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1、智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中多通道信息融合計(jì)算及評測研究14立項(xiàng)依據(jù)特色與創(chuàng)新目錄CONTENTS 2 研究內(nèi)容、目標(biāo)、擬 5研究計(jì)劃、預(yù)期成果解決的關(guān)鍵科學(xué)問題36研究方案及可行性分析研究基礎(chǔ)、工作條件及簡歷智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中多通道信息融合計(jì)算及評測研究(研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)分析,需結(jié)合科學(xué)研究發(fā)展趨勢來論述科學(xué)意義;或結(jié)合國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中迫切需要解決的關(guān)鍵科技問題來論述其應(yīng)用前景。附主要參考文獻(xiàn)目錄。建議8000字以下)PART ONE1 立項(xiàng)依據(jù)智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中多通道信息融合計(jì)算及評測研究(1)項(xiàng)目研究意義-(A)智能化虛實(shí)融合學(xué)習(xí)環(huán)境 教育具有開放性、不可還原性、
2、非線性與非均衡性等特征,是IMMERSIONINTELLIGENCE沉浸性智能性一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng),其發(fā)展規(guī)律很難輕易被人們深刻認(rèn)識(shí)。虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境是除理論和試驗(yàn)之外幫助人們認(rèn)識(shí)教育系統(tǒng)的復(fù)雜性和教育的發(fā)生發(fā)展規(guī)律的第三種方式,但目前教育領(lǐng)域的虛擬環(huán)境研究主要集中于簡單仿真工具、技術(shù)、軟件、方法等在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用,對虛實(shí)融合的智能化學(xué)習(xí)環(huán)境的研究比較匱乏。I4I3INTERACTION交互性IMAGINATION想象性Burdea, G., & Coiffet, P. (1994). Virtual reality technology: John Wiley & Sons.趙沁平. (2017).
3、 虛擬現(xiàn)實(shí)中的10個(gè)科學(xué)技術(shù)問題. 中國科學(xué):信息科學(xué), 47(06), 800-803.因此,融合智能的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境在當(dāng)前教育信息化背景下成為一個(gè)研究熱點(diǎn),其研究成果能幫助解決對教育本質(zhì)規(guī)律的認(rèn)識(shí)問題智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中多通道信息融合計(jì)算及評測研究(1)項(xiàng)目研究意義-(B)多通道信息融合交互計(jì)算鼠標(biāo)鍵盤 語音、筆 手勢、姿態(tài)、表情、眼動(dòng)、腦電傳統(tǒng)的單一通道人機(jī)交互方式,如鼠標(biāo)鍵盤、筆觸設(shè)備由于其輸入信息精確和直觀,系統(tǒng)不用關(guān)注用戶行為。然而在多通道移動(dòng)交互和自然交互條件下,系統(tǒng)需要準(zhǔn)確地判斷學(xué)習(xí)者“在做什么”和“要做什么”,才可能對其學(xué)習(xí)行為進(jìn)行準(zhǔn)確反饋。若不能準(zhǔn)確理解學(xué)習(xí)者意圖,反而給用
4、戶不好的體驗(yàn)。因此,需要在多通道虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中對學(xué)習(xí)者意圖準(zhǔn)確理解,而如何根據(jù)不同通道信號進(jìn)行有效融合并計(jì)算和管理是意圖準(zhǔn)確理解的重要手段,這是學(xué)習(xí)者交互自然與否的關(guān)鍵智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中多通道信息融合計(jì)算及評測研究(1)項(xiàng)目研究意義-(C)有效評測智能虛實(shí)融合學(xué)習(xí)環(huán)境中多通道交互手段新穎,交互信息豐富,學(xué)生在其中學(xué)習(xí)時(shí)會(huì)產(chǎn)生源源不斷的、不引人注目的過程性數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)的采集與分析將能幫助我們有效評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。但傳統(tǒng)的評價(jià)既無法提供即時(shí)的反饋來支持學(xué)習(xí),也不能使環(huán)境適應(yīng)學(xué)習(xí)者的需求。因此,在新的虛實(shí)融合環(huán)境提供了嶄新的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和體驗(yàn)的背景下,迫切需要新的評價(jià)方法去衡量其學(xué)習(xí)的有效性,新
