一種借助虛擬現(xiàn)實(shí)及軟件研發(fā)技術(shù)的輔助教學(xué)方法與流程

本發(fā)明涉及教學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種借助虛擬現(xiàn)實(shí)及軟件研發(fā)技術(shù)的輔助教學(xué)方法。

背景技術(shù)：

目前，在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)當(dāng)中存在許多軟件工具，通過這些工具教師能夠制作出用于教學(xué)的各種課件，如offi ce文檔、視頻、交互式動(dòng)畫等。但是，這些課件的存儲(chǔ)與管理非常零散且數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，教師很難針對(duì)資源素材進(jìn)行重復(fù)利用，造成制作效率低下。另外，教師在制作課件的過程中有時(shí)需要使用多個(gè)不同的軟件制作工具，而這些工具軟件互相之間無法關(guān)聯(lián)，給課件制作帶來了極大的不便；目前的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)大多采用傳統(tǒng)的電子文檔或影音媒體進(jìn)行表達(dá)，學(xué)生缺少直觀感知，對(duì)于學(xué)習(xí)過程中的難點(diǎn)很難理解，教師也無法得知學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

在傳統(tǒng)教學(xué)培訓(xùn)領(lǐng)域中，控制對(duì)象作為檢驗(yàn)教學(xué)效果的終極方法被廣泛應(yīng)用到整個(gè)教學(xué)過程，但隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)物控制對(duì)象越來越復(fù)雜、越來越龐大，成本越來越高，而作為引入教學(xué)必要手段，其越真實(shí)，達(dá)到的效果越好，而其體積、成本、綜合應(yīng)用環(huán)境匹配使其很難直接走進(jìn)教室，并且還要適應(yīng)教學(xué)人數(shù)規(guī)模的要求，人們開始尋求折中且經(jīng)濟(jì)的做法，建立模擬實(shí)訓(xùn)對(duì)象，使用文字標(biāo)簽和指示燈在圖案上進(jìn)行演示，其結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)適用，因其脫離實(shí)際，造成學(xué)習(xí)興趣缺乏，嚴(yán)重影響教學(xué)效果，于是人們開始適用軟件仿真技術(shù)，適用視頻或flash，引入軟件技術(shù)，在演示原理上取得了較好的效果，但其完全脫離實(shí)際，并且對(duì)實(shí)物進(jìn)行效果美化，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到了一定的學(xué)習(xí)效果提升，但其完全脫離實(shí)際，無動(dòng)手實(shí)際操作，僅停留在理論學(xué)習(xí)階段，隨著時(shí)間推移，作為教輔的工具慢慢的被邊緣化。

隨著技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展，3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展條件已經(jīng)成熟，通過3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)的采集分析及通信原理，將控制對(duì)象在3D場景中現(xiàn)實(shí)化處理，并通過通信送入輸入輸出接口，既完成原理驗(yàn)證，也提高學(xué)生的動(dòng)手能力，同時(shí)，通過現(xiàn)場工程應(yīng)用虛擬化，使學(xué)生能夠身臨其境的進(jìn)行學(xué)習(xí)，教學(xué)培訓(xùn)的老師也能夠?qū)⑵潆y于表達(dá)的現(xiàn)場環(huán)境通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡潔明快的表達(dá)清楚，達(dá)到工學(xué)一體化的教學(xué)效果。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，他利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境是一種多源信息融合的交互式三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真使用沉浸到該環(huán)境中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是仿真技術(shù)的一個(gè)重要的方向，是仿真技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)人機(jī)接口多媒體技術(shù)傳感器技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的集合，是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)前沿學(xué)科和研究領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要包括模擬環(huán)境，感知、自然技能和傳感器設(shè)備等方面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的一種借助虛擬現(xiàn)實(shí)及軟件研發(fā)技術(shù)的輔助教學(xué)方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種借助虛擬現(xiàn)實(shí)及軟件研發(fā)技術(shù)的輔助教學(xué)方法，通過軟件開發(fā)技術(shù)建設(shè)教學(xué)管理平臺(tái)，由教學(xué)管理平臺(tái)提供一系列標(biāo)準(zhǔn)WEB接口服務(wù)，利用應(yīng)用程序二次開發(fā)技術(shù)開發(fā)常用工具的擴(kuò)展程序，擴(kuò)展程序在提供基礎(chǔ)集成功能的同時(shí)調(diào)用教學(xué)管理平臺(tái)的接口服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)管理平臺(tái)與常用工具間的無縫連接，教學(xué)管理平臺(tái)包括我的工作空間模塊、教學(xué)課件管理模塊、教學(xué)實(shí)訓(xùn)模塊、系統(tǒng)集成模塊、教學(xué)測試模塊、教學(xué)評(píng)估與反饋模塊、查詢與檢索模塊和權(quán)限管理模塊；方法具體包括以下步驟：

