全信息化理实结合教学系统

摘要

本发明提供了一种全信息化理实结合教学系统，包括触摸演示屏、平板电脑、系统服务器和台架；触摸演示屏用于对所学设备的结构进行立体动态描述或平面动态描述；系统服务器用于通过无线网络实现在触摸演示屏和平板电脑之间实时传输实际操作过程，建立系统服务器与平板电脑之间的局域网以及所述局域网与互联网的连接；通过数据库开发将教学内容以数据信息的形式存储，并根据操作命令对数据信息进行修改，通过互联网更新存储的数据信息；台架设置有反应课程内容的实际设备装备和教学设备，并根据触摸演示屏或平板电脑发送的控制命令进行相应的操作。本发明提供了一种教学信息化平台，可以适用于任何学校和任何专业的全信息化教学。

说明书

技术领域

本发明涉及一种全信息化理实结合教学系统，属于信息化教学技术领域。

背景技术

现有的各层次的教育，都在追求教学手段的不断改进，如建立多媒体教室，购买高科 技教学设备，配置教学软件等等。在改进教学手段方面，各类学校都加大了信息技术的引 入，如网络课堂、多媒体教室、试题库等等软硬件信息技术。虽然这些技术使得教学系统 手段有所改善，如多媒体教室比较方便地播放课件，给老师讲课带来许多方面。但是，至 今为止，在信息化教学建设方面，教学过程的各环节的信息技术都还是割裂开来的，例如 许多学校设立了网络学堂，是一种信息化教学手段，但在此课堂只能实施理论课教学，教 师和学生对系统的信息交流效率很低，学生参与程度也低。多媒体教室是一种信息化教学 手段，但是基本上是课件播放。虽然有一些地方，教室配置了大触摸屏，但是仅仅作为电 子屏幕和黑白版使用，没有形成以大触摸屏（包括服务器）为核心的，配置学生终端和实 验设备节点的局域网理实结合的信息化教学系统。因此现有的信息化教学技术没有按教学 内容和过程顺序，形成完整的信息化教学系统，信息技术在教学领域还没有得到应有的发 挥。

发明内容

本发明为解决现有的信息化教学技术没有按教学内容和过程顺序，形成完整的信息化 教学系统的问题，进而提供了一种全信息化理实结合教学系统。为此，本发明提供了如下 的技术方案：

一种全信息化理实结合教学系统，包括触摸演示屏、平板电脑、系统服务器和台架；

所述触摸演示屏包括：

三维立体动态仿真模块，用于通过三维动态开发软件对所学设备的结构进行立体动态 描述，所述立体动态描述包括通过三维建模技术建立目标模型，并通过虚拟现实技术建立 仿真场景，通过把操作者置身于虚拟场景来对目标对象进行模拟操作；

二维平面动态描写模块，用于通过二维动态开发软件对所学设备的结构和原理进行平 面动态描述，所述平面动态描述包括通过建立二维目标对象来展现工作原理、结构，并且 把二维对象、三维对象与web页面相结合，形成一维文字描述、平面二维对象描写、三维 立体对象的仿真混合；

所述系统服务器包括：

实操训练动态传递模块，用于通过无线网络实现在所述触摸演示屏和所述平板电脑之 间实时传输实际操作过程；

网络链接模块，用于建立所述系统服务器与所述平板电脑之间的局域网以及所述局域 网与互联网的连接；

教学信息数据库模块，用于通过数据库开发将培养目标、培养规格、课程设置、实践 环节、教学计划、教学大纲、教材、作业及其安排、考核试卷及其评价以数据信息的形式 存储，并根据操作命令对所述数据信息进行修改；

