CN103258451A - 一种课堂教学辅助系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种课堂教学辅助系统，其包括数据采集装置、数据交互装置、数据分析装置；其中，数据采集装置与数据交互装置通过无线连接进行数据传输，数据交互装置通过数据传输线缆连接至数据分析装置；数据采集装置包括用于考勤、选择、评分、表决、电子举手的信息采集器；信息采集器在学生考勤、选择、评分、表决、电子举手的同时采集教学管理数据；数据分析装置对信息采集器所采集的教学管理数据进行统计分析，得出教学质量报告。本发明可增强课堂纪律约束力，加强教学质量监督，激发学生学习主动性，辅助教师课堂教学，解决传统教学中存在的学风、教风问题，不断促进教学质量提高；既能对课堂教学的质量特征进行更客观、更可靠地监控，又能在此基础上进行更科学、更准确地分析，进而提出更合理的教学质量报告和整改方案。

Description

一种课堂教学辅助系统

技术领域

本发明涉及教育行业应用系统，更具体地说，本发明涉及一种课堂教学辅助系统。

背景技术

教学质量是高等教育的生命线，课堂教学方法的运用和改革对培养高素质人才起着至关重要的作用。随着当代经济、社会的发展尤其是信息化技术的发展，传统的灌输式教学方法已无法满足新世纪创新型人才培养的目标，由此带来的教学方法革命已经迫在眉睫。但是目前“填鸭式”、“满堂灌”的课堂教学方式、“临时抱佛脚”的单一考试形式依然是高校教学方法的主旋律，如何提高学生的创新能力、实践能力、独立获取知识和自主解决问题的能力，改变学生被动接受、不爱质疑、不主动思考的不良学习习惯，是本发明研究的主要内容。

其次，当前国内课堂教学中，学校对教师、学生及课堂的管理都是普遍采用人为管理，特别是教师对学生的管理。在课堂中，教师拥有绝对权力，课堂基本上成为教师进行单独表演的场所，学生被排斥在外。这种状况决定课堂管理只能是以教师为中心。学生对教师权威的服从是绝对和应当的，并认为学生服从教师，教学才能得以顺利地实施，才能完成向学生传递知识的任务。正是在这种专制性的权威思想指引下，部分教师以自我为中心，显现出“自上而下，一管多”的管理模式，课堂上教师与学生之间，学生与学生之间基本没有交流，教师认为安静是保障课堂活动有效进行的前提。这种模式使学生屈从于教师的权威，必然导致盲从和迷信，其直接后果就是学生缺乏创造性、主体性。

另外，人的惰性也一样会给学校的学风、教风带来极其不良的影响。部分学生上课迟到，作业抄袭，考试不复习，惰性直接影响了学生的学风；有些老师授课PPT多年不更新、讲课风格一成不变、课后不与学生互动交流，这也是惰性作怪。

为了弥补传统课堂教学师生交流以及学生课堂学习情况记录等方面的欠缺，有效解决教师和学生之间互动交流的难题，业界提出过一些技术改进方案。中国专利201120246989.6公开了一种便携式无线教学应答系统，该系统可以方便地实现快速电子点名、学习情况的实时反馈及统计分析以及平时成绩的考核管理等功能。上述装置的目的及功能虽与教学互动有关，但互动方式单一，功能较弱，无法实时与教务系统交互数据获取课堂点名信息，也无法实现学校对教师、对学生、对课堂及课程的管理问题，也无法实现学生对教师的监督。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种既能对课堂教学的质量特征进行更客观、更可靠地监控，又能在此基础上进行更科学、更准确地分析进而提出更合理的教学质量报告和整改方案的实时监控及辅助管理课堂教学的系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种课堂教学辅助系统，其包括数据采集装置、数据交互装置、数据分析装置；

