CN106991158B

CN106991158B - 一种教师辅助授课方法及系统

Info

Publication number: CN106991158B
Application number: CN201710202096.3A
Authority: CN
Inventors: 周明强; 吴丹; 郑艳辉; 王莹; 张程; 朱庆生
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2019-10-01
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: CN106991158A

Abstract

本发明公开了一种教师辅助授课方法及系统，该授课系统包括无线连接的智能终端和服务器，服务器与PPT播放设备相连，在教师授课期间，智能终端的定位装置和重力感应装置时刻感应所属智能终端的变化并传输给服务器，在服务器内设置有教室环境与教师的教学习惯形成相应的标签与教师下一步动作结合形成的案例库，教师通过智能终端的“摇一摇”操作服务器形成一个新的案例，服务器将根据当前属性及属性值判断出教师下一步动作，本发明自动帮助教师执行下一步教学动作，辅佐教师进行相应的课堂教学，节约了教师的时间和精力，提高了教学质量。

Description

一种教师辅助授课方法及系统

技术领域

本发明属涉及人工智能技术领域，具体涉及一种可以以智能终端“摇一摇”为契机，实现教室内辅助教师授课的智能授课方法及系统。

背景技术

高校老师上课一直是教育素质提升的重中之重，怎样提高教师上课效率一直是令学校、老师和学生的头疼的问题。

众所周知，高校课程众多且课时有限，高校教师需要在规定较短的课时内完成教学任务，在上课期间，为提高教学质量高校教师需要采取点名、课堂提问、布置作业、课时测验等方式来查看学生的学习情况，这无疑给教师增加了授课难度。现有方法中有基于智能终端的无线传输功能实现课堂点名、提问、布置作业和课时测验，但是需要教师亲自进行逐步的操作，浪费时间和精力，因此研究根据高校教师的实际情况来自动辅助教师完成教学任务的智能课堂系统是具有重要的现实意义。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种教师辅助授课方法及系统。自动帮助教师执行下一步教学动作，辅佐教师进行相应的课堂教学。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种教师辅助授课方法，其包括如下步骤：

S1，将教室环境与教师的教学习惯形成相应的标签与教师下一步动作结合形成的案例放入案例库，案例库中的案例定义为：K_i’＝{v_i1,v_i2,v_i3,v_i4,…,v_in},i代表数据库中的i个案例，v_in为第i个案例的第n个标签的属性值，案例库可定义为五元属性组：(C，A，E，V，f)，其中，C包括已发生的教室环境与教师的教学习惯形成相应的标签属性集A和教师下一步动作集合E；A是案例中所有的标签属性的集合；E是案例中下一步动作的集合；V是A和E中所有属性值的集合；f是指定C中每个案例对象属性值的信息函数，即，f:C╳A→E；

S2，定义一个等价关系，确定属性的权值：

定义一种等价关系等价关系构成了案例集合C的划分，将等价关系对案例集合C的划分记作C/IND(B)，简记为C/B；

其中，x为案例库中的一个案例，y为案例库中的另一个案例，x,y均属于案例库案例集合C；b为某一标签属性，b是标签属性集A的元素；f(x,b)为信息函数，输入值为某一案例x和某一标签属性b,输出值为下一步行为e,该函数作用为通过案例x和标签属性b得出对应的行为e；等价关系IND(B)：B为标签属性集A的属性子集，b为标签属性子集B的元素，该等价关系作用是对案例库的案例集进行等价划分；

S3，设是一标签属性子集，x∈A为一标签属性，记x对X的属性重要度为Wx，定义标签属性权重Wx:

其中H表示IND(X)，并且有：

C/IND(X)＝C/H＝{C₁,C₂,......,C_n}，

其中C_i表示具有标签属性子集X中属性第i组取值的案例划分子集，n为X中属性不同取值组合的个数，则：

S4，由定义的权重为案例库的标签属性一一赋予权重:

针对集合A的每个标签属性{a₁,a₂,a₃,a₄，…，a_n}，对其赋予权值W＝{w_a1,w_a2,w_a3,w_a4,…,w_an}，其中，w_an为属性a_n的权值；

教师利用智能终端的定位装置和重力感应装置检测教师的行为，触发所连接的服务器侦查当前授课过程中存在属性并产生一个多维数组新案例K＝{v₁,v₂,v₃,v₄,…,v_n},根据计算出的每个属性权重值:W＝{w_a1,w_a2,w_a3,w_a4,…,w_an}，定义新案例K与案例库中的第i个案例K_i’相似度S_i为:

S5，在求出新案例与案例库中的案例相似度S_i以后，按照相似度由大到小的顺序排列，设定阈值b，将m返回，m＝max S_i，其中，S_i>b，若m值不为空，则执行该案例对应的教师下一步动作集合E中对应属性的操作；若m值为空，则将新案例K加入案例库中。

本发明的基于智能终端“摇一摇”的教师辅助授课方法，自动帮助教师执行下一步教学动作，辅佐教师进行相应的课堂教学。节约了教师的时间和精力，提高了教学质量。

在本发明的一个优选实例中，案例库包括案例集合C{C₁,C₂,C₃,C₄,…,C_n},C₁到C_n分别代表一个案例，共n个案例，所述n为正整数；案例集合C包括标签属性集A{a₁,a₂,a₃,a₄,…,a_n}和教师下一步行为集E{e₁,e₂,…,e_m},其中，a₁到a_n为标签属性，e₁到e_m为教师的下一步行为，属性值V＝{0,1},C、V、A的关系可以如下图：

C	a<sub>1</sub>	a<sub>2</sub>	a<sub>3</sub>	a<sub>4</sub>	…	a<sub>n</sub>	e<sub>1</sub>	e<sub>2</sub>	…	e<sub>m</sub>
											C<sub>1</sub>	1	0	0	1	1	1	0	0
C<sub>2</sub>	1	1	0	1		1	0	1		0
											C<sub>3</sub>	1	1	1	0	0	0	1	0
C<sub>4</sub>	1	0	1	1		1	0	0		1
											…	1	1	0	1	0	0	0	1
C<sub>n</sub>	0	0	1	0		1	1	0		0

本发明通过建立案例库，其中，一个案例中的标签属性与教师下一步动作集合E中的操作一一对应，便于快速准确地帮助教师执行下一步教学动作。

在本发明的一个优选实施方式中，每一个案例C_n都含有属性a₁到a_n，其中某些属性的属性值可由标签获得，所述标签包括教师授课PPT、教师在教室内的运动轨迹、教师在执行下一步行为前最后的语音信息，当服务器检测到某个标签时，该标签对应的属性值被置为1。保证快速准确地帮助教师执行下一步教学动作。

在本发明的一个优选实施方式中，在步骤S5中，服务器取出比阈值b大的案例中最大的案例，如果该案例为与新案例匹配，则服务器将执行该案例记录的执行结果；如果案例库中没有相匹配的案例，则服务器将处于学习阶段，不会执行教师的下一步行为，教师只能自己做出行为，服务器将侦测到教师的行为，将教师行为对应的e赋值为1，并将该新案例放入服务器的案例库中，记为C_n+1。完成新案例的添加。

本发明还提供了一种基于智能终端“摇一摇”的教师辅助授课系统，其包括无线连接的智能终端和服务器，所述服务器与PPT播放设备相连，在教师授课期间，所述智能终端的定位装置和重力感应装置时刻感应所属智能终端的变化并传输给所述服务器，在所述服务器内设置有教室环境与教师的教学习惯形成相应的标签与教师下一步动作结合形成的案例库，教师通过所述智能终端的“摇一摇”操作，所述服务器形成一个新的案例，所述服务器利用本发明的方法，自动帮助教师执行教学操作。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明一种优选实施方式中教室的布局示意图；

图2为实现本发明教师辅助授课系统的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明一种优选实施方式中教室的布局示意图如图1和图2所示，教师辅助智能系统包括智能终端和服务器。智能终端为教师所持终端，例如手机或IPAD等可移动的智能终端，智能终端通过蓝牙与服务器建立连接，服务器在教师授课期间通过智能终端的定位装置和重力感应装置时刻感应所属智能终端的重力加速度以及相对坐标等的变化。

在本实施方式中，智能终端的定位装置和重力感应装置时刻感应智能终端的重力加速度以及相对坐标等的变化并传输给服务器，具体可以采用现有的定位装置和重力感应装置能够监测到固定且有规律的行为的智能终端，例如手机的“摇一摇”功能。

教师辅助智能系统需要对当前授课环境进行侦测。教室内服务器将教室内的环境的属性定义为以下几个模块，PPT标签，教师位置标签，语音侦测标签，下面将对标签设置进行详细解说：

