一种四维互动电子教材的创编方法
【专利摘要】本发明公开了一种四维互动电子教材的创编方法：创建通用知识元素数据,建立通用元数据库；创建内容编辑模块；创建动态模拟模块；创建文件格式转换模块；创建合成模块；最后创建远程协同模块,用于远程反馈,协同更新,云存取及用户认证。本发明的方法将教材内容与互联网和数字技术融合，实现互联网远程协同的四维电子教材。
【专利说明】
一种四维互动电子教材的创编方法
技术领域
[0001 ]本发明属于电子教材技术领域，涉及一种电子教材的创编方法，尤其是一种四维互动电子教材(简称4D教材)的创编方法。
【背景技术】
[0002]万众创新，教育先行，教育的开展最终落实在教材的实施，而教材实施的核心是以学生发展为本.因此，在我们面临的互联网大数据时代，以学生发展为本的教材创新是影响教育改革整体效应最关键的因素.我们需要更深层次的思考适应这个时代的教材功用，它们的时代意义及其内容的表达方法.目前的教材，尤其是工科类教材，主要是通过平面排版后在纸上印刷出版，如:《教育技术馎士学位专业发展计划》，何天明，美国沃尔顿大学，2013;或转化成电子文档加上平面图形，如〈〈理论力学》，西北工业大学，高等教育出版社，2012;《机械原理电子教案》(国家级精品课)，2004;机械原理网络课程》，高等教育出版社，2013;《数学》义务教育教科书，人民教育出版社，2014。或结合视频和音频来表达内容，如:国家精品课程资源网，www.jingpinke.com国家教育部高等教育司，2015。我们称这种方式为二维的编写出版方法。即作者通过在平面坐标(x，y)面来展示其内容。这种方法平面式，内容圣经式的教材缺点是:对作者而言，很难简单明了地表达真实直观的三维实体内容。例如一个机械部件通常要用三个投影视图来表达，一个产品的组装除了需要众多的视图表达其装配结构外，还需要不少的文字及标注才能表达清楚各部件之间的关系。对学生发展而言，需要专业的培训才能理解三视图关系，根据视图关系想象出三维实体结构。这不仅增加对内容的理解难度，容易产生误读。学生没有互动参与的机会，不论个人的学习理解能力如何，只能根据作者的设计步骤被动的学习。不能根据学生个人的认知程度主动参与互动，观察测量，让学生自己发现问题，分析问题，解决问题。不利于对学生在知识，能力和创新素质多方面的协调培养。在某种程度上制约了互联网时代现代文化科技教育的大众化、普及化和跨边界的传播能力。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种四维互动电子教材的创编方法，该方法将教材内容与互联网和数字技术融合，实现互联网远程协同的四维电子教材。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0005]这种四维互动电子教材的创编方法，具体如下:
[0006]I)创建通用知识元素数据，建立通用元数据库，所述通用元数据库用于存储各类知识元素和通用知识模拟元素;通用元数据库中的元素能够根据需要进行检索，重复修订和复制；
[0007]2)创建内容编辑模块，用于编辑和存储以TXT、XML、DITA、METADATA、HTML、HTML5音频和视频为代表的混合型结构化或非结构化数字内容及有关的几何初定位参数；
[0008]3)创建动态模拟模块，用于存储数字内容结构中需要动态模拟表达出来的内容；[0009 ] 4)创建文件格式转换模块，用于中性文件格式转换以及定义数字内容中几何空间的构形；
[0010]5)创建合成模块，用于在虚拟数字空间进行以上各模块间的内容访问调用、内容编辑以及4D书的组装生成和内容协同修订；
[0011]6)创建远程协同模块，用于远程反馈，协同更新，云存取及用户认证。
[0012]进一步，上述通用元数据库包括ID元素子模块、2D元素子模块、3D元素子模块和4D元素子模块。
[0013]进一步，上述通用元数据库包括三层结构:元数据存储和访问、数据交互创建及修订、元数据检索及服务器访问接口。
[0014]进一步，上述内容编辑模块包括TXT子模块、XML子模块、DITA子模块、METADATA子模块、HTML子模块、HTML5子模块、音频子模块、视频子模块和几何参数子模块。
[0015]进一步，上述动态模拟模块包括动态参数子模块和动态模拟子模块。
[0016]进一步，上述文件格式转换模块包括文件格式转换子模块和几何空间构形子模块。
[0017]进一步，上述合成模块包括访问调用子模块、内容编辑子模块、组装生成子模块和内容协同修订子模块。
[0018]进一步，上述远程协同模块包括远程反馈子模块、协同更新子模块、云存取子模块及用户认证子模块。
[0019]本发明具有以下有益效果:
