被检测物体的检测维度，最后显示检测结果；所述自动控制模块包括无线接收模块和交互端无线发送模块，用于建立被检测物体和人机互动模块之间的无线通信，使得被检测物体能够接收到测试的控制指令，做出相应的运动动作，所述测试的控制指令是AI算法发出的，也可以由人工手动操作输入；所述场地中央处理模块，其为部署在教育成果评价场地内的服务器，用于接收和处理所述人机互动模块、所述高精度测量模块和所述自动控制模块的信息；并在处理信息后，输出给所述人机交互模块进行结果展示，同时将相关作品数据上传到所述云端服务器模块储存。5.如权利要求4所述的新型青少年STEAM教育系统，其特征在于，所述AI作品测试系统包括多个检测位点，每个检测位点均配备高精度测量模块，从而能对多个作品同时进行检测。6.如权利要求5所述的新型青少年STEAM教育系统，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗晓亮，周维，
申请(专利权)人：武汉小绿人动力技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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