CN103258450A - 面向孤独症儿童的智能学习平台 - Google Patents
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Abstract
一种面向孤独症儿童的智能学习平台，由能力测评系统、学习训练系统和信息管理系统组成；其能力测评系统和学习训练系统耦合于客户端，信息管理系统部署在因特网或局域网服务器上，能力测评系统与学习训练系统之间通过内存共享或文件方式实现数据和信息的传输与共享；能力测评系统、学习训练系统通过网络服务与信息管理系统实现数据和信息的传输与共享。本发明能为孤独症儿童提供科学的、个性化的、系统化的服务，极大地方便了家长与专业人员的联系和对孤独症儿童的能力测评；根据测评结果有针对性地设计和调整学习目标、建立相应的计算机辅助学习活动；同时以信息化的手段管理着孤独症儿童的康复训练记录，便于长期地跟踪孤独症儿童的康复效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种面向孤独症儿童的智能学习平台，特别涉及一种集成孤独症儿童能力测评、学习训练和信息管理为一体的智能学习平台。
背景技术
儿童孤独症，又称自闭症，是发生于儿童早期的一种由于神经系统失调导致的发育障碍，其病征包括不正常的社交能力、沟通能力、兴趣和行为模式。普查研究发现，孤独症儿童的发病率为0.04%～0.15%，仅我国患孤独症患者就达800余万，并呈现日益增长的趋势。
目前，儿童孤独症尚无很好的药物治疗方法，只能靠持续的教育干预帮助患儿逐渐好转，否则将导致终身残障。儿童孤独症的最佳治疗时间一般在6岁之前，因此，其早期的诊断和治疗非常关键。而如何构建有效的早期干预训练平台是孤独症儿童康复的首要问题，同时也是孤独症研究的核心问题之一。
孤独症儿童正在被社会日益关注和重视。从2008年起，联合国将每年的4月2日定为“世界孤独症日”。在国内，一些专门针对孤独症儿童的康复机构也在逐渐建立。但到目前为止，专业的孤独症儿童康复机构仍寥寥可数，很多孤独症儿童因为没有机会得到及时的干预训练，错过了治疗的最佳时机。此外，一些康复机构的教学条件也存在不足，面向孤独症儿童教育的专业师资严重短缺，适合专业训练机构及家庭教育的教学辅助工具缺乏等因素也都制约着孤独症儿童的康复训练。
最新研究证明了计算机辅助学习对孤独症儿童的有效性，因为孤独症儿童对人与人之间的交流感到不适应，他们更易于接收电子技术设备。计算机可以创造一个安全的，可预测控制的,可重复训练的学习环境更有助于孤独症儿童的康复训练。 通过使用集成了专家知识的孤独症儿童智能学习平台，有助于提高孤独症儿童康复机构的师资水平，甚至使得未经专业培训的家长也能在家庭环境下一定程度地对孩子进行康复训练。
目前，国内外已经研发了一些针对孤独症儿童康复训练的辅助软件。但这些软件或系统都仅涉及针对孤独症儿童的游戏或学习活动，没有考虑各个孤独症儿童的能力差异和个性化要求，也没有对参与训练的孤独症儿童的康复进度进行系统的规划和管理。
本发明正是建立在上述背景下，旨在为孤独症儿童提供一个能力测评、学习训练和信息管理为一体的科学的、个性化的、系统化的智能学习平台。本发明将对广大孤独症儿童的早期干预治疗起到重大作用。
发明内容
本发明目的旨在提供一种面向孤独症儿童的智能学习平台。所述面向孤独症儿童的智能学习平台集成孤独症儿童能力测评、学习训练和信息管理为一体，能为孤独症儿童提供科学的、个性化的、系统化的服务。
本发明的面向孤独症儿童的智能学习平台由能力测评系统、学习训练系统和信息管理系统组成；其中，能力测评系统和学习训练系统耦合于客户端，信息管理系统部署在因特网或局域网服务器上，能力测评系统与学习训练系统之间通过内存共享或文件方式实现数据和信息的传输与共享；能力测评系统、学习训练系统通过网络服务与信息管理系统实现数据和信息的传输与共享。
所述的能力测评系统包括儿童孤独症筛查表，筛查结果，能力测评，测评师列表和选择测评师；儿童的家长填写电子化儿童孤独症筛查表供对儿童进行疑似孤独症筛查，家长从测评师列表选择测评师，测评师测评和筛查结果提供给孤独症儿童的家长，如此建立孤独症儿童的家长与儿童孤独症测评师之间信息化的传递。
所述的能力测评系统提供测评师预约功能，家长通过能力测评系统预约测评师进行专业的儿童孤独症测评。
