一种基于VR的探究式智慧学习系统的制作方法

本发明涉及虚拟现实技术领域具体涉及一种基于vr的探究式智慧学习系统。

背景技术：

我国教育依旧存在教学资源分配不均、办学质量参差不齐等问题。传统教学模式教学目标单一、漠视个体需求、缺乏人文关怀、被动式学习、主动性缺失。市场现有辅助学习软件多以填鸭式被动获取知识的方式为主，无法根本上解决教育教学中现有的问题。亟待通过新技术、新学习模式来高效、全面地培养求知者能力。

现有技术中的传统教学模式对所有学生均采用同样的教学方案，不能针对目标用户个性化定制教学方案，目标用户学习效率较低。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种可以针对目标用户制定个性化教学方案，提高目标用户学习效率的基于vr的探究式智慧学习系统

包括，虚拟成长助手单元，模块选择单元，场景切换单元；

所述模块选择单元用于选择目标用户在虚拟现实环境中的学习模块；

所述场景切换单元用于选择目标用户在虚拟现实环境中的虚拟场景；

所虚拟成长助手单元用于获取和分析历史用户对各板块场景的评价，计算历史用户与目标用户之间的相似度，选出与目标用户最相似的n个历史用户，将这n个历史用户学习效果最好的虚拟场景或学习模块推荐给目标用户。

进一步的，所述所虚拟成长助手单元采用以下公式计算用户i和用户j之间的相似度，

iij代表用户i和用户j共同评价过的场景或学习模块，ri,x代表用户i对学习模块x的评分，表示用户i对所有场景或学习模块评分的平均分；

所述所虚拟成长助手单元采用以下公式进行匹配推荐，

式中为用户特征向量，为场景或学习模块内容向量，k为内容权值。

进一步的，

所述学习模块包括，英语模块，数学模块，语文模块，历史模块，物理模块。

进一步的，

所述场景模块包括，海洋模块，游乐场模块，恐龙世界模块，环游太空模块。

进一步的，还包括空间选择单元；

所述空间选择单元用于目标用户在虚拟现实环境中选择个人空间或交换空间。

本发明的有益效果是，

1本发明通过对历史用户进行分析，通过历史用于与目标用户的相似度来为目标用户制定最佳的个性化教学方案，提高了目标用户的学习效率。

2本发明将vr、人工智能和大数据技术引入到探究式学习过程中，通过沉浸式探索学习，自主掌握学习需求知识和灵活运用知识的能力。

3本发明基于vr技术的探究式智慧学习系统采用虚拟现实游戏引擎开发，能够根据用户兴趣爱好和学习目标，智慧地去引导用户自主探索学习，掌握目标知识和灵活运用知识，并在与现实世界深度融合的虚拟空间中实现系统用户间的相互沟通交流和行为互动，从而使综合能力得到提升。

4本发明基于vr的探究式智慧学习系统是现实世界与虚拟空间的深度融合，可实现用户线上体验学习、线上交易、线下配送的新零售模式。

5本发明基于vr的探究式智慧学习系统模拟了现实生活场景，用户在学习知识，运用知识，体验丰富生活的同时也规避了现实生活中的人身安全、财产安全等风险。

6本发明与线下昂贵的培训机构相比，基于vr的探究式智慧学习系统提供给用户更加高效、便捷、全面的能力提升方案。

7本发明用户在系统中不仅可以掌握自主学习知识、运用知识的能力，还可以通过系统进行虚拟的社会实践活动，从而达到提升综合素质的效果。

附图说明

图1为本发明一实施例系统结构示意图。

图2为本发明一实施例系统流程示意图。

图3为本发明一实施例功能模块关系示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

基于vr的探究式智慧学习模式实现是用户运用vr设备，通过基于vr的探究式智慧学习系统(智慧学习系统采用虚拟现实游戏引擎开发)，沉浸在根据需求所定制的虚拟空间中，对设定情景进行未知探索，达到自主学习目标领域知识和灵活运用知识、提升综合能力的目的。

