用于可视化教学的方法、设备以及计算机可读存储介质与流程

本公开涉及数字化教学，特别地，涉及一种用于可视化教学的方法、设备以及计算机可读存储介质。

背景技术：

随着技术发展，数字化教室解决方案不断普及。数字化教学例如使用在具有显微镜的教室中。

传统的显微镜数字化教学方案一般采用蔡司labscope(v2.7)的类似技术提供可视化体验。在这些方案中，软件为仅可以连接多个显微镜的成像软件。在系统中，教师和学生具有相同的权限，任何教师和学生都可以在教室中连接到任何显微镜。在如图1所示的软件屏幕上，缩略图仅作为显微镜的固定数字示出。这种配置使得教师不容易找到教室中的显微镜，并且由于教师和学生权限相同，也不易于教师更好地管理课程和学生。

显微镜数字化教学方案的另一种方式是由第三方合作者提供的多媒体教室软件以弥补显微镜软件缺少的功能。在这些第三方解决方案中，学生作为由教师控制的客户端。但是，这些方案无法将显微镜与学生对应起来，不能显示课程教学中学生使用显微镜的情况，也不能显示出显微镜教学所需的重要信息。

因此，存在对现有的基于数字技术的可视化教学方案，特别是用于显微镜的可视化教学方案的进一步改进的需求。

技术实现要素：

本公开的实施例旨在提供一种基于数字化技术的可视化教学解决方案。该方案通过教室中的教学装置(例如显微镜)和智能终端，以及在教室进行的课程期间学生使用教学装置(例如显微镜)的情况，提供面向课程和学生的可视化教学环境，解决了传统方案无法使教师清楚地获取教室内的真实布局和学生与教学装置的对应关系的问题，克服了教师无法针对特定课程调整可视化教室布置和数据共享，以及传统多媒体教学方案存在隐私问题的缺陷。

根据本公开所提供的可视化教学方法和设备，以课程和学生为导向，通过服务器提供教学装置(例如显微镜)和智能终端之间的数据交互连接和权限设置，使得教师可以根据不同的课程设置特定的可视化教室环境。教师在上课期间可以监控教学装置与学生的状态，可以通过分组的形式在课堂之间分享课程内容和数据，还可以通过教学装置和存储空间的权限管理，保证课程参与者的隐私。

根据本公开的一方面，提出一种用于可视化教学的方法，包括：

建立教室，所述教室包括至少一个用户智能终端、至少一个教学装置以及管理智能终端和/或服务器，所述至少一个教学装置和/或所述至少一个用户智能终端分别与运行所述教室的管理智能终端和/或服务器通信连接，每个所述用户智能终端操作对应的至少一个教学装置并且获取所述对应的教学装置的状态；基于所述至少一个教学装置在教室中的真实几何布局设置教室，基于所设置的教室完成在所述教室中进行的课程。

根据本公开的另一方面，提出一种用于可视化教学的设备，包括：至少一个教学装置；至少一个用户智能终端，每个所述用户智能终端操作对应的至少一个教学装置并且获取所述对应的教学装置的状态；

管理智能终端和/或服务器，设置为建立教室并基于所述教室完成课程，所述教室包括所述用户智能终端和所述教学装置，以及设置为运行所述教室，所述至少一个教学装置和/或所述至少一个用户智能终端分别与所述管理智能终端和/或服务器通信连接；在管理智能终端和/或服务器上基于所述至少一个教学装置在教室中的真实几何布局设置教室，基于所设置的教室完成在所述教室中进行的课程。

根据本公开的又一方面，还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序包括可执行指令，当该可执行指令被处理器执行时，实施如本公开第一方面所述的方法。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不用于限制本公开的范围。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例性实施例，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1示出传统显微镜数字化教学方案的软件显示界面；

图2示出根据本公开的一个实施例的可视化教学系统的布局结构图；

图3示出根据本公开的一个实施例的可视化教学系统的管理智能终端在生成课程和教室时的用户界面；

图4a示出根据本公开的一个实施例的可视化教学系统的管理智能终端的教室子界面的用户界面；

图4b示出根据本公开的另一个实施例的可视化教学系统的管理智能终端的教室子界面的用户界面；

图4c示出根据本公开的另一个实施例的可视化教学系统的管理智能终端的教室子界面的用户界面；

图4d示出根据本公开的又一个实施例的可视化教学系统的管理智能终端的教室子界面的用户界面；

图5示出根据本公开的一个实施例的可视化教学系统的管理智能终端在教师开始课程之后关于课堂的设备分布和登录学生状态总览的用户界面；

图6示出根据本公开的一个实施例的可视化教学系统的管理智能终端的课程选择的用户界面；

图7示出根据本公开的一个实施例的可视化教学系统的管理智能终端的教室子界面的用户界面；

图8示出根据本公开的一个实施例的可视化教学系统的管理智能终端的教室子界面中已登录学生状态的用户界面；

图9示出根据本公开的一个实施例的可视化教学系统的管理智能终端的权限设定的用户界面；

图10示出根据本公开的一个实施例的可视化教学系统的管理智能终端的权限设定的用户界面；

图11示出根据本公开的一个实施例的可视化教学系统的管理智能终端的分组设定的用户界面；

图12示出根据本公开的一个实施例的可视化教学系统的管理智能终端的分组设定的用户界面；

图13示出根据本公开的一个实施例的可视化教学系统的管理智能终端的分组设定的用户界面；

图14示出根据本公开的一个实施例的可视化教学系统的管理智能终端的文件存储功能的用户界面；

图15示出根据本公开的一个实施例的可视化教学系统的管理智能终端的文件存储功能的用户界面；

图16示出根据本公开的一个实施例的可视化教学系统的管理智能终端的文件存储功能的用户界面；

图17示出根据本公开的一个实施例的可视化教学系统的管理智能终端的文件发送功能的用户界面；

图18示出根据本公开的一个实施例的可视化教学系统的管理智能终端在选择课程时的用户界面；

图19示出根据本公开的一个实施例的可视化教学系统的用户智能终端在学生进入课程时的用户界面；

图20示出根据本公开的一个实施例的可视化教学系统的管理智能终端在课程期间有学生的用户智能终端发起举手请求时的用户界面；

图21示出根据本公开的一个实施例的可视化教学系统的管理智能终端在课程期间的另一用户界面；

图22示出根据本公开的一个实施例的可视化教学方法的步骤；以及

图23示出根据本公开的一个实施例的可视化教学设备的结构框图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述本公开的示例性实施例。然而，示例性实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构。

