一种基于虚拟现实的沉浸式职业教育英语教学管理系统

摘要

本发明公开了一种基于虚拟现实的沉浸式职业教育英语教学管理系统，包括：虚拟模型；虚拟模型以标准文件格式通过人机交互设备导入到沉浸式职业教育英语教学管理系统，人机交互设备通过5G/6G访问沉浸式职业教育英语教学管理系统，沉浸式职业教育管理系统将所产生的数据和教学信息全部存入到教学信息数据库，并能对教学信息数据库内部数据进行调用；用户通过人机交互设备访问沉浸式职业教育英语教学管理系统，选择基于虚拟模型的虚拟教学文件，进入虚拟教学环境，进行完全的沉浸式教学活动，解决了传统线下授课因为疫情限制，传统网上授课的模式存在课程死板，老师和学生互动性差，老师对学生的上课情况了解不够的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及教学软件领域，特别是一种基于虚拟现实的沉浸式职业教育英语教学管理系统。

背景技术

传统教学当中，受限于教育技术的发展，很多教育理念、教学思路很难实施或者效果难尽人意。随着VR技术的发展和虚拟世界的不断升级，海量的数字资源被应用到教学当中，对现有教学方式的改变甚至会重新定义教学的概念。依靠3D建模技术、图形引擎驱动技术、传感器技术等，制作虚拟教学环节，借助电子设备和VR设备，实现形象生动的虚拟教学，构建虚拟仿真环境，使教学实践的沉浸性、交互性、创造性得到大幅提升，从而带来更丰富多元的学习体验，这就是虚拟现实对职业英语教学的意义：它解决了客观因素造成的教学中的空间问题，极大地改善了教学环境，它利用虚拟现实的教学方式极大地提高了教学效果，它构建的虚拟现实的学习资源和带来的学习体验为职业英语教学模式的创新提供了技术平台。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于虚拟现实的沉浸式职业教育英语教学管理系统，解决了传统线下授课因为疫情限制，传统网上授课的模式存在课程死板，老师和学生互动性差，老师对学生的上课情况了解不够的问题。

一种基于虚拟现实的沉浸式职业教育英语教学管理系统，包括：虚拟模型、人机交互设备、沉浸式职业教育英语教学管理系统、教学信息数据库；

虚拟模型以标准文件格式通过人机交互设备导入到沉浸式职业教育英语教学管理系统，人机交互设备通过5G/6G访问沉浸式职业教育英语教学管理系统，沉浸式职业教育管理系统将所产生的数据和教学信息全部存入到教学信息数据库，并能对教学信息数据库内部数据进行调用。

优选地，虚拟模型用于为沉浸式职业教育英语教学管理系统而创建的虚拟环境、虚拟人物、虚拟教学用具标准化模型。

优选地，人机交互设备用于用户的访问端口，端口包括PC、pad、手机以及VR设备。

优选地，沉浸式职业教育英语教学管理系统的平台运行于云端服务器，沉浸式职业教育英语教学管理系统功能包括用户设置、虚拟教学文件管理、数据库管理、虚拟教学课程、虚拟教学水平测试、教学效果分析与评估，个人教/学信息管理。

优选地，用户设置包括用户和管理员，用户包括老师和学生，老师和学生分别拥有不同权限；

老师用于对本班学生身份进行认证、权限进行设置和管理；

管理员用于对老师身份进行认证、权限进行设置和管理，管理员进行系统维护/升级，权限设置，虚拟教学文件管理，数据库管理工；

学生为注册和身份认证获得唯一的身份，再登录系统并选择个人虚拟形象，可进行日常的虚拟教学活动；其过程包括虚拟课堂，虚拟教学水平测试与结果查询，教学效果分析与评估查询，个人学习信息查询；

老师为注册和身份认证获得唯一的身份，再登录系统并选择个人虚拟形象，可进行学生身份认证和权限设置，虚拟教学，其过程包括虚拟授课，组织虚拟水平测试，教学效果分析与评估查询，个人教授信息授课查询。

优选地，虚拟教学文件管理为管理员对生成的虚拟教学模型进行导入/导出，增加/删除/改动/查询等编辑功能。

虚拟教学文件按照专业进行第一级分类，按照教学主题进行第二级分类，按照教学形式进行第三级分类。

专业划分，按照专业方向如医护、旅游、机电、空乘等专业进行划分。教学主题划分，其特征在于按照每个专业的教学主题内容，如医护英语中的个人健康史信息采集、个人检查、实验室检查、护理操作、不同场景的护理、社区健康档案等主题进行划分。教授形式划分其特征在于按照词汇学习、听说训练、说明书和文献阅读、专业特色应用写作等进行划分。

