智慧教育新纪元 | 元宇宙与AI的新质生产力探索
 

 一、建设思路

基于在人工智能、大数据、物联网、虚拟现实、数字人、元宇宙、影像识别、虚拟引擎等方面的技术，优化人机交互方式和体验，基于云-边-端算力，打通多元异构数据，升级成为面向未来的新质生产力教学平台。

产学研合作：

系统可实现基于教育和工业化2大应用领域的有机结合，让知识与实践紧密结合，另外，系统的最大价值在于将人工智能、XR等新技术应用到教育场景中，使得教学空间数据和内容数据全部打通，帮助学校搭建可留存的‘数据资产’，并实现智能化的教学与管理。对教育技术的重构，使技术真正服务教育教学管理。 

学校的核心资源及数据线上化、结构化之后，能够沉淀为学校的自有“数据资产”，通过技术的创新突破，改善学习体验，无论是好的备课素材、优质题目、3D素材库、虚拟实验专业群，都能够全校共享。提供更好地教研、教学和服务，助力师生更好地成长。

新质人才培养：

以数字化教育的观念、思维、创意、技术和应用等能力培养为主线，以复合型人才培养为目标，强化“创意引领、实战驱动”的人才培养模式，实施项目化教学，构建“搭平台、厚基础、强技能、重创新”的专业课程体系与学习任务环节。通过学习和训练，掌握虚拟现实基础性软件应用，并且拓展想象空间，与实际工业化应用和主流技术紧密结合，打造与时俱进的紧缺人才。
 

1、元宇宙智慧校园/园区平台

通过基础软件应用和轻量化的硬件升级，可以将将元宇宙教学引入现有的教学场景中。兼容pc，手机，微信，pad等全终端入口；智能穿戴入口；并实现数据互通，统一服务器，与教师和其他学生进行实时互动，获得更丰富、沉浸式的学习体验。这种轻量化的实现方式具有较低的成本和技术要求，能够快速应用于各类教学场景，提升教学效果和学习体验。

虚拟校园创建：通过VR/AR技术构建的虚拟平行空间，可保证实训中心实时在线，随时可用，使用户可以在虚拟世界中参观、参与活动和互动学习。

协同工作与社交互动：提供虚拟空间给学生和教师进行协同工作，以及社交互动，打造无界限的校园社区。
 

2、大数据+知识图谱教学系统

1. 技术知识图谱： 融入AI、虚拟仿真和元宇宙技术相关的知识图谱，涵盖技术原理、发展趋势、应用案例等。
2. 知识图谱导学： 利用知识图谱向学生展示金属材料科学和相关技术的全貌，帮助学生构建系统性知识框架，提高学习效率。
3. 图谱驱动的问题解决： 在项目式学习中，鼓励学生运用知识图谱进行问题的定义、解决方案的探索和知识的应用，培养学生的创新思维和实践能力。
4. 知识发现： 利用知识图谱支持学生和教师进行科学研究，通过图谱分析发现新的研究方向和潜在的跨学科交叉点。

技术支持与平台建设

图谱可视化： 利用图谱可视化技术，在元宇宙平台中创建直观的知识结构展示，增强学习体验和互动性。
 

3、数字人教师系统

1. 人格化的交互：数字人教师具有人格化的特征，包括外观形象、语音、甚至个性，使得学生能够更容易接纳和互动。
2. 个性化教学：利用学生的学习数据，智能推荐或修改教学策略，优化教案设计。根据学生的学习进度、能力和偏好，数字人教师可以提供个性化的学习计划和资源。 
3. 全天候可用：不受时间和地点的限制，学生可以随时与数字人教师互动，进行学习。
4. 数字人驱动教学资源：文本驱动，可以在线编辑文稿，也可以使用AI辅助创作文案，实现在线试听效果；语音驱动，可以在线录音，也可以本地上传音频；人像、语音生成视频；后台自动生成视频，无需时刻关注等待。
5. 智能应答：通过自然语言处理技术，能够理解学生的问题并提供即时的、精准的解答。
6. AI文案：数字人教师可以快速整合最新的研究成果和学术信息，及时更新教学内容生成AI文案，通过提示的方式，让平台辅助生成一些脚本文案，并自动填充到文本框中，并可作二次修改。
7. 持续学习与更新：利用机器学习算法，数字人教师可以不断学习和更新其知识库，确保提供的内容保持最新状态，反映最新的科学研究和技术进展。
8. 辅助研究：数字人教师可以辅助学生进行科学研究，提供研究方法、资料搜索、数据分析等方面的支持，促进学生的独立研究能力。