在本公开中，以显微镜为例介绍使用教学装置进行可视化教学的解决方案。但是，本公开不限于显微镜这种特定的教学装置。任何使用需要学生操作的教学装置进行课程教学的数字化教室都可以应用本公开的方案。这些教学装置例如但不限于实验仪器、计算机、操作台、固定或移动机械等。

对于以教学装置为导向的可视化数字教室方案在学习环境的显微镜布置中，可以将控制装置和显微镜通过数据链接的方式连接。可视化系统的显示装置的软件界面中可以通过控制装置获得显微镜的图像，从而以显微镜在教室中的实际物理布置呈现界面中的显微镜图标。不论显微镜在教学课程中是否被学生使用，在界面上始终呈现显微镜的标记。但是，以教学装置为导向的可视化教学方案不能够以教师和学生为导向，针对不同的课程进行相应设置，同时也无法获取更多关于课程的信息。这种方案的另一个缺点在于权限设置、课程内容和实验数据的访问也无法进行权限管理。

对于本公开中在可视化教学解决方案中由教师和学生使用的智能终端，分别使用管理智能终端和用户智能终端进行区分。管理智能终端和用户智能终端可以在提供可视化教学系统时由提供商统一提供，也可以单独购买和配置并接入可视化教学系统。参与课程的学生也可以通过安装相应软件或app的方式使用自有的智能终端设备接入可视化教学系统。

下面将详细介绍根据本公开实施例的以课程和学生为导向的可视化教学方案。

首先，对本公开实施例中引入的概念进行解释。

本公开引入“教室”的概念。在现实中，教室主要包括教学硬件。教学硬件包括但不限于用于课程教学的诸如显微镜之类的教学装置。显微镜一般固定设置在教室中，并具有特定的几何布局。“教室”主要用于与现实中物理存在的教室相对应。教室用于将真实教室(即，教室中的真实几何布局)映射到可视化教学的教学平台，建立真实教室中的显微镜几何摆放布局与可视化教学软件的用户界面中的显微镜显示布局之间的联系。教室通常以显示装置或集成显示和数据输入功能的用户界面(ui)上呈现，这些用户界面可以是管理智能终端或用于运行教室的服务器的用户界面。

本公开还引入“课程”的概念。与在真实教室中的教学方式类似，教师在教室中对于他们自己的课程具有独立的权限和内容。教师可以在课程中限定每个学生的访问权限，生成满足他们的课程需求的组，在课程前准备内容并且在课程中将内容放到课程的存储空间中。教师还可以基于课程的内容设定学生所使用的用户智能终端的软件功能可用性。

图2示出根据本公开的示例性实施例的可视化教学系统。

可视化教学系统100可以包括管理智能终端101，至少一个用户智能终端102和至少一个诸如显微镜的教学装置103。应理解，可视化教学系统100实际上以在显示界面或用户界面上的图标呈现教室和课程的布局结构。图2可以看做可视化教学系统100的物理布局。系统100还可以包括服务器104，通常服务器104不在显示界面或用户界面上呈现的教室的可视化布局中示出。用户智能终端102和教学装置103可以分别与管理终端101和/或服务器104通信连接。

根据本公开的实施例，管理智能终端101可以包括用户界面(ui，例如可以是图形用户界面gui)、处理器、通信装置和存储装置等。用户界面用于显示和输入数据。管理智能终端101的处理器用于进行运算和控制，完成管理用户智能终端102的控制操作。教师和\或管理员(例如教学机构或可视化教学系统的管理员)对教室的大多数管理和控制操作都可以通过管理智能终端101完成。根据本公开的实施例，课程中也支持多个教师的角色进入，所有教师具有除了结束课程以外所有权限。只有开始课程的教师才有结束课程的权限。此时可视化教学系统100可以包括与教师数量对应的数量的管理智能终端101。

管理智能终端101的通信装置用于与服务器104进行数据通信，包括但不限于从服务器104获取来自用户智能终端102和显微镜103的数据，向服务器104、用户智能终端102和显微镜103发送控制和设定命令以及相应参数，或者通过向服务器104发送控制命令的方式使用户智能终端102、显微镜103和管理智能终端101之间的数据通过互联网或者局域网传送(此时服务器104不中转显微镜103的数据)。管理智能终端101或服务器104的存储装置用于存储管理智能终端101的运行所需要的数据，也可以作为管理智能终端101的私有存储子空间。管理智能终端101或服务器104的存储装置也可以存储教师的课程课件、教师在课程中的实验相关数据、以及教师根据学生的实验数据进行处理后得到的归档数据等。

在教室的可视化布局中，管理智能终端101的用户界面上的图标可以示出使用用户智能终端102的学生的状态。该状态包括但不限于学生的个人信息，学生是否在操作对应的显微镜103，该用户智能终端102的在线和运行状态等。一般来说，教师也会配备对应的显微镜103以便于示教。系统100也可以不为教师配备显微镜103，这种情况下教师在课程中可以指导学生操作显微镜103而不需要自己亲自操作。

系统100包括一个或多个用户智能终端102-1，102-2，…，102-9，分别与参与课程的学生对应。在下文中，可以使用用户智能终端102的标号(例如102-1)标记对应的学生。

与管理智能终端101类似，用户智能终端102同样可以包括用户界面(ui，例如可以是图形用户界面gui)、处理器、通信装置和存储装置等。用户智能终端102的处理器的运算和控制工作例如包括但不限于：学生操作与用户智能终端102对应互联的显微镜103以及获取对应互联的显微镜103的状态；如果权限允许的话，可操作其它显微镜103以及获取该显微镜103的状态；接收来自管理智能终端101的命令和数据；访问存储空间以及与本用户智能终端102对应的私有存储子空间；如果权限允许的话，访问管理智能终端101以及其它用户智能终端102的私有存储子空间；在用户智能终端102的用户界面上显示示教信息等。一般情况下，一个用户智能终端102和一个显微镜103建立对应的互联关系，一般情况下，一个学生操作与用户智能终端102对应互联的显微镜103以及获取对应互联的显微镜103的状态。

