一种针对儿童的交互情景教学系统

摘要

本发明提供一种针对儿童的交互情景教学系统，包括(1)计算机装置，通过网络与服务器进行通讯；(2)场景营造装置，包括至少一个投影设备，用于将预定场景以及实时场景投射到目标区域，形成虚拟现实的教学环境；(3)显示和触控装置，所述显示和触控装置与计算机装置连接，用于显示图象信息，并将来自显示和触控装置的触控操作传递给计算机装置；(4)摄像头控制装置，用于控制预定摄像头的操作和信号传输，以及用于通过网络与协议单位的社会公共摄像头资源和个人摄像头资源连接。所述系统增强了情景教学过程中儿童的参与程度，增加了儿童与系统之间的交互，有助于激发儿童的持续兴趣。

权利要求

1.一种针对儿童的交互情景教学系统，包括计算机装置、场景营造装置、显示和触控装置、摄像头控制装置，其特征在于，所述计算机装置，通过网络与服务器进行通讯；

所述场景营造装置，包括至少一个投影设备，用于将计算机中存储的预定场景以及通过互联网传输的实时场景投射到目标区域内，形成虚拟现实的教学环境；

所述显示和触控装置，与计算机装置连接，用于显示图象信息，并将来自显示和触控装置的触控操作传递给计算机装置；

所述摄像头控制装置，用于控制预定摄像头的操作和信号传输，以及用于通过网络与协议单位的社会公共摄像头资源和个人摄像头资源连接；

其中，所述计算机装置包括个性化定制模块，儿童可以在该模块中与系统进行交互，在创建一个新用户后，系统可以向该儿童发出趣味问答，并根据回答情况对儿童的相关知识进行判断，然后赋予儿童一个等级的身份，身份等级越高权限越高，儿童可以在之后的日常学习和参与管理环节中获得积分，然后根据积分升级身份；

所述计算机装置还包括常规学习模块、兴趣选择模块；

所述常规学习模块用于实现教师既定的常规教学任务；

所述兴趣选择模块用于让儿童选择自己的兴趣爱好并进行进一步的深入学习；

在所述个性化定制模块中，儿童可以通过预定场所的控制系统饲养和观察植物或小动物,或者通过通讯系统与预定场所的管理员进行通讯，提出问题或管理建议。

2.如权利要求1所述的教学系统，其特征在于，

所述预定场所的控制系统包括饲养植物和小动物有关的摄像头、温度控制系统、供水系统、供料系统或人工介入系统。

3.如权利要求1所述的教学系统，其特征在于，

所述场景营造装置包括至少一个投影设备和音响设备。

4.如权利要求1所述的教学系统，其特征在于，

所述互联网传输的实时场景包括植物园、动物园、博物馆、音乐厅、美术馆、公园、大学课堂、实验室、体育场、极地科考站的实时场景。

5.如权利要求1所述的教学系统，其特征在于，

所述兴趣选择模块包括音乐、舞蹈、文学、体育、科学、手工、动物、植物多个子模块。

6.如权利要求1所述的教学系统，其特征在于，

还包括社会公共摄像头资源和个人摄像头资源，其包括来自植物园、动物园、博物馆、公园、音乐厅、美术馆、大学课堂、实验室、体育场、极地科考站、养殖场的摄像头资源。

7.如权利要求1所述的教学系统，其特征在于，

还包括显示和触控设备，所述显示和触控设备为便携式无线终端设备，使用者可以通过无线网络进行操作。

说明书

一种针对儿童的交互情景教学系统

技术领域

[0001] 本发明属于教育技术领域，涉及一种儿童教学系统，特别是涉及一种用于持续激发儿童兴趣的交互式情景教学系统和方法。

背景技术

[0002] 儿童教育是大家非常关心的话题，如何让儿童快乐健康地学习和成长，一直是大家追求的目标。众所周知，儿童教育有着自身的重要特点，儿童天生就对这个世界有着强烈的好奇心，他们渴望探索和了解这个世界，并通过自己的探索活动了解和认识这个世界。同时，对于儿童来说，兴趣就是动力，有了浓厚的兴趣就会主动去追求和探索，并在学习中产生愉快的情感体验。因此如何创造愉快宽松的心理环境，保持并不断发展儿童的好奇心，如何尊重儿童的好奇心，尊重儿童的兴趣选择，并激发儿童对学习的兴趣，一直是我们努力的目标和方向。