网络链接动态刷新模块，用于通过互联网更新存储于教学信息数据库模块中的数据信 息；

所述台架设置有反应课程内容的实际设备装备和教学设备，并根据所述触摸演示屏或 所述平板电脑发送的控制命令进行相应的操作。

本发明提供的技术方案通过大屏-小板-台架组合、三维立体动态仿真、二维平面动态 描写、实操训练动态传真、网络链接动态刷新、局域网世界网连接、教学信息数据库等软 硬件电子信息技术将教学完整的集成一体，形成了一个易于二次开发且教学内容易于更新 的全信息化理实结合教学系统，从而实现各种专业的全信息化教学。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附 图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领 域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的 附图。

图1是本发明的具体实施方式提供全信息化理实结合教学系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护的范围。

本具体实施方式提供的具体实施方式提供了一种全信息化理实结合教学系统，如图1 所示，包括触摸演示屏1、平板电脑2、系统服务器3和台架4；

相应的触摸演示屏1包括：

三维立体动态仿真模块11，用于通过三维动态开发软件对所学设备的结构进行立体动 态描述，所述立体动态描述包括通过三维建模技术建立目标模型，并通过虚拟现实技术建 立仿真场景，通过把操作者置身于虚拟场景来对目标对象进行模拟操作；

二维平面动态描写模块12，用于通过二维动态开发软件对所学设备的结构和原理进行 平面动态描述，所述平面动态描述包括通过建立二维目标对象来展现工作原理、结构，并 且把二维对象、三维对象与web页面相结合，形成一维文字描述、平面二维对象描写、三 维立体对象的仿真混合；

相应的系统服务器3包括：

实操训练动态传递模块31，用于通过无线网络实现在触摸演示屏1和平板电脑2之间实 时传输实际操作过程；

网络链接模块32，用于建立系统服务器3与平板电脑2之间的局域网以及相应的局域网 与互联网的连接；

教学信息数据库模块33，用于通过数据库开发将培养目标、培养规格、课程设置、实 践环节、教学计划、教学大纲、教材、作业及其安排、考核试卷及其评价以数据信息的形 式存储，并根据操作命令对相应的数据信息进行修改；

网络链接动态刷新模块34，用于通过互联网更新存储于教学信息数据库模块32中的数 据信息；

相应的台架4设置有反应课程内容的实际设备装备和教学设备，并根据触摸演示屏1或 平板电脑2发送的控制命令进行相应的操作。

具体的，在由触摸演示屏1、平板电脑2、系统服务器3和台架4组成的全信息化理实结 合教学系统中，将可替代黑（白）板的大触摸屏、方便携带的小平板电脑和实践教学所需 的实验台架集成为一个全信息化教学硬件系统，从而实现有效的信息化教学出发，该系统 可以组合为大屏-小板子系统、大屏-台架子系统、小板-台架子系统。

相应的三维立体动态仿真模块11可通过Direct3D或OpenGL等三维动态开发软件对所 学设备的结构进行立体动态描述，包括动态分解、动态集成和立体透视，以及模拟实操的 屏幕操作。本具体实施方式可以根据用户需要，采用交互式三维虚拟软件制作的三维立体 动态模拟教学课件，并且三维立体动态仿真课件也可由用户通过二次开发完成。例如：视 频呈现交互式发动机构造分解和组装的虚拟过程。首先，一台发动机由远及近地呈现在屏 幕中央，随着文字说明和手工屏幕操作，发动机开始分解和组装等内容。

二维平面动态描写模块12可通过FLASH、Flex等二维动态开发软件对所学设备的结构 和原理进行平面动态描述，包括平面动态分解、平面动态集成、平面原理演示，以及模拟 实操的屏幕操作。本具体实施方式可以根据用户需要，采用交互式二维虚拟软件制作的二 维立体动态模拟教学课件，并且二维立体动态模拟课件也可由用户通过二次开发完成。例 如：视频呈现交互式曲轴位置传感器工作原理的虚拟过程。首先，电磁感应式曲轴位置传 感器由远及近地呈现在屏幕中央，随着文字说明和手工屏幕操作，曲轴位置传感器信号转 子先慢后快地旋转，随着传感器探头接近和离开信号转子凸齿部分，传感器线圈中磁通发 生变化，线圈中产生正弦波电压信号等内容。

