智慧教室大数据智能AI分析平台解决方案

智慧教室大数据智能AI分析平台

解

决

方

案

目录

第1章. 建设背景 (1)

1.1. VR概述 (1)

1.2. VR产业现状分析 (2)

1.3. VR+教育运用价值 (7)

1.3.1. 学习认识理论支撑 (8)

1.3.2. VR+教育需求分析 (10)

第2章. VR技术特征及构成 (17)

2.1. VR技术特征 (17)

2.1.1. 沉浸感 (17)

2.1.2. 交互性 (18)

2.1.3. 构想性 (19)

2.2. VR系统构成 (19)

2.2.1. VR输出设备 (19)

2.2.2. VR输入设备 (23)

2.2.3. VR资源制作 (24)

第3章. 智慧教室大数据智能AI分析平台教室布局 (30)

3.1. VR教室概述 (30)

3.2. VR教室组成 (31)

3.3. 应用设计 (32)

3.4. 技术与学研支撑 (33)

3.4.1. 顶层教研设计 (33)

3.4.2. 学术平台支撑 (34)

3.4.3. 前沿科技创新 (34)

3.4.4. 优质资源积累 (35)

3.5. 预期成效 (36)

第4章. 智慧教室大数据智能AI分析平台教室优势 (38)

4.1. 沉浸开放，激发兴趣 (38)

4.2. 场景建模，安全可靠 (39)

4.3. 优质资源，应用分发 (41)

4.4. 一键操作，交互设计 (42)

第5章. VR教学场景设计 (44)

5.1. 智慧教室大数据智能AI分析平台教室教学流程 (44)

5.2. 学科VR课堂场景设计 (46)

5.3. VR教学应用案例 (48)

第6章. 智慧教室大数据智能AI分析平台教室建设内容 (50)

6.1. 产品列表 (50)

6.2. 硬件终端 (51)

6.2.1. VR体验设备 (51)

6.2.2. 基础教学设备 (54)

6.2.3. 教学管理设备 (59)

6.3. 智慧教室大数据智能AI分析平台软件 (61)

6.3.1. 101教育PPT (61)

6.3.2. 智慧教室大数据智能AI分析平台教室助手 (65)

6.4. 教育资源 (65)

6.3.1. 覆盖分类 (67)

6.3.2. 制作流程 (68)

第7章. 培训服务 (74)

第8章. 售后服务 (76)

第1章.建设背景

1.1.V R概述

VR是Virtual Reality的缩写，译为中文即“虚拟现实”，该技术融合了计算机3D图形技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种科学技术，在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，能使用户具有身临其境的沉浸感和模拟现实环境的交互性，有助于加深感受、启发认知。因此，VR系统环境具备沉浸感、交互性、构想性这三个基本特性。

图 VR沉浸感、交互性、构想性特征

VR虚拟现实的关键技术主要包括模拟环境三维图形处理技术、位置追踪技术、触觉或力觉反馈、智能传感设备各等。理想的VR体验，是基于计算机生成逼真的三维立体虚拟环境，借助VR输入/输出设备体会到人体正常应感应到的视觉、听觉、触觉、力觉、运动等所有感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，并利用位置

追踪技术，对头部转动、眼睛、手势等其它行为动作进行采集，由计算机处理体验者动作的相应数据，并做出实时响应和反馈。

随着移动互联网技术、人工智能技术的发展，推动了VR虚拟现实技术在工业、医疗、教育、军事等多个领域的应用，沉浸式虚拟现实设备因实用便携、最能展现虚拟现实效果而成为未来主要的发展趋势，由于沉浸式交互技术、VR外设硬件技术的不断突破，VR技术也逐步朝着完整成熟的产业化方向发展。

图 VR虚拟现实技术应用示意

1.2.V R产业现状分析

VR产业覆盖了硬件、系统、平台、开发工具、应用以及消费内容等诸多方面，作为一个处于技术创新井喷期的产业，VR 虚拟现实的想象空间和市场前景十分广阔，全球科技巨头纷纷投

