一种线上线下结合的教学系统及其教学方法与流程

本发明涉及一种线上线下结合的教学系统及其教学方法，属于智能教学技术领域。

背景技术：

在线上教学的模式下，虽然不同专业注重培养学生的技能不一，但作为复合型人才培养的要求和各个高校开始大力进行交叉学科的教学改革的大背景下，对于人才的实验及实践技能的培养需求正在逐渐增加。

当前国内不同高校的实验平台实力不一，某些实验平台成本较高，作为教学中的实验资源部署存在较大难度。例如，以量子信息的实验课程教学为例，目前量子信息的操控对象主要是光子。当前的大学物理实验中有光学实验的板块，但其内容以经典光学的几何和波动光学为主，而专业的量子光学、量子密码实验平台通常成本较高，作为教学资源进行全面部署具有较大的难度。但教学不能只停步于理论教学，还应注重实验实训技能的培训，近年来，在线和虚拟培训技术逐步发展起来，将实验平台对其进行仿真建模，将线下的实验平台线上虚拟化，可以有效克服实体的实验平台成本过高的问题，并通过虚实结合、实际操作与在线仿真结合的方法，解决实验效果和实验投入之间的矛盾。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种一种线上线下结合的教学系统，包括线上云平台子系统、后台管理子系统以及线下实体平台子系统，

所述线上云平台子系统通过虚拟仿真技术和云平台技术，将实验教学中需求的实物，按照真实参数进行等比例建模，以模拟真实的实验环境，并对线上的实验操作进行用户信息的记录，

所述线下实体平台子系统通过建立线下实体实验系统，对线下的实验操作进行用户信息的记录，利用标准化、模块化的结构设计的实体实验系统，结构紧凑性的同时兼具操作灵活性，同时扩展实验模块可根据用户，比如教师实际预算需求进行定制扩展，从而可满足成本优化，定制化的线下实体实验需求，

所述后台管理子系统通过互联网技术和云平台技术，联通所述线上云平台子系统和所述线下实体平台子系统，并对所述线上云平台子系统和所述线下实体平台子系统所记录的用户信息进行管理和交互传输。

进一步的，建模所需要的真实参数包括真实仪器和器件的外观、尺寸、操作模式、物理特性以及环境因素中的一种或多种，高逼真环境还原实际实验环境，可满足大规模的线上教育实验推广需求。

进一步的，所述后台管理子系统对用户信息进行管理具体包括审核、课程管理、实验作业管理、班级管理、资费管理以及使用记录管理中的一种或多种，便于为后期用户，比如教师设计评价体系提供参考数据。

进一步的，所述后台管理子系统对用户信息进行管理还包括利用大数据技术分析生成用户使用报告并附带反馈系统，将数据分析结论用于虚拟仿真平台的迭代优化。

进一步的，所述线上云平台子系统包括电脑pc端和手机app移动端。

本发明还包括一种线上线下结合的教学方法，通过上述任一教学系统进行施教活动，具体包括以下步骤：

步骤1：用户通过线上云平台子系统的电脑pc端和手机app移动端进行信息的录入，并预先设定评价模型以及分配实验内容，

步骤2：后台管理子系统审核并记录步骤1录入的信息，

步骤3：用户通过线上云平台子系统进行虚拟实验训练，对用户的实验时长、实验效果按照班级和课程进行记录管理，得到线上实验数据信息，并将该信息反馈至后台管理子系统，

步骤4：用户在线下实体平台子系统进行实际的实验操作，用户在线下进行的实体操作，线下的实验管理对用户线下的实验时长以及实验效果按照班级和课程进行记录管理，得到线下实验数据信息，并将该信息反馈至后台管理子系统，

步骤5：将线上和线下两组实验数据信息通过评价模型进行评价，得出用户最终的实验评分数据。

进一步的，所述用户包括教师和学生两类，教师负责预先设定评价模型以及分配实验内容，学生负责线上云平台子系统进行虚拟实验训练以及线下实体平台子系统进行实际的实验操作。

进一步的，将所述线上云平台子系统和线下实体平台子系统在施教活动中所占的具体比例，根据成本做出定制。

有益效果：本发明的线上线下结合的教学系统和教学方法，将通过线上云平台结合线下实体平台的教学模式，利用互联网技术、大数据和云平台等工具，对教学成本进行了优化，有效解决了不同高校、不同教育用户的教学课堂、项目实训、科研创新等实际需求。