基于vr的探究式智慧学习系统包含多场景、多学习板块及虚拟助手，用户可在任一场景下选择学习板块，进入到个人学习空间或交互学习空间。用户可通过个人学习空间中的能力培养板块，获得相应的自主学习知识和灵活运用知识的能力。交互学习空间也是知识运用空间，可以实现系统用户间的相互沟通交流与行为互动，用户可通过与现实世界深度融合的虚拟空间使综合能力得到提升。虚拟助手具有兴趣引导功能，用户可根据个人喜好进入虚拟成长助手选择模式，与其进行多方面对话交流，系统后端对应生成该用户的个人数据库，学习系统具备通用性，可覆盖各年龄层有不同学习需求的用户，根据各用户的个人数据，采用云计算、数据深度挖掘等技术衍生出更加适合用户的兴趣引导方案。基于vr的探究式智慧学习系统是现实世界与虚拟空间的深度融合，用户可通过系统中的虚拟现实场景进行行为交互(社会实践)，可实现线上体验、线上交易、线下配送的新零售模式。总体流程如图2所示。

如图1所示本发明提供一种可以针对目标用户制定个性化教学方案，提高目标用户学习效率的基于vr的探究式智慧学习系统

包括，虚拟成长助手单元，模块选择单元，场景切换单元；

虚拟成长助手单元，模块选择单元，场景切换单元均为实现特点功能的软件模块。

所述模块选择单元用于选择目标用户在虚拟现实环境中的学习模块；

所述场景切换单元用于选择目标用户在虚拟现实环境中的虚拟场景；

所虚拟成长助手单元用于获取和分析历史用户对各板块场景的评价，计算历史用户与目标用户之间的相似度，选出与目标用户最相似的n个历史用户，将这n个历史用户学习效果最好的虚拟场景或学习模块推荐给目标用户。

学习效果通过对历史用户学习完成后进行考试来量化。

学习效果最好指用户学习完成后考试成绩最高。

历史用户为曾经使用过本系统的用户，历史用户在使用本系统后通过虚拟成长助手单元进行评价反馈，形成历史用户评价反馈数据库。目标用户为正在使用本系统的用户。

所述所虚拟成长助手单元采用以下公式计算用户i和用户j之间的相似度，

iij代表用户i和用户j共同评价过的场景或学习模块，ri,x代表用户i对学习模块x的评分，表示用户i对所有场景或学习模块评分的平均分；

所述所虚拟成长助手单元采用以下公式进行匹配推荐，

式中为用户特征向量，为场景或学习模块内容向量，k为内容权值。

本发明通过上述公式来判断用户之间的相似度并进行匹配，可以为目标用户制定最佳的学习方案，提高了目标用户的学习效率。

所述学习模块包括，英语模块，数学模块，语文模块，历史模块，物理模块。

所述场景模块包括，海洋模块，游乐场模块，恐龙世界模块，环游太空模块。

学习模块和场景模块均为实现特点功能的软件模块，学习模块包括对于特定学科的教学内容和测试内容。

场景模块为用户在虚拟现实中所处的模拟现实环境的虚拟环境建模。

还包括空间选择单元；

所述空间选择单元用于目标用户在虚拟现实环境中选择个人空间或交换空间。

空间选择单元为实现特定功能的软件模块。

个人空间和交互间均为用户在虚拟现实中的虚拟空间。目标用户选择个人空间则为单机模式，目标用户不能与其他用户交换信息。目标用户选择交互空间则为在线模式，目标用户可以与系统中的其他用户进行信息交互。

(1)提出一种基于vr的探究式智慧学习模式实现的方法：用户运用vr设备，通过基于vr的探究式智慧学习系统(智慧学习系统采用虚拟现实游戏引擎开发)，沉浸在根据需求所定制的虚拟空间中，结合游戏的吸引力，在梦想和兴趣的驱使下，对设定情景进行未知探索，达到掌握自主学习目标领域知识和灵活运用知识的能力的目的。

(2)提出一个基于vr的探究式智慧学习系统，用户可在任一学习模块下进入到个人学习空间或交互学习空间。用户可通过个人学习空间中的能力培养板块，自主探索感兴趣的领域，获得相应的知识和灵活运用知识的能力。交互学习空间也是知识运用空间，可以实现系统用户间的相互沟通交流与行为互动，用户可通过此与现实世界深度融合的虚拟空间使综合能力得到提升。部分学习模块如图3所示。

