文摘
数字双技术可以支持教师这个专业来完成监控相关的话题和应用研究,为教学和科学研究通过建立自动监测实验室教学模式、深入结合当前学生在本专业的技能培训需求。这个探索的目的是使视觉传感器行业源源不断的人才。促进视觉传感器技术的发展是促进科学和技术的发展。基于视觉传感的教学研究设计使用数字技术,一组视觉传感设计教学系统设计采用文献研究和调查分析的方法。专题设置方面的专业科目;关于课程内容,各种传感器原理研究课程,视觉传感器设计课程、实验课程,和例子课程设置;教学方法分为在线和离线同步类;评价方法应该集中在分布的例子,和实践。结果表明,传统的课堂教学严重脱离课外学习。大多数学生处于被动接受知识的状态,几乎没有思维活动。 The established teaching system integrates brain and cognition, photoelectric foundation, sensory imaging, visual sensing imaging, visual sensing technology courses, computer technology, virtual experiment courses, and physical experiment courses. It can carry out more than 30 experiments of optical microscopic imaging and X-ray imaging based on the principle of visual sensing. Therefore, the teaching effect and teaching mode of the proposed digital visual sensing teaching system have been greatly improved.
1。介绍
在二十一世纪,人们用于数字化和寻求最优解决方案通过大数据的学习和生活。这意味着人们不知不觉地进入了数字化时代,如音乐应用程序,法官和建议用户喜欢的歌曲通过大数据,列表的受欢迎的电影和电视剧,和网上购物最喜欢的项目。人们经历了数字时代带来的巨大的变化。现在,每个人都不能没有数字。数字双胞胎(DTs)完成映射的物理模型在虚拟空间在现实世界中。物理模型是指在现实世界中各种设备:人类、机械臂、数控机床、自动仪表,和手机。虚拟世界可以简单地理解为数字世界组成的各种智能计算设备;通过DTs技术,每个设备在现实世界中都有一个数字实体在虚拟世界中,拥有完全相同的外观和内部结构的特点,数字时代包括情报、集成和并行性(1]。传统的教学模式需要投入大量的物理设备、场地和人员。它还必须面对的问题物理对象的正常损耗和意外损坏,不能降低成本。DTs技术应用到网络教学可以打破传统的教学模式,实现数字化教学。
李,王(2017)(2]介绍了传感器技术的教学探索,基于人工智能(AI)。与传统网络教学相比,传感器智能教学系统需要一个更复杂的计算机操作机制,主要体现在以下三个方面。(1)模型建立了根据不同学生的特点。(2)建议根据共享现有的教学策略,如教学目标和训练项目,并结合数据资源。(3)采用人机交互的智能教学系统。刘et al。(2019) (3)提出了研究生课程的教学改革和探索新的传感器原理和应用理论。基于理论的引入,解释和分析的应用例补充道。例如,目标识别技术引入基于图像采集和模式识别的视觉传感技术。应用案例的解释是方便学生掌握的基本原理、应用,传感器和数据处理方法和丰富的理论教学内容;多媒体教学采用的教学模式;评价方法是“实践理论笔试30% + 30% + 20%通常结果+ 20%报告显示。“道et al . (2019)4)提出了信息化教学设计之前,期间和之后类基于“工匠精神。”的机器人视觉传感技术作为一个例子,它显示的概念允许学生融入企业和参与科学研究、展览、和其他活动,塑造工人和工匠的精神,和实施”一课,一节课。“第二课堂、技能比赛、纪律培训,科学和技术的节日,和其他活动鼓励合作、探索、和卓越。他们使用preclass指导的过程中,课堂学习研究、模拟练习和课外扩张。
本研究采用文献研究和调查分析研究视觉感知DTs的教学设计。纯人工智能或单独使用多媒体教学,没有结合的教学方法。创新是视觉传感设计教学体系设计与传统教学不同。视觉传感器设计学科的建立弥补了遗憾,没有专业的视觉传感器设计的主要课程。这个系统更关注教学实践,有助于减少教育的现象,输入和输出并不成比例,并提供研究思路如听觉感知设计其他专业设置。