所述的能力测评系统提供一系列电子化的儿童孤独症筛查表供家长对自己的孩子作初步筛查。优选地，能力测评系统提供M-CHAT(修正的儿童孤独症检查表)用于一级筛查，提供ABC(儿童孤独症家长评定表)或SCQ(社会交流问卷)用于二级筛查。家长根据对孩子日常生活的观察填写筛查表。能力测评系统根据家长填写的筛查表做出初步的孤独症程度测评，供家长参考。所述能力测评系统也可将家长填写好的家长评定表发送给选定的测评师。测评师根据家长填写的筛查表做出初步的筛查。由能力评测系统将专家的初步评测结果反馈给家长。
所述的能力测评系统还提供一系列电子化的测评表供测评师对孤独症疑似儿童进行能力测评。优选地，能力测评系统提供PEP(心理教育量表)、CARS(儿童孤独症测评表) 供测评师对孤独症疑似儿童进行测评。
所述的学习训练系统由物理交互界面、语音交互界面、学习状态检测模块、多模态融合模块、智能控制台和游戏场景生成模块组成。
所述的学习训练系统根据孤独症儿童的特点分类搭建各种训练游戏，以实现儿童与虚拟场景及人物之间基于游戏的互动，达到康复训练的目的。优选地，将训练游戏分为精细动作技巧训练、数学及识字训练、视觉辨别能力训练、社交技巧训练四大类，每大类游戏由若干不同内容的小游戏组成。精细动作技巧训练类游戏主要用于提高儿童空间感知与肢体动作协调能力；数学及识字训练类游戏主要用于提高儿童对文字和数字的认知程度；视觉辨别能力训练类游戏主要提高儿童对物体颜色、形状、类别的分辨能力；社交技巧训练类训练游戏主要用于增强儿童的注意力及对自我和他人的情感及需求的认知。
所述的物理交互界面由耦合的显示器和触摸屏构成，用于显示游戏场景并接收孤独症儿童的触控操作。所述的语音交互界面由耦合的音频设备(麦克风、音箱等)和语音识别模块、语音合成模块构成，用于让孤独症儿童与游戏中的虚拟人物进行语言交互；所述的学习状态检测模块由耦合的摄像头和表情识别模块、注意力检测模块、视线跟踪模块、头部姿态估计模块构成，用于检测孤独症儿童的学习状态。
在所述的学习训练系统中，物理交互界面接收到的触控手势、语音交互界面接收到的语音、学习状态检测模块分析得到的学习状态都传送给多模态融合模块，进而对孤独症儿童在学习训练过程中的行为、认知和心理状态做出判断，并将此判断传送给智能控制台，以自适应调整学习活动或游戏素材，达到更好的学习训练效果。
使用所述的能力测评系统，测评师可以针对每个孤独症儿童设计出个性化、差异性的学习训练方案。学习训练系统使用该学习训练方案给每个孤独症儿童安排个性化的学习训练游戏。
所述的学习训练系统的每一个游戏都与能力测评系统测评表中对应的测试项目相关联，受训儿童的操作结果被填入学习训练系统的测评表中。在经过一个阶段的学习训练之后，测评师可以再次对孤独症儿童进行测评，由测评系统给出综合评价，交由专家确定训练成效，并调整制定下一阶段的训练方案。
所述的信息管理系统由服务器和客户端组成，客户端通过网络与服务器相连接。特别地，当无网络服务时客户端将记录保存在本地，等有网络服务时批量上传至服务器。
所述的信息管理系统管理并存储孤独症儿童的档案、专业测评师的注册信息、孤独症儿童的各个阶段的测评记录、孤独症儿童的训练方案、孤独症儿童在学习训练系统中的操作记录。
所述的管理系统对不同角色的用户提供不同权限的访问能力。优选地，向孤独症儿童家长提供浏览和修改自家孩子档案、浏览测评师信息、浏览自家孩子每个阶段测评记录、浏览自家孩子训练方案和训练记录的权限；向专业测评师提供浏览和修改自己信息、浏览家长发送的筛查表、浏览和修改自己参与的测评结果的权限；向协议儿童孤独症康复机构和特教学校提供浏览所有签订过康复训练协议的孤独症儿童的档案、各个阶段测评记录、训练方案和训练记录的权限。
本发明的优点：集成了孤独症儿童能力测评、学习训练和信息管理为一体的科学的、个性化的、系统化的服务；极大地方便了家长与专业人员的联系和对孤独症儿童的能力测评；根据测评结果有针对性地设计和调整学习目标、建立相应的计算机辅助学习活动；根据学习过程中儿童的行为、认知和心理状态来自适应调整学习活动，以满足不同儿童个体在不同阶段的康复训练需求；同时以信息化的手段管理着孤独症儿童的康复训练记录，便于长期地跟踪孤独症儿童的康复效果。
附图说明
图1 面向孤独症儿童的多模态智能学习平台的组成系统；
