一种交互式校园农场 专利技术说明

办公文教;装订;广告设备的制造及其产品制作工艺1.本发明设计一种校园农场，具体涉及一种基于交互式学习环境的中小学农业教育解决方案——交互式校园农场。背景技术：2.劳动是创造物质财富和精神财富的过程，是人类特有的基本社会实践活动。劳动教育是发挥劳动的育人功能，对学生进行热爱劳动、热爱劳动人民的教育活动。劳动教育作为全面发展教育的重要组成部分，对促进学生的健康成长和社会的进步具有重要意义。3.劳动教育的落地，离不开切实的资源支持和条件保障。教育部明确要求学校从组织管理，师资与场地等教育资源建设，以及相关专业研究和指导的完善等多个层面因地制宜地进行探索，创造更多更好的经验，逐步提高劳动教育的质量与水平。然而，对于所有学校与负责教师来说，劳动教育课程刚开始从无到有地进行建设与探索，许多问题亟待解决。4.从内容来看，劳动教育一般被分为日常生活劳动教育、生产劳动教育、服务性劳动教育，其中生产劳动教育是劳动教育的基本内容，它体现着教育与生产劳动相结合教育方针的基本要求。而农业作为立国之本,强国之基，是生产劳动教育的重中之重。农业生产劳动是劳动课的核心内容。与其它劳动课相比（如手工课，家务、洗涤等）它涉及的内容更丰富，更有趣味性，系统性，科学性，也更有意义。但是，由于实际条件的限制，在中小学中实施农业生产劳动教育仍面临着许多困境。它既受到学校所在地实际情况的限制，又需考虑学校所能承担的程度。5.根据政策导向与实际的教学需求，种植实践场地将会是农业生产劳动课程开展的必要条件之一，通常将其统称为校园农场。目前提出了适合校园环境的种植方式，如cn211505505u一种校园屋顶农场用土壤环境监测装置，在校园屋顶农场中采用具有自动升降的功能的土壤环境监测装置，让校园屋顶农场的管理更精准；还有如 cn214801142u 一种智慧校园用防护性能好的智能微农场 的中国专利文献所述的智慧校园用防护性能好的智能微农场；还有将流量管控门禁一体机、开心农场智能终端管理柜、监控装置和电控系统等集成入智慧校园系统来获取学生的各项劳动数据，以此实现对学生劳动的智能化管理、引导和督促的，如公开号为cn112950430a一种智慧开心农场管理系统及方法 的中国专利文献所述。但这些方法都停留在对学生与校园农场进行管理或是在硬件上进行创新的单一层面上，并没有将“教育”这个特性与农场深入融合。技术实现要素：6.针对现有技术中存在的问题，本发明设计的目的在于提供一种交互式校园农场。以实现在交互式校园农场场景中，充分发挥二维码信息量大、编码范围广、成本低、可拓展性强的特点，将大量的教学信息储存在二维码中，并形成“农业教学卡”“作物信息卡”“自定义共创卡”。使用拟人化形象引导学生进行交互，并对交互行为进行记录作为教学质量评估标准之一，最终实现通过劳教结合来提升教学效率的目的。7.本发明通过以下技术方案加以实现：一种交互式校园农场，包括：校园农场空间规划：用于农业生产劳动教学的实践场地；校园农场教学终端：用于劳动课师生的教与学的过程；包括教学模块和管理模块；信息导向模块：对信息进行导向设计，并全程引导学生进行探索，包括终端侧和硬件侧；娱乐与教育模块：在娱乐与教育之间保持平衡。8.进一步地，所述校园农场空间规划包括：教学区：包括投影设备及学习桌，用于师生在该空间进行教学；种植区：包括种植材料台及种植长桌，用于学生在该空间进行种植；管理区：设置有种植盒及种植架、水循环系统及常见的环境检测设备，便于师生在该空间进行作物管理；教学区、种植区及管理区彼此独立又互相打通，便于支持师生的教学需求及交互需求。9.进一步地，教学模块包括：1）基于交互式动画的种植教程，并建立拟人角色的语音/文字引导，便于学生跟随教程进行自主探索；2）教学界面：为种植教程相配套的农具、作物材料、智慧农业相关产品制作的界面，便于学生自主找到对应的农具，并扫描上面的农业教育卡进行交互伸入学习；3）共创空间：便于教师在系统中抛出待讨论的问题并在合适的位置设置“自定义共创卡”。