[0003] 近些年来，现有技术中对此也进行了一些探索和尝试，例如中国专利CN204965778U，发明名称为“一种基于虚拟现实与视觉定位的幼儿教学系统”的专利文献中，其公开了一种基于虚拟现实与视觉定位的幼儿教学系统，主要通过主控计算机、投影仪、摄像头和触控设备，能够使教师可以方便地在教学区域内的方位呈现投影画面，形成虚拟现实的全空间虚拟场景教学环境，让幼儿在虚拟环境中进行体验和交互操作，并通过交互触控设备获得幼儿的触控信号，通过摄像头定位幼儿的位置信息，识别幼儿的动作特征，幼儿交互操作的反馈，从而实现沉浸式交互教学活动。该专利的主要目的是解决现有技术中采用大屏幕呈现内容的方式存在的真实感不强的问题，增强环境的真实感，提高幼儿的学习兴趣。

[0004] 中国专利公开CN106557996A，发明名称为“第二语言教学系统及方法”的专利文献中公开了一种第二语言教学系统，所述系统通过一个通过网络和服务器进行电子通讯的计算装置、对用户的第二语言能力进行测试的语言能力测试模块、接受用户学习需求信息的学习大纲定制模块、用户在虚拟世界中的一个或多个生活仿真交互任务中与虚拟人物进行交互的生活仿真部分，以及从服务器将一个或多个生活仿真交互任务下载到计算机上的虚拟场所管理模块等实现模拟真实场景和个性服务，使教学更加有趣味性和针对性，提高了教学的效果。

[0005] 美国专利公开US2014220543A1，发明名称为“Online educational system with multiple navigational modes”的专利文献公开了一种多导航模式的在线教育系统，所述系统可以设置多个提供活动的装置，每个活动与技能、兴趣或专长领域相关，用户可以根据排序性导航模式的装置选择多个排序活动中的一个，并根据引导性导航模式的装置从活动母群中选择一个或多个技能、兴趣或专长领域中的一个或多个活动，以创建子群，利用独立导航模式的装置从活动目群中选定活动，从而提高计算机与用户的交互，并允许每个人有机会以有效的方式发现、探索和浏览参与学习的内容。

[0006] 现有技术中可以通过模拟真实场景来增强教学效果，增加用户和计算机之间的交互，从一定程度上可以改善学习的效果，但是在学习的过程中不能充分发挥人的主观能动性，不能深入地参与到学习活动中去，不能激发参与者的持续的兴趣和求知欲望。另外，现有技术中缺少针对儿童特点的教学系统和教学模式，不能满足儿童的好奇心和对探索真实世界的渴求，无法满足儿童的参与感，以及无法让儿童保持持续的兴趣和关注。

发明内容

[0007] 针对上述问题，本申请提出了一种针对儿童的情景交互教学系统，很好地解决了现有技术中存在的问题，增强了儿童的参与程度，增加了儿童与系统之间的交互，能够激发儿童的持续兴趣。基于此，本申请提供了一种情景交互教学系统，所述系统包括(1)计算机装置，计算机装置与网络连接并能通过网络与服务器进行通讯；(2)场景营造装置，包括至少一个投影设备，用于将计算机中存储的预定场景以及通过互联网传输的实时场景投射到目标区域内，形成虚拟现实的教学环境；(3)显示和触控装置，所述显示和触控装置与计算机装置连接，用于显示图象信息，并将来自显示和触控装置的触控操作传递给计算机装置；(4)摄像头控制装置，所述摄像头控制装置用于控制预定摄像头的操作和信号传输，以及用于通过网络与协议单位的社会公共摄像头资源和个人摄像头资源连接。

[0008] 优选的是，所述互联网传输的实时场景包括植物园、动物园、博物馆、音乐厅、美术馆、公园、大学课堂、实验室、体育场、极地科考站等适和儿童教育的实时场景。

[0009] 优选的是，所述计算机装置包括常规学习模块、兴趣选择模块和个性化定制模块，其中常规学习模块用于实现教师既定的常规教学任务，兴趣选择模块用于让儿童选择自己的兴趣爱好并进行进一步的深入学习，个性化定制模块用于儿童根据自身的爱好定制特定学习和实践内容。