图2利用本发明对孤独症儿童进行能力测评和学习训练的实施例流程图；
图3 利用本发明对孤独症儿童进行在线初步筛查的流程图；
图4 利用本发明对孤独症儿童进行能力测评的流程图；
图5 一个根据能力测评结果安排学习训练方案的实施例；
图6 学习训练系统的组成；
图7 信息管理系统的构成。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
图1所示为面向孤独症儿童的多模态智能学习平台的组成系统。面向孤独症儿童的智能学习平台由能力测评系统、学习训练系统和信息管理系统三大部分组成；其中，能力测评系统和学习训练系统耦合于客户端，信息管理系统部署在网络（因特网或局域网）服务器上。能力测评系统与学习训练系统之间通过内存共享或文件方式实现数据和信息的传输与共享；能力测评系统、学习训练系统通过网络服务与信息管理系统实现数据和信息的传输与共享。特别地，当没有网络服务时，能力测评系统、学习训练系统先将数据保存于客服端上，等有网络服务时批量上传至服务器。
图2所示为利用本发明对孤独症儿童进行能力测评和学习训练的一个实施例流程图。对孤独症儿童进行能力测评后，根据生成的测评结果设计训练方案；孤独症儿童按照训练方案展开学习训练；学习状态记录用于对其进行再次的能力测评；若测评结果为该阶段目标已达到，则根据测评结果调节训练方案并展开下一阶段的训练，直到孤独症儿童训练目标完成为止。
图3所示为使用本发明对孤独症儿童进行初步筛查的流程图。家长根据对孩子日常生活的观察填写能力测评系统提供的一系列电子化的儿童孤独症筛查表。作为一种实施例，能力测评系统提供M-CHAT(修正的儿童孤独症检查表)用于一级筛查，提供ABC(儿童孤独症家长评定表)或SCQ(社会交流问卷)用于二级筛查。能力测评系统根据家长填写的筛查表做出初步筛查，供家长参考。所述的能力测评系统也可将家长填写好的家长评定表发送给选定的测评师。测评师根据家长填写的筛查表做出初步的儿童能力水平估计。由能力评测系统将专家的初步评测结果反馈给家长。
图4所示为利用本发明对孤独症儿童进行能力测评的流程图。家长从能力评估系统的测评师列表中选择中意的测评师，并向测评师发出测评预约；测评师收到测评预约后，对预约进行应答，约定测评的时间、地点和方式；测评师使用测评系统提供的电子化测评表对孤独症儿童进行能力测评，并将测评结果反馈给家长。作为一种实施例，能力测评系统提供PEP(心理教育量表)、CARS(儿童孤独症测评表) 供测评师对儿童进行测评。同时，测评师还将根据测评结果安排孤独症儿童的学习训练方案。
图5 所示为一个根据能力测评结果安排学习训练方案的实施例。测评师可以针对每个孤独症儿童的测评结果设计出个性化、差异性的学习训练方案。学习训练系统使用该学习训练方案给每个孤独症儿童安排针对性和个性化的学习训练游戏。
图6所示为学习训练系统的组成。所述的学习训练系统由物理交互界面、语音交互界面、学习状态检测模块、多模态融合模块、智能控制台和游戏场景生成模块组成。所述的学习训练系统根据孤独症儿童的需求分类搭建精细动作技巧训练、数学及识字训练、视觉辨别能力训练、社交技巧训练四大类的各种训练游戏。学习训练系统通过融合智能体人物仿真模型和相关多媒体素材，创建逼真的学习训练游戏场景。孤独症儿童可以与虚拟场景及人物之间进行基于游戏的互动，以寓教于乐的方式达到康复训练的目的。智能控制台读取特定孤独症儿童的学习训练游戏，生成针对性和个性化的学习训练游戏供该孤独症儿童进行学习训练。由耦合的显示器和触摸屏构成物理交互界面，显示游戏场景并接收孤独症儿童的触控操作。由耦合的音频设备(麦克风、音箱等)和语音识别模块、语音合成模块构成语音交互界面，可以让孤独症儿童与游戏中的虚拟人物进行语言交互；由耦合的摄像头和表情识别模块、注意力检测模块、视线跟踪模块、头部姿态估计模块构成学习状态检测模块，以检测孤独症儿童的学习状态。例如，有的孤独症儿童可能讨厌游戏中出现的小鸡等素材，脸上会产生厌恶的表情。达到自适应调整学习训练内容和游戏素材的目的。物理交互界面接收到的触控手势、语音交互界面接收到的语音、学习状态检测模块分析得到的学习状态都传送给多模态融合模块，进而对孤独症儿童在学习训练过程中的行为、认知和心理状态做出判断，并将此判断传送给智能控制台，以自适应调整学习活动或游戏素材，达到更好的学习训练效果。