2。材料和方法
2.1。DTs
DTs仿真流程,充分利用物理模型,传感器更新操作历史,和其他数据;融合不同的管教孩子,物理量、尺度和概率;和完整的虚拟空间的映射,以反映整个生命周期过程相应的物理设备。DTs为物理对象创建一个虚拟模型在数字模拟他们的行为在现实环境。建立DTs生产过程生产系统集成可以实现整个过程的数字化从产品设计到生产计划生产执行和提高产品创新水平和生产效率和效果提高到一个新的水平。DTs体是指虚拟模型完全对应,符合物理实体在现实世界中,可以模拟其行为和实时性能在现实环境,也被称为DTs模型。可以说,DTs技术,流程,方法,和DTs身体是对象,模型,和数据。
DTs技术的应用有效的教学实验的设计可以让学生接触到当前监测技术全面和深入了解行业的现状。它可以培养大量的稀缺人才的方向变形监测,提高实验室的社会服务功能。DTs世界的建设不仅是对图形查看,也对快速定量统计和智能分析。“DTs,”这对双胞胎之一是一个实体存在的现实世界中,从零件到工厂,简单的螺丝和人体复杂的结构。另一个只存在于虚拟的数字世界,这是一个对称的镜像现实世界由数字技术。它可以将物理设备的各种属性映射到虚拟空间形成一个数字图像,可以拆卸,复制,转移,修改,删除,以及重复设计工具的帮助下,仿真工具、物联网、虚拟现实,和其他数字的含义。
2.2。数字技术
数字技术,顾名思义,是一种技术,是基于数字。从它的类别,它是计算机技术和现代计算机技术的基本应用程序类别。二十世纪后数字技术蓬勃发展,已经对人类的发展密切相关。它的基本原理是把不可测的数据转化为可测量的数据,然后建立相应的数据模型,使它被一台电脑。数字代码恢复操作后,处理,存储和传输(5]。数字技术的原理图所示1。
2.3。传感技术
的原始电路传感器类似于数字技术的原则。它将被测量转换成某种物理量方便应用程序根据一定的法律。传感器包括敏感元件、转换元件,测量电路(6]。它有四个概念,其中一个是传感器的工作原理,如图2。
2.4。视觉传感技术
视觉传感设计,顾名思义,是各种传感设计之一。这是一个基于计算机视觉处理系统技术。人类感知外部环境信息通常是通过感觉器官。在工业生产中,80%的信息来自视觉。因此,视觉是基础和核心研究领域的传感技术。目前,有两种极性的方法研究视觉传感技术。和研究人员使用两个完全不同的方法来研究视觉感知。第一个是建立模型结构来模拟生物的眼睛,“这叫做生物视觉。生物视觉类似于建立一个单镜头相机的眼睛来模仿人类的眼睛。加州理工学院建立了一个生物硅结构模型,包括硅视网膜和硅的耳朵。 People pay more attention to the biometric system, but with the limitation of low human eye pixel technology, it is hard to break through the pixel work of the human eye. Also, since people are with little knowledge about the working process of sensory organs, so the biometric system has been difficult to break through. Then another method is used more often. It is to acquire an image through an image input device and then analyze and distinguish the image, which is called computer vision or machine vision [7]。因此,它没有上述生物系统的局限性。稳步发展,是由六个部分组成:传感器,镜头,辅助光源,图像采集卡,电脑,和显示。传感器有两种:CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)。CCD不仅优于CMOS成像质量的优点但也有阵CCD线阵CCD和区域。线阵CCD可以捕获一维图像,和区域CCD可以捕获一个二维平面图像。因此,大多数工业传感器CCD传感器(8]。根据是否使用光源,视觉传感分为被动光视觉和主动光视觉(9]。视觉传感技术的原理流程图和视觉传感器的结构图如图3和4,分别。
2.5。测量方法