[0010] 优选的是，所述兴趣选择模块包括音乐、舞蹈、文学、体育、科学、手工、动物、植物等等多个子模块。

[0011] 优选的是，所述个性化定制模块用于儿童通过预定场所的控制系统饲养和观察植物或小动物，满足儿童的个性化需求，增强儿童的参与感。

[0012] 优选的是，儿童可以在个性化定制模块中与系统进行交互，在创建一个新用户后，系统可以向该儿童发出趣味问答，并根据回答情况对儿童的相关知识进行判断，然后赋予儿童一个相关等级的身份，身份等级越高权限越高，儿童可以在之后的日常学习和参与管理环节中获得积分，然后根据积分升级身份。

[0013] 优选地，可以采用循序渐进的学习模式，例如儿童可以在该模块下选择并创建新用户，然后选择一种喜欢的动物或植物，系统可以让儿童选择自己去查找该动物或植物的基本知识或者通过动画片的方式在线学习相关基本知识，然后系统会向儿童发送关于该动物或植物的趣味知识问答题，只有在回答正确后，才能进入下一步的体验环节。优选地，也可以在该模块中设置几个不同等级的身份，例如设置小XX迷、XX小观察员、XX小饲养员、XX小技术员、XX专家等不同等级的身份，不同的等级身份有不同的权限度，等级越高权限度越高。每个等级都有一定的积分条件，系统可以根据儿童的答题情况、参与饲养、日常管理情况以及关注度等指标获得积分，然后根据积分升级身份。这样可以充分调动儿童的积极性，能够让儿童持续地关注和学习。

[0014] 优选的是，预定场所的控制系统包括摄像头、温度控制系统、供水系统、供料系统和人工介入等饲养植物和小动物所必须的系统和因素。

[0015] 优选的是，所述场景营造装置包括至少一个投影设备和音响设备等。

[0016] 优选的是，所述显示和触控设备为便携式无线终端设备，使用者可以通过无线网络进行操作。

[0017] 优选的是，所述公共资源和个人资源包括植物园、动物园、博物馆、公园、音乐厅、美术馆、大学课堂、实验室、体育场、极地科考站等社会公共资源，以及达成协议的自愿者定向开放的个人资源。

[0018] 通过上述技术手段，本申请的交互教学系统可以通过模拟图象资料和现实的真实场景来增强教学效果，增加儿童和计算机之间的交互，从一定程度上改善了学习的效果。通过实景投影和个性化定制模块，用于引发儿童的兴趣和持续关注，并在课堂学习和课外生活中积极参与定制的个性化的管理，充分调动了儿童的积极性，增强了参与的程度，激发了儿童的持续的兴趣和求知欲望。

附图说明

[0019] 图1为根据本发明的交互教学系统的结构框图；和

[0020] 图2为根据本发明的兴趣选择模块示意图。

具体实施方式

[0021] 下面将结合图1-2对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解，此处所描述的实施例仅仅是用于解释本发明，并不是用于限制本发明。有关领域的普通技术人员在不背离本发明精神的情况下所做的各种变化和变形，都在本发明的独立权利要求和从属权利要求的范围内。

[0022] 本发明的情景交互教学系统包括计算机装置，所述计算机装置用于通过有线或无线网络连接方式与互联网连接，并能通过网络与服务器进行通讯。本申请中的服务器为可以作为网络节点的高性能计算机，可以存储和处理网络上的数据和信息。所述计算机装置可以设置教学场景，并将画面数据传输给对应的投影仪。所述计算机可为普通台式机、笔记本电脑、平板电脑等任何满足实际需要的商用或家用计算机设备。所述计算机装置包括常规学习模块、兴趣选择模块和个性化定制模块等模块。

[0023] 其中，常规学习模块，用于实现教师既定的常规教学任务，教师可以借助于筛选的视频、图片等辅助手段，并通过场景营造装置和显示和触控装置配合完成既定教学任务。所述常规教学任务包括既定的学习大纲规定的学习内容，如语文、数学、科学、体育等规定课程。所述辅助手段包括教师通过互联网搜索、自我拍摄等手段，搜索和制作相应的视频。在该模块中教师可以通过场景营造装置，将视频投射到教学区域中，利用虚拟现实的方式，辅助完成既定的教学任务。本申请的虚拟现实主要是指模拟环境，是由计算机及辅助设备生成的实时动态的三维立体图像。