附图说明

图1是本发明实施例1的方法流程示意图，

图2是本发明实施例2的方法流程示意图，

图3是本发明按照需求定制解决方案的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例1

一种用于线上线下结合的教学系统和教学方法，该系统包括线上云平台子系统、后台管理子系统、线下实体平台子系统。线上云平台子系统主要采用虚拟仿真和云平台的技术，用unity3d，java等软件进行建模，所需要的真实参数包括真实仪器和器件的外观、尺寸、操作模式、物理特性以及环境因素中的一种或多种。以量子信息教育教学为例，如图1所示，其中线上云平台子系统包括电脑pc端和手机app移动端，由有量子教育需求方的教师、学生等登录注册，由后台管理子系统进行审核记录，并根据教师提前在后台管理子系统选择选定好的课程内容进行相应的资费管理，为学生设定课程表并分配相关的多媒体教辅资源和量子信息在线虚拟仿真平台实验内容。对于学生而言，线上的多媒体教辅资源可以有效解决传统的量子信息教育偏向于理论教学的不利因素，利用音视频等丰富的方式辅助其实验教学，同时，利用在线的量子信息在线虚拟仿真平台，按照学科类别可分为量子光学仿真平台、量子密码仿真平台等，学生可按照课程表内容在线进行实验系统的搭建，平台中自带的新手引导系统可以让学生快速上手，内置丰富的实验案例让学生能对实验物理现象有个直观的了解。线上云平台子系统可对学生的实验时长、实验效果按照班级和课程进行记录管理，并通过反馈系统将数据反馈至后台管理子系统。学生通过线上云平台子系统完成实验的前期基础培训之后，可以在线下实体平台子系统进行实体操作。线下实体平台子系统采用“实验中心”的部署方式，按照统一标准部署实体实验所需的各种硬件设施保证实体实验课程的执行，线下实体平台子系统按照教学课堂和科研创新的进阶需求，大体分成两方面部署平台：教学实践平台和科研研究平台，按照学科类别扩展为量子信息教学实践平台、量子密码研究平台等。根据课程内容，学生在线下进行的实体操作，线下实体平台子系统对学生线下的实验时长、实验效果按照班级和课程进行记录管理，通过反馈系统将数据反馈至后台管理子系统。最终，量子信息教育的实验评价体系将由线上和线下两组实验结果数据并根据教师预先设定的评价模型，得出学生最终的实验效果评分数据表。以量子信息教育教学学科为例，由此可以解决当前量子教育推广模式效率低下，通过引入虚拟仿真、云平台等技术，解决当前实量子信息实验系统部署存在的天然的预算与技术门槛，从而有效提高量子教育推广模式的效率，同时也解决了实验资源部署效率低的问题。

实施例2

本实施例省略了线下实体平台子系统，适用于实体实验经费缺乏、或者不以学校或学院为单位的零散用户。以量子信息教育教学为例，如图2所示，其中线上云平台子系统包括电脑pc端和手机app移动端，由有量子教育需求方用户等登录注册，由后台管理子系统进行审核记录，子系统显示内置的课程内容选择方案，用户可根据实际需求和资费预算进行方案选择，选择后用户可根据方案中设定课程表及分配相关的多媒体教辅资源和量子信息在线虚拟仿真平台实验内容进行学习。类似的，对于用户而言，线上的多媒体教辅资源可以有效解决传统的量子信息教育偏向于理论教学的不利因素，利用音视频等丰富的方式辅助其实验教学，同时，利用线上云平台子系统的在线量子信息虚拟仿真平台，按照学科类别可分为量子光学仿真平台、量子密码仿真平台等，用户可按照课程表内容在线上云平台子系统上进行实验系统的搭建，线上云平台子系统中自带的新手引导系统可以让用户快速上手，内置丰富的实验案例让用户能对实验物理现象有个直观的了解。线上云平台子系统可对用户的实验时长、实验效果按照班级和课程进行记录管理，并通过反馈系统将数据反馈至后台管理子系统。另外，后台管理子系统后续可搭配增值服务，例如可将其中的课程内容进行知识付费分级，推出免费试用版和付费完成版，结合积分兑换等服务，对用户而言可以以更加精准的需求对接和优惠的成本获得量子信息的教育，对于推广此教育方法的企业而言可以更好的获取用户的实际反馈，便于后期定点进行推广积累有益的客户反馈信息。

本发明的方法通过线上结合线下的方式，有效解决了教育教学应注重实践实训和当前教学实验平台成本高不易大规模部署之间的矛盾，该方法所要解决的技术问题是现有实验教学实现效果受预算影响较大、实验资源部署效率低、无法根据成本做需求定制优化的技术问题。线上云平台子系统主要采用虚拟仿真和云平台的技术，将教育教学的实物进行建模，可满足大规模的线上教育实验推广需求；后台管理子系统主要采用互联网和云平台技术，可进行用户管理，例如审核、课程管理、实验作业管理、班级管理、资费管理、使用记录管理等等，同时附带反馈系统也可将数据分析结论用于虚拟仿真平台的迭代优化；线上云平台子系统和后台管理子系统可以解决线下实验资源成本高、部署效率低的问题。线下实体平台子系统利用线下推广的实体实验系统，结构紧凑性的同时兼具操作灵活性，同时扩展实验模块可根据教师实际预算需求进行定制扩展，从而可满足成本优化，定制化的线下实体实验需求。

本发明也可解决根据成本做需求定制优化的技术问题，如图3所示，对于有教学实践需求但实体经费缺乏的用户，可以提供以线上云平台子系统为主的实验教学方案，通过线上虚拟化实验平台1：1的实物建模，友好的交互体验和试验状态的实时反馈，使得学生可以了解、操作线上实验仪器，获得实验技能；对于具备一定实体经费但部署数量有限的用户，可以提供线上云平台子系统为主、线下实体平台子系统为辅的实验教学方案，由于线上云平台子系统集成班级管理和课程管理，可以方便教师管理学生线上的实验效果，同时由于线上低成本、高拟真效果，可以无缝对接硬件平台，可以作为线下实体平台子系统操作前期的基础培训，让通过基础培训的学生在线下实体平台子系统上实践，从而掌握实践技能；对于具备充分的实体经费的用户，可以提供线上云平台子系统和线下实体平台子系统双重搭配的实验教学方案，可以真正实现贴合教学习惯、软硬结合的教育需求，而搭配丰富的教辅资源也可以有效部署于教学课堂、项目实训和科研创新的情境。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。