[发明专利]一种5G网络环境下虚拟同步课堂教学系统及其工作方法

说明书

本发明属于信息技术的教学应用领域，提供一种5G网络环境下虚拟同步课堂教学系统及其工作方法，营造出一个5G网络环境下虚拟化、情境化的同步课堂教学系统。本发明面向中小学虚拟教学的需求，设计并构建元件库与组件库，基于组装规则生成粒度不同的虚拟教学套件，开发虚拟教室可视化设计工具，应用脚本描述语言实现基于场景树的虚拟课堂共享和互操作；采用C/S架构搭建虚拟同步课堂教学系统，基于时间戳的一致性排序策略同步虚拟课堂的教学活动；采用直联、广播机制开展多对多、一对多、一对一教学，在虚拟教室前端的电子屏幕上显示教学内容和教学过程数据，使用云增量技术在云—端、端—端同步更新交互操作结果。

技术领域

本发明属于信息技术的教学应用领域，更具体地，涉及一种5G 网络环境下虚拟同步课堂教学系统及其工作方法。

背景技术

同步课堂教学模式被用于缓解城乡教师资源失衡、乡村优质教师稀缺的问题。在移动互联网、智能设备的支持下，优质学校的教师使用网络直播为异地学校的学生上课，将优质师资资源推送到薄弱学校、农村教学点，解决上不齐课、上不好课的问题。随着5G商业化的快速推进，利用5G网络的高带宽、低时延、多并发的特性，同步课堂教学系统可望成为实现区域、城乡、学校之间教师资源共享的可靠途径。在5G云渲染、物联网的支持下，结合高清VR视频、全息成像方式，在同步课堂教学系统中引入虚拟化、情境化、互动化的教学方式，可为学生创设具身高度沉浸感、强烈具身性的虚拟教学情境。虚拟同步课堂教学系统具有快速、简单的生成方式，实时和多样化的教学形态，以及支持师生自主开展一对多、一对一、多对多等教学活动。情境化的虚拟教学环境，有助于提高学习者的专注度和参与感，可为一线学校低密度、分散化的教学提供一种新的教学模式。虚拟同步课堂教学系统有利于推进同步课堂在实际教学中的应用，提高同步课堂的教学效率，拥有广阔的应用前景。

现有同步课堂教学系统主要是从应用于网络直播的会议系统发展而来，存在如下问题：(1)同步课堂中将师生分隔在屏幕两端，学生不仅容易产生孤独感，而且还会严重削弱自我存在感，导致注意力分散，降低学习效率和学习效果。(2)视频直播使用二维画面和语音相结合的信息传输方式，难以营造出一个较高沉浸感的教学环境，师生、生生之间针对复杂问题交流时，无法构建形象化的教学情境，较难激发学习者的学习热情和参与度。(3)现有同步课堂在异地实时教学过程中，在网络带宽无法保证，缺乏答题器等智能设备的支持，主讲教师难以实时了解学习者理解和掌握知识的情况，很难照顾到他们个性化的要求，师生之间难以开展有效的教学互动。上述问题限制当前同步课堂教学系统在实际教学场景中应用效果的提升。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种5G网络环境下虚拟同步课堂教学系统及其工作方法，为同步课堂的快速生成、情境营造和教学互动提供一种新的方式和途径。

本发明的目的是通过以下技术措施实现的。

本发明提供一种5G网络环境下虚拟同步课堂教学系统，包括虚拟同步课堂生成模块、虚拟同步课堂教学模块和虚拟同步课堂教学互动模块；

所述虚拟同步课堂生成模块，包括虚拟教学套件生成子模块、虚拟课堂可视化设计子模块、共享和互操作子模块；虚拟同步课堂生成模块设计并构建面向中小学虚拟教学的元件库和组件库，生成粒度不同的虚拟教学套件；支持教师通过虚拟教室可视化设计工具，在主视图区域拖动元件、组件图标，通过元件之间的组件连接和参数设置可确定虚拟课堂的内容和执行次序；采用XML语言描述虚拟课堂设计结果，使用树结构记录可嵌套的父子元素，映射功能函数的参数端口，实现基于场景树的虚拟课堂的共享和互操作；

所述虚拟教学套件生成子模块，设计并构建面向中小学虚拟教学的元件库，提取相同的功能、算法和函数，封装成虚拟组件库；设计虚拟教学场景的组合规则，检验元件之间可组装性、组装次序和几何配准，生成粒度不同的虚拟教学套件；