实操训练动态传递模块31通过视频或音频信号在无线网络中实现在触摸演示屏1和平 板电脑2之间实时传输实际操作过程，实现课堂理论教学和现场实践教学理实结合的无缝 链接。例如：一台发动机台架（设备或场地不足），教师做检修操作，如检测电源状况、 润滑系统、冷却系统、进气系统传、排气系统等等，通过无线摄像装置将操作过程采集为 图像信息并通过无线网络传递到多个理论课堂或实训课堂。

网络链接模块32建立系统服务器3与平板电脑2之间的局域网以及相应的局域网与互 联网的连接，以实现远程教学。网络链接动态刷新模块34通过互联网更新存储于教学信息 数据库模块33中的数据信息，以保证教学内容的实时性。

教学信息数据库模块33能够将培养目标、培养规格、课程设置、实践环节、教学计划、 教学大纲、教材、作业及其安排、考核试卷及其评价等信息全面信息化，使信息化教学发 生了本质的变化。

网络链接动态刷新模块34用于通过互联网更新存储于教学信息数据库模块33中的数 据信息。通过无线射频波形的发射和接收，以及有线连接方式，实现本系统局域网与 internet网的连接，从而实现网络链接和动态刷新。

台架4能够通过采集系统和无线网络传输技术，对实验/实训设备运行工况参数进行采 集和分析并实时动态地传输到本地或异地课堂大触摸屏和小平板，实现在本地或异地的理 论课堂或实验课堂对现场设备运行状态的观察，实现课堂教学与现场实践教学实时无滞后 的理实结合。例如：一台发动机在运行，技术人员做检测线路连接，以检测凸轮轴和曲轴 位置传感器的输出信号。通过LABVIEW平台采集系统与无线网络传输接收技术，将发动机 运行工况传输到多个理论课堂或实训课堂。另外，还需要配置反应课程科技的实训台架， 包括实际设备和教学装备，实现实训教学。基于实际台架设备的实训教学是职业学院不可 或缺的环节，因此本具体实施方式在提供的强大的虚拟教学方法和手段中的“台架”，同 时也是实训设备，是实训系统，是实训教室。

在进行远程教学和实训的过程中，可通过无线网络流媒体技术，讲行远程教学和实训， 包括远程发送和远程接收。如汽车4S店的维修过程可以实时地接收到课堂，成为课堂实训 的案例。在北京的授课，可以发送到上海、广州等多个课堂，并且在一个学院内一个教室 的授课，可以发送到多个教室（适用于学生人数较多的情形）；一台实训设备的实操训练 和实时监测过程和信号，可以提供给多个教室课堂分享（适用于实训设备或场地不足的情 况）。

网络遥控台架4通过无线网络传输和音频视频技术，可以实现对“台架”的操作，这 一功能可以遥控现场设备开展实训教学。结合图像采集技术，可以遥控实物设备进入理论 课堂，并在课堂开展实验教学和实训教学。

二次开发平台。考虑用户独有的资源和教学系统需要不断更新，本具体实施方式的特 征之一是易于二次开发，用户在专业和课程上多年积累的教学资源，易于集成于本系统； 同时二次开发功能，确保教学内容及时得到更新。

采用本具体实施方式提供的技术方案，通过大屏-小板-台架组合、三维立体动态仿真、 二维平面动态描写、实操训练动态传真、网络链接动态刷新、局域网世界网连接、教学信 息数据库等软硬件电子信息技术将教学完整的集成一体，形成了一个易于二次开发且教学 内容易于更新的全信息化理实结合教学系统，从而实现各种专业的全信息化教学。

需要注意的是，上述系统的实施例中，所包括的各个模块只是按照功能逻辑进行划分 的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能模块的具体 名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任 何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替 换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护 范围为准。