用户智能终端102的通信装置一方面用于与显微镜103进行数据通信，包括但不限于从显微镜103获取数据，向显微镜103发送控制命令。另一方面，用于与服务器104进行数据通信，包括但不限于从服务器104获取来自管理智能终端101经由服务器104发送的数据和命令，或者经由服务器104，向管理智能终端101发送请求。如果权限允许的话，用户智能终端102还可以通过通信装置经由服务器104向其它用户智能终端102的显微镜103发送控制和设定命令以及相应参数，以及访问其它用户智能终端102。用户智能终端102的存储装置用于存储用户智能终端102的运行所需要的数据，也可以作为用户智能终端102的私有存储子空间。在用户智能终端102的存储装置中可以存储学生在课程中所产生实验数据等。

根据本公开的一个实施例，服务器104不用于显微镜103的图像数据的转发。用户智能终端102直接和显微镜103建立连接，获取图像数据，以保证数据的质量和速度。但其他权限以及命令数据，可以通过服务器104转发。

在教室的可视化布局中，用户智能终端102的图标可以示出使用该用户智能终端102的学生的状态。该状态包括但不限于学生是否正在上课，该用户智能终端102的在线和运行状态等。

根据本公开的实施例，管理智能终端101和用户智能终端102可以是固定或移动智能终端。当智能终端为移动智能终端时，可以选自智能电话、个人数字助理(pda)、平板电脑(例如apple公司的ipad)、膝上型电脑、笔记本电脑等。通常智能终端由可视化教学系统100的提供商提供，但是本公开支持教师和学生自带终端设备接入系统100完成管理智能终端的功能。自有设备同样受控，隐私也同样受到保护。

系统100可以为教师、管理员和学生提供相同的智能终端。在智能终端上以不同的账号登陆以区分该智能终端的使用者为教师、管理员还是学生。根据账号的类别，将教师(或管理员)使用的智能终端记录为管理智能终端101，将学生使用的智能终端记录为用户智能终端102。如果教师和学生使用自有设备接入系统100，也可以通过账号登录方式进行区分。

根据本公开的实施例，系统100包括至少一个显微镜103。一般情况下，显微镜103中的每个显微镜103-1，103-2，…，103-9分别与使用该显微镜103的学生所使用的用户智能终端102-1，102-2，…，102-9对应，以表示由特定的学生操作对应的特定显微镜103。

显微镜103还包括用于与服务器104进行数据交互的通信装置。显微镜103的通信装置可以将自身的状态和数据发送到服务器104或经由服务器104发送到管理智能终端101和用户智能终端102，也可以接收来自服务器104或智能终端的操作指令和相应参数完成课程所需的显微镜动作。显微镜103的状态包括但不限于自身的操作状态、故障状态和在线状态，其数据包括但不限于以图像、视频或参数形式的观察数据。在教室的可视化布局中，显微镜103的图标还可以示出使用该显微镜的状态。显微镜103和用户智能终端102的状态可以结合以示出操作该显微镜的学生的综合状态等，提供更多显微镜数字教学所需要的信息。经过上述配置，教师可以容易地看到学生与显微镜103的对应关系，通过用户智能终端102与显微镜103的对应和状态，可以获得哪个学生在教室的哪个位置操作哪个显微镜103。

根据本公开实施例，服务器104分别与管理智能终端101、所有的用户智能终端102和所有的显微镜103连接。服务器104可以监控所有智能终端的状态，该状态包括但不限于例如是否在线的连接状态，智能终端当前位于教室中的位置，以及智能终端当前正在观察哪台显微镜等。服务器104也可以监控所有显微镜(特别是显微镜的相机)的状态，该状态包括但不限于相机的连接状态、在线与否等。通常服务器104不在显示界面上呈现的教室的可视化布局中出现，但作为系统平台运行该教室，同时完成各个部分之间的数据通信和交互。这样，管理智能终端101、用户智能终端102和显微镜103之间的所有通信都通过服务器104进行控制。例如，服务器104将管理智能终端101发出的命令转发到学生的用户智能终端，这些命令包括但不限于黑屏、锁定、labscope设定等。服务器104也可以管理学生访问显微镜的权限。这种设置的优点在于由服务器104提供统一的接口，便于权限管理和扩展。

服务器104与其它部分的连接可以通过有线或无线的方式。有线方式可以包括专用线缆或例如usb、cable等的通用标准线缆。无线方式包括但不限于蓝牙、zigbee、wifi、gsm、gprs、wcdma、lte等。系统100可以使用诸如以太网等的局域网实现小范围的可视化教学，也可以通过接入互联网实现远程可视化教学。

服务器104还可以包括存储装置，用于作为存储教室的存储空间和各个智能终端的私有存储子空间。将管理智能终端101和用户智能终端102的私有存储子空间转移到服务器104上存储的优点是当某个智能终端与系统100断开后，其它智能终端仍然能够在系统100中访问到断开智能终端所储存的数据。服务器的存储装置不但可以存储文件并为每个学生设置对应的存储空间，还可以存储与课程有关的配置信息。

根据本公开的实施例，服务器104的存储装置可以以单独的数据库或数据服务器的形式提供，也可以将存储空间和私有存储子空间中的至少之一存储在云上。使用云存储的优点在于智能终端可以在任何位置访问存储空间和相应的私有存储子空间中存储的与课程相关的数据。

下面将详述根据本公开实施例的可视化教学过程。

教师或管理员(例如教学机构的管理员或可视化教学系统的管理员)根据教学机构的实际环境(例如包含显微镜的多个教室)，或者根据可以设置显微镜的教室，在存储空间或管理智能终端建立“教室”。如图3所示的教师在管理智能终端上生成课程和教室的用户界面，假设某教学机构有三个教室或者课堂已具备显微镜或者需要装备显微镜，某教师或管理员在管理智能终端上生成相应教室的用户界面，包括教室401、402和403。如果需要进一步建立教室，可以点击界面下方的“增加教室”选项404。

