本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實教學，特別涉及一種基于情景教學法的虛擬現(xiàn)實音樂教學系統(tǒng)。
背景技術：
1、隨著科技的不斷發(fā)展，教育領域也在持續(xù)探索創(chuàng)新的教學方式，以提升教學效果和學生的學習體驗，虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術作為新興的技術手段，因其能夠創(chuàng)建沉浸式的學習環(huán)境，為教學帶來了新的可能性，在音樂教學領域，虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術的出現(xiàn)為學生們提供可以身臨其境地感受音樂場景，如置身于音樂廳中欣賞演奏，或者在虛擬的樂器前進行模擬演奏練習，實現(xiàn)沉浸式教學。
2、目前，現(xiàn)有的音樂教學系統(tǒng)教學過程中，往往采用統(tǒng)一標準，難以滿足每個學生的個性化需求，不能實時準確地了解學生的學習狀態(tài)和壓力情況，使得無法根據(jù)學生的實際狀態(tài)及時調(diào)整教學內(nèi)容和節(jié)奏，導致學生因為過度緊張而影響學習效果；同時長時間的音樂學習和練習容易導致學生疲勞，缺乏有效的疲勞監(jiān)測和應對機制，導致學生在疲勞狀態(tài)下繼續(xù)學習，不僅學習效果會大打折扣，還會對學生的身心健康造成不良影響。
3、因此，現(xiàn)提出一種基于情景教學法的虛擬現(xiàn)實音樂教學系統(tǒng)解決上述問題。
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于情景教學法的虛擬現(xiàn)實音樂教學系統(tǒng)，以解決上述背景中提出的問題。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為：一種基于情景教學法的虛擬現(xiàn)實音樂教學系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括交互模塊、節(jié)奏模塊、時間模塊和反饋模塊；
3、所述交互模塊用于通過ar設備和手勢追蹤設備進行情景模擬，并對用戶心率和動作幅度數(shù)據(jù)進行采集并處理后傳輸至云服務器；
4、所述節(jié)奏模塊用于通過將采集的心率數(shù)據(jù)進行平均，并計算用戶的心率標準差，根據(jù)心率標準差的數(shù)據(jù)判斷學習壓力，并設定閾值，根據(jù)閾值自動降低或增加教學內(nèi)容；
5、所述時間模塊用于通過將采集到的動作幅度數(shù)據(jù)進行分析，實時計算用戶的平均運動幅度和動作抖動指數(shù)數(shù)據(jù)，并基于平均運動幅度和動作抖動指數(shù)的數(shù)據(jù)進行綜合計算疲勞值；
6、所述反饋模塊用于通過數(shù)據(jù)采集表對學生針對教學內(nèi)容調(diào)整效果進行評價和反饋，并實時對反饋數(shù)據(jù)進行收集，并根據(jù)反饋數(shù)據(jù)調(diào)整閾值設定和教學內(nèi)容調(diào)整策略。
7、進一步的，所述交互模塊包括情景單元、采集單元和接收單元；
8、所述情景單元用于通過ar設備和手勢追蹤設備生成模擬情景；
9、所述采集單元包括心率單元和動作單元；
10、所述心率單元用于通過心率手環(huán)對用戶實時心率進行采集；
11、所述動作單元通過手勢追蹤設備對用戶動作幅度數(shù)據(jù)進行采集；
12、所述接收單元用于通過云服務器對用戶心率和動作幅度數(shù)據(jù)進行接收并儲存。
13、進一步的，所述節(jié)奏模塊包括平均單元、計算單元和設定單元；
14、所述平均單元用于對采集的心率數(shù)據(jù)進行平均，計算公式如下：
15、；
16、其中，代表心率平均值，代表該時間段采集的心率樣本數(shù)量；代表表示第個心率數(shù)值。
17、進一步的，所述計算單元用于對用戶的心率標準差進行計算，計算公式如下：
18、；
19、其中，代表心率標準差，代表該時間段采集的心率樣本數(shù)量，代表表示第個心率數(shù)值，代表心率平均值，表示第個心率數(shù)值與心率平均值的差值。
20、進一步的，所述設定單元用對心率標準差的心率閾值設定，所述心率標準差的心率閾值設定為2/min，當心率標準差大于等于2/min時，則代表學習壓力過大，即對教學內(nèi)容難度進行降低，當心率標準差小于2/min時，則代表學習壓力輕松，即對教學內(nèi)容難度進行增加。
21、進一步的，所述時間模塊包括幅度單元、抖動單元和綜合單元。
22、進一步的，所述幅度單元用于對用戶的平均運動幅度進行計算，計算公式如下：
23、；
24、其中，代表平均運動幅度，代表采樣時間，代表在x、y和z三個方向的運動幅度。
25、進一步的，所述抖動單元用于對用戶的動作抖動指數(shù)進行計算，計算公式如下：
26、；
27、其中，代表動作抖動指數(shù)，代表采樣時間，代表某時刻的動作幅度值，am代表時間t內(nèi)用戶動作的平均運動幅度。
28、進一步的，所述綜合單元基于平均運動幅度和動作抖動指數(shù)計算疲勞值，并判斷，計算公式如下：
29、；
