[发明专利]一种基于物联网的开放实验教学平台

说明书

本发明公开了一种基于物联网的开放实验教学平台，包括3D打印的实验器材和设备、通过互联网相连的VR眼镜、实验操作步骤采集模块、服务器和教学终端；实验操作步骤采集模块包括用于实现用户手部运动姿态数据采集的指环和手环，配置在实验器材和设备上的薄膜式压力传感器、三维姿态传感器；所述教学终端用于上传目标实验名称，并发起实验请求；服务器接收到实验请求后，根据目标实验名称生成对应的实验器材、设备、试剂清单，根据所得的实验器材、设备、试剂清单构建实验操作背景，并根据实验操作步骤采集模块所反馈的数据实现当前实验操作步骤的模拟以及当前实验状态环境的搭建。本发明用户可以全程参与实验操作流程，可以大大提高教学效率。

技术领域

本发明涉及实验室领域，具体涉及一种基于物联网的开放实验教学平台。

背景技术

以远程在线和虚拟仿真的方式面向社会开放优质的实验教育资源，是我国教育信息化的重要方向。随着5G、云计算、人工智能、物联网等新概念的逐步落地，人民群众获取教育资源的方式和途径也在发生转变。在这种背景下，如何利用信息技术充分发挥教育资源的基础性作用，拓展优质教育资源覆盖的深度和广度，是我国教育信息化的一个重要方向。

传统的实验教学一般是以实体教学资源和封闭的管理制度为基础展开的，在实验教学过程中学生和指导教师面对实体实验资源进行操作，包括准备软硬件环境、连接设备、安全防护、操作实验步骤和分析实验结果等环节，并在规定的时间和地点完成实验任务。这种模式在容易降低实验室的资源利用率的同时，限制了学生实验的时间和地点，且校外人员较难参与实验活动。

另外，随着MOOC(大规模在线开放课程)教学模式的兴起，很多实验室开始基于互联网面向公众提供远程虚拟仿真服务。然而，基于模型的软件仿真有时并不能完全替代实体对象在实验中的作用，整个过程中，用户的参与感很差，丝毫不存在任何的实操感，从而大大降低了教学效率。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于物联网的开放实验教学平台，用户可以全程参与实验操作流程，可以大大提高教学效率。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于物联网的开放实验教学平台，包括3D打印的实验器材和设备、通过互联网相连的VR眼镜、实验操作步骤采集模块、服务器和教学终端；

所述实验操作步骤采集模块包括用于实现用户手部运动姿态数据采集的指环和手环，配置在实验器材和设备上的薄膜式压力传感器、三维姿态传感器；

所述教学终端用于上传目标实验名称，并发起实验请求；所述服务器接收到所述实验请求后，根据所述目标实验名称生成对应的实验器材、设备、试剂清单，根据所得的实验器材、设备、试剂清单构建实验操作背景，并根据实验操作步骤采集模块所反馈的数据实现当前实验操作步骤的模拟以及当前实验状态环境的搭建；所述VR眼镜用于实现所述实验操作背景、当前实验操作步骤、当前实验状态环境的播放。

进一步地，所述实验操作步骤采集模块用于实现用户手部运动姿态数据、药剂添加量参数、设备控制命令、实验器材和设备动态姿态数据的采集。

进一步地，每一种药剂配置一3D打印的药剂容器，且每一个药剂容器上均标注有目标用药量，采用固定的模式添加，即每一次添加即为所拿取的药剂容器内所储存的所有药剂。

进一步地，基于粘贴设置在实验设备上的薄膜式压力传感器实现用户所录入的控制命令的采集，基于设置在实验器材、实验设备上的三维姿态传感器实现实验器材、实验设备动态姿态数据的采集。

进一步地，所述试剂清单为目标实验每一个操作步骤所需的药剂名称、药剂用量清单，基于试剂清单配置3D打印的药剂容器。

进一步地，所述实验器材和设备采用3D打印1:1制作，设备部件之间采用螺栓连接。

进一步地，所述服务器还用于以视频的方式实现整个实验流程的记录。