身其中。目前，VR作为新兴产业，其技术要求高、资源投入大，产业链的部分环节相对比较单薄，国内VR产业主要集中在硬件制作环节，而内容与工具提供商，尤其是内容平台搭建者，主要以国际大型IT科技公司为主。

图 VR产业链

尽管目前VR/AR行业都处于起步阶段，但整个市场未来增长潜力巨大：根据Digi Capital预测至2020年，全球AR与VR市场规模将达到1500亿美元，而根据市场研究机构BI Intelligence的统计，2020仅年头戴式VR硬件市场规模将达到28亿美元，未来5年复合增长率超过100%。在过去的2015年，VR毫无疑问成为资本市场最受热捧的风口。

图2020年世界AR/VR市场规模图2015-2020年世界头戴式VR硬件市场规模

2016年，VR将在全世界范围内迎来行业大爆发，成为互联网科技界新一代的智能硬件入口。由于VR带来的时代颠覆性，国内外各大型知名高新科技公司纷纷进驻VR产业，寻求下一个发展切入点：

（1）国内

腾讯进入VR领域，发布“TOS+”智能硬件开放平台，布局虚拟现实产品在内的智能硬件生态圈；百度视频成立VR频道，成为BAT中投入VR领域的首一家；暴风、360、小米、迅雷、京东等知名互联网公司也纷纷开发其VR产品迅速占据国内主流市场；

图 2005-2015年新增VR公司（以VR为核心产品）（2）国外

索尼PS VR、HTC Vive、Facebook旗下的Oculus、三星GearVR、微软VR Kit、谷歌Cardboard成为国际VR消费级市场主流产品；Magic Leap（裸眼3D全息视觉）宣布获8.27亿美元；著名游戏公司EA将组建VR游戏团队，开辟全新的VR游戏产品路线。

图全球VR行业巨头公司

全球最大社交平台Facebook创始人扎克伯格在收购Oculus 时表示：“我们在做长期的布局，未来虚拟现实和增强现实都将进入普通人的生活。”而根据风投机构Digi-Capital的预测，到2020年，整个虚拟现实技术将产生1500亿的庞大市场。

2016年1月的国际消费电子展（CES）中，虚拟现实和增强现实技术成为了本届展会的焦点，结合CES2016年关于VR产业链的成熟度，预计2016-2020年，随着大量适应移动VR的爆款游戏出现，VR将拥有庞大的主流用户群体，VR产业也将进入红利期。

可以预见的是，随着技术的逐渐成熟和完善，VR虚拟现实技术将在科研教学、虚拟医疗、虚拟驾驶、旅游景观、航空航天、远程协同、城市规划、游戏娱乐、工业仿真、军事模拟、广告营

销、虚拟实验，甚至心理疾病治疗等领域，带来一次颠覆性的技术变革。

设备类：Oculus VR、HTC Vive、索尼Project Morpheus、三星Gear

VR、谷歌Cardboard、Sulon等

操控类：Virtuix Omni、Nod Labs、virZOOM、Leap Motion、

Oculus Touch、Sixense等

相机／3D投影技术类：Jaunt VR、诺基亚、Otoy、Structure.io、

hover.to盘旋、VideoStitch视频拼接等

开发者工具类：Unity、Unreal Engine、WorldViz、GameWorks VR、

OSVR、High Fidelity等

内容类（制作虚拟现实）：Reload Studios、nDreams、Visionary VR、

NextVR、Felix& Paul Studios、Insomniac Games等

社交网络/内容平台：Littlstar、Wear VR、AltspaceVR、Vrideo、

EmergentVR等

教育VR：如Woofbert、zspace、Discovr、drashvr等

图 VR生态圈组成及各类应用

1.3.V R+教育运用价值

现代学习理念要求：“转变传统教育观念，创建学生自由发挥的空间，使其掌握学习的主动性，并成为独立、自主、高效的学习者，已成为学生实现自我、发展自我、完善自我的必要条件。”而虚拟教学，就是创建一种可控的、逼近真实、多感知一体化的学习环境，使学生能够与之交互，进而开展各种研究、训练的一种学习方式。

