專利名稱：多人同步線上互動學習虛擬教室系統(tǒng)與方法
技術領域：
本發(fā)明系為一種多人互動學習線上實時虛擬教室系統(tǒng)與方法，特別是指一種利用主從架構(Client-Server)所設計線上多人互動共同上課的虛擬教室系統(tǒng)，包括選課大廳選擇科目，年級，主題章節(jié)，進入使用者所喜好的教室，在利用虛擬白板進入多人互動學習，線上的老師透過動畫進行教學，而師生間可透過白板交換訊息，共同討論問題。系統(tǒng)可利用使用者學習軌跡信息、與其它使用者互動信息進行成果分析。如此讓使用者可隨時隨地進行遠距教學。
背景技術：
以目前在網際網絡上所得知的教學方法皆是以單方面學習為主，僅是使用者與網站的內容有互動，當使用者有提出需求，網站才會回饋給使用者。如使用者在使用時有任何使用上、學習上的問題皆無法得到實時性的回饋。等待到系統(tǒng)回饋時，或許使用者已經忘卻所不會使用的問題是什么問題了。
另一個缺點是先前的線上教學方法中并沒有任何使用者與使用者之間的互動。使用者與使用者之間是彼此獨立的個體，互不影響，也沒有任何溝通的管道。很明顯的，這兩個問題會造成無實時性的回饋，缺少了網際網絡上的優(yōu)點一地球村的效應，無法做到使用者間彼此的訊息溝通及交流。
習知線上學習系統(tǒng)，皆著重于試題管理與成績統(tǒng)計，例如2001年10月21日公開的公告號為0046082，名為「線上學習成果評鑒系統(tǒng)及其方法」，即揭示一種包括題庫管理裝置，試卷命題裝置，線上測驗裝置，與測驗分析裝置等的線上學習成果評鑒系統(tǒng)。另有些著重于信息交換與媒合功能，例如2002年6月1日公開的公告號為TW00489291，名為「使用學生對家庭教室媒合服務之互動線上學習」，即揭示一種自動地選出一位具資格的家庭教師以協(xié)助學生的方法。習知這些線上學習系統(tǒng)僅提供試題管理，基本排行榜分析與個人成績統(tǒng)計，或具資格家庭教師媒合服務。這些互動過程中，顯然無法提供有效線上師生溝通的工具，充分達到遠程教學與學習之便。
因此，本發(fā)明及針對上述之需求，乃特潛心研究并配合學理之運用，提出一種多人互動學習線上實時虛擬教室之系統(tǒng)，設計合理且有效增進教學效果之發(fā)明。

發(fā)明內容鑒于上述習知學習平臺的缺點，本發(fā)明提供一種具有實時回饋、加強使用者互動性、立即地學習效果分析，輔以生動的動畫效果加深使用者的印象，所架構出的一種新型的互動學習虛擬教室系統(tǒng)與方法，可達成多人同步互動的遠距學習社群的境界。
本發(fā)明包括有(1)選課大廳系統(tǒng)，(2)虛擬白板系統(tǒng)，(3)課程動畫庫，(4)評量試題庫，(5)學習成果分析等五大模塊所組成。選課大廳將所有的課程、年級、科目、章節(jié)有系統(tǒng)且結構化的歸納分類，學生依據(jù)興趣與程度點選欲學習的教室，系統(tǒng)利用虛擬白板，進行多人同步互動教學，線上老師利用課程動畫庫進行動畫教學，老師透過聲音廣播(Broadcasting)進行實時同步播音講解，老師可利用虛擬筆于計算機畫面的最上層實時進行重點提示，也可利用虛擬板擦擦掉不要的部分，另虛擬白板可運用試題庫的試題進行問題搶答，系統(tǒng)將記錄線上每個學生的學習軌跡，利用這些記錄進行個別學生學習成效分析，提供學生學習重點加強的導引。
