[发明专利]体验式数字化多屏无缝跨媒体互动开放教学实验室

说明书

技术领域

本发明涉及IPC国际专利分类G09B教育或演示用具设备装置或B01L通用化学或物理实验室设备，尤其是体验式数字化多屏无缝跨媒体互动开放教学实验室。

背景技术

随着新时期教学的发展，实验室在教学中发挥着越来越重要的作用。实验课是一种常见的理科教学方法。主要是通过现场的实验进行教学，根据实验操作者的不同可分为：教师演示、学生动手、师生协作三类。实验教学法具有以下优点：(1)教学过程直观、明了、生动，易引起学生兴趣。(2)便于加深学生对有关学习内容的理解，加强学生对相关知识的记忆。(3)可以充分的调动学生的积极性，使学生主动地参与到学习过程中去。

虽然实验课优点众多，但实验课所用设备比较贵重，学校建立一个科学探究实验室需要很大的资金，对于偏远地区或实验条件较差地区的学校，由于缺少资金，很难建立科学探究实验室，这些地区的学生也无法享受先进水平的实验课程。传统教学模式受教学经费的限制，很难随时随地带领学生实地讲解。而增加一些实地教学设施，但在资金成本上投入很大，而且这些投入并不能重复利用。在这一方面，传统教学方式明显存在不足。

随着信息技术的发展广播、电视、网络必将在一个平台上统一，跨媒体将成为媒体发展主流。如：利用计算机技术存储和处理信息的电子媒体将取代容量小、成本高、复制困难、不易保存的平面媒体，如报纸、杂志等等。多媒体平台不但能提供声像图文并茂的新闻，而且还能提供电子商务、电子政务、电子公务、电子医务、电子教务等多种服务。信息产业的发展已经经历了3次浪潮，即以硬件为核心的浪潮、以软件为核心的浪潮和以网络为核心的浪潮，因此下一次浪潮应是信息采集、处理和传播的浪潮，也就是以多媒体新闻为核心的多种信息服务崛起的浪潮。

虚拟现实是由高速计算机系统创建的一种令人感到身临其境、可以获得与环境交互体验的虚拟世界。它综合了计算机图形学、图像处理与模式识别、智能技术、传感技术、语音处理与音响技术、网络技术等多门科学，将计算机处理的数字化信息变为人们所能感受的具有各种表现形式的多维信息。通过视、听、触觉等作用于使用者，对使用者的控制行为作出动态的交互反应。传统的仿真技术很少研究人的感知模型的仿真，无法模拟人对外界环境的感知--听觉、视觉、触觉，而虚拟现实带来了人机交互的新概念和新方法，计算机模拟外界环境对人的感官刺激已经成为可能。随着网络通信速度的提高和带宽的扩展，信息社会对教育提出了新的需求，VR技术的研究已经从高投入的航天、军事领域开始进入教育领域，国内外都在加紧进行如何在教育领域使用虚拟现实的研究。虚拟现实技术涉及高等教育的各个学科，由于多维信息系统具有亲临其境的真实感和超越现实的虚拟性，使用者能够沉浸其中、超越其上、交时交互，已显示其实用性和先进性，技术潜力巨大，应用前景广阔。采用虚拟现实和数字城市技术，则为传统教育观念和教育模式的转变提供了新的可能。采用虚拟现实和专业显示等先进的技术手段，建设实训模拟教学系统，将彻底解决以上学校目前面临的教学难题，并可大大降低学校的资金投入，成为学校信息化建设和教学模式的重要突破，也成为旅游、动漫专业实训的最重要、最有效的教学手段。

随着实验室教学的快速发展，实现试验教学的互动已经成为试验教学发展的大趋势。互动体验式教学的内涵是根据学生所处年龄段的心理特征,由教学环境境在恰当时机结合情景进行教学活动,从而使学生能够感受到较为真实的交流体验,以期使学生的各项素质和逻辑能力得到综合提升,使其感觉到教学活动与现实更加贴近。而互动体验式教学重视的是从环境入手来完成互动体验式教学。

现有的实验室互动教学是在实验室内安装视音频录入设备记录教师实验过程，教师在实验完成后，将录像内容放在校园网上，由学生下载后观看、实验，学生在实验过程遇到问题不能及时求教。实验过程问题不及时解答，导致实验后解答问题容易造成学生不理解，记不牢等，或者有些学生干脆不求教教师，教师不可能掌握每个学生学习情况，导致互动效果不好。而且，对于实验课技术，许多课程对画质的清晰度、色彩的还原性、动作的连续性有较高的要求，再者，现代教学中为给学生提供名师授课是市场的需要，但名师教师资源的匮乏，与学生的要求产生矛盾。再者，众多的学生可以通过虚拟的系统享受名师授课的优惠。