10.进一步地，管理模块为设置在种植架上的对应种植盒的“作物信息卡”，用于智慧农业相关技术的种植环境信息的可视化展示，引导学生根据指导意见进行操作。11.进一步地，信息导向模块的终端侧将通过拟人角色的语音和文字设计自然地进行指引；硬件侧将设计不同种类的二维码展示卡片，具体包括用于帮助师生共创空间的“自定义共创卡”、 呈现作物种植信息的“作物信息卡”、 展示教学信息的“农业教学卡”。12.本发明基于交互式学习环境的中小学农业教育解决方案，将大量的教学信息储存在二维码中，并形成“农业教学卡”“作物信息卡”“自定义共创卡”三类具有不同属性的交互卡片。使用拟人化形象引导学生进行交互，并对交互行为进行记录作为教学质量评估标准之一，最终实现通过劳教结合来提升教学效率的目的。附图说明13.图1为本发明系统架构图；图2为校园农场空间规划图；图3为校园农场教学终端框架图；图4为校园农场教学终端界面图片；图5为信息导向设计图；图6为本发明系统流程图。具体实施方式14.以下结合说明书附图对本发明做进一步说明，以便更好地理解本技术方案。15.本发明基于交互式学习环境的中小学农业教育解决方案—交互式校园农场，其系统架构图如图1所示，具体包括以下几个部分：校园农场空间规划：校园农场是农业生产劳动教学的实践场地，本发明基于对教学需求和种植需求的理解，对校园农场进行空间规划设计。按照劳动课教学流程，将会包括教学区——种植区——管理区。每个分区被赋予了不同的功能属性，学生在每个区域内将被安排进行不同的课堂活动，覆盖劳动课农业教育整个板块。16.校园农场教学终端：本发明开发了一个教育工具，用于劳动课师生的教与学的过程。功能上分为教学与管理两部分。教学部分即教学模块包括：1）一个基于交互式动画的种植教程，并建立拟人角色的语音／文字引导，鼓励孩子们跟随教程进行自主探索；2）为配套的农具、作物材料、智慧农业相关产品等制作的教学界面，孩子们可以自主找到对应农具，并扫上面的农业教育卡进行交互来深入学习；3）为教学板块设计的共创空间——教师可以在系统中抛出讨论问题并在合适的位置设置“自定义共创卡”，学生可以通过在校园农场中的探索发现并扫描设置的“自定义共创卡”，并在其中评论交流，以此进一步激发学生兴趣，减轻教学压力；管理部分即管理模块：在学生扫描种植架上对应种植盒的“作物信息卡”后，可以看到基于智慧农业相关技术的种植相关环境信息的可视化展现，系统将引导孩子根据指导意见进行操作（比如浇水、施肥、采收等）。17.信息导向设计即信息导向模块：对信息进行导向设计，并在全流程引导学生进行探索。信息导向设计分为两部分，终端侧与硬件侧。在终端侧，将通过拟人角色的语音和文字设计自然地进行指引，以此激发学生自主探索的兴趣。在硬件侧，将设计不同种类的二维码展示卡片，包括1.用于帮助师生共创空间的“自定义共创卡”2.呈现作物种植信息的“作物信息卡”3.展示教学信息的“农业教学卡”。在卡片设计时，采用耐久性高的塑胶材质，并充分利用二维码拓展的便捷性设计多种卡片。在选择卡片放置位置时，选择可以让学生可以快速发现的合适位置。18.娱乐与教育模块：在娱乐与教育之间保持平衡。尽管有一些游戏化的元素（如：拟人的角色反馈），但没有级别／积分等元素。通过这种方式，希望确保孩子们更关注知识性信息的学习，而不是任何奖励系统或积分系统。在课程结束后，教师可以根据作物长势（作物的数量与质量）、学生维护能力（参与作物维护的程度）、学生探索能力（问题讨论深入程度、科学知识发现水平）三个层面对学生进行课程评估。19.本发明提出的交互式校园农场解决方案可以帮助学校建设合适的劳动课实践场地；支持教师顺利开展劳动课教学，减轻教学压力；促进学生提高学习积极性与自主性。