“虚拟现实之父” Thomas Furness表示：VR 在改变社会，

从教育开始。2015年9月，大英博物馆为13岁以上的游客提供了VR设备，用于体验和探索VR虚拟现实环境下的青铜时代文物、遗址、仪式文化等，沉浸式的震撼体验让观者振奋不已，成为了本年度VR技术用于教育文化应用的最佳典型。

图使用VR设备参观数字博物馆

1.3.1.学习认识理论支撑

随着VR产业在全球范围内的不断兴起，由于其具备的各种技术特征，VR技术越来越多的被教育领域所重视，以往传统二维空间授课过程中的痛点也将迎刃而解。各项应用研究表明，VR 技术进入高校教学，能形象生动地表现教学内容, 有效地营造一个跟随技术发展的教学环境, 提高学生掌握知识、技能的效率, 真正使教学者更容易地去表达自己的教学思想和内容, 使学习者更直观、更容易理解教学者的教学思想和教学内容。

行为主义理论认为, 学习就是刺激与反应之间的联合。根据这个理论, 运用AR技术可以让学习者在运动训练真实环境的模拟中不断接受环境的刺激, 不断地尝试与错误, 最终达到由感性知识上升到理性认识的目的, 并且比起真实环境, 虚拟现实更加能保证学习者的安全, 并且打破了时间与空间的限制。建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素或四大属性。虚拟现实技术为建构主义理论提供了其要求的学习环境, 使得学习者能够主动利用VR 系统进行自主学习, 自主选择学习内容和时间等, 因此它符合建构主义理论以学为中心的思想。

建构主义提倡，开展在教师指导下的、以学习者为中心的学习，也就是说既强调学习者的认知主体作用，又不能忽视教师的指导作用，教师是意义构建的帮助者、促进者，而不是知识的传授者与灌输者。VR技术创造或模拟的事物与环境真实而生动，并且提供多元化的自然交互途径和会话手段，允许学习者在一个可自主控制的环节里自由活动和探索虚拟世界，可以获得对客观事物的各种感性或理性认识，有助于激发人的形象思维和研究性思维，从而深化概念和建造新的构想与创意。

同时，人本主义学习理论提出，人类具有天生的学习愿望和潜能，当学生了解到学习内容与自身需要相关时，学习的积极性最容易激发。虚拟环境的创设，提供了一种新的教学交往模式，开放的环节、丰富的资源、真实的情境、充盈的情感以及对学生

个体的重视和对写作的支持等，使学生得以摆脱说教枯燥感，参与到生动活泼实践中来。这充分反映了人本主义、以人为本、情感互动、培养完整的人的思想底蕴。

1.3.

2.V R+教育需求分析

VR与教育行业的深度融合是大势所需，其需求驱动主要体现在以下几方面：

（1）知识点呈现方式的升级需求

科技与教育如影随形，每一次科技革新对教育都会产生深刻影响，教师在课堂上传授知识的方式也在不断演变，从而满足高效的信息化教学需求。从使用“粉笔+黑板”到使用多媒体教室的交互白板，从“全程基本靠讲”的知识单向灌输到配合使用答题器、平板电脑终端进行师生交互，科技设备并非要取代“传统”，而是将各种高科技教学设备和信息化教学手段做互补、融合，针对课堂中不同学科、不同类型的知识点，为教师提供更先进的、适合的、多元化的呈现方式。

图知识呈现方式升级演变

尤其适合在VR课堂中呈现的知识点例如：天文天体、地壳运动、时间空间等宏观知识点的理解认知；细胞分裂、分子原子、光合作用等微观知识点的观察认知。

（2）高难度教学目标的需求

利用虚拟现实技术，可以彻底打破空间的限制。大到宇宙天体，小至原子粒子，学生都可以进入这些物体的内部进行观察。例如学生可以乘坐飞船进入虚拟太空，遨游太阳系，以飞船驾驶舱视角近距离观察各个行星，理解真实的天体运行规律，这是电视录像媒体和实物媒体所无法比拟的。