优选地，数据库管理对原始标准3D模型、制作的虚拟教学文件、教学过程中产生的交互性信息；

虚拟教学课程为用户通过点击进入各个虚拟教学文件,进行沉浸式虚教学活动；

虚拟教学测试通过虚拟环境实现对学生水平进行测评，测评类型包括分层测试、过程性+结果性测评、显性与隐形测评。

优选地，教学效果分析与评估包括：用户可以查询全体学生的各项测试的原始数据和测试结果；

并针对某场次测试、某道题、或者某个单词的全体学生的测试结果进行数据分析；

获得其成绩的分布图，获得学生整体的知识掌握水平以及详细的分布，为教学改进提供依据；

分布图包括柱状图、曲线图二维图或三维分布图。

优选地，个人教/学信息管理为学生可查询自己的学习和测评历程和测评结果，明确自己对知识点的掌握水平，并可以形成自己的错题库，以供学习改进；老师可查询自己的授课历程和班级的测试水平，明确各个学生和班级的知识掌握水平，为教学改进提供依据。

优选地，教学信息数据库为采用云端数据库，采用云端数据库存储沉浸式英语职业教育教学系统的原始的虚拟三维模型，虚拟教学文件，测试原始数据和评价结果，测评结果分析数据，用户信息数据。

本发明基于虚拟现实的沉浸式职业教育英语教学管理系统的有益效果如下：

1.本发明解决了客观因素造成的教学中的空间问题，极大地改善了教学环境。

2.本发明利用虚拟现实的教学方式极大地提高了教学效果，构建的虚拟现实的学习资源和带来的学习体验为职业英语教学模式的创新提供了技术平台。

附图说明

图1为本发明的基于虚拟现实的沉浸式英语职业教育系统框图。

图2为本发明的三维模型及虚拟教学文件制作流程。

图3为本发明的虚拟现实的沉浸式英语职业教育系统。

图4为本发明的专业英语专业分类。

图5为本发明的医护英语专题分类。

图6为本发明的数据库管理。

图7为本发明的数据库存储图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，为本发明包括虚拟模型、人机交互设备、沉浸式职业教育英语教学管理系统、教学信息数据库。虚拟模型为沉浸式职业教育英语教学管理系统而创建的虚拟环境、虚拟人物、虚拟教学用具等标准化模型。以及通过脚本文件和3D特效合成软件制作的虚拟教学文件。管理员通过人机交互设备将虚拟教学文件导入沉浸式职业教育英语教学管理系统，并将原始的3D模型和虚拟教学文件按照分类导入数据库。用户通过PC、pad、手机，以及VR设备等个人客户端访问沉浸式职业教育英语教学管理系统，进行注册，经过认证后，可进入教学活动。

如图2所示，为本发明的建模过程，以医护英语为例进行阐述：对于户外的整体模型如医院园区等宏观模型，采用无人机倾斜摄影技术进行拍摄，然后通过图像后处理软件SMART3D等制作的3D虚拟模型。对于医院内部环境、人物、医疗设备和工具等，则通过3DSMAX进行3D建模，并进行渲染从而生成3D虚拟模型。根据教学主题和场景的详细步骤编写教学大纲。使用3D特效合成软件Unity3D，根据教学大纲编写脚本文件，再调用3D模型，生成基于场景的三维动画，经过导入到虚拟现实的沉浸式英语职业教育系统，即为即虚拟教学文件和虚拟测试文件。