5、型智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中做出響應(yīng)性、綜合性和均衡性評價(jià)的方法成為當(dāng)前新的復(fù)雜問題(2)國內(nèi)外現(xiàn)狀分析-智能學(xué)習(xí)環(huán)境中的多通道交互及信息融合計(jì)算即一個(gè)能識(shí)別學(xué)習(xí)環(huán)境中基于語音、手勢等自然模態(tài)的輸入信息,并能以某種方式將結(jié)果展現(xiàn)給學(xué)習(xí)者的智能學(xué)習(xí)環(huán)境交互的定義范圍系統(tǒng)負(fù)責(zé)接受學(xué)習(xí)者的輸入信息,前端語音姿態(tài)眼動(dòng)手勢表情腦電后端根據(jù)學(xué)習(xí)者的輸入信息,產(chǎn)生需要的結(jié)果圖片(拍攝的學(xué)生作業(yè))的識(shí)別、分類、文本自動(dòng)翻譯(2)國內(nèi)外現(xiàn)狀分析-智能學(xué)習(xí)環(huán)境中的多通道交互及信息融合計(jì)算多通道交互意圖理解交互信息的模糊化認(rèn)知負(fù)擔(dān)方面的挑戰(zhàn)對命令輸入的信息質(zhì)量要求口音固有的習(xí)慣姿勢與系統(tǒng)期望的姿態(tài)不同(如左撇子)(2)
6、國內(nèi)外現(xiàn)狀分析-基于認(rèn)知負(fù)荷理論的學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)注意力分散效應(yīng)split-attention effect瞬時(shí)效應(yīng)transient effect形式效應(yīng)modality effect冗余效應(yīng)redundancy effect能力反轉(zhuǎn)效應(yīng)expertise reversal effect 存在問題 較少關(guān)注活動(dòng)設(shè)計(jì)方案本身和學(xué)習(xí)者個(gè)體差異,導(dǎo)致VR/AR學(xué)習(xí)活動(dòng)的個(gè)性化設(shè)計(jì)缺乏科學(xué)理論和實(shí)證研究的指導(dǎo) 缺乏對于學(xué)習(xí)歷程的測評與探索,導(dǎo)致面對負(fù)面的學(xué)習(xí)成效時(shí),難以準(zhǔn)確診斷問題并提出相應(yīng)的解決方案 只關(guān)注單個(gè)設(shè)計(jì)問題,尚未有研究對包含多個(gè)設(shè)計(jì)要素的VR/AR學(xué)習(xí)活動(dòng)提出全面的指導(dǎo)方案 測量主要基于主
7、觀量表,導(dǎo)致其信效度受到質(zhì)疑(2)國內(nèi)外現(xiàn)狀分析-增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境實(shí)證研究國外研究國內(nèi)研究 其他人的研究 “項(xiàng)目申請人團(tuán)隊(duì)在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境方面做了小結(jié) 缺乏多通道交互方法 研究設(shè)計(jì)、證據(jù)的有效性、學(xué)習(xí)效果評測等 開發(fā)、體驗(yàn)、工具,還需提供更多包含大樣(3)應(yīng)用方向和前景“現(xiàn)階段研究國內(nèi)外均建立在經(jīng)驗(yàn)性研究的基礎(chǔ)上如果我們能夠結(jié)合我國的具體教育實(shí)踐,將智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境應(yīng)用所遇到的科學(xué)問題逐個(gè)解決,并且對其在教學(xué)過程中所呈現(xiàn)的規(guī)律不斷進(jìn)行深入探究,經(jīng)驗(yàn)型的研究可能會(huì)產(chǎn)生抽象的、系統(tǒng)的理論體系智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境帶給我們的不僅僅是一個(gè)技術(shù)平臺(tái)或介入,更可能是一種新的教學(xué)模式和方法的孕育。”關(guān)于
8、參考文獻(xiàn)可以并推薦采用APA的方式正文引用信息直接明確適合研究基礎(chǔ)較好的申請者可以有中文,5-10篇,本項(xiàng)目引用了6篇智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中多通道信息融合計(jì)算及評測研究PART TWO2 項(xiàng)目的研究內(nèi)容、研究目標(biāo),以及擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題(此部分為重點(diǎn)闡述內(nèi)容)(1)主要研究內(nèi)容(A)適合移動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)境的高效實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù)高質(zhì)量的圖像特征抽取和描述運(yùn)動(dòng)約束下的整體對象跟蹤和估算特征模板實(shí)時(shí)更新(B)智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中多通道信息融合計(jì)算及管理(C)基于認(rèn)知模型的自然交互及情境協(xié)作感知建模(D)基于認(rèn)知負(fù)荷的學(xué)習(xí)活動(dòng)綜合測評模型(2)研究目標(biāo) 實(shí)現(xiàn)基于認(rèn)知負(fù)荷的學(xué)習(xí)活動(dòng)綜 建立多通道信息融合的智能