其中，数据采集装置与数据交互装置通过无线连接进行数据传输，数据交互装置通过数据传输线缆连接至数据分析装置；

数据采集装置包括用于考勤、选择、评分、表决、电子举手的信息采集器；信息采集器在学生考勤、选择、评分、表决、电子举手的同时采集教学管理数据；

数据分析装置对信息采集器所采集的教学管理数据进行统计分析，得出教学质量报告。

本发明中，教学管理数据包括但不限于，学生的考勤数据、课堂教学的实时互动数据，以及采集学生对课程的评价和对考试的评价。

本发明中，数据采集装置包括用于学生考勤、选择、评分、表决、电子举手的信息采集器（例如学生按键器）。学生按键器的主要功能为学生进行按键操作、LCD屏信息提示及无线信息传输。

其中，在课堂教学过程中通过该学生按键器可改变传统的考勤方式，让教师能便捷的对学生进行考勤登记，同时能有效的解决代考勤现象。在教学活动中，教师通过PPT软件进行题目的设计、播放，学生通过按键器进行题目选项的回答、抢答。在学生分组互动中，学生相互间进行打分、抢答等活动。在学校组织的教学评价工作中，学生通过按键进行打分，代替采用纸质方式。通过采用教学互动方式，充分调动学生参与学习的积极性。

例如，本发明的计算机软件系统的“登录验证”密码都与学生/教师登录教务管理系统密码相同，因此学生按键器上的按键信息量包含标准电脑键盘信息，即数字0～9，26个英文字母大小写，及一些常用符号和功能键，采用18个复合按键方式。LCD屏采用2.4寸点阵，可以显示数字及字母英文字母字符，整屏可显示4行，每行最大可显示16个字母或数字。无线传输采用RF模块，低发射功率，处于国家许可的免费频段范围之内。无线发射距离大于200米，360度发射角度，适合教室环境。采用16位地址方式，支持多达6万的不同地址码，不会重复编码。电源采用2节7号电池，便于日常的维护工作。低功耗自动休眠方式，电池正常使用达1年。存储器主要用于存储LCD屏数字、字母及中文符号的字库，以及无线地址码、登陆数据状态等信息。MCU采用高性能、低功耗的8位AVR微处理器。

根据本发明另一具体实施方式，教学管理数据包括学生的考勤数据、课堂教学的实时互动数据，以及采集学生对课程的评价和对考试的评价。这里的“课堂教学的实时互动数据”是指：在教学活动中，教师通过PPT软件进行题目的设计、播放，学生通过按键器进行题目选项的回答、抢答时，系统通过按键器所记录的数据；在学生分组互动中，学生通过按键器相互间进行打分、抢答时，系统通过按键器所记录的数据。该数据可反映某个学生的课堂踊跃程度、积极程度、以及其对知识点的掌握程度。

根据本发明另一具体实施方式，数据分析装置采用数据匹配法或参数加权法对信息采集器所采集的数据进行分析。

数据匹配也称记录链接或实体辨析，就是从两个记录集合中，找出那些相匹配的记录。例如，数据匹配法应用于考勤统计；通过本专利的数据采集装置采集当前课堂到课学生学号，把这些学号作为“到课记录集合”，再以该课堂选课学生名单作为“应到课记录集合”，通过两个记录集合匹配，找出学号相匹配的记录，得出“到课学生名单”和“未到课学生名单”，同时可计算出本次课堂到课总人数、未到课总人数及到课率。

参数加权法是指各数值乘以相应的单位数，然后加总求和得到总体值，再除以总的单位数。例如，本专利计算某个学生对某门课程的评价结果是以评价指标为参数，利用参数加权法计算出结果：

评价指标A对应权重为35％，该指标A某学生评分为90分；

评价指标B对应权重为30％，该指标B某学生评分为85分；

评价指标C对应权重为25％，该指标C某学生评分为75分；

评价指标D对应权重为10％，该指标C某学生评分为80分；

加权法计算出某学生对该课程的评价结果为：90×35％＋85×30％＋75×25％＋80×10％＝83.75分

值得注意的是，无论采用数据匹配法还是参数加权法，都是以信息采集器例如学生按键器所采集的教学管理数据（例如考勤数据、课堂教学的实时互动数据、对课程和考试的评价）为参数进行分析。

根据本发明另一具体实施方式，数据采集装置进一步包括用于教师遥控电脑PPT页面放映、翻页及充当激光教鞭的教师控制器。教师控制器的主要功能为遥控电脑PPT页面放映、翻页及充当激光教鞭。

