一种面向虚拟实验的可视化辅助学习方法及系统

技术领域

本发明涉及教学领域，特别涉及一种面向虚拟实验的可视化辅助学习方法及系统。

背景技术

在虚拟实验中，虚拟实验是利用信息化进行辅助设计的重要技术，如虚拟现实、深度相机、裸手交互等技术。既可以保留传统实验流程的设计理念与效果，又可以基于图形化技术使用户对虚拟实验的操作进行数据化理解学习，并去除了传统实验与数字化实验的鸿沟，在时代性方面提高了用户的积极性和主动性。

其中虚拟实验的可视化辅助学习是非常必要的，然而目前在虚拟实验操作中可视化辅助学习方法的缺失就是一个问题，尤其是对于接触复杂性或者危险性实验的用户，大部分学生接触虚拟实验的理论比较多，但并不知道实际操作的过程对不对，而且对于初高中的学生来说，正确进行化学或物理的实验操作流程关联到他们的成绩。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种面向虚拟实验的可视化辅助学习方法及系统，目的在于提高学生的创新能力和实践能力，提高教学资源的使用率。

根据本发明第一方面实施例的一种面向虚拟实验的可视化辅助学习方法，包括教学环节：在可视化终端展示虚拟实验的详细操作流程说明及演示视频；交互式指导环节：在用户操作实验流程时提供视觉指导和语音反馈；保存操作数据并分析对比。

根据本发明第一实施例的一种面向虚拟实验的可视化辅助学习方法，至少具有如下有益效果：通过构建教学环节和交互式指导环节，实现虚拟实验的数据可视性、便利性、全面性、巩固性、实时性，提高了学生的创新能力和实践能力，提高教学资源的使用率。更适用于用户的使用习惯，使学习更加科学，高效。用户进行虚拟实验操作后保留物理数据，进行可视化分类建立模型，并高效明确操作目标。同时进行多种反馈，给用户更加多样化的视觉效果，更详细的指导和提示学生操作流程。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述教学环节还包括预览虚拟实验的学习目标和关键的操作方法。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述详细操作流程说明及演示视频用于加强用户对操作过程的印象。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述视觉指导包括颜色反馈和数字反馈。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述视觉指导用于使用户了解实验现象、实验操作正确与否以及下一步的操作流程。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述语音反馈包括默认语音反馈和交互语音反馈。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述语音反馈为用户提供对其操作的即时响应，并反馈操作的实验步骤、操作进度和操作状态。

根据本发明第一方面的一些实施例，利用所述操作数据建立可视化分类模型。

根据本发明第一方面的一些实施例，所述可视化分类模型包括标准度曲线反馈对比模型和操作视频对比模型。

根据本发明第二方面实施例的一种面向虚拟实验的可视化辅助学习系统，包括：可视化终端；教学模块，用于在可视化终端展示虚拟实验的详细操作流程说明及演示视频；交互式指导模块，用于在用户操作实验流程时提供视觉指导和语音反馈；数据分析对比模块，用于对实验数据进行分析对比。

根据本发明第二实施例的一种面向虚拟实验的可视化辅助学习系统，至少具有如下有益效果：通过构建教学模块和交互式指导模块，实现虚拟实验的数据可视性、便利性、全面性、巩固性、实时性，提高了学生的创新能力和实践能力，提高教学资源的使用率。更适用于用户的使用习惯，使学习更加科学，高效。用户进行虚拟实验操作后保留物理数据，进行可视化分类建立模型，并高效明确操作目标。同时进行多种反馈，给用户更加多样化的视觉效果，更详细的指导和提示学生操作流程。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明第一方面实施例的教学环节方法流程图；

图2为本发明第一方面实施例的交互式指导环节方法流程图；

图3为本发明第二方面实施例的可视化辅助学习系统系统框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

如图1、图2所示，为本发明第一方面实施例的一种面向虚拟实验的可视化辅助学习方法，包括教学环节：在可视化终端展示虚拟实验的详细操作流程说明及演示视频；交互式指导环节：在用户操作实验流程时提供视觉指导和语音反馈；保存操作数据并分析对比。

通过构建教学环节和交互式指导环节，实现虚拟实验的数据可视性、便利性、全面性、巩固性、实时性，提高了学生的创新能力和实践能力，提高教学资源的使用率。更适用于用户的使用习惯，使学习更加科学，高效。用户进行虚拟实验操作后保留物理数据，进行可视化分类建立模型，并高效明确操作目标。同时进行多种反馈，给用户更加多样化的视觉效果，更详细的指导和提示学生操作流程。

在本发明第一方面的一些实施例中，所述教学环节还包括预览虚拟实验的学习目标和关键的操作方法，不同的虚拟实验可以定义不同的学习目标，学习目标包括但不限于完成试验任务、掌握试验核心及操作关键。

在本发明第一方面的一些实施例中，所述详细操作流程说明及演示视频用于加强用户对操作过程的印象，其中，详细操作流程说明为具体实验步骤或流程图，演示视频包括整个试验过程或多个子环节的演示视频。

在本发明第一方面的一些实施例中，所述视觉指导包括颜色反馈和数字反馈，颜色反馈采用如绿色指示代表正确操作，红色步骤代表错误操作，红蓝闪烁代表危险报警指示，数字反馈采用如步骤的顺序1/2/3，或者显示倒计时54321，提供全面的视觉指导，帮助用户熟悉基本操作。除了在每个实验操作阶段开始前提供的详细说明外，还为用户提供了预先安排好的教育内容和操作程序。

在本发明第一方面的一些实施例中，所述视觉指导用于使用户了解实验现象、实验操作正确与否以及下一步的操作流程，可以更加直观了解试验进展。

在本发明第一方面的一些实施例中，所述语音反馈包括默认语音反馈和交互语音反馈，其中，默认语音反馈为进入到某一步骤的语音指引，交互式语音反馈为针对用户的操作进行的反馈或者针对用户的语音提问进行答复，从而为用户提供对其操作的即时响应，并反馈操作的实验步骤、操作进度和操作状态。

在本发明第一方面的一些实施例中，利用所述操作数据建立可视化分类模型，所述可视化分类模型包括标准度曲线反馈对比模型和操作视频对比模型，用户进行虚拟实验操作后保留物理数据，可高效明确操作目标。

如图3所示，本发明第二方面实施例的一种面向虚拟实验的可视化辅助学习系统，包括：可视化终端；教学模块，用于在可视化终端展示虚拟实验的详细操作流程说明及演示视频；交互式指导模块，用于在用户操作实验流程时提供视觉指导和语音反馈；数据分析对比模块，用于对实验数据进行分析对比。

本发明第二实施例的一种面向虚拟实验的可视化辅助学习系统通过构建教学模块和交互式指导模块，实现虚拟实验的数据可视性、便利性、全面性、巩固性、实时性，提高了学生的创新能力和实践能力，提高教学资源的使用率。更适用于用户的使用习惯，使学习更加科学，高效。用户进行虚拟实验操作后保留物理数据，进行可视化分类建立模型，并高效明确操作目标。同时进行多种反馈，给用户更加多样化的视觉效果，更详细的指导和提示学生操作流程。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。