在本公开的一个实施例中，可视化教学系统可以建立教师、管理员、学生三种不同类型的登录帐号。每种登录账号具有不同的权限，只有管理员才有权限增加、删除或修改教师。教师与管理员登录后所见到的用户界面不同，其权限也不同。

教师或管理员在所述“教室”的基础上，点击“新增课程”选项404，进一步根据教学需要建立新课程，例如“课程”4021。在点击“新增课程”选项404后进入图5所示的用户界面。

假设图2中的显微镜103的几何布局为一个真实教室中的显微镜几何布局。作为教室的可视化布局，管理员(例如教学机构的管理员或可视化教学系统的管理员)可以在如图4a所示管理智能终端的教室子界面所显示的由格子(grids，例如501或502)形成的以由格子组成的网格形式呈现的空间——“画布”用户界面(ui)中，根据图2的真实教室中显微镜103的摆放位置，使用诸如拖动和新建的方式设置显微镜的布局位置，将作为教学装置的显微镜放置在相应的格子中。需要说明的是，图4a所示的可视化教学系统的管理智能终端的教室子界面用于配置教室设备与学生的用户界面，这个界面是管理员用于配置课程所使用显微镜与可进入学生以及课程模板等的管理界面。优选地，“画布”可以是无限扩大的以适应不同大小的教室需求。教室布局位于“画布”内并由教师或管理员设定。例如，将显微镜103-1、103-2和103-3并排布置，将显微镜103-4至103-9呈星形布置，将教师所使用的显微镜103-0单独布置。在特殊课程教学需求情况下，显微镜103-1至103-9在现实中也可以位于不同的教室。在显微镜103位于现实中的不同教室中的情况，教室的可视化布局仍然可以呈现这些显微镜103的几何布置。

图4b示出的教室子界面中，显微镜103在“画布”上的教室布局中的位置可以任意移动。例如显微镜103可以从格子503所指示的位置拖放到格子504所指示的位置。如果显微镜103被拖放到当前教室布局范围之外的位置，则教室布局可以在“画布”上自动地延伸，从而包括显微镜103被拖放到的新位置所对应的格子。

教室布局的大小可以提前设定，也可以随时修改。在本公开的另一个实施例中，在教室布局内布置显微镜103之前，教师或管理员可以通过输入教室布局所包括的“画布”(即网格)中的格子的数量和由格子组成的网格的大小和形状来完成“画布”的设置。例如，通过设定例如格子矩阵形式的网格的大小，即格子的行数和列数来设定教室布局。例如，在图4c中所示的教室子界面中，教室布局通过窗口505设置为包括10行和10列格子。如果教师或管理员认为教室布局的大小不足以布置所有的显微镜103，也可以采用例如图4c中所示的界面手动调整教室布局的大小。例如，教室或管理员可以通过拖动gui上显示的对象进行设定和调整教室布局(即网格或“画布”)。gui上显示的对象对应于上述作为教学装置的显微镜，表示学生的智能用户终端，网格边界等。该对象例如可以采用图标的形式呈现。

图4d则示出另外一种示例性教室子界面。在图4d中的教室布局设置过程中，每个显微镜103被放置在“画布”中的格子内，具有固定的位置并且不可移动(被拖动)。如果教师或管理员将显微镜103放置在错误的位置506后，教师或管理员自己认识到该显微镜的放置位置和实际教室中的显微镜布局不符时；又或者当该显微镜被放置在已经放置有其它显微镜的位置处，或者该显微镜被放置在教室布局范围之外时，系统将提示该显微镜的位置放置错误；此时教师或管理员必须将位于错误位置的显微镜103删除，然后重新将显微镜103添加到正确的位置。例如，显微镜103可以放置在没有放置过显微镜的位置，或者通过修改教室布局的大小以提供更多的空余位置给显微镜。

教师或管理员在配置完所述的“教室”中的显微镜103的位置后，基于参加课程的学生名单和/或学号列表，进一步针对某具体显微镜103的位置配置该显微镜对应的学生，并给每个学生分配相应的学生登陆账号。配置时，界面显示如图5示出的配备显微镜的学生在教室中的布局，管理员可以为每个显微镜位置设置对应的学生，例如学生601坐在左上角的显微镜区域中。对于一台显微镜103来说，可以配置对应一个学生，也可以配置对应多个学生，也可以在某个或某几个显微镜位置处没有学生。在图4b中所示的实施例中，学生在教室布局中的位置可以与显微镜103的位置布置类似地任意移动。可以通过将学生使用的用户智能终端放置在网格的格子中配置学生与显微镜之间的对应关系。同样，教室和管理员可以通过拖动gui上显示的表示学生或学生所使用的用户智能终端的对象进行设定和调整学生与显微镜之间的对应关系。

根据本公开的实施例，除了教室外，还可以建立图3中所示的用于研讨课程的教室403。研讨课程相比普通课程，更侧重于教师和学生之间的交流，可以针对研讨课程在管理智能终端和用户智能终端设置更多的交互功能。

教室的设置和管理可以通过教师的管理智能终端完成。教师可以在自己的课程中具有独立的权限和内容。根据本公开的实施例，可视化教学系统还可以包括管理员使用的超级智能终端，用于进行系统的底层设置，还可以用于对管理智能终端进行配置。超级智能终端的功能可以通过账号机制完成，例如管理员可以通过管理智能终端登录管理员账号完成配置。

建立教室的服务器基本设置例如可以包括服务器与各个智能终端和显微镜之间的数据通信参数，显微镜的控制驱动功能，服务器运行可视化教室的基本设定，管理智能终端的功能和用户界面显示等。

如此配置完成所有教室和每个教室相关的课程后，在图3的用户界面可以看到，例如，在称为“microscopyclassroom202”的教室402的周二课程中，有15个学生使用38个显微镜。应了解的是，每个不同课程中学生的数量和显微镜的数量并不是相同的。