9、方法合測評模型 攻克自然環(huán)境下高效識(shí)別技術(shù),探索智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境的自然交互機(jī)理,構(gòu)建多通道信息融合計(jì)算及管理模型和基于認(rèn)知的自然交互及情境協(xié)作感知模型 基于認(rèn)知負(fù)荷理論深度探究個(gè)體在智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中的學(xué)習(xí)活動(dòng)認(rèn)知?dú)v程,探索學(xué)習(xí)活動(dòng)的個(gè)性化診斷及優(yōu)化機(jī)制,建立智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)習(xí)活動(dòng)效果評測模型,并對學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行個(gè)性化診斷并提出全面的解決方案目標(biāo)不要太多,一般青年項(xiàng)目1-2個(gè),面上項(xiàng)目2-3個(gè)擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題基于尺度空間的高效穩(wěn)定的特征點(diǎn)抽取技術(shù)多通道信息融合認(rèn)知計(jì)算和管理模型虛實(shí)融合學(xué)習(xí)環(huán)境中認(rèn)知負(fù)荷實(shí)時(shí)測量及編碼智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中多通道信息融合計(jì)算及評測研究
10、PART THREE3 擬采取的(包括研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)研究方案及可行性分析手段、關(guān)鍵技術(shù)等說明)(1)研究方法理論研究學(xué)科交叉研究研究方法核心技術(shù)突破實(shí)證研究平臺(tái)驗(yàn)證算法實(shí)現(xiàn)(2)技術(shù)路線(3)可行性分析(A)符合教育理論且是應(yīng)用需求驅(qū)動(dòng) 行為主義認(rèn)為學(xué)習(xí)是刺激-反應(yīng)(S-R)聯(lián)結(jié)公式,由刺激得到反應(yīng)而完成學(xué)習(xí) AR學(xué)習(xí)環(huán)境中包括豐富的建構(gòu)工具包和表現(xiàn)場所,并強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者自己更多的控皮亞杰“把實(shí)驗(yàn)室搬到課堂中去”的設(shè)想與實(shí)踐,又符合建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的是一種真實(shí)情境的體驗(yàn)”的觀點(diǎn) 國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃、教師教育振興行動(dòng)計(jì)劃(2018-2022)、教育部關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)
11、的意見(B)本項(xiàng)目是虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)新方向成果積智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中多通道信息融合計(jì)算及評測研究PART FOUR融合視覺、聽覺、姿態(tài)識(shí)別等多感官通道信息,建立多通道信息融合認(rèn)知計(jì)算和管理模型4 特色與創(chuàng)新提出一個(gè)基于認(rèn)知負(fù)荷的學(xué)習(xí)活動(dòng)綜合測評模型智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中多通道信息融合計(jì)算及評測研究PART FIVESCI/SSCI論文,年均1-2篇發(fā)明專利,年均0.75項(xiàng)國際會(huì)議,年均2-3次5 研究計(jì)劃及預(yù)期成果培養(yǎng)碩士生5名,博士生1名智能增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中多通道信息融合計(jì)算及評測研究PART SIX6 研究基礎(chǔ)與工作條件及簡歷(1)研究基礎(chǔ)三維虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境方面增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)+教育方面北京市