例如，教师控制器采用与学生按键器相同的RF模块,与主机收发器进行无线通信，遥控电脑PPT页面切换、播放、暂停、翻页等操作。教师控制器具有一个激光镭射灯，通过开关键进行控制，可充当移动教鞭。总共8个按键，分为切换、播放、暂停、上翻页、下翻页、功能键3个。电源采用2节7号电池。

根据本发明另一具体实施方式，数据交互装置包括用于无线数据收发通信的收发装置、以及用于连接数据传输线缆的接口。例如，数据交互装置通过标准USB数据传输电缆实现与计算机处理器的连接接，处理与辅助教学子系统结合PPT软件的信息交互；接收PPT播放的题目信息，并转换为硬件可识别的方式进行下发至相关信息采集器/教师控制器，同时接收信息采集器/教师控制器的按键操作信息并处理成辅助教学子系统可识别的信息上传至计算机处理器；用于无线数据收发通信的收发装置采用RF无线传输技术，低发射功率，处于国家许可的免费频段范围之内；无线发射距离大于200米，360度发射角度，适合教室环境；采用16位地址方式，支持多达6万的不同地址码，不会重复编码；采用USB供电方式。

根据本发明另一具体实施方式，数据分析装置包括安装有分析软件的计算机。

例如，数据分析装置包括计算机处理器、网络服务器和计算机软件系统（功能软件）；在计算机处理器及网络服务器上安装部署计算机软件系统，可借助数据存储和处理能力强大的计算机系统及其强大的软件技术支持，最终大大提高对于课堂教学的实时互动数据进行采集的准确性、客观性以及采集效率，并且为提高后续的数据分析乃至进一步提出或辅助提出更合理的课堂教学质量报告及整改方案奠定了基础。

利用电子计算机技术，在本发明的计算机软件系统的实时分析处理下，通过数据采集装置采集下来的数据实时存储到计算机系统，并实时计算出统计分析出结果，同时传送到分析结果输出装置。

计算机软件系统主要包括，例如，管理子系统和辅助教学子系统。

一、管理子系统可实现：

1、学校对教师的管理：

学校管理人员在网页上通过“登录验证”（如图5）功能进入“管理子系统”，点击“教师管理”模块，查阅以下系统页面：排课排考信息查询、教学互动信息查询、教师评价信息查询、考风考纪评价信息查询、试卷质量评价信息查询，可实时了解教师教学基本状态，实现学校对教师授课工作量、教学纪律、教学质量、考风考纪的管理。

2、学校对学生的管理：

学校管理人员在网页上通过“登录验证”（如图5）功能进入“管理子系统”，点击“学生管理”模块，查阅以下系统页面：学生个人基本信息、学生考勤记录查询、学生平时成绩查询、师生互动信息查询、教师反馈信息查询、学生学习成绩查询、学习进度查询、学生考试安排查询，可实时了解学生在校学习基本状态，实现学校对学生的个人信息、考勤、学风、考风考纪的管理。

3、教师对学生的管理

教师可通过本系统的“考勤管理”（如图6）功能，采用“登录考勤”、“答题考勤”、“随机考勤”的方式，实时收集学生到课考勤信息，系统自动实时统计分析，实现教师对学生的考勤管理。

教师在上课过程中可使用丰富多彩的“课堂互动”（如图7）方式：应答测试、抢答游戏、淘汰比赛、投票选举、问卷调查、打分评选、口头出题、电子举手（抢权发言），迫使学生集中精力，使用“按键器”实时回答问题，系统自动记录学生答题情况，并自动汇总统计学生平时成绩，该功能有利于培养学生独立获取知识和自主解决问题的能力，改变学生被动接受、不爱质疑、不主动思考的不良学习习惯，实现教师对学生的课堂管理，实时掌握学生学习情况。

4、学生对教师的监督

学生通过使用本系统的“课程评价”（如图8）功能，采用“随堂评价”或“集中评价”方式，实时反馈修读课程的评价信息，提供学校实时掌握教师的教学质量，促进教师不断提高教学水平，实现学生对教师教学质量的监督。