在本公开的另一个实施例中，每个学生和教师可以使用单独的一个显微镜，也可以通过各自的智能终端操作多个显微镜。

教师在上课前先准备对应的课程。例如，教室可以提供诸如细胞学、生物分子和材料科学的显微镜教学实验，开课教师可以准备相关课程的课件内容。该课件内容包括向所有学生展示的讲义，实验操作规程和注意事项，先前课程中需要引用的内容和数据，也可以包括教师自己的实验数据和备课笔记。

如图6所示，教师在上课时点击相应的课程。带有live图标的课程(rocky’sclassroom)表示当前课程正在被其他教师使用(上课中)。当前教室的其他课程在此期间禁止被使用，但是教师可以选择正在进行的课程并进入参与授课。随后同样进入图5所示的学生/显微镜布局界面，通过在学生与显微镜之间设定的对应关系及其与真实教室中学生与显微镜的位置之间的布局对应关系，在课程期间教师可以容易将智能终端用户界面中学生与显微镜的位置与状态和实际的学生和/或显微镜在教室中的位置联系起来。如图7和图8所示的教室子界面，若示出学生701的用户图标有人形图案标识并且人形图案为绿色，则表示学生701在线，如果人形图案为灰色，表示当前学生掉线。如学生701的用户图标右上角的标识是绿色的，表示学生701所对应的显微镜和/或显微镜上的相机工作状态正常。如学生702的用户图标右上角的标识是红色的，表示该学生702对应的显微镜和/或显微镜上的相机不在工作状态。如用户图标中没有人形图案标识，则表示该显微镜没有与任何用户智能终端建立互联关系。如用户图标中有多个人形图案标识，则表示该显微镜与多个学生所使用的用户智能终端建立了互联关系。如果用户图标中的多个人形图案标识为灰色，表示其中有学生掉线。通常学生的在线或当前行为通过检测学生所使用的用户智能终端的状态实现。

根据本公开的一个实施例，在教室的课程中没有被选择的显微镜和学生可以不在教室的布局中显示，即在课程中没有使用的显微镜和不参加该课程的学生的用户智能终端不在教室的“画布”或网格布局中显示。根据另一个实施例，也可以采用与在课程中使用的显微镜和参加该课程的学生的用户智能终端在教室中呈现的显示方式不同的其它显示方式显示不使用的显微镜和不参加该课程的学生的用户智能终端。

建立课程完成之后，教师将确定该课程的需求。根据课程需求，教师可以建立对应的教室。教室的设置包括但不限于：建立教室所需的服务器基本设置，在课程中需要使用的显微镜以及参与该课程的学生，每个学生的用户智能终端访问每个显微镜的权限，每个学生的用户智能终端访问教师的管理智能终端和其他学生的用户智能终端的访问权限，每个学生的用户智能终端的功能，学生与显微镜的分组，基于分组的分组内的学生的用户智能终端和分组内的显微镜的访问权限，建立存储空间以及每个学生的用户智能终端和管理智能终端可使用的私有存储子空间，设置存储空间和私有存储子空间的访问权限等。

图9和图10示出根据本公开一实施例的可视化教学系统的管理智能终端的权限设定的用户界面。

教学机构或可视化教学系统的管理员可以在管理员界面预先配置课程中可能会使用到的模板，使用课程的所有教师可以直接在下拉列表中选择需要的模板。如果教师需要自定义模板，可以选择下拉列表中的“edittemplate”选项。界面上会出现模板管理窗口，教师可以保存自定义的模板，如图9所示。“selecttemplate”行显示的是当前的模板名“d”。点击“customsettings”行的齿轮图片会弹出选项删除或重命名当前模板。教师通过选择“defaul_file_format”来限制学生拍摄图片的格式，例如可以包括czi、jpg、tif、czi+jpg或czi+tif。教师可以将“default_copy_after_snap”设为开启(enabled)状态，学生拍摄的图片将被直接复制并发送到该学生的网络文件夹。

教师还能设置启用或禁用某些功能模块，如显微镜设置,图形标注,显示设置菜单,相机设置和拍摄模式。其中拍摄模式可以选择禁用几种特定的模式或者禁用全部拍摄模式。

模板可被应用于全部学生或指定学生。

为了避免学生在课程中进行无关操作，教师可以将全部学生或指定学生的智能终端黑屏或锁定到指定的界面。

对于使用公共智能终端的用户，为了保护用户隐私，教师可以选择清除学生的智能终端上的所有本地文件。

手掌的图标用于清除界面上学生的举手状态。

根据本公开实施例，教师还可以设置学生所使用的用户智能终端的功能。用户智能终端不仅具有操作显微镜并获取显微镜的状态信息、获取来自其它智能终端、设备和服务器的数据、根据访问权限访问其它用户智能终端和管理智能终端、以及根据访问权限访问存储空间和私有存储子空间的功能，还可以依据课程的需求增加更多的功能。例如，用户智能终端在图3所示的研讨课教室403中可以具有更多的社交交互功能。另外，用户智能终端可以具有向教师请教或提问的“举手”功能。当学生使用用户智能终端的举手功能时，该请求可以例如通过社交模块发送到管理智能终端并且具有相对高的优先级。对应地，教师的管理智能终端也可以具有类似“点名”的向学生提问的功能。

教师还可以设置学生访问教师的管理智能终端和其他学生的用户智能终端的访问权限。通过这种智能终端访问权限的设定，学生可以通过访问其他学生的用户智能终端操作对应的显微镜或获取其他同学在用户智能终端上共享的内容。一般来说，教师的管理智能终端具有对所有学生的用户智能终端和所有显微镜的访问权限以实现监控的目的，反之则学生仅在获得授权的情况下才能访问其他学生或教师的智能终端。

应理解的是，管理智能终端和用户智能终端之间的数据交换通过服务器中转。服务器一般不中转显微镜数据。通常学生对显微镜的访问权限通过设置学生所使用的用户智能终端的访问权限实现。

设置完显微镜和学生的几何布局后，教师可以对学生和显微镜的访问权限进行设置。例如，某个或某几个学生可以操作一个或几个显微镜，一个或几个显微镜也可以由特定一个或几个学生操作。操作的访问权限包括但不限于调节显微镜的机械动作和参数、电子功能的设定、查看显微镜的图像、获取显微镜的结果等。