PPT标签：PPT作为高校教师最常用的课程展示工具起到了举足轻重的作用，教师将上课用的PPT课件放入服务器。教师在制作PPT制作过程中需要将一系列标签插入到PPT中，每个标签记为一个属性a_i。如果教师在播放PPT的过程中对手机进行摇一摇操作，触发服务器进行检测PPT播放到某一页，如果在该页检测出存在某个属性a_i，则该属性存在，置为1。

教师位置标签：以服务器为一端，教师通过智能终端触发摇一摇时的位置为另一端，通过手机定位装置侦测出教师到服务器的距离S，记为属性为a_j，设置阈值M，若教师持智能终端与服务器的距离S>M,则属性值a_j置为1，反之置为0。

语音侦测标签：教师智能终端的话筒收录且教师智能终端存储教师正在授课的语音信息，若教师触发手机摇一摇时，手机根据存储的语音信息找出存储在手机中的摇一摇行为之前的最后一句话发送给服务器，服务器对其进行识别，若识别出“现在开始上课”“上课”等字眼则对其对应的属性(例如a_k)置为1，若识别出“人数”“缺勤”等字眼则将其对应属性(例如a_l)置为1，以此类推.......

服务器将属性值设定好后，接下来服务器将根据当前属性及属性值判断出教师下一步行为，首先根据服务器中已存在的案例库确定各个属性的权值。服务器的案例库中存储了之前已发生过的教师特定环境与习惯形成相应的属性与下一步行为结合形成的案例。

具体教师辅助授课方法，其包括如下步骤：

S1，将教室环境与教师的教学习惯形成相应的标签与教师下一步动作结合形成的案例放入案例库，案例库中的案例定义为：K_i’＝{v_i1,v_i2,v_i3,v_i4,…,v_in},i代表数据库中的i个案例，v_in为第i个案例的第n个标签的属性值，案例库可定义为五元属性组：(C，A，E，V，f)，其中，C包括已发生的教室环境与教师的教学习惯形成相应的标签属性集A和教师下一步动作集合E；A是案例中所有的标签属性的集合；E是案例中下一步动作的集合；V是A和E中所有属性值的集合；f是指定C中每个案例对象属性值的信息函数，即，f:C╳A→E。

在本实施方式中，案例库包括案例集合C{C₁,C₂,C₃,C₄,…,C_n},C₁到C_n分别代表一个案例，共n个案例，所述n为正整数；案例集合C包括标签属性集A{a₁,a₂,a₃,a₄,…,a_n}和教师下一步行为属性集E{e₁,e₂,…,e_m},其中，a₁到a_n为标签属性，e₁到e_m为教师的下一步行为，属性值V＝{0,1},C、V、A的关系可以如下图：

在本实施方式中，每一个案例C_n都含有属性a₁到a_n，其中某些属性的属性值可由标签获得，所述标签包括教师授课PPT、教师在教室内的运动轨迹、教师在执行下一步行为前最后的语音信息，当服务器检测到某个标签时，该标签对应的属性值被置为1。保证快速准确地帮助教师执行下一步教学动作。

S2，定义一个等价关系，确定属性的权值：

其中，x为案例库中的一个案例，y为案例库中的另一个案例，x,y均属于案例库案例集合C；b为某一标签属性，b是标签属性集A的元素；f(x,b)为信息函数，输入值为某一案例x和某一属性b,输出值为下一步行为集e,该函数作用为通过案例x和标签属性b得出对应的行为e；等价关系IND(B)：B为标签属性集A的属性子集，b为标签属性子集B的元素，该等价关系作用是对案例库的案例集进行等价划分。

其中H表示IND(X)，并且有：

C/IND(X)＝C/H＝{C₁,C₂,......,C_n}，

S4，由定义的权重为案例库的属性一一赋予权重:

针对集合A的每个属性{a₁,a₂,a₃,a₄，…，a_n}，对其赋予权值W＝{w_a1,w_a2,w_a3,w_a4，…，w_an}，其中，w_an为属性a_n的权值；

教师利用智能终端的定位装置和重力感应装置检测教师的行为，例如教师利用所述智能终端“摇一摇”的功能，触发所连接的服务器，服务器通过各种装置检测属性(PPT标签，教师位置标签和语音信息标签等)及相应的属性值并产生一个多维数组新案例K＝{v₁,v₂,v₃,v₄,…,v_n},根据计算出的每个属性权重值:W＝{w_a1,w_a2,w_a3,w_a4,…，w_an}，定义新案例K与案例库中的案例K_i’相似度S_i为:

在本实施方式中，具体PPT标签属性值监测、教师位置标签监测、语音信息标签的检测设备举例如下：PPT标签属性值监测：教师将PPT通过U盘等外设存入服务器进行播放，服务器除了展示PPT外也承担着监测PPT内是否有标签及相应的标签属性值的任务(例如服务器识别每页PPT内是否有标签及相应的标签属性值)；教师位置标签监测：服务器通过与其相连接的所述智能终端对教师的位置进行监测(例如智能终端的GPS位置检测模块检测教师的位置并传输给服务器)；语音信息标签：服务器通过与其相连接的所述智能终端对教师的语音信息进行监测(例如智能终端采集或者接收教师的语音信息并传输给服务器)。

在本实施方式中，在步骤S5中，服务器取出比阈值b大的案例中最大的案例，如果该案例为与新案例匹配，则服务器将执行该案例记录的执行结果；如果案例库中没有相匹配的案例，则服务器将处于学习阶段，不会执行教师的下一步行为，教师只能自己做出行为，服务器将侦测到教师的行为，将教师行为对应的e赋值为1，并将该新案例放入服务器的案例库中，记为C_n+1。完成新案例的添加。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种教师辅助授课方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，将教室环境与教师的教学习惯形成相应的标签与教师下一步动作结合形成的案例放入案例库，案例库中的案例定义为：K_i’＝{v_i1,v_i2,v_i3,v_i4,…,v_in},i代表数据库中的i个案例，v_in为第i个案例的第n个标签的属性值，案例库定义为五元属性组：(C，A，E，V，f)，其中，C包括已发生的教室环境与教师的教学习惯形成相应的标签属性集A和教师下一步动作集合E；A是案例中所有的标签属性的集合；E是案例中下一步动作的集合；V是A和E中所有属性值的集合；f是指定C中每个案例对象属性值的信息函数，即，f:C╳A→E；

S2，定义一个等价关系，确定属性的权值：

其中H表示IND(X)，并且有：

C/IND(X)＝C/H＝{C₁,C₂,......,C_n}，

S4，由定义的权重为案例库的标签属性一一赋予权重:

教师利用智能终端的定位装置和重力感应装置检测教师的行为，触发所连接的服务器侦查当前授课过程中存在属性并产生一个多维数组新案例K＝{v₁,v₂,v₃,v₄,…,v_n},根据计算出的每个属性权重值:W＝{w_a1,w_a2,w_a3,w_a4,…,w_an}，定义新案例K与案例库中的案例K_i’相似度S_i为:

2.根据权利要求1所述的教师辅助授课方法，其特征在于，所述案例库包括案例集合C{C₁,C₂,C₃,C₄,…,C_n},C₁到C_n分别代表一个案例，共n个案例，所述n为正整数；

案例集合C包括标签属性集A{a₁,a₂,a₃,a₄,…,a_n},和下一步行为集合E{e₁,e₂,…,e_m}其中，a₁到a_n为标签属性，e₁到e_m为教师的下一步行为，属性值V＝{0,1},C、V、A的关系可以如下图：

。

3.根据权利要求2所述的教师辅助授课方法，其特征在于，每一个案例C_n都含有属性a₁到a_n，其中某些属性的属性值可由标签获得，所述标签包括PPT标签、教师在教室内的运动轨迹、教师在执行下一步行为前最后的语音信息，当服务器检测到某个标签时，该标签对应的属性的属性值被置为1。

4.根据权利要求1所述的教师辅助授课方法，其特征在于，在步骤S5中，服务器取出比阈值b大的案例中最大的案例，如果该案例为与新案例匹配，则服务器将执行该案例记录的执行结果；

如果案例库中没有相匹配的案例，则服务器将处于学习阶段，不会执行教师的下一步行为，教师只能自己做出行为，服务器将侦测到教师的行为，将教师行为对应的e赋值为1，并将该新案例放入服务器的案例库中，记为C_n+1。

5.一种利用权利要求1-4之一所述教师辅助授课方法的授课系统，其特征在于，包括无线连接的智能终端和服务器，所述服务器与PPT播放设备相连，在教师授课期间，所述智能终端的定位装置和重力感应装置时刻感应所属智能终端的变化并传输给所述服务器，在所述服务器内设置有教室环境与教师的教学习惯形成相应的标签与教师下一步动作结合形成的案例库，教师通过所述智能终端的“摇一摇”操作，所述服务器形成一个新的案例，所述服务器利用权利要求1-4之一所述的方法，自动帮助教师执行教学操作。