利用本系统的“试卷评价”（如图9）功能，学生可以在考试过程中使用“按键器”反馈本次考试的考风考纪、试卷出题情况，系统自动记录和分析本次考试考风情况，实现学生对监考老师及授课老师的监督。

5、学校对课堂的管理

学校可利用“登录验证”功能，要求所有授课教师必需使用个人验证信息（人事编号、密码）登录系统才能开始上课，这样可以有效防止教师私自找人代课，实现学校对课堂的管理。

同时，学校管理人员在网页上通过“登录验证”（如图5）功能进入“管理子系统”，点击“课堂管理”模块，查阅以下系统页面：课堂上下课记录查询、停调课记录查询，分别了解全校所有课堂的上下课情况和停调课情况，从而实现学校对课堂的管理，有效提高教学秩序。

6、学校对课程的管理

学校管理人员在网页上通过“登录验证”（如图5）功能进入“管理子系统”，点击“课程管理”模块，查阅以下系统页面：课程评价信息查询、课程统计信息查询，全面了解全校每门课程开设的必要性、合理性、科学性以及教学效果，实现学校对课程的管理。

二、辅助教学子系统可实现：

1、辅助教师上课

在课前备课时，教师通过下载安装“辅助教学子系统”，并结合PowerPoint软件，即可使用“课堂互动”模块辅助教师备课。教师利用“课堂互动”模块的工具栏可添加“课堂提问”：单选题、多选题、是非题、抢答题、答题考勤题。“课堂提问”按其目的可分为三类：考勤式、启发式和考查式，各种形式在课堂教学过程中可交叉使用。考勤式的目的为检查学生到课情况，可在上课开始、中间和邻近结束时分别进行；启发式的目的是将学生的注意力吸引到课堂上来，并为授课过程提供铺垫；考查式的目的是检查学生的听课质量，并作为平时成绩的依据。

在上课过程中，教师可使用丰富多彩的“课堂互动”（如图7）方式：应答测试、抢答游戏、淘汰比赛、投票选举、问卷调查、打分评选、口头出题、电子举手（抢权发言）、点名考勤；并结合系统详尽准确的“统计分析”功能，查看统计分析报表，即可随时根据统计报表掌握学生的理解程度，及时调整授课进度，从而实现辅助教师上课。

2、辅助学生学习：

通过使用本系统的“课堂互动”模块，教师可实现“案例式”、“问题式”、“实物式”、“交互式”课堂教学活动，激发学生参与互动，辅助学生过程学习，

改变“临时抱佛脚”的单一成绩考核形式，加以“平时成绩”统计功能，全过程考察学生学习效果，辅助学生自主自觉学习、创新思维。

3、辅助课程资源建设：

在课堂教学过程中，利用“课堂互动”模块，实现师生教学互动，系统自动存储大量的师生互动数据，再利用系统的“统计分析”功能，每门课程会自动形成大量的案例分析和问题解答资源，辅助课程资源建设。

根据本发明另一具体实施方式，分析软件包括存储所采集数据和分析数据的图文数据库。

根据本发明另一具体实施方式，教学质量报告包括学生出勤率高低、课堂教学评价成绩、课堂互动问题答对率。

根据本发明另一具体实施方式，数据分析装置根据教学质量报告给出课堂教学的辅助管理方案或建议。

根据本发明另一具体实施方式，课堂教学辅助系统进一步包括分析结果输出装置，数据分析装置通过无线或者有线网络连接至分析结果输出装置；分析结果输出装置包括信息显示终端和信息打印终端，信息显示终端包括PC终端、笔记本电脑终端、移动终端；信息打印终端为图文打印设备。信息显示终端和信息打印终端之间采用可串行/并行电缆连接。分析结果输出装置与数据分析装置通过有线/无线网络链接，与计算机软件系统包所支持的电子计算机系统快捷连接，快速传输处理数据，迅速地得到教学质量报告或整改建议。

与现有技术相比，本发明具备如下有益效果：

本发明可增强课堂纪律约束力，加强教学质量监督，激发学生学习主动性，辅助教师课堂教学，解决传统教学中存在的学风、教风问题，不断促进教学质量提高；既能对课堂教学的质量特征进行更客观、更可靠地监控，又能在此基础上进行更科学、更准确地分析，进而提出更合理的教学质量报告和整改方案。

