[發明專利]一種5G網絡環境下虛擬同步課堂教學系統及其工作方法

有效

• 申請號: 202110420187.0
• 申請日: 2021-04-19
• 公開（公告）號: CN113242277B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 吳砥;鐘正;徐建
• 申請（專利權）人: 華中師范大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04L29/06;H04W4/30;G09B5/14;G06Q50/20;H04J3/06
• 代理公司: 武漢天力專利事務所 42208
• 代理人: 吳曉穎

本發明屬于信息技術的教學應用領域，提供一種5G網絡環境下虛擬同步課堂教學系統及其工作方法，營造出一個5G網絡環境下虛擬化、情境化的同步課堂教學系統。本發明面向中小學虛擬教學的需求，設計并構建元件庫與組件庫，基于組裝規則生成粒度不同的虛擬教學套件，開發虛擬教室可視化設計工具，應用腳本描述語言實現基于場景樹的虛擬課堂共享和互操作；采用C/S架構搭建虛擬同步課堂教學系統，基于時間戳的一致性排序策略同步虛擬課堂的教學活動；采用直聯、廣播機制開展多對多、一對多、一對一教學，在虛擬教室前端的電子屏幕上顯示教學內容和教學過程數據，使用云增量技術在云—端、端—端同步更新交互操作結果。

技術領域

本發明屬于信息技術的教學應用領域，更具體地，涉及一種5G 網絡環境下虛擬同步課堂教學系統及其工作方法。

背景技術

同步課堂教學模式被用于緩解城鄉教師資源失衡、鄉村優質教師稀缺的問題。在移動互聯網、智能設備的支持下，優質學校的教師使用網絡直播為異地學校的學生上課，將優質師資資源推送到薄弱學校、農村教學點，解決上不齊課、上不好課的問題。隨著5G商業化的快速推進，利用5G網絡的高帶寬、低時延、多并發的特性，同步課堂教學系統可望成為實現區域、城鄉、學校之間教師資源共享的可靠途徑。在5G云渲染、物聯網的支持下，結合高清VR視頻、全息成像方式，在同步課堂教學系統中引入虛擬化、情境化、互動化的教學方式，可為學生創設具身高度沉浸感、強烈具身性的虛擬教學情境。虛擬同步課堂教學系統具有快速、簡單的生成方式，實時和多樣化的教學形態，以及支持師生自主開展一對多、一對一、多對多等教學活動。情境化的虛擬教學環境，有助于提高學習者的專注度和參與感，可為一線學校低密度、分散化的教學提供一種新的教學模式。虛擬同步課堂教學系統有利于推進同步課堂在實際教學中的應用，提高同步課堂的教學效率，擁有廣闊的應用前景。

現有同步課堂教學系統主要是從應用于網絡直播的會議系統發展而來，存在如下問題：(1)同步課堂中將師生分隔在屏幕兩端，學生不僅容易產生孤獨感，而且還會嚴重削弱自我存在感，導致注意力分散，降低學習效率和學習效果。(2)視頻直播使用二維畫面和語音相結合的信息傳輸方式，難以營造出一個較高沉浸感的教學環境，師生、生生之間針對復雜問題交流時，無法構建形象化的教學情境，較難激發學習者的學習熱情和參與度。(3)現有同步課堂在異地實時教學過程中，在網絡帶寬無法保證，缺乏答題器等智能設備的支持，主講教師難以實時了解學習者理解和掌握知識的情況，很難照顧到他們個性化的要求，師生之間難以開展有效的教學互動。上述問題限制當前同步課堂教學系統在實際教學場景中應用效果的提升。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種5G網絡環境下虛擬同步課堂教學系統及其工作方法，為同步課堂的快速生成、情境營造和教學互動提供一種新的方式和途徑。

本發明的目的是通過以下技術措施實現的。

本發明提供一種5G網絡環境下虛擬同步課堂教學系統，包括虛擬同步課堂生成模塊、虛擬同步課堂教學模塊和虛擬同步課堂教學互動模塊；

所述虛擬同步課堂生成模塊，包括虛擬教學套件生成子模塊、虛擬課堂可視化設計子模塊、共享和互操作子模塊；虛擬同步課堂生成模塊設計并構建面向中小學虛擬教學的元件庫和組件庫，生成粒度不同的虛擬教學套件；支持教師通過虛擬教室可視化設計工具，在主視圖區域拖動元件、組件圖標，通過元件之間的組件連接和參數設置可確定虛擬課堂的內容和執行次序；采用XML語言描述虛擬課堂設計結果，使用樹結構記錄可嵌套的父子元素，映射功能函數的參數端口，實現基于場景樹的虛擬課堂的共享和互操作；

所述虛擬教學套件生成子模塊，設計并構建面向中小學虛擬教學的元件庫，提取相同的功能、算法和函數，封裝成虛擬組件庫；設計虛擬教學場景的組合規則，檢驗元件之間可組裝性、組裝次序和幾何配準，生成粒度不同的虛擬教學套件；