本系統(tǒng)是利用網頁(Web)技術與全球信息網(world wide web)的相關環(huán)境實施，故使用者可透過網際網絡(Internet)隨時隨地進入此虛擬教室中學習。利用虛擬白板子系統(tǒng)中的同步聲音廣播、虛擬筆、虛擬板擦、教室布告欄、師生對話板及教室學生狀況板等功能，讓多人可線上實時同步學習，學習過程的歷史軌跡皆被系統(tǒng)記錄儲存下來，而這些記錄經評估系統(tǒng)的分析后將會再回饋給使用者，讓使用者了解該如何加強本身薄弱之處，以達到學習的效果。
虛擬白板為本系統(tǒng)多人線上同步互動的共平臺，同一教室所有的師生皆同時擁有相同畫面進行互動學習，老師利用(1)課程動畫演示區(qū)，(2)同步播音講解開關，(3)虛擬筆，(4)虛擬板擦，或(5)問題搶答區(qū)進行課程講解或習題解答，另學生或老師可利用(6)教室布告欄，(7)師生對話板，(8)教室學生狀況版等功能進行師生互動，透過虛擬白板進行本系統(tǒng)最核心的線上同步互動學習的機制。此部分關系一些網絡上串流資料同步廣播的技術，利用信息塊排程與多媒體實時多層次合成等技術，使白板上各種信息能同步交互播放，另于互動學習的過程中系統(tǒng)將隨時記錄個別學生互動狀況，并將這些信息回饋給學習成果分析模塊，讓每個學生能了解其學習成效，成績統(tǒng)計，成績排行，成績落點分析。甚至于獲得個別學生需加強單元的分析等學習成效分析，讓系統(tǒng)能因此提升至更完整有效全方位的線上學習解決方案。


首先，請參照圖1，為本系統(tǒng)的系統(tǒng)流程圖。本發(fā)明系為一種線上虛擬教室與實時回饋系統(tǒng)。包括了(1)選課大廳系統(tǒng)10，(2)虛擬白板系統(tǒng)20，(3)課程動畫庫30，(4)評量試題庫40，(5)學習成果分析50等五個模塊。
詳細說明如下(1)選課大廳系統(tǒng)10系統(tǒng)大廳提供使用者選擇虛擬教室的接口，如圖3所示，可選擇年級、科目、章節(jié)單元、教室、能力等級等選項。其中科目、以國內小學課程為例，可區(qū)分為國文、數(shù)學、自然、綜合及英文；年級則可依照目前國內的年級區(qū)分，共1～6個年級；而每個科目在細分出各大類與單元，如圖10。各單元中依線上人員多寡細分成許多教室，每個教室有不同的擬真老師，不同能力等級，同學可依自我的實力與喜好選擇合適的虛擬教室。
(2)虛擬白板系統(tǒng)20此模塊主要負責學生與學生或學生與老師之間的溝通平臺，架構如圖4所示，此模塊中包含了八大功能A.教室布告欄21-提供虛擬教室中師生共享的布告欄功能；B.師生對話板22--提供同教室?guī)熒鷮υ捁δ?，是虛擬教室共有的溝通對話園地；C.同步播音講解開關23--老師聲音廣播與動畫講解同步的撥音系統(tǒng)；D.虛擬筆24--畫面最上層的手寫提示或講解的功能筆；E.虛擬板擦25--虛擬筆畫面上的擦拭功能；F.學習狀況板26--顯示同教室所有學生狀況；G.課程動畫演示區(qū)27--利用FLASH動畫進行課程解說，是動畫電子書及H.問題搶答區(qū)28--提供多人線上問題搶答，了解虛擬教室中學生學習的狀況。除了這八大功能外，在針對互動性上我們又提供了--A.傳遞方式(廣播、特定對象、群組…)、B.群組關系(設定好友、黑名單、建立新群組…)、C.好友上線通知、D.使用者狀態(tài)設定(聊天、禁言…)等四項通訊功能。利用此四項功能，使用者可以依照自我選擇不同的功能產生不同的訊息傳遞對象及方法。