根据本公开的实施例，教师可以根据课程的需求进一步对学生和显微镜进行分组并对每组内的学生和显微镜设置不同的访问权限。以图2中的布局结构图为例，操作显微镜103-1至103-3的用户智能终端102-1至102-3所对应的学生可以设置为一个学生分组105，可以将这些显微镜也设置为对应的显微镜分组105。同样，显微镜103-4至103-9的用户智能终端102-4至103-9所对应的学生可以设置为一个学生分组106，也可以将显微镜103-4至103-9设置为对应的显微镜分组106。根据另一实施例，也可以不按照显微镜的几何布置进行分组，例如显微镜和学生分组106可以包括显微镜103-1和用户智能终端102-1对应的学生。应理解的是，学生和显微镜的分组可以不是一一对应的，即同一学生分组内的学生所操作的显微镜可能不属于一个显微镜分组，同一显微镜分组内的显微镜也可以不由同一学生分组内的学生操作。

选择分组是基于课程需求的。在一个实施例中，教室所进行的细胞学课程包括两组实验，每组实验所使用的显微镜和对应的参与学生不同。可以根据该课程的实验类别进行学生和显微镜的分组。在另一个实施例中，教室要同时进行细胞学和生物分子两种实验，则可以根据两种实验类型分别进行学生和显微镜的分组。在真实教室中，进行不同实验类型的显微镜和学生可能存在交叉布置的情况，在本公开的教室子界面中仍然可以直观地体现上述情况并准确对这些显微镜的学生进行分组。

教师可以单独发送信息(如“点名”)以及自己对应的显微镜103的信息到某个特定的分组，教师也可以基于分组设定学生和显微镜的访问权限。例如特定学生分组内的学生可以访问所述特定显微镜分组内的显微镜或不分组的一个或多个显微镜，特定显微镜分组内的显微镜可以由特定学生分组内的学生或不分组的一个或多个学生访问。与不分组的情况类似，特定学生分组内的学生的用户智能终端可以具有访问其它学生或学生分组的用户智能终端和管理智能终端的不同访问权限。

如图11，12所示，管理员可以预先在配置课程时设置如图11中的分组01，02，03。管理员可以对每一组重新命名，同时服务器会自动为每一个组分配不同的颜色。选择一个组时，该组成员的图标会显示成该组的颜色。如图11中，选择组03，则图12中的学生normal3，normal6都显示组03的颜色，他们各自被分配在一台显微镜上。

教师可以点击讨论按钮，学生normal3与normal6就能看到所有被划分在组03内的显微镜。图12所示即开始讨论后学生normal3与normal6的用户智能终端共同连接在同一台显微镜上观察的情况。

教师可以根据自己的需要在课上创建临时组，但是临时组在课程结束后不会被保存。如图13所示，教师增加了一个临时组04。

当教师选择一个小组时，可以发送各种指令，但是所有指令仅对该组成员生效。

经过上述设置，教师可以通过管理智能终端设置一个学生、一组学生或全部学生的访问权限和用户智能终端功能，也可以设置一个显微镜、一组显微镜或全部显微镜的访问权限。应当注意的是，学生和显微镜的分组和权限设定一般针对对应的课程。不同教室的不同课程之间的分组和权限设定不通用，即参加不同课程的学生之间一般不能相互访问，学生所操作的显微镜之间也不能相互通用，通过教师或管理员进行特殊设定的除外。在课程进行期间，教师还可以对这些不同范围的学生或显微镜进行更多控制，详见下文。

根据本公开的实施例，教师还可以通过管理智能终端在教室子界面上设置存储空间以及在存储空间中进一步设置针对教师的管理智能终端和每个学生的用户智能终端的私有存储子空间。存储空间用于存储在教室进行的课程中的所有数据和信息，包括可以由教师、所有学生、所有显微镜和服务器等访问的公共数据和信息和由教师和所有学生分别独自访问的私有数据和信息。公共数据例如可以存储在存储空间的公共存储空间中。私有数据和信息存储在私有存储子空间中。教师和学生分别通过管理智能终端和各自的用户智能终端访问存储空间以获取公共数据和信息，以及访问私有存储子空间访问私有数据和信息。私有存储子空间可以在权限设置的前提下由该私有存储子空间的所有者之外的智能终端访问。例如，教师使用管理智能终端可以访问所有学生的私有存储子空间，也可以在学生设置允许权限的情况下访问特定学生的私有存储子空间。学生和学生之间也可以通过用户智能终端在设置允许权限的情况下访问对方的私有存储子空间。

根据本公开的实施例，存储空间和私有存储子空间基于课程分配空间大小、存储位置和访问权限。基于课程的组织，教师可以在存储空间中存储课程所需的公共课程课件，显微镜操作规范和注意事项，示范显示器操作、图像和数据，其它类似课程中可供学生学习的资料等。教师可以在自己的私有存储子空间中放入课程的备课笔记，自己的实验数据和图像等。学生可以在自己的私有存储子空间中放入自己的实验数据和图像、课程笔记和相关资料等。在存储空间和私有存储子空间中，可以根据每门课程自动设置独立的文件夹，以便在课程期间将这些文件夹中的内容分享给其他人。

针对文件和数据共享，教师可以基于课程的需求和分组情况设置存储空间和私有存储子空间对教师和学生的访问权限。当存在学生分组时，可以针对分组设置存储空间和私有存储子空间的访问权限。当存储空间和私有存储子空间中的文件和数据以文件夹等形式存储时，可以针对不同的文件夹设置不同的访问权限。学生也可以基于课程设置自己的私有存储子空间对其他学生和教师的访问权限。教师和学生还可以具有将存储空间中的公共数据和信息存入自己的私有存储子空间以及将私有存储子空间的内容存入存储空间中作为公共数据的权限。

存储空间和私有存储子空间可以位于可视化教学系统的服务器的存储设备或单独的数据库或存储设备上，也可以位于其它位置，例如位于云存储上。云存储可以包括公有云和私有云。存储空间和私有存储子空间的配置基于课程的需求设置。在本公开的一个实施例中，可以将私有存储子空间设置在教师的管理智能终端和学生的用户智能终端内部的存储装置中。管理智能终端和用户智能终端可以通过本地同步或云同步的方式将私有存储子空间的数据与本地存储装置中的数据进行单向或双向同步。