并最终通过深入劳教结合的宗旨来提升劳动课教学效率。20.校园农场空间规划如图2所示，由于中小学学校可以用做建设校园农场的面积以及财力都比较有限，因此校园农场的空间规划十分重要。本发明的交互式校园农场中包括了“教学区”、“种植区”，以及“管理区”。其中：教学区包括一台投影设备与二至四组圆桌，呈长方形，师生可以在这个空间进行教学。21.种植区包括一个种植材料台，一张种植长桌，呈l形，学生在这个空间中进行种植。22.管理区包括六个含有八个种植盒的种植架，以及水循环系统和一系列环境检测设备，呈长方形，师生在这个空间进行作物管理。23.三个空间彼此独立但又互相打通，可以支持师生的所有教学需求与交互需求。24.校园农场教学终端框架图如图3所示，本发明开发的教学终端包括教学与管理两大板块，其中，教学模块包括：1）一个基于交互式动画的种植教程，并建立拟人角色的语音／文字引导，鼓励孩子们跟随教程进行自主探索；2） 为配套的农具、作物材料、智慧农业相关产品等制作的教学界面，孩子们可以自主找到对应农具，并扫上面的农业教育卡进行交互来深入学习；3）为教学板块设计的共创空间——教师可以在系统中抛出讨论问题并在合适的位置设置“自定义共创卡”，学生可以通过在校园农场中的探索发现并扫描设置的“自定义共创卡”，并在其中评论交流，以此进一步激发学生兴趣，减轻教学压力；管理模块则是在学生扫描种植架上对应种植盒的“作物信息卡”后，可以看到基于智慧农业相关技术的种植相关环境信息的可视化展现，系统将引导孩子根据指导意见进行操作（比如浇水、施肥、采收等）。主要界面见图4所示。25.信息导向模块：分为终端侧和硬件侧。26.在终端侧，主要通过拟人角色的语音和文字设计自然地进行指引，以此激发学生自主探索的兴趣，在硬件侧，设计了不同种类的二维码展示卡片，包括1.用于帮助师生共创空间的“自定义共创卡”2.呈现作物种植信息的“作物信息卡”3.展示教学信息的“农业教学卡”。在卡片设计时，采用耐久性高的塑胶材质，并充分利用二维码拓展的便捷性设计多种卡片。在选择卡片放置位置时，选择可以让学生可以快速发现的合适位置。信息导向设计图见图5所示。27.本发明开展流程为：1）劳动课开始后，师生首先进入“教学区”。教师根据自己的课堂安排使用投影或显示器等开展教学工作；2）在教学结束后，将学生进行分组（四到五人一组），并对应分配终端设备与种植区域；3）学生进入种植区，在内置了植物专家系统的系统中搜索想要种植的作物，并进行种植教程的学习。其中：种植教程采用交互式的视频模式，每阶段中止并有拟人化角色引导学生在对应的设备处进行扫码（农业教学卡）交互，以此深入学习设备／材料等。学生可以选择跟随引导进行交互，也可以继续教程。在教程结束后，学生在“种植区”开始自主种植。整个种植过程中有任何问题，均可与对应设备进行交互以获得辅助信息。系统记录所有扫码信息并上传至服务端（server，ebs）；4）结束种植后，学生将种植盆放回智慧种植架中，并通过扫描对应的“作物信息卡”输入本组信息以进行系统打标。系统记录所有扫码信息并上传至服务端（server，ebs）；5）在种植架处埋设湿度、温度、光照传感器与摄像头，在作物的整个生长周期中，师生可以随时使用终端设备扫描“作物信息卡”查看作物生长情况、环境（湿度、温度、光照）信息，并可以根据基于作物生长情况智慧化分析系统提示进行作物的管理与养护。系统记录所有扫码信息并上传至服务端（server，ebs）；6）在课程结束后，教师可以基于服务端数据，对作物长势（作物的数量与质量）、学生维护能力（参与作物维护的程度-上线与扫码次数）、学生探索能力（问题讨论深入程度、科学知识发现水平）三个层面对学生进行课程评估。









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