其使用接口如圖5所示，功能說明一教室布告欄，提供此單元相關信息、學習成果分析、系統(tǒng)回復信息區(qū)；師生對話區(qū)，顯示使用者及其它人的文字訊息；演示區(qū)，包含了實時性的圖片、線上教學、動畫播放等；學生狀態(tài)區(qū)，說明目前參與此單元學生的狀態(tài)，如發(fā)問中，發(fā)呆中，離線等等狀態(tài)。
(3)課程動畫庫30如圖7所示，此模塊包含了課程或游戲兩大部分，此后皆稱之為課程單元31。此模塊主要負責管理每個課程動畫中的使用者使用狀態(tài)、準許系統(tǒng)管理員作開設新課程、一般使用者加入所開設的新課程、離開課程或是旁觀課程。此模塊的接口如圖5的課程動畫演示區(qū)中所示，并可利用(2)虛擬白板系統(tǒng)20中的虛擬筆24以及虛擬板擦25兩項功能作線上立即的互動，如圈選重點、課程講解等，并隨時傳遞學習過程給學習成果分析數(shù)據(jù)庫以分析使用者的學習成果。
(4)評量試題庫40架構如圖8所示，此模塊的數(shù)據(jù)庫由科目、等級、章節(jié)單元、題型、重點分析參數(shù)、題目特殊屬性參數(shù)所組成之試題評量。其中科目，以國內小學課程為例，可區(qū)分為國文、數(shù)學、自然、綜合及英文；等級，則可依照目前國內的年級區(qū)分，共1~6個年級；而每個科目，再細分出各章節(jié)，如圖10。題型有選擇題、是非題、填充題、互動游戲題等。其使用接口如圖6所示，套用于虛擬白板的問題搶答區(qū)，提供了線上實時搶答功能，老師并可利用(2)虛擬白板系統(tǒng)20中的虛擬筆24以及虛擬板擦25兩項功能作線上立即的互動，如講解問題。
(5)學習成果分析50如圖9所示，此模塊主要是一個記錄所有使用者使用的相關信息，記錄的資料包括了累計使用的時間(依課程單元31)、累計使用之次數(shù)(依課程單元31)、總成績(依課程單元31)、平均成績(依課程單元31)、每次平均時間(依課程單元31)和各種其它屬性的信息。利用這些信息透過我們的分析機制，可提供使用者本身的分析結果以及與其它使用者的分析結果，這些結果將實時地回饋給各使用者，加強學習的效果。并且有一個可供使用者查詢相關問題的多維檢索數(shù)據(jù)庫。此數(shù)據(jù)庫記錄了先前所有使用者對此相關問題所提過的任何問題的解答。如使用者提出一個先前已有人提過類似的問題，系統(tǒng)將會主動回饋給使用者相關信息。
具體實施方式

本系統(tǒng)包括(1)選課大廳系統(tǒng)，(2)虛擬白板系統(tǒng)，(3)課程動畫庫，(4)評量試題庫與(5)學習成果分析等五大模塊。是一嶄新多人同步互動學習虛擬教室系統(tǒng)，其的詳細實施步驟如下1.建構、安裝系統(tǒng)所需之數(shù)據(jù)庫于服務器中，數(shù)據(jù)庫主要包括了--A.會員數(shù)據(jù)庫，記錄會員基本資料以及帳號、密碼等信息。B.學習成果分析數(shù)據(jù)庫，記錄每次使用者使用時所產生的累計使用的時間(依課程單元31)、累計使用之次數(shù)(依課程單元31)、總成績(依課程單元31)、平均成績(依課程單元31)、每次平均時間(依課程單元31)和各種其它屬性的信息。以提供后續(xù)的學習成果分析模塊之用。C.課程動畫數(shù)據(jù)庫，儲存課程動畫的相關信息。D.評量試題數(shù)據(jù)庫，紀錄科目、等級、章節(jié)單元、題型、重點分析參數(shù)、題目特殊屬性參數(shù)以及評量試題數(shù)據(jù)等相關數(shù)據(jù)。E.疑問數(shù)據(jù)庫，紀錄使用者發(fā)問的問題以及相關解答等。F.其它信息所需之數(shù)據(jù)庫，例如建構此系統(tǒng)架構的信息。此部分的技術著重于整合全部的信息，分析這些信息，如何建構一個適合我們需求的數(shù)據(jù)庫架構。
2.建構登入以及注銷機制模塊，判斷是否為可正常使用的使用者以及系統(tǒng)管理者，并將登入時產生的信息記錄至會員數(shù)據(jù)庫中，注銷時亦需將相關資料記錄至會員數(shù)據(jù)庫中。此部分功能包含了建構會員注冊、登入、修改資料等功能，其使用接口以網頁為基本架構建設。
3.建構課程動畫庫模塊30的教材，以目前可在網頁上播放動畫的Flash技術為主，針對課程以及游戲制作相關的教材。并可以隨時傳送出使用者的學習軌跡記錄以及傳送給學習成果分析模塊50所需之相關信息。我們知道目前通用的FLASH技術大多是單純的播放動畫或是僅能單一使用者對提供內容者，目前的技術并不敷我們使用，我們還需要在額外利用其它程序輔助做到可在網絡上同步化播放FLASH動畫，以達到虛擬教室的精神所在。
4.建構相對應于課程動畫庫30的評量試題庫40包含將試題輸入至評量試題數(shù)據(jù)庫中。功能上需做到可線上多人實時回答、搶答的功能，同時將回答的結果記錄于學習成果分析數(shù)據(jù)庫和疑問數(shù)據(jù)庫中。
5.建構學習成果分析模塊50，將課程動畫庫模塊30及評量試題庫模塊40所提供的數(shù)據(jù)作實時的運算，并建構在網頁上可供使用者查詢的學習成果分析和系統(tǒng)能自動回饋給使用者本身的學習成果分析。此部分細部功能包括了透過使用者端彈性化多重坐標交叉查詢條件設定，其查詢條件可以為科目、單元、等級、題型、使用者自訂重點分析參數(shù)、特殊屬性參數(shù)、起始日期、終止日期…等，這些條件，可以交叉設定，以查詢出最有利于使用者的分析報告。以及智能型分析個別學習盲點與欲加強、已加強、待加強的學習單元使用者施測后，所有的成績與相關參數(shù)的記錄，皆有利于智能型分析，使用次數(shù)愈多，則學習統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計資料就愈大，此時，智能型分析的可信賴度就愈高。透過智能型分析，使用者可以了解個別的學習盲點，以及做弱點之補強，更可透過加強區(qū)的分析，自行安排加強補強之學習，可有效率的節(jié)省時間，并可達到事半功倍的成果。
6.建構虛擬白板系統(tǒng)模塊，其包含了八大功能與四項通訊功能。利用師生對話板22、同步播音講解開關23、虛擬筆24、虛擬板擦25等四功能制作使用者間溝通的工具。課程動畫演示區(qū)27整合了課程動畫庫30所產生的效果，問題搶答區(qū)28則整合了評量試題庫40的功能。在實作上因為要作到聲音的同步，特別要利用到網絡上串流資料同步廣播的技術，利用信息塊排程與多媒體實時多層次合成等技術。
7.最后一步驟則是統(tǒng)整第二和第六步驟所完成的功能，并建構一個選課大廳系統(tǒng)，提供線上所有教室列表，目前線上使用者列表，使用者本身好友、黑名單列表，學習成果分析列表以及可利用年級、科目、章節(jié)單元、教室、能力等級等選項讓使用者可自由選擇欲學習的虛擬教室。