12、自然科學(xué)基金“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究(4123099)”國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目“虛實(shí)融合學(xué)習(xí)環(huán)境中自然交互建模技術(shù)研究(61602043)”北京市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃青年專項(xiàng)課題“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)游戲在自閉癥兒童生活技能習(xí)得的應(yīng)用及影響研究(CCHA16120)”近五年SCI/SSCI 6篇已授權(quán)發(fā)明專利5項(xiàng)(2)工作條件依托單位為本項(xiàng)目的應(yīng)用提供了很好的實(shí)施條件和環(huán)境互聯(lián)網(wǎng)教育智能技術(shù)及應(yīng)用國家工程實(shí)驗(yàn)室北京市未來教育高精尖創(chuàng)新中心教育技術(shù)學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(3)正在承擔(dān)的與本項(xiàng)目相關(guān)的科研項(xiàng)目情況(申請人和項(xiàng)目組主要參與者正在承擔(dān)的與本項(xiàng)目相關(guān)的科研項(xiàng)目情況,包括國家自然科學(xué)基金的
13、項(xiàng)目和國家其他科技計(jì)劃項(xiàng)目,要注明項(xiàng)目的名稱和編號、經(jīng)費(fèi)來源、起止年月、與本項(xiàng)目的關(guān)系及負(fù)責(zé)的內(nèi)容等)蔡蘇主持國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目“虛實(shí)融合學(xué)習(xí)環(huán)境中自然交互建模技術(shù)研究(61602043)”,2017.1-2019.12。該項(xiàng)目是本次申請項(xiàng)目的前期研究基礎(chǔ),但未涉及本申請項(xiàng)目的多通道信息融合計(jì)算和管理模型以及綜合評測模型,故本申請項(xiàng)目是該青年項(xiàng)目的深入和延續(xù)探索。簡歷部分 代表性論著 (1) Cai Su(#)(*); Liu Enrui; Yang Yang; Liang Jyh-Chong. Tablet-based AR technology: Impacts on student
14、s conceptions andapproaches to learning mathematics according to their self-efficacy, British Journal of Educational Technology, 2019, 50(1):248263 (期刊論文) (2) Cai, Su(#); Zhu, Gaoxia(*) ; Wu,Ying-Tien; Liu, Enrui; Hu, Xiaoyi. A case study of gesture-based games in enhancing the finemotor skills and
15、recognition of children with autism, Interactive Learning Environments, 2018.08.30, 26(8):10391052 (期刊論文) (3) Cai, Su(#)(*) ; Chiang, Feng-Kuang; Sun, Yuchen; Lin, Chenglong; Lee, Joey J. Applications of augmented reality-based naturalinteractive learning in magnetic field instruction, Interactive L
16、earning Environments, 2017, 25(6): 778791 (期刊論文) (4) Cai, Su(#) ; Wang, Xu; Chiang, Feng-Kuang(*) . A case study of Augmented Reality simulation system application in achemistry course , Computers in Human Behavior, 2014.8, 37: 3140 (期刊論文) (5) Cai, Su(#)(*) ; Chiang, Feng-Kuang; Wang, Xu. Using the
17、Augmented Reality 3D Technique for a Convex Imaging Experimentin a Physics Course , International Journal of Engineering Education, 2013, 29(4): 856865 (期刊論文) 論著之外的代表性研究成果和學(xué)術(shù)獎(jiǎng)勵(lì) (1) 蔡蘇(#)(*) ; 余勝泉; 林成龍; 孫羽辰; 李巧慧. 一種磁場可視化及交互方法, 2017.01.04-2037.01.04, 中國, ZL201410027617.2 (專利) (2) 余勝泉(#)(*) ; 王琦; 蔡蘇. 一種社會(huì)化的作業(yè)批閱和學(xué)生學(xué)習(xí)過程信息記錄系統(tǒng)及方法, 2014.08.13-2034.05.27, 中國,CN201410226210.2 (專利) (3) 余勝泉(#)(*) ; 汪曉鳳; 萬海鵬; 蔡蘇. 一種融合電子備課系統(tǒng)及方法, 2014.12.03-2034.09.04, 中國, CN201410448646.6 (專利) (4) 蔡蘇(#)(*) ; 余勝泉; 高夢楠; 王偉;
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