例如，当多模态融合模块检测到儿童不能正确完成目标的时候，智能控制台可以降低游戏的难度，避免对孤独症儿童产生挫败感；当多模态融合模块检测到儿童操控准确且快速的时候，可以适当提高游戏的难度，对孤独症儿童达到加强训练的目的；当多模态融合模块检测到某孤独症儿童厌恶小鸡的时候，可以将游戏中的素材换成他喜欢的小狗等；当多模态融合模块检测到受训孤独症儿童没有学会基本的会话时，可以再次重复该会话。所述的学习训练系统的每一个游戏都与能力测评系统测评表中对应的测试项目相关联，受训儿童的操作结果被填入学习训练系统的测评表中。在经过一个阶段的学习训练之后，测评师可以再次对孤独症儿童进行测评和复诊，由测评系统给出综合评价，交由专家确定训练成效，并调整制定下一阶段的训练方案。
图7所示为信息管理系统的构成。所述信息管理系统管理并存储孤独症儿童的档案、专业测评师的注册信息、孤独症儿童的各个阶段的测评记录、孤独症儿童的训练方案、孤独症儿童在学习训练系统中的操作记录。信息管理系统通过访问控制模块对不同角色的用户提供不同权限的访问能力。例如，向孤独症儿童家长提供浏览和修改自家孩子档案、浏览测评师信息、浏览自家孩子每个阶段测评记录、浏览自家孩子训练方案和训练记录的权限；向专业测评师提供浏览和修改自己信息、浏览家长发送的筛查表、浏览和修改自己参与的测评结果的权限；向协议儿童孤独症康复机构和特教学校提供浏览所有签订过康复训练协议的孤独症儿童的档案、各个阶段测评记录、训练方案好训练记录的权限。
Claims (12)
1.一种面向孤独症儿童的智能学习平台，其特征在于;所述的平台由孤独症儿童能力测评系统、学习训练系统和信息管理系统组成；其中，能力测评系统和学习训练系统耦合于客户端，信息管理系统部署在因特网或局域网服务器上，能力测评系统与学习训练系统之间通过内存共享或文件实现数据和信息的传输与共享；能力测评系统、学习训练系统通过网络服务与信息管理系统实现数据和信息的传输与共享。
2.根据权利要求1所述的一种面向孤独症儿童的智能学习平台，其特征在于：所述的能力测评系统包括儿童孤独症筛查表，筛查结果，能力测评，测评师列表和选择测评师；儿童的家长填写电子化儿童孤独症筛查表供对儿童进行疑似孤独症筛查，家长从测评师列表选择测评师，测评师测评和筛查结果提供给孤独症儿童的家长，如此建立孤独症儿童的家长与儿童孤独症测评师之间信息化的传递。
3.根据权利要求2所述的一种面向孤独症儿童的智能学习平台，其特征在于：所述的能力测评系统提供测评师预约功能，家长通过能力测评系统预约测评师进行专业的儿童孤独症测评。
4.根据权利要求2所述的一种面向孤独症儿童的智能学习平台，其特征在于：所述的能力测评系统提供M-CHAT修正的儿童孤独症检查表供一级筛查，提供ABC儿童孤独症家长评定表或SCQ社会交流问卷供二级筛查。
5.根据权利要求2所述的一种面向孤独症儿童的智能学习平台，其特征在于：所述的能力测评系统提供PEP心理教育量表和CARS儿童孤独症测评表，供测评师对孤独症疑似儿童进行测评。
6.根据权利要求1所述的一种面向孤独症儿童的智能学习平台，其特征在于：所述的学习训练系统包括物理交互界面、语音交互界面、学习状态检测模块、多模态融合模块、智能控制台和游戏场景生成模块；所述的物理交互界面由耦合的显示器和触摸屏构成，用于显示游戏场景并接收孤独症儿童的触控操作；所述的语音交互界面由耦合的音频设备和语音识别模块、语音合成模块构成，用于让孤独症儿童与游戏中的虚拟人物进行语言交互；所述的学习状态检测模块由耦合的摄像头和表情识别模块、注意力检测模块、视线跟踪模块、头部姿态估计模块构成，用于检测孤独症儿童的学习状态；根据孤独症儿童的特点分类搭建训练方案，通过智能控制台传送游戏场景生成模块以实现幼儿与虚拟场景及人物之间互动式游戏，传送物理交互界面和语音交互界面，物理交互界面接收到孤独症儿童的触控手势、语音交互界面接收到孤独症儿童的语音、学习状态检测模块分析得到的学习状态都传送给多模态融合模块，进而对孤独症儿童在学习训练过程中的行为、认知和心理状态做出判断，并将此判断传送给智能控制台。
7.根据权利要求1所述的一种面向孤独症儿童的智能学习平台，其特征在于：使用所述的能力测评系统，测评师针对每个孤独症儿童设计出个性化、差异性的学习训练方案；学习训练系统使用该学习训练方案给每个孤独症儿童安排个性化的学习训练游戏。