用户进入系统ui界面，可根据个人喜好进入虚拟成长小助手选择模式，与其进行多方面对话交流，系统后端对应生成该用户的个人数据库，采用云计算、数据深度挖掘等技术衍生出更加适合用户的兴趣引导方案。随后虚拟成长小助手通过情景引导的方式使用户进行空间选择(二选一)：一是个人空间，二是交互空间，前者属于能力培养空间，旨在学习；后者属于能力运用空间，旨在互动。随后用户可通过二级ui界面进行各大模式选择。

虚拟成长小助手具有兴趣引导功能，使用户由被动学习转变为主动探索，由现阶段的填鸭式知识灌输学习模式转变为探究式的能力培养智慧学习模式，充分培养用户自主学习知识及灵活运用知识的能力，通过与现实世界深度融合的虚拟空间使其综合能力得到提升。虚拟成长小助手担任多种角色，兴趣引导者、系统中用户交流对象的中间者、用户情商的培养者、用户在能力培养空间中的问题解答者和进行知识能力提升的小锦囊。

系统运用数据深度挖掘，根据用户个人数据库通过设置特有的虚拟现实场景或游戏故事模式找到合适切入点，进行实时行为交互、情商提升。譬如，通过换位思考、角色互换，使用户在设定的该空间中进行多方位沉浸式体验、跨越式成长，使用户学会如何进行有效的沟通，使用户学会理解他人以此来提高自身的语言表达能力等。

系统以大量用户数据为支撑，根据用户个人数据库采用以协同过滤和基于内容为主的大数据混合推荐算法，通过协同过滤算法分析各户用对各板块场景的评价形成关联矩阵，依据评价计算得出所有用户之间的相似度，优选出与当前用户最相似的n个用户，将这n个用户学习效果最好的场景或时间推荐给当前用户。计算后的相似度越接近1，表示两个用户越相似。协同过滤算法(公式1)计算了用户i和用户j之间的相似度，iij代表用户i和用户j共同评价过的场景、学习模块，ri,x代表用户i对学习模块x的评分，表示用户i对所有场景、学习模块评分的平均分。针对矩阵稀疏问题，通过矩阵因子分解处理。

基于内容的算法直接基于用户感兴趣的内容和系统场景、学习模块内容进行匹配推荐。分析用户数据和系统场景、学习模块内容，提取数个关键字，将关键字作为属性，把用户特征和系统场景、学习模块内容分解成为向量，计算出用户和系统学习模块内容的相似度。系统场景学习模块里用word2vec进行关键词聚类，根据类别将内容向量化，然后再根据类别内容与用户数据进行相似度计算。为用户特征向量，为场景、学习模块内容向量，k为内容权值由管理员设置。基于内容的算法如公式2所示：

(3)基于vr的探究式智慧学习系统是现实世界与虚拟空间的深度融合，系统中构建了各种虚拟现实场景，用户可在虚拟现实场景中进行行为互动，能够实现线上体验学习、线上交易、线下配送的新零售模式。

本发明的有益效果是：

1.自主性：将vr、人工智能和大数据技术引入到探究式学习过程中，通过沉浸式探索学习，自主掌握学习需求知识和灵活运用知识的能力。

2.智慧性：基于vr技术的探究式智慧学习系统采用虚拟现实游戏引擎开发，能够根据用户兴趣爱好和学习目标，智慧地去引导用户自主探索学习，掌握目标知识和灵活运用知识，并在与现实世界深度融合的虚拟空间中实现系统用户间的相互沟通交流和行为互动，从而使综合能力得到提升。

3.创建新零售模式：基于vr的探究式智慧学习系统是现实世界与虚拟空间的深度融合，可实现用户线上体验学习、线上交易、线下配送的新零售模式。

4.安全性：基于vr的探究式智慧学习系统模拟了现实生活场景，用户在学习知识，运用知识，体验丰富生活的同时也规避了现实生活中的人身安全、财产安全等风险。

5.高性价比：与线下昂贵的培训机构相比，基于vr的探究式智慧学习系统提供给用户更加高效、便捷、全面的能力提升方案。

6.能力培养的全面性：用户在系统中不仅可以掌握自主学习知识、运用知识的能力，还可以通过系统进行虚拟的社会实践活动，从而达到提升综合素质的效果。

本发明实施例所提供的基于vr的探究式智慧学习系统，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。