视觉传感技术的目标是通过直接连接获取深度信息,它是一个重要的视觉传感技术的发展方向。它包括视觉测量体积,单机测量,测量光束调整,等等。视觉测量量是基于立体视差原理,和它使用两个或两个以上的相机使用已知的空间位置关系。通过对极几何理论和视差原理,相同的测量对象的场景图像,测量物体的三维几何信息是解决。单摄像机测量指的是使用一个相机图像测量对象。它结合了控制点技术实现真正的测量,这是一个方法来测量空间三维测量对象的几何信息。人们不能翻转从一个二维图像通过控制点技术。然后,使用一个精确的目标探测,通过添加单一图像三维信息的潜在模型,添加额外的几何约束。因此,准确的目标探测可以测量三维空间物体的几何信息。梁调整测量是几何模型,基于成像光束的空间交叉。 It takes the beam adjustment algorithm to optimize it as the core. Multiple measuring points are set at different positions in the measurement space through the camera. Through a high-precision image processing algorithm and automatic image point registration technology, it collects measuring points from different positions and attitudes to obtain the iterative strip for beam adjustment. And then, it obtains the accurate three-dimensional coordinates of the measuring points by using the beam adjustment optimization algorithm. The measurement method is used in the teaching reform and exploration theory of the above new sensor principle and application postgraduate course. The measurement method is the basis and core of visual sensing technology. Without a measurement method, everything cannot continue. The teaching method of measurement method is multimedia teaching. The assessment method adopts the proportion of “30% theoretical written test + 30% experimental practice + 20% usual results + 20% report and display.” The contents of the new sensor principle and application course are shown in Figure5。
3所示。精度的方法教学
精密的教学是一种新的教学方法。它是用于有针对性的教育诞生之初,旨在通过设计和获得相关数据测量教学过程,跟踪学生的学习表现,为教学提供数据决策支持。主要措施是流利,这是由“准确性”和“速度”学生的相应的知识和技能。精密的传统监测方法的教学是由手工绘图测量分析表,这太麻烦了。,结果往往不够准确,由于大数据的缺乏和人工智能在早期阶段。然而,技术的发展已经成熟,应用于生活的各个方面,如精确营销。它可以智能地设置的最小值的可靠性和信心数据挖掘算法。知识对于学生来说,可以自动提示点,后续可能不是很好。对于老师来说,可以自动预测的整体教学效果类和分析相关的知识要点。
3.1。先验算法
一个算法提出了基于精确的教学和大数据。基于独特的数字矿山技术在数字时代,分析学生的薄弱科目课程适合学生。在后台,教师还可以通过观测数据确定类的缺点来调整学习方法。
基本的定义。定义1(支持):让我= {i1、i2…,我n}是一组包含N物品,交易T是一组项目,T⊆我和D是一组T。让一个是一组项目,事务T包含X,只有X⊆T,也就是说,X包含在T,X⟶Y关联规则是一个表达式,然后呢X⊂我,Y⊂我,X∩Y=∅。