附图说明

图1是实施例1的课堂教学辅助系统的整体结构示意图；

图2是实施例1的学生按键器的结构示意图；

图3是实施例1的教师控制器的结构示意图；

图4是实施例1的数据交互器的结构示意图；

图5是本发明的计算机软件系统的“登陆验证”功能流程图；

图6是本发明的计算机软件系统的“考勤管理”功能流程图；

图7是本发明的计算机软件系统的“课堂互动”功能流程图；

图8是本发明的计算机软件系统的“课程评价”功能流程图；

图9是本发明的计算机软件系统的“试卷评价”功能流程图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例的课堂教学辅助系统，包括数据采集装置、数据交互装置、数据分析装置、分析结果输出装置；

数据采集装置包括信息采集器例如学生按键器、教师控制器；数据交互装置包括数据交互器；学生按键器和教师控制器通过无线连接与数据交互器进行数据传输；数据分析装置包括计算机处理器、网络服务器和计算机软件系统；计算机软件系统包括管理子系统和辅助教学子系统；

数据交互器与计算机处理器通过USB数据传输电缆连接；

计算机处理器与网络服务器通过有线/无线网络传输电缆连接，并分别安装部署辅助教学子系统和管理子系统；

分析结果输出装置包括信息显示终端和信息打印终端。信息显示终端和信息打印终端通过串口/并口数据传输电缆连接；

如图2所示，学生按键器为低功耗微处理器，待机功耗小于50uA；按键数为18个复合按键；433M无线传输,高接收灵敏度，最高达-117dBm；无线传输距离空旷环境达200米，360度发射角度；LCD屏2.4寸；工作温度：0度～+50度；保存温度：-10度～+60度；工作湿度：0-90%。

如图3所示，教师控制器为低功耗微处理器，待机功耗小于30uA；按键数为8个按键；433M无线传输,高接收灵敏度，最高达-117dBm；无线传输距离空旷环境达300米，360度发射角度；工作温度：0度～+50度；保存温度：-10度～+60度；工作湿度：0-90%。

如图4所示，数据交互器支持标准USB接口协议；USB供电，输入电压5V，电流<50mA；433M无线传输,高接收灵敏度，最高达-117dBm；无线传输距离空旷环境达300米，360度发射角度；工作温度：0度～+50度；保存温度：-10度～+60度；工作湿度：0-90%。

应用1：课前备课

在课前备课时，教师通过下载安装“辅助教学子系统”，并结合PowerPoint软件，即可使用“课堂互动”模块进行备课。教师在制作PPT过程中，可以使用该模块的工具栏添加“课堂提问”：单选题、多选题、是非题、抢答题、答题考勤题。

应用2：上课准备

授课教师在多媒体教室的教师电脑上打开课前准备的PPT，点击“课堂互动”模块下的“登录认证”，在弹出的信息窗口输入登录认证信息（人事编号、密码）、系统自动同步数据与教务系统数据库数据进行匹配，匹配成功即认证成功。认证成功后，系统自动从教务系统获取课程相关信息（课程名称、课程编号、上课班号）、选课学生信息（学号、姓名、专业、年级）并显示在PPT上。上课一开始，教师即点击“课堂考勤”功能，学生使用“按键器”输入与教务系统相同的登录认证信息（学号、密码）进行签到，PPT即时显示签到成功及未成功的学生名单，系统自动统计分析课堂签到率，并实时保存数据到网络服务器的数据库中，教师就可轻松完成课前考勤工作。

考勤管理也可在上课过程中选择某个“课堂提问”学生反馈的数据作为考勤数据，实现“答题考勤”。

应用3：上课过程中

通过使用本系统，可加大课堂教学的趣味性、互动性和随时考核的压力，将学生吸引到课堂上来，真正做到“人到心到”。

在上课过程中，教师可通过本系统的“课堂互动”模块，采用“答题互动”的方式激发学生参与师生互动，也可以组织学生采用“分组互动”讨论的形式活跃课堂气氛，并以计算平时成绩的形式促使学生认真参与课堂学习，提高听课效率。学生在听课过程中，也可以使用“电子举手”向老师进行提问，也可抢答问题，抢答正确的学生可以获得平时成绩加分。