[0020]本发明通过在教材内容中矢量立体的展示和数字内容结构化组装表达方法，在内容立体图形处理方面，通过在平面内容框架里创建实体的四维技术信息展示空间，使平面内容里不能动的图形在该空间里不仅能表示出三维实体，而且读者可以随个人兴趣，个人对内容的理解程度与之6个自由度的互动，即任意平行移动以及全方位转动。任意放大缩小，观察截面，测量和评注技术参数。从而增强空间实体感知，加深内容理解，让学生有机会自己个性化的主动参与，发现问题，分析问题，解决问题。有利于对学生在知识，能力和创新素质方面的协调培养，提高认知效率，激发创新思维。本发明在内容结构方面，通过创建通用知识元素库，在达尔文信息分类架构(DITA)，元数据(METADATA)以及数字内容结构的基础上定义可以横跨学科，横跨互联网平台，横跨阅读工具，便于云存取的教材内容4D表达方法。通过知识元素再生利用，中性文件组装转换，节省数字内容的资源成本。
【附图说明】
[0021]图1为本发明的结构框图。
【具体实施方式】
[0022]本发明的四维互动电子教材的创编方法为:
[0023]I)创建通用知识元素数据，即UMD模块，建立通用元数据库，所述通用元数据库用于存储各类知识元素和通用知识模拟元素；通用元数据库中的元素能够根据需要进行检索，重复调用和存取、再生应用，修订和复制;该创建通用知识元素数据的子模块包括:
[0024](I)ID元素子模块；
[0025](2)2D元素子模块；
[0026](3)3D元素子模块；
[0027](4)4D元素子模块。
[0028]2)创建内容编辑模块，用于编辑和存储以TXT、XML、DITA、METADATA、HTML、HTML5音频和视频为代表的混合型结构化或非结构化数字内容及有关的几何初定位参数；内容编辑模块的子模块包括:
[0029](i)TXT 子模块；
[0030](2)xml 子模块；
[0031](3)DITA 子模块；
[0032](4)METADATA 子模块；
[0033](5)HTML 子模块；
[0034](6)HTML5 子模块；
[0035](7)音频子模块；
[0036](8)视频子模块；
[0037](9)几何参数子模块。
[0038]3)创建动态模拟模块，用于存储数字内容结构中需要动态模拟表达出来的内容；动态模拟模块包括的子模块包括:动态参数子模块和动态模拟子模块。
[0039 ] 4)创建文件格式转换模块，用于中性文件格式转换以及定义数字内容中几何空间的构形;文件格式转换模块的子模块包括:文件格式转换子模块和几何空间构形子模块；中性文件格式为I3DF文件格式。
[0040]5)创建合成模块，用于在虚拟数字空间进行以上各模块间的内容访问调用、内容编辑以及4D书的组装生成和内容协同修订;合成模块的子模块包括:访问调用子模块、内容编辑子模块、组装生成子模块和内容协同修订子模块。
[0041]6)创建远程协同模块，用于远程反馈，协同更新，云存取及用户认证。所述远程协同模块包括远程反馈子模块、协同更新子模块、云存取子模块及用户认证子模块。
[0042]下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
[0043]参见图1，本发明的四维互动电子教材的创编方法创编的4D书采用分类结构化的数字内容组装表达形式，所用到的多种数字模拟的内容元素脱离原文件平台的约束，在一种中性普适的文件格式基础上根据内容的要求和结构特点进行组装，编辑，修订和再循环利用。充分应用数字内容结构有序化，几何构形表达通用化和昜再生修订的特点，跨学科调用，节省数字元素资源，加强科学文化教育跨平台的传递能力。达到在互联网上网下使用普及化，所需劳动最小化，资源利用最大化以及可持续性创新什级的日的。为此，本发明引入通用知识元素的概念，知识元素是数字内容中的最小单位，它可以是一个数学符号，也可是一个定义或定理，它们可以横跨学科和平台的界线根据数字内容的逻缉结构来调用组装。例如，几何空间中的园柱体是一个通用元素，因为它们在数字虚拟空间的几何构形不因学科而变化。可变的是其元素文件中的几何尺寸和材料等参数。如木制的为家具销钉，铁的为机械螺杆，水泥的就成了建筑房屋的柱子，用于教材编辑则成了几何学中园柱体的基本概念。这样在数字技术基础上可以横跨学科来调用这些通用元素，不必要重复构建以节省资源，减少劳动成本。这些通用知识元素可以是二维、三维以及空间元数据或者它们的4D表达。本发明将这些数据存入UDE库模块.根据教材内容要求编辑结构化的分块内容，这些分块内容是多种数字元素或它们的合组成，可以是TXT ,XML,DITA, HTML5以及音频、视频等形式，这些分块内容存储在编辑模块中。数据预处理模块主要用存储数字内容中需要特定处理的文件。在预处理子模块里，定义空间位置和尺度以及文件格式的变换。动态模拟模块用于存儲数字内容结构中需要动态模拟表达出来的内容，如物体在空间的运动，机构的运动模拟以及产品的组装模拟等。在组合模块里完成四维电子教材的组装生成。这里的内容是根据目标定义的数字结构化的综合内容表达形式，如需要用于互联网页面，也可以转换生成HTML5格式。不论什么结构形式，4D书的各种内容结构都易于通过互联网云端存储，远程传送协同，网上网下使用以及可持续更新发展。