[0024] 兴趣选择模块，用于儿童通过显示和触控设备进入各个子模块中进行兴趣选择，各个子模块可为儿童提供该子模块下相关主题的基本知识、包括图片、视频以及简单的动画和知识问答等，采用逐步深入的方式让儿童充分了解所述模块下的知识内容。所述子模块可以包括音乐、舞蹈、文学、体育、科学、手工、动物、植物等等多个子模块。

[0025] 在该模块中，还可以充分利用本发明中的摄像头控制装置，调动协议单位的社会和个人资源，让儿童更深入和直观地了解，增强儿童的兴趣。所谓的协议单位就是学校与相应的社会和个人签定协议的可以安全使用相关资源的单位，根据该协议，系统可以在规定的时间内访问摄像头实时拍摄的视频资源。兴趣选择模块用于让儿童选择自己的兴趣爱好并进行进一步的深入学习。

[0026] 个性化定制模块，用于儿童根据自身的爱好定制特定学习和实践内容。儿童可以在该模块下选择自己感兴趣的项目，并设计和实施自己的目标计划。在个性化定制模块中，儿童可以选择和完成自己目标项目，并可以投入其中，进行持续关注和跟踪，极大地增强了儿童参与感和兴趣。例如，某个儿童在兴趣选择模块中喜欢上了一种自身无法饲养的动物或植物，或者需要在特殊环境下生长的动物或植物，例如该儿童喜欢上了长颈鹿，那么他/她就可以在个性化定制模块中创建一个新用户，然后发出个性化需求，管理人员将会把该需求发送给相关的协议单位，如动物园或其他饲养长颈鹿的协议单位，由协议单位满足儿童的个性化需求。还可以让儿童参与到长颈鹿的饲养和管理中，儿童在所述模块下借助于摄像头管理装置实时观察长颈鹿的日常状况，并通过其他的通讯方式与协议单位协商参与到长颈鹿的饲养等管理中，最大程度地调动儿童的积极性，培养儿童的持续关注和兴趣。优选地，也可以采用循序渐进的学习模式，例如对于喜欢长颈鹿的儿童，在他选择并创建新用户后，可以让他选择自己去查找长颈鹿的基本知识或者通过动画片的方式在线学习长颈鹿的基本知识，然后再向他发送一些关于长颈鹿的趣味知识问答，只有在回答正确后，才能进入下一步的体验环节。也可以在该模块中设置几个不同等级的身份，例如设置小长颈鹿迷、长颈鹿小观察员、长颈鹿小饲养员、长颈鹿小技术员、长颈鹿专家等不同等级的身份，不同的等级身份有不同的权限度，等级越高权限度越高。每个等级都有一定的积分条件，系统可以根据儿童的答题情况、参与饲养、日常管理情况以及关注度等指标获得积分，然后根据积分升级身份。这样可以充分调动儿童的积极性，能够让儿童持续地关注和学习。

[0027] 在可能的情况下，还可以建立或与已有自动控制系统相联系，让儿童可以实现远程的自动控制。比如饲养小动物或管理农场等，儿童可以通过所述模块学习农场管理的基本知识，农作物的特点等知识，然后儿童可以根据自己掌握的知识设计和实施自己的种植和管理方案。优选地，儿童可以通过个性化定制模块实现远程控制，比如可以远程控制灌溉系统，施肥系统等远程自动控制设备对迷你农场的蔬菜进行实时的灌溉和施肥，并可以通过摄像头等设备查看农场中农作物的生长情况等。还可以利用所述模块对自己管理的迷你农场和科学化管理农场的农作物进行比对，找出差距并改进和完善自己的农场管理方式。优选地，可以在系统中预先存入不同品种的农作物在不同生长时期的平均水平的植株的图片以及该植株的特征参数，例如开花等时间参数、株高等尺寸参数和果重等质量参数，该比对由计算机完成，也可以由教师或儿童根据相同比例的图片进行比对。优选地，在比对完成后，儿童可以根据比对结果结合相关知识和技术人员咨询制定下一步的培养方案，并通过系统实施该方案。这样能够增强儿童的参与感和成就感，极大地激发了儿童的学习兴趣。儿童与系统的交流可以通过语音系统，可以由教师辅助，也可以自己完成。