同时，教师可以随机展示PPT的考勤页面，要求学生进行签到，实时统计学生迟到、早退情况，实现“随机考勤”。

应用4：课堂结束

课堂结束时，授课教师需点击“系统退出”按钮，以防止他人利用他的个人账号执行以下操作：进入“停调课申请”页面，登记停调课信息；进入“教师评价信息查询”页面，查看教师本人评价信息；进入“平时成绩”管理页面，篡改学生平时成绩。

应用5：课后管理

课堂教学互动的信息实时保存到网络服务器的数据库中，课后，教师可以登录管理子系统，查看每个课堂的互动信息和考勤信息，并可自动汇总统计每个学生的课程学习“平时成绩”。在期末，教师可提交“平时成绩”进入教务系统，与“期末考核成绩”合并生成“最终成绩”。

应用6：学校对课堂私自代课的管理

以往，有些老师临时有急事，无法准时去给学生上课，未经学校审批同意，就私自安排研究生或其他老师进行代课，违反课堂教学秩序。在学校引入本系统之后，教师使用本系统进行辅助教学，需要授课教师使用个人验证信息（人事编号、密码）登录系统才能进行上课，而教师个人验证信息与教务系统验证信息相同，涉及教师本人很多信息资源，根据学校管理规定，教师个人验证信息不允许教师本人随意更改，需要经过学校管理人员审批才能由系统管理人员进行更改，这样的管理模式，迫使老师无法安排其他人员进行代课，维持了正常的课堂秩序，实现了学校对老师及课堂的及时管理。

虽然本发明结合优选实施例进行了公开，但这些实施例并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作适当改进，即凡是依照本发明所做的任何等同替换，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种课堂教学辅助系统，其包括数据采集装置、数据交互装置、数据分析装置；

其中，所述数据采集装置与所述数据交互装置通过无线连接进行数据传输，所述数据交互装置通过数据传输线缆连接至数据分析装置；

所述数据采集装置包括用于考勤、选择、评分、表决、电子举手的信息采集器；所述信息采集器在学生考勤、选择、评分、表决、电子举手的同时采集教学管理数据；

所述数据分析装置对所述信息采集器所采集的教学管理数据进行统计分析，得出教学质量报告。

2.如权利要求1所述的课堂教学辅助系统，其中，所述教学管理数据包括学生的考勤数据、课堂教学的实时互动数据，以及采集学生对课程的评价和对考试的评价。

3.如权利要求1所述的课堂教学辅助系统，其中，所述数据分析装置采用数据匹配法或参数加权法对所述信息采集器所采集的数据进行分析。

4.如权利要求1所述的课堂教学辅助系统，其中，所述数据采集装置进一步包括用于教师遥控电脑PPT页面放映、翻页及充当激光教鞭的教师控制器。

5.如权利要求1所述的课堂教学辅助系统，其中，所述数据交互装置包括用于无线数据收发通信的收发装置、以及用于连接所述数据传输线缆的接口。

6.如权利要求1所述的课堂教学辅助系统，其中，所述数据分析装置包括安装有分析软件的计算机。

7.如权利要求6所述的课堂教学辅助系统，其中，所述分析软件包括存储所采集数据和分析数据的图文数据库。

8.如权利要求1所述的课堂教学辅助系统，其中，所述教学质量报告包括学生出勤率高低、课堂教学评价成绩、课堂互动问题答对率。

9.如权利要求8所述的课堂教学辅助系统，其中，所述数据分析装置根据所述教学质量报告给出课堂教学的辅助管理方案或建议。

10.如权利要求1所述的课堂教学辅助系统，其中，所述课堂教学辅助系统进一步包括分析结果输出装置，所述数据分析装置通过无线或者有线网络连接至所述分析结果输出装置；所述分析结果输出装置包括信息显示终端和信息打印终端，所述信息显示终端包括PC终端、笔记本电脑终端、移动终端；所述信息打印终端为图文打印设备。

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