如图14所示，教师在登录后在文件页的服务器端根目录下会显示所有之前和当前的课程文件夹。教师选择一个文件夹进入，比如选择正在进行中的课程“testclass”所对应的文件夹，如图15所示，该文件夹下列出的子文件夹为当前课程所有成员的文件夹。所以成员上传到该课程服务器端的文件都会被显示在各自文件夹中。教师有权限上传或下载文件到所有的子文件夹。图16显示的是教师将文件上传到自己在该课的文件夹中。

如果登陆账号为学生，在服务器端根目录下会显示所有该学生参与过的课程文件夹，每个课程子文件夹中显示的是学生本人或者教师上传过的文件。

图17显示的是教师在课程界面打开的文件窗口。该窗口左侧显示的是当前课程所有成员的文件夹。教师点击任意文件夹，窗口右侧会显示所有该文件夹下的文件。教师选中文件然后点击发送按钮，所以目标学生的本地文件夹中会自动下载该文件。如果在整个教室范围执行操作，目标学生为全部在线学生；如果在组级别操作，目标学生为该组全部在线学生；如果对单个学生操作，目标学生为该学生。

教室的建立和设置完成后，教师可以返回教室的课程选择界面选择要开始的课程，如图18所示。该选择界面仅对于登录的教师可见。

进入选定课程的教室子界面后，教师可以查看课程情况。在获得显微镜和学生的几何分布及其状态满足课程要求后，教师可以向学生的用户智能终端发出开始上课的命令，学生在教师的指导下开始操作显微镜。例如，教师可以通过将自己的显微镜操作过程、参数和图像发送到学生的用户智能终端上进行示例，还可以要求学生通过访问存储空间中存储的公共课程课件或教师的私有存储子空间中存储的内容完成实验。

学生的用户智能终端的用户界面例如如图19所示。学生可以在课程中登录用户智能终端参与课程，并使用与该用户智能终端对应的至少一个显微镜。在课程过程中，学生可以选择以功能901所示的实时视频的方式显示显微镜的观察结果，也可以选择以功能902所示的图像方式显示显微镜的观察结果。另外，学生也可以点击用户界面中的举手图标903向教师发出举手请求，用于请教问题、提问或示意实验完成等请求功能。用户智能终端的用户界面还可以包括访问存储空间及私有存储子空间，选择显微镜，记录实验数据，进行社交交互等功能。

在课程进行期间，教师可以通过管理智能终端实时监控学生对显微镜的操作情况，学生和显微镜的状态，以及接收学生的举手请求。参见图20所示，教师的管理智能终端的用户界面上呈现了每个学生的用户智能终端与该学生所操作的显微镜的状态。教师通过监控该状态，实时了解学生在课程中的学习情况并主动地或响应于相应事件向学生以及显微镜发送控制命令。

例如，在图20所示的用户界面中，学生的用户智能终端1001的图标变成“举手”图标，指示具有用户智能终端1001的学生在自己的用户智能终端上选取了“举手”功能以向教师发送举手请求。同时，学生的用户智能终端1002的图标也变成“举手”图标，指示该学生也向教师发送举手请求。对于这两个举手请求，教师可以根据与该用户智能终端对应的显微镜的状态进一步判断举手请求的具体目的。例如，用户智能终端1001右上角的标识是红色的，表示该用户智能终端1001所对应的学生没有操作显微镜或显微镜状态不正常(由于学生发出举手请求，排除了学生不在线的情况)，则教师可以初步确定可能学生在操作显微镜过程中出现了问题需要教师查看或指导。再例如，用户智能终端1002的标识是绿色的，标识该用户智能终端对应的学生正在操作显微镜和/或显微镜状态正常，则教师可以初步确定学生已经完成了实验或者有问题需要提问。

根据图21所示的本公开的实施例，如果教师确定用户智能终端1002的学生已经完成了显微镜的操作并且获得实验结果，教师可以在管理智能终端的用户界面上通过命令将该学生的用户智能终端1002上呈现的显微镜的状态和实验结果的实时视频和图像1101共享或广播到其它学生的用户智能终端上，或者通知其它学生通过访问该完成实验的学生的用户智能终端1002获取相应的信息。教师还可以使用简单的方式在不同的命令范围之间切换。例如，教师可以通过发送命令将完成实验的学生的用户智能终端1002的信息和数据发送给特定学生，特定的学生分组或所有学生，还可以响应于某个学生的请求，单独将完成实验的学生的用户智能终端1002的信息和数据发送给发出请求的学生。

在课程结束后，学生离开课程，学生的用户智能终端与课程断开或注销。学生还可以在课后重新使用用户智能终端登录或连入历史课程，访问自己的私有存储子空间中的内容，以及在权限允许的情况下访问该历史课程的存储空间中共享的课程课件等数据。根据某些实施例，学生之间也可以共享各自的私有存储子空间的数据进行课后交流，例如完成课后作业。

对于教师，则在课程结束后具有比学生更多的权限。例如，教师可以在课程后仍然具有访问该历史课程中的存储空间中的公共数据以及学生的私有存储子空间的数据以便于课后分析。教师还可以在课后通过向学生的私有存储子空间中放入新程序或数据的形式布置课后作业。但是，系统设置教师一般只能访问与自己的课程相对应的存储空间和私有存储子空间的内容，而不能访问与他/她不相关的其它课程的存储空间和私有存储子空间。这种权限设定可以保护学生的隐私。同样，学生也在不同的课程中有不同的隐私设定，他们具有针对不同课程的不同私有存储子空间或者在自己的私有存储子空间中具有针对不同课程的文件夹。参加同一课程的不同学生以及参加不同课程的学生之间的私有存储子空间一般在没有设定特定访问权限的情况下不共享。

根据本公开实施例，上述在教室中进行可视化教学的功能和设定可以作为显微镜成像软件的集成功能。为了便于操作和清楚地提示，各个智能终端的用户界面可以对特定功能的图标通过例如加大或动态的方式突出功能，或者采用例如“attention”样式的提示或警示信息功能引起使用者的注意。根据某些实施例，具有低使用频率的图标也可以进行隐藏或放在更下级的用户界面菜单中。在用户界面中也可以提供类似“how-to”的多媒体训练文档或教程供用户学习。