定义2(信心)。关联规则的信心X⟶Y是指包含的事务数的比率X和Y只包含的事务数X表示如下:
4所示。结果
4.1。分析存在的问题
发现很少有专业项目在高校的视觉传感设计。目前,传感设计的教学内容偏向专科学校,例如,仿生智能传感设计、机器人视觉传感技术、图像传感技术和应用属于光电信息科学与工程。因此,课程内容比视觉传感设计更倾向于大专。然后,视觉传感设计学科是必要的。同时,一些学生还没有意识到他们是学习过程的主体,他们的学习积极性和主动性不高,他们不能积极参与教学活动。此外,教学时间的限制,教师和学生之间的互动时间不足仍然是传统教学“老师说,学生听”的状态10]。课堂教学和课外学习之间的分离是认真的。大多数学生处于被动接受知识的状态,他们几乎没有思维活动。很难培养学生的思维能力和创新精神。学生将会发现理论教学枯燥。课程评价方法并不完美,很难判断学生的综合能力。因此,有必要改进传统的教学方法和评价方法。改革教学体系描述如下。
4.2。改革教学体系
首先,在课程内容方面,它建立了一个主修视觉传感技术。辅修计算机技术,传感器技术,原理,应用新的传感器。教学内容也应不断改进与时代的发展。它是指智能传感与检测技术11),传感器和检测技术12),和图像传感技术与应用(13]。建立了专业的课程,它认为科学系统,视觉传感技术课程的基本框架和各部分之间的关系。它集成了大脑和认知,光电基础,感觉成像,视觉传感成像,视觉传感技术,计算机技术,虚拟实验,物理实验课程,等等。它建立了这个新专业的基础课程。准备讲义的教学结构和内容如图所示6。
第一个模块是学习各种传感器的原理,包括压力和力传感器、位置传感器、液位传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、辐射传感器、温度传感器、振动传感器、湿度传感器、磁传感器、气体传感器、真空传感器、生物传感器等。介绍了传感技术,传感器的概念,应用程序,开发、意义、原则和一般传感器的应用范围。
第二个模块是计算机技术的研究。在数字时代,所有过程都离不开数字和电脑。因此,电脑是学习视觉传感设计的关键一步。他们主要解释计算机的基本原理和编程方面的知识。
第三个模块是学习的视觉传感器,它主要关注信息的视觉传感成像。例如,在光学显微成像技术,介绍了光学傅里叶分析的原则,衍射光学和阿贝成像。同时也介绍了荧光显微成像的基本原理和技术,相衬显微成像、偏光显微成像,电子显微镜成像。x射线成像的基本原理和设备,CT成像的基本原理,图像重建算法的投影。学习视觉传感器介绍了核磁共振成像的基本原理、基本原则,核磁共振成像(MRI),傅里叶变换图像重建,等等。介绍了超声成像、医疗b超成像。数据7和8分别显示光学显微镜和x射线成像(14]。
第四个模块是虚拟和物理实验的研究。它直接结合的教学实验过程的理论。虚拟和物理实验的学习使学生能够独立设计虚拟动画实验。这可以提高学生的创新能力,降低了消费的实验设备,并对学生进行物理实验奠定了基础。实验教学应设计和综合应用实验,和30多个实验基于各种视觉传感原理等可以进行光学显微镜和x射线成像。因此,教师应鼓励学生进行自行设计实验和12小时的实验课程。为了简化实验是很重要的。图9显示了一个示例学生们做实验时的动画。它清晰地表达了浓度和认真的学生视觉感知的实践课程。
关键是验证压缩原理和提高设计与综合实验的比例,这样学生不能只局限于阅读实验数据。人们还应该能够将电子电路知识与计算机控制技术结合,在电脑上收集数据,构建一个基本的自动测试系统,让学生给自由发挥的空间,并提高他们的动手能力和实践能力的过程中自由实验(15]。
第五模块是视觉传感设计系统的一个例子。首先,视觉传感技术的原理和视觉传感成像技术的简要介绍和评述,并通过动画这回忆实验过程。接下来,介绍了视觉传感设计的应用实例,如机器人的相关基础,智能机器人及其软件和硬件系统,机器人视觉和智能机器人的例子(16]。
在教学方法方面,建议使用离线新媒体教学和教师教学,以及在线视频播放,动画交互,为学生提供学习和其他方法。在教学过程中,教师应注重教学内容的引入,图片,动画,和其他形式的表达式。在正常教学,文本应该结合理论和实验教学内容。学生理解知识的概念是使用新媒体更加生动和直观教学和动画。使用新媒体教学和动画可以让学生理解视觉传感器的结构和澄清视觉传感器的工作原理及其应用实例。它还可以提高学生的学习效率17]。图10是学生通过在线交互式学习动画的一个例子。先进的计算机系统为教学模式提供了一个新的研究方向。