S1、輸入輸出步驟：用于處理信號(hào)，并接收控制主機(jī)發(fā)出的信號(hào)，對(duì)輸入輸出信號(hào)進(jìn)行自定義；

S2、邏輯運(yùn)算步驟：通過對(duì)比數(shù)據(jù)庫的點(diǎn)位數(shù)據(jù)變化分析，根據(jù)導(dǎo)入的虛擬場景及設(shè)備模塊的物理屬性的變化進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并將運(yùn)算的數(shù)據(jù)通知數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新數(shù)據(jù)；

S3、建立虛擬場景步驟：建立虛擬場景，根據(jù)不同的應(yīng)用和教學(xué)實(shí)際需要，進(jìn)行虛擬場景變換；

S4、設(shè)備模塊通過軟件界面的操作選擇，加載到虛擬場景中，根據(jù)事件的變化，完成人機(jī)交互。

優(yōu)選地，所述教學(xué)課件管理模塊包括教師端與學(xué)生端，所述教師端用于管理個(gè)人課件文件，同時(shí)具有在線瀏覽功能、發(fā)布課件及課件共享功能；所述學(xué)生端具有課前預(yù)習(xí)、課件自學(xué)、課件下載及作業(yè)提交功能。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)集成模塊用于課件制作以及電子文件的提交，通過針對(duì)不同創(chuàng)作工具的二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)與教學(xué)管理平臺(tái)資源庫的關(guān)聯(lián)。

優(yōu)選地，所述步驟S1輸入輸出步驟中，能夠處理的信號(hào)包括電流、電壓、總線檢測、脈沖、數(shù)字量、模擬量信號(hào)。

優(yōu)選地，所述步驟S2邏輯運(yùn)算步驟中，通過對(duì)比數(shù)據(jù)庫的點(diǎn)位數(shù)據(jù)變化分析，根據(jù)導(dǎo)入的虛擬場景及設(shè)備模塊的物理屬性的變化進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并將運(yùn)算的數(shù)據(jù)通知數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新數(shù)據(jù)，并將結(jié)果通知到時(shí)間模塊。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明通過應(yīng)用程序二次開發(fā)技術(shù)將各種異構(gòu)、零散的教學(xué)資源、多媒體素材進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)教學(xué)管理平臺(tái)與教學(xué)課件制作的相關(guān)工具無縫連接，教師在課件制作過程無需進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、多程序切換等動(dòng)作，提高了教學(xué)課件的制作效率及資源素材的重復(fù)利用率；通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)解決教學(xué)指導(dǎo)、教學(xué)測試、教學(xué)模擬、教學(xué)互動(dòng)等問題，改變了教師傳統(tǒng)的教學(xué)模式，降低了教師的教學(xué)難度；通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助教師教學(xué)，進(jìn)行模擬教學(xué)、模擬教學(xué)測試、實(shí)驗(yàn)仿真，將教師在教學(xué)過程中的教學(xué)難點(diǎn)通過虛擬現(xiàn)實(shí)場景進(jìn)行表達(dá)，學(xué)生以游戲的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)和測試，便于學(xué)生理解、記憶，提高了教學(xué)質(zhì)量；能作為學(xué)生學(xué)習(xí)效果的測試平臺(tái)，對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行監(jiān)測，降低了教師的教學(xué)成本以及學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。

2、本發(fā)明營造了一種“自主學(xué)習(xí)”的環(huán)境，主要用與中等職業(yè)、高等職業(yè)教學(xué)實(shí)訓(xùn)以及企業(yè)培訓(xùn)，通過可視化的編程操作交互界面，完成不同場景的教學(xué)學(xué)習(xí)，根據(jù)后臺(tái)數(shù)據(jù)的記錄完成智能考核，特別針對(duì)于工程現(xiàn)場教學(xué)，打破了空間、時(shí)間的限制，使實(shí)踐訓(xùn)練內(nèi)容及時(shí)更新，有利于提升學(xué)生技能訓(xùn)練的效果。

附圖說明

圖1為發(fā)明中教學(xué)管理平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。

一種借助虛擬現(xiàn)實(shí)及軟件研發(fā)技術(shù)的輔助教學(xué)方法，通過軟件開發(fā)技術(shù)建設(shè)教學(xué)管理平臺(tái)，由教學(xué)管理平臺(tái)提供一系列標(biāo)準(zhǔn)WEB接口服務(wù)，利用應(yīng)用程序二次開發(fā)技術(shù)開發(fā)常用工具的擴(kuò)展程序，擴(kuò)展程序在提供基礎(chǔ)集成功能的同時(shí)調(diào)用教學(xué)管理平臺(tái)的接口服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)管理平臺(tái)與常用工具間的無縫連接，教學(xué)管理平臺(tái)包括我的工作空間模塊、教學(xué)課件管理模塊、教學(xué)實(shí)訓(xùn)模塊、系統(tǒng)集成模塊、教學(xué)測試模塊、教學(xué)評(píng)估與反饋模塊、查詢與檢索模塊和權(quán)限管理模塊；方法具體包括以下步驟：