[0028] 优选地，在不具备的条件下，儿童也可以通过所述系统与相关目标的管理人员建立联系，比如于农场管理人员建立联系，了解和参与农场的管理，并通过摄像头实时了解农场的状况。除了动植物的饲养和管理外，儿童也可以通过个性化定制模块实现对于儿童来说的危险实验的操作等。

[0029] 场景营造装置，包括至少一个投影设备和音响设备等，上述设备用于将计算机中存储的预定场景以及通过互联网传输的实时场景投射到目标区域内，形成虚拟现实的教学环境。所述投影仪优选3D全息投影仪，其与计算机装置采用有线或无线连接方式。若采用无线连接方式，则还需要设置无线通信模块。所述3D全息投影仪用于将计算机装置传输的画面数据投影在教学区域的各个方位，创建虚拟现实的场景。例如，在配合常规教学活动时，教师可以从已有的视频，或者从互联网上收集相关视频，或者采用自己制作视频的方式获得相关视频，并将相关视频存储到计算机中，在需要的时侯可以从计算机中调用视频，并将视频数据传输给3D全息投影仪，然后由3D全息投影仪将视频投射到教学区域的各个方位面上，创造虚拟现实的教学环境。

[0030] 所述显示和触控装置可为带有触控屏的终端设备，例如PAD，手机，笔记本电脑等带有触控屏的终端通讯设备。所述显示和触控装置可以通过有线或无线的方式与计算机装置连接，优先采用无线连接的方式。触控屏本身可以接收计算机装置设定的场景画面，显示场景的图象信息，并用于将来自显示和触控装置的触控操作传递给计算机装置，与计算机装置进行交互。儿童可以通过显示和触控装置了解和学习常规学习模块、兴趣选择模块的内容，并用于通过显示和触控装置通过个性化定制模块来定制自己的个性化需求项目。例如，在进行兴趣选择时，儿童可以通过兴趣选择模块中的音乐、舞蹈、文学、体育、科学、手工、动物、植物等等多个子模块来选择自己感兴趣的科目。喜欢猎豹的儿童，可以在动物子模块中查找猎豹，儿童用于在猎豹条目下浏览存放于所述条目的关于猎豹的基本知识、包括图片、视频以及简单的动画和知识问答等。儿童可以通过逐步深入的方式设置的题目逐渐深入地了较猎豹的相关知识。此外，儿童们还可以充分利用系统中的摄像头控制装置，调动协议单位，如动物园的猎豹馆里的视频监控装置，实景地观察和了解猎豹的日常生活和习性。如果儿童想进一步地了解和寻求参与感，则可以进入个性化定制模块，创立自己的账户，并发布需求信息，管理员会处理需求信息，并将需求信息推送给相应的协议单位，最大程度地满足儿童的个性化需求，激发儿童的兴趣，促进儿童长期和持续地关注猎豹，获得全面和深入的知识。

[0031] 摄像头控制装置，所述摄像头控制装置用于控制预定摄像头的操作和信号传输，以及用于通过网络与协议单位的社会公共摄像头资源和个人摄像头资源连接。摄像头控制装置用于将实景视频传输到系统中，可以供儿童在显示和触控装置中浏览，或者将个性化定制模块需要的视频传输到计算机，供预定个性化定制服务的儿童观察、实践和研究采用。也可以将实景视频传输到计算机中，供场景营造装置采用。计算机可以将相关视频数据传递给场景营造装置，场景营造装置通过3D全息投影仪和音响播放设备营造虚拟的场景，供儿童学习和交互参与。例如，儿童在常规学习模块、兴趣旋转模块中发出实景视频请求，系统将连接相关已开放视频设备，并将实景视频数据传递到计算机和显示和触控装置中，供儿童观看。如果开放的实景视频中不包含儿童请求的内容，则系统管理员将会根据已有的资源进行匹配，与协议单位通讯，开放资源满足儿童需求。如果儿童在个性化定制服务中提出相应需求，则系统管理员将会把相关需求推送给协议单位，然后协议单位会和提出需求的儿童共同制定可行的个性化服务内容，最大程度满足儿童的个性化需求。在系统中，儿童可以在自己的终端上持续关注自己的个性化项目，儿童可以将全部或部分有趣的视频存储到计算机上。

[0032] 以上介绍了本发明的较佳实施方式，旨在使得本发明的精神更加清楚和便于理解，并不是为了限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的更新、替换、改进，均应包含在本发明所附的权利要求概况的保护范围之内。