8.根据权利要求7所述的一种面向孤独症儿童的智能学习平台，其特征在于：所述的学习训练游戏分为精细动作技巧训练、数学及识字训练、视觉辨别能力训练、社交技巧训练四大类，每大类游戏由若干不同内容的小游戏组成；精细动作技巧训练类游戏主要用于提高儿童空间感知与肢体动作协调能力；数学及识字训练类游戏主要用于提高儿童对文字和数字的认知程度；视觉辨别能力训练类游戏主要提高儿童对物体颜色、形状、类别的分辨能力；社交技巧训练类训练游戏主要用于增强儿童的注意力及对自我和他人的情感及需求的认知。
9.根据权利要求7所述的一种面向孤独症儿童的智能学习平台，其特征在于：所述的学习训练系统的每一个游戏都与能力测评系统测评表中对应的测试项目相关联，受训儿童的操作结果被填入学习训练系统的测评表中；在经过一个阶段的学习训练之后，测评师再次对儿童进行测评和复诊，由测评系统给出综合评价，交由专家确定训练成效，并调整制定下一阶段的训练方案。
10.根据权利要求1所述的一种面向孤独症儿童的智能学习平台，其特征在于：所述的信息管理系统由服务器和客户端组成，客户端通过网络与服务器相连接；当无网络服务时客户端将记录保存在本地，等有网络服务时批量上传至服务器。
11.根据权利要求1所述的一种面向孤独症儿童的智能学习平台，其特征在于：所述的信息管理系统管理并存储孤独症儿童的档案、专业测评师信息、孤独症儿童的各个阶段的测评结果、孤独症儿童的学习训练方案、孤独症儿童的学习训练记录及访问权限控制，对不同角色的用户提供不同权限的访问能力。
12.根据权利要求11所述的一种面向孤独症儿童的智能学习平台，其特征在于：信息管理系统中访问权限控制，向孤独症儿童家长提供浏览和修改自家孩子档案、浏览测评师信息、浏览自家孩子每个阶段测评记录、浏览自家孩子训练方案和训练记录的权限；向专业测评师提供浏览和修改自己信息、浏览家长发送的筛查表、浏览和修改自己参与的测评结果的权限；向协议儿童孤独症康复机构和特教学校提供浏览所有签订过康复训练协议的孤独症儿童的档案、各个阶段测评记录、训练方案和训练记录的权限。
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| CN103258450B (zh) | 面向孤独症儿童的智能学习平台 | |
| Stavroulia et al. | Assessing the emotional impact of virtual reality-based teacher training | |
| Bartoli et al. | Designing and evaluating touchless playful interaction for ASD children | |
| Sroufe et al. | The development of the person: The Minnesota study of risk and adaptation from birth to adulthood | |
| Franco et al. | Increasing social interaction using prelinguistic milieu teaching with nonverbal school-age children with autism | |
| Lovett et al. | An evaluation of multiple exemplar instruction to teach perspective-taking skills to adolescents with Asperger Syndrome. | |
| Dechsling et al. | Virtual reality and naturalistic developmental behavioral interventions for children with autism spectrum disorder | |
| CN103794110A (zh) | 智能化孤独症儿童认知沟通行为早期训练系统 | |
