本發(fā)明涉及實(shí)驗(yàn)教學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種儀器運(yùn)行原理具象化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

儀器是分析化學(xué)中不可或缺的一部分，在高等院校的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也起著非常重要的作用。目前高等院校分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中關(guān)于分析儀器的教學(xué)，還只有傳統(tǒng)的書面文字描述+儀器外部結(jié)構(gòu)以及有限的內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀摩方式。以目前的技術(shù)，可通過模擬仿真技術(shù)將儀器外觀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)可視化便于對(duì)儀器內(nèi)外部結(jié)構(gòu)的講解，然而并未見這種技術(shù)應(yīng)用在分析儀器教學(xué)的報(bào)道和實(shí)例。

只有書本文字描述+儀器外部結(jié)構(gòu)以及有限的內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀摩的單維度教學(xué)系統(tǒng)，不便于學(xué)生對(duì)儀器運(yùn)行及其原理的充分了解和掌握，不利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)分析儀器的興趣，其缺點(diǎn)是教學(xué)效率低、教學(xué)效果差、教學(xué)方式陳舊無吸引力。采用虛擬仿真技術(shù)，將儀器內(nèi)外部結(jié)構(gòu)全部展現(xiàn)出來，讓學(xué)生可以對(duì)儀器結(jié)構(gòu)及運(yùn)行進(jìn)行全方位的觀摩。這種方式可以讓學(xué)生從更多角度了解儀器的結(jié)構(gòu)和原理。但是單純的虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，依然有其受限的地方，例如：作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)生參與感依然較弱、缺乏學(xué)生+真實(shí)儀器+虛擬儀器之間的互動(dòng)，即當(dāng)學(xué)生操作真實(shí)儀器時(shí)，不能立即相應(yīng)的觀察到儀器內(nèi)部各部件的配合運(yùn)行及運(yùn)行原理的問題。

有鑒于此，有必要提出對(duì)目前的教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述至少一技術(shù)問題，本發(fā)明的主要目的是提供一種儀器運(yùn)行原理具象化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)及方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案為：提供一種儀器運(yùn)行原理具象化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，包括真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器、轉(zhuǎn)換控制器及具象處理裝置，所述轉(zhuǎn)換控制器分別與真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器及具象處理裝置電連接；

所述真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器，用于根據(jù)用戶的操作執(zhí)行相應(yīng)操作，同時(shí)生成觸發(fā)信號(hào)并向外發(fā)送；

所述轉(zhuǎn)換控制器，用于對(duì)接收的觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行處理生成控制指令，并將控制指令并向外發(fā)送；

所述具象處理裝置包括具象處理模塊、圖像庫、語音庫及展示模塊；所述具象處理模塊，用于對(duì)收到的控制指令進(jìn)行識(shí)別處理，并根據(jù)識(shí)別處理結(jié)果分別調(diào)用圖像庫中的三維動(dòng)畫文件以及語音庫中的講解語音文件；所述展示模塊用于將三維動(dòng)畫及講解語音進(jìn)行同步展示及播放，其中，所述圖像庫預(yù)先存儲(chǔ)有至少一真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器運(yùn)行的三維圖像文件，所述語音庫中預(yù)先存儲(chǔ)有至少一講解語音文件。

在一具體的實(shí)施例中，所述真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)置有通信接口，所述觸發(fā)模塊，用于將在真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器執(zhí)行開始或停止操作時(shí)生成觸發(fā)信號(hào)輸送至轉(zhuǎn)換控制器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的另一個(gè)技術(shù)方案為：提供一種儀器運(yùn)行原理具象化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，包括如下步驟：

根據(jù)用戶對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器的操作生成觸發(fā)信號(hào)；

對(duì)接收的觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行處理生成對(duì)應(yīng)的控制指令；以及

根據(jù)控制指令進(jìn)行識(shí)別處理，并根據(jù)識(shí)別處理結(jié)果分別調(diào)用圖像庫中的三維動(dòng)畫文件以及語音庫中的講解語音文件，以及將三維動(dòng)畫及講解語音進(jìn)行同步展示及播放。

在一具體的實(shí)施例中，所述根據(jù)控制指令進(jìn)行識(shí)別處理，并根據(jù)識(shí)別處理結(jié)果分別調(diào)用圖像庫中的三維動(dòng)畫文件以及語音庫中的講解語音文件的步驟，具體包括：

根據(jù)控制指令進(jìn)行識(shí)別處理得到與執(zhí)行操作的真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)應(yīng)的識(shí)別碼；以及

根據(jù)識(shí)別碼從圖像庫的導(dǎo)引表中查找并調(diào)用對(duì)應(yīng)的三維動(dòng)畫文件，以及從語音庫的導(dǎo)引表中查找并調(diào)用對(duì)應(yīng)的講解語音文件。

在一具體的實(shí)施例中，所述根據(jù)用戶對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器的操作生成觸發(fā)信號(hào)的步驟，具體包括：

根據(jù)用戶對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器的操作生成觸發(fā)信號(hào)；以及

將觸發(fā)信號(hào)通過有線或無線的方式向外發(fā)送。

本發(fā)明的技術(shù)方案主要包括真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器、轉(zhuǎn)換控制器及具象處理裝置，該真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器與具象處理裝置分別與轉(zhuǎn)換控制器電連接；該真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器自帶有觸發(fā)信號(hào)生成功能，根據(jù)學(xué)生或老師的操作生成觸發(fā)信號(hào)，然后由轉(zhuǎn)換控制器對(duì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行處理生成控制指令；最后由具象處理裝置對(duì)控制指令進(jìn)行識(shí)別處理，調(diào)用預(yù)先存儲(chǔ)的三維動(dòng)畫及講解語音文件，并進(jìn)行同步展示，如此，能夠在用戶操作真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器時(shí)展示儀器的運(yùn)行及其原理，通過增加人機(jī)互動(dòng)來改善和提高教學(xué)及學(xué)習(xí)效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖示出的結(jié)構(gòu)獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例儀器運(yùn)行原理具象化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的模塊方框圖；

圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例儀器運(yùn)行原理具象化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的模塊方框圖；

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例儀器運(yùn)行原理具象化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的方法流程圖；

圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的方法流程圖。

本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

需要說明，本發(fā)明中涉及“第一”、“第二”等的描述僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示其相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。另外，各個(gè)實(shí)施例之間的技術(shù)方案可以相互結(jié)合，但是必須是以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)為基礎(chǔ)，當(dāng)技術(shù)方案的結(jié)合出現(xiàn)相互矛盾或無法實(shí)現(xiàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種技術(shù)方案的結(jié)合不存在，也不在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本發(fā)明的實(shí)施例中，該真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器可以是天平、分光光度計(jì)、滴定儀、電化學(xué)工作站等，可以應(yīng)用于旅游教學(xué)、飛行教學(xué)、室內(nèi)設(shè)計(jì)、地產(chǎn)漫游、工業(yè)仿真、道路橋梁、數(shù)字展館。本發(fā)明除了使用虛擬仿真技術(shù)解決分析儀器教學(xué)維度單一的問題以外，更進(jìn)一步的要解決的技術(shù)問題即是將真實(shí)儀器的運(yùn)行與虛擬動(dòng)畫的演示即時(shí)聯(lián)動(dòng)起來，將儀器原理及運(yùn)行具象化，在學(xué)生操作真實(shí)分析儀器的當(dāng)時(shí)即能看到儀器內(nèi)部各部件的運(yùn)行情況和運(yùn)行原理的展示及講解，通過增加人機(jī)互動(dòng)，便于教師的教學(xué)，也便于學(xué)生更有效、更牢固的掌握對(duì)儀器設(shè)備的知識(shí)。

請(qǐng)參照?qǐng)D1，在本發(fā)明實(shí)施例中，該儀器運(yùn)行原理具象化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，包括真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器10、轉(zhuǎn)換控制器20及具象處理裝置30，所述轉(zhuǎn)換控制器20分別與真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器10及具象處理裝置30電連接；

所述真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器10，用于根據(jù)用戶的操作執(zhí)行相應(yīng)操作，同時(shí)生成觸發(fā)信號(hào)并向外發(fā)送；

所述轉(zhuǎn)換控制器20，用于對(duì)接收的觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行處理生成控制指令，并將控制指令并向外發(fā)送；

所述具象處理裝置30包括具象處理模塊31、圖像庫33、語音庫34及展示模塊32；所述具象處理模塊31，用于對(duì)收到的控制指令進(jìn)行識(shí)別處理，并根據(jù)識(shí)別處理結(jié)果分別調(diào)用圖像庫33中的三維動(dòng)畫文件以及語音庫34中的講解語音文件；所述展示模塊32用于將三維動(dòng)畫及講解語音進(jìn)行同步展示及播放，其中，所述圖像庫33預(yù)先存儲(chǔ)有至少一真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器10運(yùn)行的三維圖像文件，所述語音庫34中預(yù)先存儲(chǔ)有至少一講解語音文件。

本實(shí)施例中，真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器10可以是天平、分光光度計(jì)等，具體的儀器設(shè)備再次不作限定。相比于現(xiàn)有技術(shù)中的儀器，該真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器10增加了執(zhí)行操作或結(jié)束操作對(duì)應(yīng)生成的觸發(fā)信號(hào)及可以主動(dòng)將觸發(fā)信號(hào)上傳功能。轉(zhuǎn)換控制器20，主要對(duì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行初步處理，可以排除沒有認(rèn)證的觸發(fā)信號(hào)，對(duì)經(jīng)過認(rèn)證處理的觸發(fā)信號(hào)生成對(duì)應(yīng)的控制指令。具象處理裝置30，主要包括具象處理模塊31及展示模塊32，具象處理模塊31可以對(duì)控制指令進(jìn)行識(shí)別處理生成識(shí)別碼，然后根據(jù)識(shí)別碼從圖像庫33及語音庫34中分別調(diào)用三維動(dòng)畫及講解語音文件，最后通過展示模塊32對(duì)三維動(dòng)畫及講解語音文件進(jìn)行展示。在這過程中，用戶還可以對(duì)展示的播放進(jìn)度進(jìn)行控制，以更好地實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)。圖像庫33及語音庫34中預(yù)先存儲(chǔ)有一組或一組以上的三維動(dòng)畫及講解語音，可以根據(jù)默認(rèn)設(shè)置或用戶的選擇進(jìn)行播放。上述的展示模塊32，可以具體為顯示器與揚(yáng)聲器的組合，以分別對(duì)圖像及聲音數(shù)據(jù)進(jìn)行播放。

本發(fā)明的技術(shù)方案主要包括真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器10、轉(zhuǎn)換控制器20及具象處理裝置30，該真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器10與具象處理裝置30分別與轉(zhuǎn)換控制器20電連接；該真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器10自帶有觸發(fā)信號(hào)生成功能，根據(jù)學(xué)生或老師的操作生成觸發(fā)信號(hào)，然后由轉(zhuǎn)換控制器20對(duì)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行處理生成控制指令；最后由具象處理裝置30對(duì)控制指令進(jìn)行識(shí)別處理，調(diào)用預(yù)先存儲(chǔ)的三維動(dòng)畫及講解語音文件，并進(jìn)行同步展示，如此，能夠在用戶操作真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器10時(shí)展示儀器的運(yùn)行及其原理，通過增加人機(jī)互動(dòng)來改善和提高教學(xué)及學(xué)習(xí)效率。

請(qǐng)參照?qǐng)D2，在一具體的實(shí)施例中，所述具體處理裝置的具象處理模塊31，還用于對(duì)收到的控制指令進(jìn)行識(shí)別處理得到與真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器10對(duì)應(yīng)的識(shí)別碼。