4、基于图像识别的动捕直播课程和课程录制系统

基于公司自研的人体动作识别技术，通过摄像头的动作捕捉技术可以实现教学内容线上线下人物动作的同步效果，而无需穿戴动捕设备。将现实世界的动作实时转换为虚拟世界中的动作。这种技术尤其适用于构建沉浸式的教育体验，打造更加丰富的3D教学知识资源。

核心功能：

1. 图像识别：使用摄像头捕捉现实世界中的用户动作，通过图像识别技术分析这些动作的关键数据点。
2. 动作捕捉：将捕捉到的关键数据点与预设的动作数据库进行匹配，实现精确的动作追踪。
3. 实时渲染：将识别并捕捉的动作实时转换为虚拟角色的动作，并在元宇宙环境中进行三维课程渲染。
4. 沉浸式交互：让用户在元宇宙中通过自身的动作与虚拟环境和对象进行互动，提升沉浸感。

5、基于模型库可视化拖拽搭建和创设系统

构建模型库：

1. 丰富的资源库： 开发和维护一个包含各种元素和组件的模型库，如物理对象、代码库、功能模块、设计元素等，确保这些资源能够覆盖不同学科和课题的需求。
2. 可扩展性： 设计模型库时，考虑到未来的扩展性和兼容性，以便新增模型和更新现有模型，满足日益变化的教学需求。

可视化拖拽搭建平台：

1. 直观的操作界面： 提供一个易于使用的可视化拖拽界面，使学生无需复杂的编程或设计技能即可构建和实验自己的项目。
2. 实时反馈： 确保平台能够提供即时的视觉和数据反馈，帮助学生理解他们的设计决策如何影响最终结果。 
3. 协作功能： 支持多用户同时在线协作，使学生可以在项目中共享和讨论他们的创意和进展。

1. 项目基础学习： 设计基于项目的学习活动，让学生通过实践来掌握核心概念和技能。
2. 问题解决： 鼓励学生使用可视化拖拽搭建工具来解决实际问题，提出创新的解决方案。
3. 跨学科项目： 利用这个工具促进跨学科学习，让学生在项目中融合不同领域的知识和技能。

评估与展示 :

1. 自主发布软件：创设中心提供了自主发布软件的功能，可以将自己的创作成果以独立的形式发布。这意味着您可以与他人分享您的虚拟创作、教育内容或娱乐体验，并让更多人参与其中。

6、学科的数字孪生主题实训系统

1. 基础理论学习：学生需要先掌握有关数字孪生技术的基础知识，包括其定义、工作原理、应用领域等。例如：材料的数字化检测：引导学生学习如何将金属材料的物理和化学属性数字化，包括但不限于强度、延展性、疲劳寿命等。
2. 模型创建与仿真：教授学生如何使用专业软件（如ANSYS、SolidWorks等）创建金属材料及其组件的3D模型，并进行力学、热学等仿真分析。
3. 数据分析：训练学生使用数据分析工具，对从数字孪生系统收集的数据进行分析，以优化材料性能或预测材料行为。

实践项目设计

1. 模块一 数据收集：在现代科技的背景下，数据是驱动一切创新的核心。从实验室到工程现场，收集各类力学数据，为构建数字孪生奠定坚实基础。
2. 模块二 模型构建：在Unity中，我们以高效的方式构建了装置检测模型，通过精确的模拟和建模，为接下来的数字化步骤打下坚实基础。 
3. 模块三 渲染shader：为了真实还原物理世界的细节，我们准备了精美的渲染shader，让数字模型在屏幕上呈现出栩栩如生的细节和纹理。
4. 模块四 数据读取与实时显示：实时读取板子的数据并显示曲线，让用户能够直观地了解物理过程和数据变化，为数字孪生的交互体验增添新的维度。
5. 模块五 模型训练与本地数据调用：通过训练代理模型或调用本地数据，与力学虚拟仿真相融合 利用实时数据读取和曲线显示技术，研究人员可以在仿真过程中实时观察材料的行为，及时调整参数和实验条件，提高研究的效率和准确性。通过训练代理模型或调用本地数据，可以实现对材料力学行为的智能预测和优化，为材料设计和应用提供更为精细的指导。

评估与反馈

1. 过程评估： 重视学生在实训过程中的表现和进展，包括项目设计、团队合作、问题解决等方面。
2. 成果展示： 组织定期的成果展示会，让学生展示他们的数字孪生项目，促进学生之间的交流和学习。
3. 专家反馈： 邀请学科专家和行业专家参与评估和反馈，为学生的学习和成果提供专业的指导和建议。

7、大模型应用落地：AI学伴+AI助教