根据本公开实施例的可视化教学方法和系统，具有明确的以课程、显微镜和学生结合的面向课程和学生的解决方案，解决了传统方案无法使教师清楚地获取教室内的真实布局和学生与教学装置的对应关系，克服了教师无法针对特定课程调整可视化教室布置和数据共享，传统多媒体教学方案存在隐私问题的缺陷，向教室的课程参与者提供了更多的信息。

在课程中，智能终端软件的使用者(教师和学生)之间进行交互而不分别基于显微镜进行交互，存储空间的文件访问和共享以及命令都在用户设备和管理设备之间传输而不是经由显微镜传输。服务器在各个部分之间完成中转的功能。教师可以以真实教室中的课程准备课程，根据不同的课程设置特定的可视化教室环境以将这些课程与现实的教室中的课程进行映射。教师在上课期间可以监控教学装置与学生的状态，可以通过分组的形式在课堂之间分享课程内容和数据，还可以通过教学装置和存储空间的权限管理，保证课程参与者的隐私，课程操作简单并且具有更大的灵活性。

根据本公开实施例的可视化教学集成解决方案，所有功能在软件中实现并可以实现流畅的工作流程，提供互联性和合作性优点。教室的概念可以支持更大规模的教室，并在教室中将布局可视化，分配显微镜等教学装置的访问权限变得更容易。通过引入分组的概念，使得分组讨论，分组任务，分组文件共享和管理等更高效。

根据本公开的实施例，提出如图22所示的用于可视化教学的方法，包括步骤：

s1210：建立教室；以及

s1220：基于教室完成课程。

其中，教室可以包括至少一个用户智能终端和至少一个教学装置，每个用户智能终端操作对应的教学装置并且获取对应的教学装置的状态。该教室还包括操作对应的教学装置并获取对应的教学装置的状态的管理智能终端，该管理智能终端、至少一个教学装置、以及至少一个用户智能终端分别与运行教室的服务器通信连接。

根据实施例，建立教室可以包括如下至少之一：基于至少一个教学装置的真实几何布局设置至少一个教学装置在教室中的几何布局；建立课程，以及基于课程选择用户智能终端和教学装置；基于课程设置如下至少之一：每个用户智能终端的访问权限，每个教学装置的访问权限，以及每个用户智能终端的功能；对用户智能终端和教学装置进行分组，对属于不同组的用户智能终端设置针对教学装置的不同的访问权限，对属于不同组的教学装置设置针对用户智能终端的不同的访问权限；显示用户智能终端和教学装置中的至少之一的状态；基于课程建立用于存储课程内容的存储空间；在存储空间中为管理智能终端和每个用户智能终端设置私有存储子空间以及私有存储子空间的访问权限。

根据本公开的实施例，基于教室完成课程可以包括如下至少之一：向用户智能终端发送命令；分别向属于不同组的用户智能终端发送命令；将管理智能终端操作的教学装置的状态发送到用户智能终端；监控用户智能终端操作的教学装置的状态；将用户智能终端操作的教学装置的状态发送到其它用户智能终端；访问管理智能终端和用户智能终端的私有存储子空间；在课程结束后，访问管理智能终端和用户智能终端中至少之一的私有存储子空间。

根据本公开的实施例，还提出一种可视化教学的设备，如图23所示。该可视化教学设备1300可以包括至少一个教学装置1330；至少一个用户智能终端1320，每个用户智能终端操作对应的教学装置1330并且获取对应的教学装置1330的状态；管理智能终端1310，设置为建立教室并基于教室完成课程，教室包括该用户智能终端1320和教学装置1330。该可视化教学设备1300还可以包括设置为运行教室的服务器1340。管理智能终端1320、至少一个教学装置1330、以及至少一个用户智能终端1320分别与服务器1340通信连接。

根据一个实施例，管理智能终端1310也可以操作对应的教学装置1330并获取对应的教学装置1330的状态。管理智能终端1310还可以设置为实现如下至少之一的功能：基于至少一个教学装置1330的真实几何布局设置至少一个教学装置1330在教室中的几何布局；先建立课程，再基于课程选择用户智能终端1320和教学装置1330；基于课程设置如下至少之一：每个用户智能终端1320的访问权限，每个教学装置1330的访问权限，以及每个用户智能终端1320的功能；对用户智能终端1320和教学装置1330进行分组；对属于不同组的用户智能终端1320设置针对教学装置1330的不同的访问权限，对属于不同组的教学装置1330设置针对用户智能终端1320的不同的访问权限；显示用户智能终端1320和教学装置1330中的至少之一的状态；向用户智能终端1320发送命令；分别向属于不同组的用户智能终端1320发送命令；将管理智能终端1310操作的教学装置1330的状态发送到用户智能终端1320；监控用户智能终端1320操作的教学装置1330的状态；将用户智能终端1320操作的教学装置1330的状态发送到其它用户智能终端1320；基于课程建立用于存储课程内容的存储空间；在存储空间中为管理智能终端1320和每个用户智能终端1330设置私有存储子空间以及私有存储子空间的访问权限；访问用户智能终端1320的私有存储子空间；将用户智能终端1320的私有存储子空间共享给其它用户智能终端1320；在课程结束后，访问管理智能终端1310和用户智能终端1320中至少之一的私有存储子空间。

根据本公开的实施例，该用户智能终端1320还可以设置为实现如下至少之一的功能：访问管理智能终端1310的私有存储子空间；访问其它用户智能终端1320的私有存储子空间；在课程结束后，访问管理智能终端1310和用户智能终端1320中至少之一的私有存储子空间。

在本公开的示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序包括可执行指令，该可执行指令被例如处理器执行时可以实现上述任意一个实施例中所述用于可视化教学的方法的步骤。在一些可能的实施方式中，本公开的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在智能终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述智能终端设备执行本说明书用于可视化教学的方法中描述的根据本公开各种示例性实施例的步骤。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。