一种新型青少年STEAM教育系统及方法与流程

技术特征：
1.一种新型青少年steam教育系统，其特征在于，包括线下智能空间模块，云端服务器模块和线上元宇宙系统模块：所述线下智能空间模块用于对青少年自己制作的实体硬件作品进行自动化测评并生成相关作品数据，之后将相关作品数据上传到所述云端服务器模块储存；所述云端服务器模块用于储存相关作品数据，所述相关作品数据能被元宇宙系统模块所使用；所述线上元宇宙系统模块用于提供一个实时互动、视觉化呈现、高效率的虚拟仿真的世界，并且接收所述相关作品数据，之后将所述相关作品数据生成对应的三维虚拟作品，青少年可以在所述线上元宇宙系统中使用所述三维虚拟作品进行探索、再创作、完成各种任务和应对各种挑战。2.如权利要求1所述的新型青少年steam教育系统，其特征在于，所述线上元宇宙系统模块包括ai学习任务策略中心和虚拟仿真系统，所述ai学习任务策略中心用于根据用户的进度生成随机或预设的相关steam主题的挑战；所述虚拟仿真系统用于构建一个拥有一定物理规则的虚拟世界，并且接收相关作品数据，之后将所述相关作品数据生成对应的三维虚拟作品，解锁对应的任务和挑战。3.如权利要求2所述的新型青少年steam教育系统，其特征在于，所述物理规则是通过仿真的物理引擎进行构建，并且所述物理规则包括虚拟生态、虚拟时间或虚拟经济中的一种或多种。4.如权利要求1所述的新型青少年steam教育系统，其特征在于，所述线下智能空间模块包括ai作品测试系统，所述ai作品测试系统包括高精度测量模块、自动控制模块、人机互动模块和场地中央处理模块：所述高精度测量模块可以使用视觉输入的方式进行测量，所述视觉输入包括网络监控摄影机(ipc)和边缘计算盒子，用于提取和预处理被测物件的视觉信息；当需要进行高精度测量时，所述高精度测量模块也可以采用视觉测量以外的其他方案，例如由学生在检测现场自主部署uwb标签在被测物体的不同部位，部署完成后，标签周期性发送脉冲信号，由检测点所部署的固定基站接收，得到高精度定位数据，并发送给中央处理模块；所述人机互动模块用于输入被检测物体的类型，同时确定被检测物体的检测维度，最后显示检测结果；所述自动控制模块包括无线接收模块和交互端无线发送模块，用于建立被检测物体和人机互动模块之间的无线通信，使得被检测物体能够接收到测试的控制指令，做出相应的运动动作，所述测试的控制指令是ai算法发出的，也可以由人工手动操作输入；所述场地中央处理模块，其为部署在教育成果评价场地内的服务器，用于接收和处理所述人机互动模块、所述高精度测量模块和所述自动控制模块的信息；并在处理信息后，输出给所述人机交互模块进行结果展示，同时将相关作品数据上传到所述云端服务器模块储存。5.如权利要求4所述的新型青少年steam教育系统，其特征在于，所述ai作品测试系统包括多个检测位点，每个检测位点均配备高精度测量模块，从而能对多个作品同时进行检测。6.如权利要求5所述的新型青少年steam教育系统，其特征在于，当所述高精度测量模
块使用视觉输入的方式进行测量时，所述检测位点包括至少3个以上的网络监控摄影机，所述网络监控摄影机能捕捉被检测物体的三维影像信息，同时边缘计算盒子中的算法模块可以预处理影像信息并储存部分影像信息；所述预处理包括但不限于进行灰度处理，过滤影像的色彩信息，进行投影处理和微分处理，优化物体边缘辨识度，裁剪影像信息，过滤掉检测前后的静态影像。7.如权利要求6所述的新型青少年steam教育系统，其特征在于，所述场地中央处理模块能同时接收多个检测位点传来的预处理过的影像信息；之后基于所述人机互动模块确定的被检测物体的检测维度，计算出被检测物体的检测维度。8.如权利要求7所述的新型青少年steam教育系统，其特征在于，所述计算过程如下：对于预处理过的影像信息采用opencv等公开机器学习框架，基于被检测物体的类别，计算出物体的速度、加速度、位置、角度等信息；当需要进行高精度测量时，所述中央处理模块会将所述基于uwb系统计算结果调整修正机器视觉的测量结果；最后，在完成上述计算后，结合所述人机互动模块、所述高精度测量模块和所述自动控制模块的信息，输出给所述人机互动模块进行结果展示，同时将相关作品数据上传到所述云端服务器模块储存。9.如权利要求1所述的新型青少年steam教育系统，其特征在于，所述云端服务器模块包括作品数据云模块和线上系统服务器端模块，所述作品数据云模块和所述线上系统服务器端模块进行通信连接，所述作品数据云模块用于储存相关作品数据，并通过所述线上系统服务器端模块将所述相关作品数据传输到所述线上元宇宙系统模块，所述线上元宇宙系统模块会将相关作品数据转换成三维虚拟作品，该虚拟作品可以是任何数字形态，包括nft的形态，通过nft或者类似的区块链技术记录用户独特的成就和成长过程。10.一种基于权利要求1～9任一项所述的新型青少年steam教育系统的教育方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、青少年登录线上元宇宙系统模块，然后ai学习任务策略中心会根据用户的进度生成随机或预设的相关steam主题的挑战，虚拟仿真系统就steam主题会提示用户完成相应的任务；s2、根据元宇宙系统模块中的任务进度，用户会被要求在线下完成一定实物的创作或者制造，并将完成的作品放入ai作品测试系统进行测评并生成相关作品数据，之后将相关作品数据上传到所述云端服务器模块储存；s3、云端服务器模块储存相关作品数据后，线上元宇宙系统模块会根据相关作品数据生成对应的三维虚拟作品，所述三维虚拟作品还可以是nft或者其他类似区块链技术下生成的形态，并且自动解锁下一步在虚拟仿真系统中要完成的任务，青少年可以在所述线上元宇宙系统中使用所述三维虚拟作品进行探索、再创作、完成各种任务和应对各种挑战，所述再创作的行为还包括，通过元宇宙系统的环境对虚拟三维作品进行编程和控制、神经网络的训练等，并且还包含将所述改进部署到线下的实验和应用。

技术总结
本发明公开了一种新型青少年STEAM教育系统及方法。所述STEAM教育系统包括线下智能空间模块，云端服务器模块和线上元宇宙系统模块，所述线下智能空间模块用于对青少年自己制作的作品进行自动化测评并生成相关作品数据，之后将相关作品数据上传到所述云端服务器模块储存；所述云端服务器模块用于储存相关作品数据，所述相关作品数据能被元宇宙系统模块所使用；所述线上元宇宙系统模块包括AI学习任务策略中心和虚拟仿真系统；本发明通过将线上元宇宙系统模块和线下智能空间模块相结合，实现线上与线下良性互动，不仅能够激发孩子主动性学习，趣味性学习、高效性学习，并用AI的辅助手段实现了学习成果的标准化的评定机制，可以实现规模化的推广STEAM科技教育。现规模化的推广STEAM科技教育。现规模化的推广STEAM科技教育。


技术研发人员：罗晓亮 周维
受保护的技术使用者：武汉小绿人动力技术股份有限公司
技术研发日：2021.11.24
技术公布日：2022/2/23