| Shillingsburg et al. | Teaching children with autism to request information | |
| Garzotto et al. | Motion-based touchless interaction for ASD children: a case study | |
| Hamam et al. | A quality of experience model for haptic virtual environments | |
| Rekik et al. | The instructional benefits of dynamic visualizations in the acquisition of basketball tactical actions | |
| Gavin et al. | Lifestyle wellness coaching | |
| Spitzer | Using participant observation to study the meaning of occupations of young children with autism and other developmental disabilities | |
| Newbutt | Exploring communication and representation of the self in a virtual world by young people with autism | |
| Cao et al. | Intelligent physical education teaching tracking system based on multimedia data analysis and artificial intelligence | |
| Hsia et al. | AI-facilitated reflective practice in physical education: An auto-assessment and feedback approach | |
| Wang et al. | Application of virtual reality technology in adolescent mental health science education | |
| Zou et al. | [Retracted] Application of Data Fusion and Image Video Teaching Mode in Physical Education Course Teaching and Evaluation of Teaching Effect | |
| Nasruddin et al. | Evaluating user experience (UX) factors and emotions of open distance learning (ODL) during the pandemic COVID-19 among secondary school students | |
| CN112151148B (zh) | 基于云平台的情景互动康复训练系统 | |
| Lv et al. | Application of virtual reality technology based on artificial intelligence in sports skill training | |
| Giles et al. | Clinical data mining in an allied health organisation: A real world experience | |
| Chambers et al. | James: Physical education teacher | |
| Hiran et al. | Applications of Virtual and Augmented Reality for Health and Wellbeing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |