[發明專利]一種基于物聯網的開放實驗教學平臺

在審

• 申請號: 202111321002.7
• 申請日: 2021-11-09
• 公開（公告）號: CN114023136A
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 王小寧;趙治斌
• 申請（專利權）人: 蘭州職業技術學院
• 主分類號: G09B9/00
• 分類號: G09B9/00;G06F3/01
• 代理公司: 溫州市品創專利商標代理事務所(普通合伙) 33247
• 代理人: 吳海云

本發明公開了一種基于物聯網的開放實驗教學平臺，包括3D打印的實驗器材和設備、通過互聯網相連的VR眼鏡、實驗操作步驟采集模塊、服務器和教學終端；實驗操作步驟采集模塊包括用于實現用戶手部運動姿態數據采集的指環和手環，配置在實驗器材和設備上的薄膜式壓力傳感器、三維姿態傳感器；所述教學終端用于上傳目標實驗名稱，并發起實驗請求；服務器接收到實驗請求后，根據目標實驗名稱生成對應的實驗器材、設備、試劑清單，根據所得的實驗器材、設備、試劑清單構建實驗操作背景，并根據實驗操作步驟采集模塊所反饋的數據實現當前實驗操作步驟的模擬以及當前實驗狀態環境的搭建。本發明用戶可以全程參與實驗操作流程，可以大大提高教學效率。

技術領域

本發明涉及實驗室領域，具體涉及一種基于物聯網的開放實驗教學平臺。

背景技術

以遠程在線和虛擬仿真的方式面向社會開放優質的實驗教育資源，是我國教育信息化的重要方向。隨著5G、云計算、人工智能、物聯網等新概念的逐步落地，人民群眾獲取教育資源的方式和途徑也在發生轉變。在這種背景下，如何利用信息技術充分發揮教育資源的基礎性作用，拓展優質教育資源覆蓋的深度和廣度，是我國教育信息化的一個重要方向。

傳統的實驗教學一般是以實體教學資源和封閉的管理制度為基礎展開的，在實驗教學過程中學生和指導教師面對實體實驗資源進行操作，包括準備軟硬件環境、連接設備、安全防護、操作實驗步驟和分析實驗結果等環節，并在規定的時間和地點完成實驗任務。這種模式在容易降低實驗室的資源利用率的同時，限制了學生實驗的時間和地點，且校外人員較難參與實驗活動。

另外，隨著MOOC(大規模在線開放課程)教學模式的興起，很多實驗室開始基于互聯網面向公眾提供遠程虛擬仿真服務。然而，基于模型的軟件仿真有時并不能完全替代實體對象在實驗中的作用，整個過程中，用戶的參與感很差，絲毫不存在任何的實操感，從而大大降低了教學效率。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于物聯網的開放實驗教學平臺，用戶可以全程參與實驗操作流程，可以大大提高教學效率。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種基于物聯網的開放實驗教學平臺，包括3D打印的實驗器材和設備、通過互聯網相連的VR眼鏡、實驗操作步驟采集模塊、服務器和教學終端；

所述實驗操作步驟采集模塊包括用于實現用戶手部運動姿態數據采集的指環和手環，配置在實驗器材和設備上的薄膜式壓力傳感器、三維姿態傳感器；

所述教學終端用于上傳目標實驗名稱，并發起實驗請求；所述服務器接收到所述實驗請求后，根據所述目標實驗名稱生成對應的實驗器材、設備、試劑清單，根據所得的實驗器材、設備、試劑清單構建實驗操作背景，并根據實驗操作步驟采集模塊所反饋的數據實現當前實驗操作步驟的模擬以及當前實驗狀態環境的搭建；所述VR眼鏡用于實現所述實驗操作背景、當前實驗操作步驟、當前實驗狀態環境的播放。

進一步地，所述實驗操作步驟采集模塊用于實現用戶手部運動姿態數據、藥劑添加量參數、設備控制命令、實驗器材和設備動態姿態數據的采集。

進一步地，每一種藥劑配置一3D打印的藥劑容器，且每一個藥劑容器上均標注有目標用藥量，采用固定的模式添加，即每一次添加即為所拿取的藥劑容器內所儲存的所有藥劑。

進一步地，基于粘貼設置在實驗設備上的薄膜式壓力傳感器實現用戶所錄入的控制命令的采集，基于設置在實驗器材、實驗設備上的三維姿態傳感器實現實驗器材、實驗設備動態姿態數據的采集。

進一步地，所述試劑清單為目標實驗每一個操作步驟所需的藥劑名稱、藥劑用量清單，基于試劑清單配置3D打印的藥劑容器。

進一步地，所述實驗器材和設備采用3D打印1:1制作，設備部件之間采用螺栓連接。

進一步地，所述服務器還用于以視頻的方式實現整個實驗流程的記錄。