如图3所示为沉浸式英语职业教育系统，其运行于云端服务器，包括：系统设置，用户设置，虚拟教学文件管理，数据库管理，虚拟教学课程，虚拟教学水平测试，教学效果分析与评估，个人教/学信息管理，服务与帮助模块。系统管理员可通过系统设置功能完成：基本设置、权限设置、模式设置、系统升级等功能。管理员通过基本设置可实现系统模块的添加/删除、模块修改，以及设备连接功能如拾音器、摄像头、VR设备连接等；通过权限设置可对用户进行权限设置，如老师的权限和学生的权限；通过模式设置可在虚拟场景教学时，选择普通端口设备模式还是VR设备模式；通过系统可对系统软件进行升级操作或版本选择。用户可通过用户设置功能进行身份注册、虚拟形象选择，以及个人角色选择；对于学生，可通过注册和身份认证获得唯一的身份，再登录系统并选择个人3D模型人物，然后可进行日常的虚拟教学活动，包括虚拟课堂，虚拟教学水平测试与结果查询，教学效果分析与评估查询，个人学习信息查询等；对于老师，可注册和身份认证并获得唯一的身份，再登录系统并选择个人3D模型人物，然后可进行学生身份认证和权限设置，虚拟教学，包括虚拟授课，组织虚拟水平测试，教学效果分析与评估查询，个人教授信息授课查询等。管理员可通过虚拟教学文件管理对制作的虚拟教学模型进行导入/导出，增加/删除/改动/查询，以及分类。如图4、图5和图6所示，虚拟教学文件分类管理虚拟教学文件按照专业进行第一级分类，按照教学主题进行第二级分类，按照教授形式进行第三级分类。第一类专业划分按照专业方向如医护、旅游、机电、空乘等专业进行划分；第二级教学主题划分按照每个专业的教学主题内容，如医护英语中的个人健康史信息采集、个人检查、实验室检查、护理操作、不同场景的护理、社区健康档案等主题进行划分。第三级分类按照教授形式划分其特征在于按照词汇学习、听说训练、说明书和文献阅读、专业特色应用写作等。虚拟教学文件中的听说训练根据听说内容自动进入特征虚拟环境，并根据内容变化，虚拟环境的特征如光线、视角等发生相应的变化，用户进行虚拟人物形象(如医护人员、患者、围观者、测评者等)选择，借助3D特效合成技术和传感器技术进行对话演绎，点击帮助板块可进入资源库提取当前话题使用句式，且对方虚拟人物头部两侧设置情绪反应屏，即交流双方均可实时看到对方的交流效能反馈，如不解、赞同、否认、疑惑等。虚拟教学文件中的专业说明书与文献阅读在虚拟环境中，每个语篇均将大意以三维动画的形式展开播放，如点击药瓶便会出现某款药品名称的发音与三维拼写，点击药瓶的瓶身后该药品使用说明书中的使用剂量、使用频次与特别说明等均以动画方式出现，并能够进行语音识别，使学习者能够进行此语篇的动画配音，虚拟助教在旁边提供帮助与语音提示，学习者可以实时查看配音排行榜并重新开启任务。虚拟教学模型中的应用写作为自动显示电子稿纸，当学生通过键盘或者电子触屏输入单词时，电子稿纸会显示相应的写作内容，佩戴VR设备的学习者还可利用脑波转化，实现脑波到语言的转换成果，还可以从三维资源库中选取合适词汇与句式进行重新排列组合，不同身份的学习参与者则可进行评价，选择接受或不接受此作品，如医护英语中的应用写作中的护理记录。听说训练其特征在于系统会提供多个虚拟助教机器人，实现各个学生与助教之间同时进行一对一对话，并将学生和老师/助教的语音对话、键盘输入的单词、短语、句子等信息进行识别、记录，实现教学过程文件保存，并实时进行错误识别，可实现实时对/错评估。在学生与虚拟助教进行交流时，系统利用人工智能技术实现与学生的交流应答，拟助教在教学过程中起到全过程收集数据、提供引导、组织教学活动、根据数据进行评价等作用。用户通过点击教学课程进入各个虚拟教学文件。教学测评功能通过虚拟环境实现对学生水平进行测评。测评类型分为分层测试、过程性+结果性测评、显性与隐形测评。分层测试是在虚拟环境下运用游戏测评对不同学习基础的学习者进行分层管理，即在虚拟环境下进行某模块的词汇学习与听说训练后进行分层测试，题目评分和学习态度得分均在60分以下为一层学习者，退回本模块重新进行词汇学习与听说训练；题目评分和学习态度得分均在60分以上80分以下的学习者为二层学习者，继续进行说明书和文献阅读的学习；题目评分和学习态度得分均在80分以上为三层学习者，继续进行说明书和文献阅读板块以及专业应用写作板块的学习，并参加随堂游戏通关测试。过程性测评是在虚拟环境下借助人工智能技术对教与学的全部语音、拼写等交互性数据的评价行为；结果性测评为虚拟环境下对学习内容的结论性评价，通常以所学内容的通关游戏为主要测试手段，以此评价教学效能。显性测评是虚拟环境下交互性活动产生数据的评级评分行为，即以通关游戏的输赢或题目的正确与否为判断标准，如分层测试、随堂测试、学中测试、学末测评，以此测试教学活动开展的有效性；隐形测评是在虚拟环境下对参与者的味觉、听觉、嗅觉等感觉为测评对象，即对参与者开展活动的时长、脑波的活跃度、活动的参与度、双方的反馈(面部表情和肢体语言)灵敏度等进行测评，以此展开学习态度的评价。用户可通过教学效果分析与评估模块查询全体学生的各项测试的原始数据和测试结果，并针对某场次测试、某道题、或者某个单词的全体学生的测试结果进行数据分析，获得其成绩的分布图，获得学生整体的知识掌握水平以及详细的分布，为教学改进提供依据。分布图可以为柱状图、曲线图二维图，也可以为三维地毯分布图。学生可通过个人教/学信息管理模块可查询自己的学习和测评历程和测评结果，明确自己对知识点的掌握水平，并可以形成自己的错题库，以供学习改进。老师可查询自己的授课历程和班级的测试水平，明确各个学生和班级的知识掌握水平，为教学改进提供依据。

如图7所示，数据库运行于云端，为了保证数据存储的安全性，采用分布式存储方式。数据库存储按照如图的分类进行存储。包括虚拟三维原始模型，包括环境模型、人物模型、辅助教具；虚拟教学文件按照三级分类方式依次进行存储管理；虚拟测评文件按照三类测试形式：分层测试，过程性+结果性测试，显性与隐形测评形式进行存储；测评数据包括括测试原始数据，测评结果，错题库等信息；个人信息为老师和学习的个人身份认证信息、虚拟特征信息，个人的历程信息和测评信息。