4.3。视觉传感设计课程
教学效果是得分的满分100。精度提出了教学方法与教学效果相似的教学方法在文献[18,19]。学生知识的水平,课堂活动和师生互动进行比较,如图11。
在图11精度,提出教学模式三个维度的得分最高的学生掌握知识,课堂活动,师生互动,达到超过90点。其中,师生互动的分数是96分,表明提出的基于视觉传感器设计的教学方法可以大大增加师生互动,提高教学的整体效果。
5。讨论
新媒体主要采用幻灯片教学交互和动画这一过程。在此之前,工作负载常常是乏味的和琐碎的,巨大的内容和许多知识要点。学生上课很累,缺乏浓度,或不能回忆起以前的知识要点。知识的学习课堂内容必须集中,教学必须逻辑的过程和内容。重要的公式推导过程仍然需要结合老师的手写演示使学生能理解它。知识的理解远不止简单的公式记忆和理顺全班的思考。同时,老师安排学生学习、组织和分析一些关键内容。前10分钟的每节课,老师问学生们总结前面的类的学习内容并简要介绍这门课的内容。这不仅可以实现课堂互动,提高学生的积极性,还可以设置一个例子和锻炼对于一些人渴望工作的老师。至于其他学生,教学过程也是一个机会来巩固学习(20.,21]。
介绍了智能视觉传感器时,要求学生复习以前的内容类和配合老师的解释智能视觉传感器来充分调动学生的学习热情,充分发挥自主学习的作用。通过课堂多媒体教学理论,教学关键内容,和应用情况分析,学生的理论学习水平可以提高,学生可以积极发展在线学习和独立学习,使互动课件的解释。它能有效地激发学生的兴趣和热情的改进教学活动,促进学生的学习方法。通过结合大学生培训项目和科研项目,鼓励学生结合传感器主要的研究内容和感兴趣的项目,并邀请参与实验研究和设计创新实验。这可以促进理论研究和科学研究实践的有机结合。课程在教学实践的过程中,逐步建立了教学方法,它结合了课堂学习,在线学习,实验学习,自主学习22,23]。
如果只改变课程内容和教学方法,教师只需要临时解决方案不影响彻底治愈。教学效果评估和评价方法的改革应进一步探讨基于改变体重比率的评估结果的各个方面。该方法调整考试的最后得分组成评估和转换比传统的“实验笔试70% + 20% + 10%平时分数”,“30%的理论笔试+实践+平时成绩20% + 30% 15%报告显示+ 5%实践”比率增加练习的比例(24- - - - - -26]。改变测试评价标准更实用。最后,一个示范评价体系构建基于基本理论知识和实验实践技能,辅以课堂学生学习效率的综合评价方法,互动,和最后的显示和解释实际的结果。基本理论知识应充分涵盖知识分和综合应用能力。
实验设计关注候选人的实际能力,设计实验的能力与理论知识相结合,完成实验过程的能力,和分析结果的能力。通常的评估结果主要是通常的出勤率,互动式知识问答与教师和学生在教室里,和完成家庭作业27- - - - - -29日]。在学期结束时,显示的研究成果有利于理论和知识的结合,注重综合能力的调查,数据整理、思考和总结,报告写作和口头表达。这种方法可以培养学生的综合素质在问问题,分析问题,解决问题。最后,实习成绩的水平主要取决于候选人的能力适应社会30.- - - - - -32]。
6。结论
自进入数字时代,人们越来越依赖于机器的使用。如今,传感器是机械制造的核心和基础,和世界的观察主要依赖于眼睛。因此,视觉传感的教学和研究的设计非常重要。计划培养视觉传感设计的能力,设计实验,创新和实践。系统可以通过人才在智能机器,生物系统,和机器检测,也就是说,设置特殊学科从专业学科的角度,建立各种传感器原理研究课程,计算机技术课程,视觉传感器设计课程、实验课程,课程的课程内容和例子。教学方法分为在线和离线同步类。此外,一个精确的基于数据挖掘算法的教学方法和应用,检查泄漏的影响和填补职位空缺。关于评价方法,评价比例是“30%理论笔试+实践+平时成绩20% + 30% 15%报告和显示+ 5%实践,“更多关注学生的实际操作能力和实际应用能力。缺点是它不能深入每个人的需求,让每个人都了解更好的通过自己的学习习惯。适用于每个学生的学习方法是基于这一主题将进一步探索,使讨论更详细的研究。
数据可用性
使用的实验数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者声明,关于这项工作他们没有利益冲突。
确认
这项工作是在陕西省社会科学协会的支持下,研究创新红色文化与农民的沟通的绘画Huxian县,陕西省载体(项目号2021 nd0167),西安理工大学,研究定格动画课程的改革与实践(项目号21 jgyb28)。