6.圖式簡要說明圖1系統(tǒng)流程圖，說明本發(fā)明系統(tǒng)的整體流程圖，包括登入、選教室、上課、產生互動、評量、獲得學習成果分析、注銷等步驟。
圖2系統(tǒng)組織圖，說明本發(fā)明系統(tǒng)的組織架構圖，此系統(tǒng)主要由五大模塊所組成。
圖3選課大廳系統(tǒng)圖，使用者可以依照年籍、科目、章節(jié)等選項選擇想要學習的課程。
圖4虛擬白板系統(tǒng)架構圖，說明虛擬白板所提供之功能。
圖5虛擬白板系統(tǒng)接口圖，說明虛擬白板的人機接口，包括了教室布告欄、師生對話區(qū)、演示區(qū)以及學生狀態(tài)區(qū)，。
圖6評量試題系統(tǒng)接口圖，說明評量試卷的呈現(xiàn)方式。
圖7課程動畫庫架構圖，說明課程動畫的功能以及與其它模塊的關系示意圖。
圖8評量試題庫數(shù)據(jù)庫架構圖。有科目、等級、單元、章節(jié)、題型、題目以及特殊屬性參數(shù)、重點分析參數(shù)…等索引文件。
圖9學習成果分析數(shù)據(jù)庫架構圖。紀錄各種學習活動過程的記錄。
圖10小學科目與各單元列表范例。
7.主要組件標號選課大廳系統(tǒng)…………………………………………10虛擬白板系統(tǒng)…………………………………………20教室布告欄……………………………………………21師生對話板……………………………………………22同步播音講解開關……………………………………23虛擬筆…………………………………………………24
虛擬板擦………………………………………………25學習狀況板……………………………………………26課程動畫演示區(qū)………………………………………27問題搶答區(qū)……………………………………………28課程動畫庫……………………………………………30課程單元………………………………………………31評量試題庫……………………………………………40
權利要求
1.一種多人同步線上互動學習虛擬教室系統(tǒng)與方法，系可線上實時、多人互動學習虛擬教室的系統(tǒng)與方法?；诰W際網絡的便利性，多加強了實時性的回饋機制，強化性的互動機制，提供了人性化的平臺。本系統(tǒng)與方法包括下列模塊(1)選課大廳系統(tǒng)提供使用者按年級、科目、章節(jié)單元、虛擬教室與實力等選項，選擇適切教室的人機接口。(2)虛擬白板系統(tǒng)提供實時互動的接口，可藉由文字、聲音以及圖片等作使用者之間溝通的平臺，包括教室布告欄、師生對話板、同步撥音開關、虛擬筆、虛擬板擦、教室學生狀況、課程動畫演示區(qū)、問題搶答版等模塊。(3)課程動畫庫包含課程以及游戲等教材。(4)評量試題庫包含與課程動畫庫相對應的評量試題。(5)學習效果分析記錄所有的學習信息并回饋給系統(tǒng)以及使用者，以加強使用者的學習效果。
2.如申請專利范圍第一項所述，具有多人同時使用的學習環(huán)境，其中提供了一個線上實時教學之人機接口，可自動提供使用者線上單元列表，線上使用者列表，使用者本身好友、黑名單列表以及學習效果分析列表等相關信息。
3.如申請專利范圍第一項所述，具有可提供學習成果分析信息之動畫式教材，其中包括了課程、游戲以及評量三部分。
4.如申請專利范圍第一項所述，所有的教學，包含課程、游戲以及評量皆以動畫的方式呈現(xiàn)，以加深使用者的學習印象，增加學習效率。
5.如申請專利范圍第一項所述，具有多重坐標分析利于線上查詢或立即回饋使用者的個人學習成果分析數(shù)據(jù)庫。其記錄了各種學習活動的信息，方便分析了解個人學習效果。