本實(shí)施例中，具象處理模塊31為集成處理部件，需要對(duì)控制指令進(jìn)行解析識(shí)別處理才能識(shí)別真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器10的身份碼，并可以生成對(duì)應(yīng)的識(shí)別碼，該識(shí)別碼可以與身份碼相同，或者利用編碼規(guī)則轉(zhuǎn)換得到；圖像庫33及語音庫34中分別配置有導(dǎo)引表，以方便查找對(duì)應(yīng)的識(shí)別碼，以快速匹配，匹配完成后，可以直接調(diào)用對(duì)應(yīng)的三維動(dòng)畫文件及講解語音文件。

進(jìn)一步的，所述真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器10設(shè)置有通信接口11，用于將在真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器10執(zhí)行開始或停止操作時(shí)生成觸發(fā)信號(hào)輸送至轉(zhuǎn)換控制器20。本實(shí)施例中，真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器10相比常規(guī)儀器設(shè)置有通信接口11，主要是將生成觸發(fā)信號(hào)以及將觸發(fā)信號(hào)向外發(fā)送。

請(qǐng)參照?qǐng)D3，本發(fā)明的實(shí)施例中，該儀器運(yùn)行原理具象化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，包括如下步驟：

步驟S10、根據(jù)用戶對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器的操作生成觸發(fā)信號(hào)；

步驟S20、對(duì)接收的觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行處理生成對(duì)應(yīng)的控制指令；以及

步驟S30、根據(jù)控制指令進(jìn)行識(shí)別處理，并根據(jù)識(shí)別處理結(jié)果分別調(diào)用圖像庫中的三維動(dòng)畫文件以及語音庫中的講解語音文件，以及將三維動(dòng)畫及講解語音進(jìn)行同步展示及播放。

本實(shí)施例中，通過步驟S10、S20及S30的步驟，可以將真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器執(zhí)行對(duì)應(yīng)操作的運(yùn)行及原理通過三維動(dòng)畫顯示出來，該三維動(dòng)畫可以包含儀器內(nèi)外部的結(jié)構(gòu)、部件的動(dòng)作、運(yùn)行的原理及分析的原理，并且該三維動(dòng)畫中可以配置文字、符號(hào)等標(biāo)識(shí)，以更好方便用戶理解。在三維動(dòng)畫展示的過程中，還可以進(jìn)一步配置講解語音，以提高用戶理解效率。

請(qǐng)參照?qǐng)D4，在一具體的實(shí)施例中，所述步驟S30中根據(jù)控制指令進(jìn)行識(shí)別處理，并根據(jù)識(shí)別處理結(jié)果分別調(diào)用圖像庫中的三維動(dòng)畫文件以及語音庫中的講解語音文件的步驟，具體包括：

步驟S31、根據(jù)控制指令進(jìn)行識(shí)別處理得到與執(zhí)行操作的真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)應(yīng)的識(shí)別碼；以及

步驟S32、根據(jù)識(shí)別碼從圖像庫的導(dǎo)引表中查找并調(diào)用對(duì)應(yīng)的三維動(dòng)畫文件，以及從語音庫的導(dǎo)引表中查找并調(diào)用對(duì)應(yīng)的講解語音文件。本實(shí)施例中，通過對(duì)控制指令進(jìn)行解析識(shí)別處理識(shí)別出真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器的身份碼，并可以生成對(duì)應(yīng)的識(shí)別碼，該識(shí)別碼可以與身份碼相同，或者利用編碼規(guī)則轉(zhuǎn)換得到；然后在圖像庫及語音庫中配置的導(dǎo)引表查找對(duì)應(yīng)的識(shí)別碼，以快速匹配，匹配完成后，可以直接調(diào)用對(duì)應(yīng)的三維動(dòng)畫文件及講解語音文件。

在一具體的實(shí)施例中，所述根據(jù)用戶對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器的操作生成觸發(fā)信號(hào)的步驟，具體包括：

根據(jù)用戶對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器的操作生成觸發(fā)信號(hào)；以及

將觸發(fā)信號(hào)通過有線或無線的方式向外發(fā)送。本實(shí)施例中，該觸發(fā)信號(hào)可以通過有線輸出或者wifi，藍(lán)牙等技術(shù)向外發(fā)送。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是在本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思下，利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接/間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域均包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。