S1、輸入輸出步驟：用于處理信號(hào)，并接收控制主機(jī)發(fā)出的信號(hào)，對(duì)輸入輸出信號(hào)進(jìn)行自定義；

S2、邏輯運(yùn)算步驟：通過對(duì)比數(shù)據(jù)庫的點(diǎn)位數(shù)據(jù)變化分析，根據(jù)導(dǎo)入的虛擬場景及設(shè)備模塊的物理屬性的變化進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并將運(yùn)算的數(shù)據(jù)通知數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新數(shù)據(jù)；

S3、建立虛擬場景步驟：建立虛擬場景，根據(jù)不同的應(yīng)用和教學(xué)實(shí)際需要，進(jìn)行虛擬場景變換；

S4、設(shè)備模塊通過軟件界面的操作選擇，加載到虛擬場景中，根據(jù)事件的變化，完成人機(jī)交互。

優(yōu)選地，所述教學(xué)課件管理模塊包括教師端與學(xué)生端，所述教師端用于管理個(gè)人課件文件，同時(shí)具有在線瀏覽功能、發(fā)布課件及課件共享功能；所述學(xué)生端具有課前預(yù)習(xí)、課件自學(xué)、課件下載及作業(yè)提交功能。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)集成模塊用于課件制作以及電子文件的提交，通過針對(duì)不同創(chuàng)作工具的二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)與教學(xué)管理平臺(tái)資源庫的關(guān)聯(lián)。

優(yōu)選地，所述步驟S1輸入輸出步驟中，能夠處理的信號(hào)包括電流、電壓、總線檢測、脈沖、數(shù)字量、模擬量信號(hào)。

優(yōu)選地，所述步驟S2邏輯運(yùn)算步驟中，通過對(duì)比數(shù)據(jù)庫的點(diǎn)位數(shù)據(jù)變化分析，根據(jù)導(dǎo)入的虛擬場景及設(shè)備模塊的物理屬性的變化進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并將運(yùn)算的數(shù)據(jù)通知數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新數(shù)據(jù)，并將結(jié)果通知到時(shí)間模塊。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)培訓(xùn)考核系統(tǒng)中應(yīng)用了更加豐富和生動(dòng)的互動(dòng)屬性，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)培訓(xùn)的諸多缺陷，無疑將對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)思想和教學(xué)方式產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。首先，彌補(bǔ)現(xiàn)有教育經(jīng)費(fèi)、教學(xué)條件的不足，在現(xiàn)實(shí)教學(xué)培訓(xùn)考核中，往往會(huì)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)場地、教學(xué)經(jīng)費(fèi)等方面的原因，而使一些應(yīng)該開設(shè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以彌補(bǔ)這些方面的不足，學(xué)生足不出戶便可以做各種各樣的實(shí)驗(yàn)，獲得與真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣的體會(huì)，從而豐富感性認(rèn)識(shí)，加深對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，達(dá)到即節(jié)省資金、有提高教學(xué)質(zhì)量的目的。經(jīng)費(fèi)只需一次投入，而實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的變更可以根據(jù)需要通過修改軟件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。其次，避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)或操作所帶來的危險(xiǎn)。以往對(duì)于危險(xiǎn)的或?qū)θ梭w健康有危害的實(shí)驗(yàn)，一般采用電視錄像的方式取代實(shí)驗(yàn)，學(xué)生無法直接參與實(shí)驗(yàn)，獲得感性認(rèn)識(shí)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，則可以免除這種顧慮。學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，可以放心地去做各種危險(xiǎn)的或者危害人體的實(shí)驗(yàn)。再次，突破空間、時(shí)間的限制。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以徹底打破空間限制，大到宇宙天體，小至原子粒子，學(xué)生都可以進(jìn)入這些物體的內(nèi)部進(jìn)行觀察，這是其他媒介所無法比擬的。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還可以突破時(shí)間的限制，一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過程，可以在很短的時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生觀察。第四，可以虛擬人物形象，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以虛擬歷時(shí)人物、教師、學(xué)生、醫(yī)生等各種人物形象，創(chuàng)設(shè)一個(gè)人性化的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生能夠在自然、親切的氣氛中進(jìn)行學(xué)習(xí)。第五，可以充分發(fā)揮學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，不同的學(xué)生在同一虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中會(huì)有不同的經(jīng)歷，也就是說同一個(gè)仿真系統(tǒng)可以根據(jù)每個(gè)學(xué)生不同的情況進(jìn)行仿真。這就為探索式學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)提供了廣闊的前景。最后，具有高度的靈活性，因?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)僅需要通過修改軟件中視景圖像的有關(guān)參數(shù)設(shè)置，就可以模擬顯示世界中物理參數(shù)的變化，這樣，隨著任務(wù)的變化，已有軟件再經(jīng)修改即可滿足新任務(wù)的要求，所以十分方便、靈活。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。