30、其中，代表疲勞值，和分別代表平均運動幅度和動作抖動指數(shù)在公式中的權重，且，代表平均運動幅度，代表動作抖動指數(shù)，代表平均運動幅度的閾值，代表動作抖動指數(shù)的閾值；
31、其中對疲勞值進行疲勞閾值設定，所述疲勞閾值設定為0.2，當疲勞值大于等于0.2時，則代表用戶處于疲勞狀態(tài)，即降低用戶學習時間，當疲勞值小于0.2時，則代表用戶尚未疲勞，即增加用戶學習時間。
32、進一步的，所述反饋模塊包括收集單元和儲存單元；
33、所述收集單元用于通過數(shù)據(jù)采集表對學生針對教學內(nèi)容調(diào)整效果進行評價和反饋，并對反饋數(shù)據(jù)進行收集；
34、所述儲存單元用于通過云端服務器對反饋數(shù)據(jù)進行接收并儲存。
35、本發(fā)明具有如下有益效果：
36、1.本發(fā)明中，通過設置情景模塊，運用ar設備和手勢追蹤設備可以生成并模擬不同的情景，為學生創(chuàng)造出高度逼真的音樂學習環(huán)境，節(jié)奏模塊中，通過對采集的用戶心率數(shù)據(jù)進行平均和計算心率標準差，并根據(jù)心率標準差的數(shù)值與設定的閾值進行比較，當心率標準差超出設定閾值時，則學生學習壓力過大時，系統(tǒng)會降低教學內(nèi)容的難度，幫助學生緩解壓力，當心率標準差低于設定閾值時，則學生學習壓力較小時，則增加教學內(nèi)容的難度，充分發(fā)揮學生的潛力，提高學習效率，通過及時調(diào)整教學內(nèi)容和節(jié)奏，有助于減輕學生的學習壓力，避免學生因過度疲勞和壓力而對身心健康造成不良影響。
37、2.本發(fā)明中，通過設置時間模塊，運用對用戶的平均運動幅度和動作抖動指數(shù)進行計算并綜合，實時對用戶的疲勞值進行計算并判斷，當疲勞值大于設定閾值時，則代表學生處于疲勞狀態(tài)時，此時即可降低學生戶學習時間，避免學生因過度疲勞而影響學習效果和身心健康，當疲勞值小于設定閾值時，則增加用戶學習時間，充分利用學生的良好狀態(tài)，提高學習效率，可以針對學生量身定制教學計劃和時刻，從而滿足不同學生的學習需求，促進學生的個性化發(fā)展。
38、3、本發(fā)明中，通過設置采集單元，運用云服務器創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集表，并將數(shù)據(jù)采集表通過wi-fi傳輸至ar設備中，當用戶學習完成后，可以收集學生對教學內(nèi)容調(diào)整效果的評價與反饋數(shù)據(jù)，能夠準確了解教學調(diào)整是否達到預期目標，并且收集的數(shù)據(jù)通過云服務器進行儲存，基于用戶的評價和反饋數(shù)據(jù)對節(jié)奏模塊和時間模塊中的閾值進行調(diào)整和優(yōu)化，提高教學質(zhì)量和效果。
1.一種基于情景教學法的虛擬現(xiàn)實音樂教學系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括交互模塊、節(jié)奏模塊、時間模塊和反饋模塊；
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于情景教學法的虛擬現(xiàn)實音樂教學系統(tǒng)，其特征在于，所述交互模塊包括情景單元、采集單元和接收單元；
3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于情景教學法的虛擬現(xiàn)實音樂教學系統(tǒng)，其特征在于，所述節(jié)奏模塊包括平均單元、計算單元和設定單元；
4.根據(jù)權利要求2所述的一種基于情景教學法的虛擬現(xiàn)實音樂教學系統(tǒng)，其特征在于，所述計算單元用于對用戶的心率標準差進行計算，計算公式如下：
5.根據(jù)權利要求4所述的一種基于情景教學法的虛擬現(xiàn)實音樂教學系統(tǒng)，其特征在于，所述設定單元用對心率標準差的心率閾值設定，所述心率標準差的心率閾值設定為2/min，當心率標準差大于等于2/min時，則代表學習壓力過大，即對教學內(nèi)容難度進行降低，當心率標準差小于2/min時，則代表學習壓力輕松，即對教學內(nèi)容難度進行增加。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于情景教學法的虛擬現(xiàn)實音樂教學系統(tǒng)，其特征在于，所述時間模塊包括幅度單元、抖動單元和綜合單元。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種基于情景教學法的虛擬現(xiàn)實音樂教學系統(tǒng)，其特征在于，所述幅度單元用于對用戶的平均運動幅度進行計算，計算公式如下：
8.根據(jù)權利要求7所述的一種基于情景教學法的虛擬現(xiàn)實音樂教學系統(tǒng)，其特征在于，所述抖動單元用于對用戶的動作抖動指數(shù)進行計算，計算公式如下：
9.根據(jù)權利要求8所述的一種基于情景教學法的虛擬現(xiàn)實音樂教學系統(tǒng)，其特征在于，所述綜合單元基于平均運動幅度和動作抖動指數(shù)計算疲勞值，并判斷，計算公式如下：
10.根據(jù)權利要求1所述的一種基于情景教學法的虛擬現(xiàn)實音樂教學系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋模塊包括收集單元和儲存單元；