图星球学习示意

虚拟技术还可以突破时间的限制，一些需要几十年甚至上百年才能观察的变化过程，可以在很短的时间内呈现给学生观察。例如，生物中的孟德尔遗传定律，用果蝇做实验往往要几个月的时间，而虚拟技术在一堂课内就可以实现。另外，地壳运动的原理、生物进化的演变等漫长过程，也可以通过虚拟现实技术得以展现。

图乘坐飞船自由视角观察天体

（3）教学实践操作的需求

以往对于危险的或对人体健康有危害的实验或实践，一般采用视频观看的方式来取代，学生无法直接参与实验，获得感性认

识。VR技术可模拟现实中难以实现或者不存在的环境和角色、物体等，消除了以往教学中对学生人身安全、成本消耗的顾虑。在绝对安全、错误可逆可修复性上，利用VR技术的实验课和实践操作上拥有难以比拟的优势。

图 VR虚拟现实实验室

这一点的明显应用就是虚拟实验室，对于那些对条件要求高、在现实中无法实现、危险性极高、产生结果不可逆的试验，VR 化学实验可以避免实验所产生的燃烧、爆炸或其它危险和巨大消耗。采用虚拟实验的方式，学生通过亲身操作体验进行学，并且很容易进行错误修正，或对结果做出可逆的改变，而不用担心会有任何物质成本消耗或需要善后的相关工作。

虚拟课堂还可以广泛运用于中小安全课，可避免由于学生操作失误，而造成地震、火场、踩踏等紧急情况下的安全事故；虚拟的飞机驾驶教学系统，可免除学员操作失误而造成飞机坠毁的严重事故。

（4）自适应探究学习的需求

虚拟现实技术可以对学生学习过程中所提出的各种假设模型进行虚拟,通过虚拟系统便可直观地观察到这一假设所产生的结果或效果。例如，在虚拟的化学系统中，学生可以按照自己的假设，将不同的分子组合在一起，电脑便虚拟出组合的物质来。通过这种探索式的学习，学生很有可能发现新的物质。利用虚拟技术，学生还可以进行温室效应、电路设计、建筑设计等方面的探索学习，从而研究二氧化碳对全球气候的影响规律，或设计出新的电路、新的建筑物。利用虚拟现实技术进行探索学习，有利于激发学生的创造性思维，培养学生的创新能力。

图桥梁承重轨道设计

（5）接轨STEAM教育的趋势需求

K12教育理念未来将趋向STEAM的结构化发展，即Science-科学、Technology-技术、Engineering-工程、Arts-艺术、Mathematics-数学。国际上普遍的观点认为：任何国家在21世纪要保持它的技术优势，首先需保证具有技能资格人才资源的丰富储备，未来的工作者需要熟练地运用数学、科学、技术，以便于高新技术爆发式增长的领域不会出现人才短缺。而VR+教育完全契合在科学、技术、工程、数学等学科上的应用优势，其可沉浸的呈现方式、强交互的实践可行性、可发挥自适应性等，尤其适合STEAM课题的设计与创新。

图 STEAM教育模型

第2章.VR技术特征及构成

VR技术的应用与实现综合了三维图形处理、位置追踪、触觉或力觉反馈、人工智能等多种科学技术，其配套设备主要以VR输出设备、VR输入设备、VR内容制作设备，以及用于运算的计算机这四部分组成，整体实现“沉浸感、交互性、构想性”三大核心技术特征。

图VR技术构成

2.1.V R技术特征

VR技术具有3I的特征，分别是沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）和想象性（Imagination）：

2.1.1.沉浸感

沉浸感（Immersion）是VR虚拟现实技术区别于三维仿真技术、3D影视、AR增强现实技术的核心特征。由于VR系统可以将使用者的视觉、听觉与外界隔离, 因此, 用户可排除外界干扰, 全身心地投入到虚拟现实中去，获得身临其境的感觉。