6.如申請專利范圍第一項所述，具有記錄使用者所有疑問及解答之數(shù)據(jù)庫。其實時記錄使用者之間互動以及使用者與系統(tǒng)管理者之間互動的相關信息，方便使用者往后作查詢、尋找相關信息。
7.一種實時、主動回饋之學習成果分析平臺，其功能為可讓使用者自行查詢本身相關學習記錄，協(xié)助使用者了解學習方向以及目標，補強弱點。如使用者無自行查詢，此平臺將會主動告知使用者相關信息。
8.一種實時、主動回饋疑問以及相關解答之平臺，其功能為實時、主動回饋使用者所提出之疑問，并搜尋出相類似之問題，以加速使用者獲得相關解答。
9.一種多人線上同步互動的虛擬白板系統(tǒng)，其功能提供了使用者利用文字、聲音以及圖片等信息作線上實時互動，包括了下列功能(1)教室布告欄提供虛擬教室中師生共享的布告欄功能。(2)師生對話板提供同教室?guī)熒鷮υ捁δ?，是虛擬教室共有的溝通對話園地。(3)同步撥音講解老師聲音廣播與動畫講解同步的撥音系統(tǒng)。(4)虛擬筆畫面最上層的手寫提示或講解的功能筆。(5)虛擬板擦虛擬筆畫面上的擦拭功能。(6)教室學生狀況板顯示同教室所有學生狀況。(7)課程動畫演示區(qū)利用FLASH動畫進行課程解說，是動畫電子書。(8)問題搶答提供多人線上問題搶答，了解虛擬教室中學生學習的狀況。
10.如申請專利范圍第九項所述，教室布告欄，顯示虛擬教室共享信息廣播系統(tǒng)。
11.如申請專利范圍第九項所述，師生對話板，為虛擬教室中網上共有的對話頻道。
12.如申請專利范圍第九項所述，同步播音講解開關，為虛擬教室動畫與聲音同步廣播系統(tǒng)，可網上多人同步共享之聲音頻道。
13.如申請專利范圍第九項所述，虛擬筆與虛擬板擦，為虛擬白板中顯示于畫面最上層的手寫提示與講解系統(tǒng)，為多層次線上影像實時合成之技術。
14.如申請專利范圍第九項所述，課程動畫演示功能，為虛擬教室中，課程動畫化，深動化，讓使用者快速深入教室主題之基本技術。
15.如申請專利范圍第九項所述，問題搶答，為虛擬教室中，多人線上同步實時問題搶答功能，提供遠距教學中，多人同步解題之基本平臺。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種線上實時、多人同步互動學習虛擬教室的系統(tǒng)與方法?；诰W際網絡的便利性，實時性的回饋機制，強化性的互動機制，我們提出了一個人性化的平臺，讓每位使用者可自由地學習所想學習到的信息。系統(tǒng)包括(1)選課大廳系統(tǒng)，(2)虛擬白板系統(tǒng)，(3)課程動畫庫，(4)評量試題庫，(5)學習成果分析等五大模塊。使用者利用選課大廳，選擇科目與年級，進入線上虛擬教室，透過虛擬白板訊息交換，在網上虛擬多人上課的互動情形，達到網上教學與問題搶答，并可讓師生間共同討論問題一同學習一同成長。本系統(tǒng)利用動畫來表達出課程、游戲、以及評量。使用者可自由選擇要學習的內容，并可與其它使用者同時學習。每次學習的過程皆會被記錄下來。這些記錄經評估系統(tǒng)的分析后將會再回饋給使用者，讓使用者了解該如何加強本身薄弱之處，以達到學習的效果。
文檔編號G09B7/00GK1591516SQ0315
公開日2005年3月9日 申請日期2003年9月4日 優(yōu)先權日2003年9月4日
發(fā)明者洪永城, 林業(yè)鈞 申請人:杭州草莓資訊有限公司