[0044]本发明的4D书将传统的教材，尤其是工程技术类教材与数字技术、互联网技术深度融合，在平面内容表达方式的框架里提供了真实的三维物体和技术信息的四维展示空间。使得我们有能力将人们最容易接受和理解的直接呈现出物体和技术信息远程传递到教材内容消费者面前。这样表达出来的4D内容与平面内容相比，更具现实感，与读者的真实感知更为贴切，更能增加读者对内容的理解消化能力和激发创新精神。4D书的文件中性普及率高。其内容中的图像清晰，立体感逼真，可在一般的移动终端打开阅读。读者不需要依附任何花费的商业平台就可以欣赏个性化的任意移动，观察、测量和标注，任意放大缩小仍能保持清晰亮丽的4D内容。而且容易在云端存取和互联网上传递，远程协同修订和互动。这将有利于加强现代工程科技知识跨边界的传播能力，有助于现代科技教育的公平化和普及化。通过4D书，学生能根据个人的认知程度主动参与内容互动，观察和测量物体，评注技术参数。让学生自己发现问题，分析问题，解决问题。这样通过主动参与内容互动的过程，有利于对学生在基础理论知识，实践操作能力和创新思维等多方面素质的协调培养.有利于现代科技知识在互联网时代的普及和推广，有助于加强现代文化知识教育的大众化，普及化，和跨边界的传播能力。此外，因为该方法处于技术创新和产品研发等产业价值链的髙端环节，除文化教育外，还将有助于加强工程和科学技术文档内容的真实表现力和面向大众的传递能力.因为不论是工业、建筑、艺术、家居、机械等的设计，从数字模拟技术来看，它们在三维几何空间的构形表达及其文档内容的创建方式具有共性。因此，4D书的内容创建表达方法还可横跨行业和部门的应用边界。对各行各业的立体图像的保存也具有极大的优势，其影响将涉及到许多的产业，具有广括的市场前景。此外，具Cisco的研究报告，再过几年，将有500亿装置互联。4D书能在这些互联装置上传播具有独特创新的文化科教内容，对我国在世界上的文化大发展将会起到一定的推动作用。同时，也会带来巨大的商机。
【主权项】
1.一种四维互动电子教材的创编方法，其特征在于: 1)创建通用知识元素数据，建立通用元数据库，所述通用元数据库用于存储各类知识元素和通用知识模拟元素;通用元数据库中的元素能够根据需要进行检索，重复修订和复制; 2)创建内容编辑模块，用于编辑和存储以TXT、XML、DITA、METADATA、HTML、HTML5音频和视频为代表的混合型结构化或非结构化数字内容及有关的几何初定位参数； 3)创建动态模拟模块，用于存储数字内容结构中需要动态模拟表达出来的内容； 4)创建文件格式转换模块，用于中性文件格式转换以及定义数字内容中几何空间的构形； 5)创建合成模块，用于在虚拟数字空间进行以上各模块间的内容访问调用、内容编辑以及4D书的组装生成和内容协同修订； 6)创建远程协同模块，用于远程反馈，协同更新，云存取及用户认证。2.根据权利要求1所述的四维互动电子教材的创编方法，其特征在于，所述通用元数据库包括ID元素子模块、2D元素子模块、3D元素子模块和4D元素子模块。3.根据权利要求2所述的四维互动电子教材的创编方法，其特征在于，所述通用元数据库包括三层结构:元数据存储和访问、数据交互创建及修订、元数据检索及服务器访问接□ O4.根据权利要求1所述的四维互动电子教材的创编方法，其特征在于，所述内容编辑模块包括TXT子模块、XML子模块、DITA子模块、METADATA子模块、HTML子模块、HTML5子模块、音频子模块、视频子模块和几何参数子模块。5.根据权利要求1所述的四维互动电子教材的创编方法，其特征在于，所述动态模拟模块包括动态参数子模块和动态模拟子模块。6.根据权利要求1所述的四维互动电子教材的创编方法，其特征在于，所述文件格式转换模块包括文件格式转换子模块和几何空间构形子模块。7.根据权利要求1所述的四维互动电子教材的创编方法，其特征在于，所述合成模块包括访问调用子模块、内容编辑子模块、组装生成子模块和内容协同修订子模块。8.根据权利要求1所述的四维互动电子教材的创编方法，其特征在于，所述远程协同模块包括远程反馈子模块、协同更新子模块、云存取子模块及用户认证子模块。
【文档编号】G09B5/06GK105824978SQ201610289829
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】何天明, 何源
【申请人】陕西阿蓝网络科技有限公司