CN107480872A - 一种基于数据交换网络的在线教学考评系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供给一种基于数据交换网络的在线教学考评系统及方法，所述系统包括课程单元、生理监控单元、心理分析单元、应用环境单元、调整单元、评价单元和预测单元，同时公开了一种利用所述系统的方法。通过所述系统和方法，获取学生的生理状态数据，提高了对学生生理状态评估的准确性，对学生的教学和考评进行基于生理状态的针对性调整，同时使得学生在更为接近真实工作状态下进行学习。
Description
技术领域
本发明涉及网络教育技术领域，特别涉及一种基于数据交换网络的在线教学考评系统和方法。
背景技术
目前，基于网络的在线学习是一种应用较为广泛的远程教学形式，在丰富的数字化资源以及各类学习支持系统的支持和辅助下，在线学习者能够灵活调整和控制自己的学习活动和学习过程，充分发挥学习者的自主性。我国在线教育市场规模已达到年均2000亿元，学习者达到1亿人，覆盖了高等教育、中小学教育、职业培训及学前教育等领域。
由于在线教育的重要特征，教与学在空间上的分离，在线教育中受教学生缺乏与教师和学习伙伴面对面的交流，在线学习过程中极易产生孤独感；此外，在线教育中相当比例为成人学生，他们肩负工作、学习和生活的多重压力，如果他们遇到的学习困难不能够进行有效且及时的解决，那么他们将极易产生焦虑感，这些消极情绪如果不能够及时加以控制的话，很容易导致在线学习者对在线学习失去兴趣，最终可能导致其终止学习。
然而，我国在线教育机构更为重视提供学术性技术服务，而非学术性支持服务，尤其是情感类的支持服务尚处在薄弱环节，我国在线教育机构的一些教师仍保持传统的教学观念，他们更加关注教学过程，认为其职责是更多传授知识、辅导学习，而忽略了其在在线教学课堂中还扮演心理教育者的角色，情绪对学习状态产生较大影响，如何利用情绪改善学习效果以及评估学习效果是目前亟待解决的问题。
目前，已有注意到学生情绪与学习效果关联的现有技术。
例如，公开号为CN102542849B的“形成性评测系统”，提供一种记录学生答题行为、面部表情以及脑电与心电变异性等生理信号的数据，全面分析学生在答题过程中的心理和生理状态，提高测评的准确性。
又如，公开号为CN104299178A的“一种基于面部识别的网络教学方法及系统”，在网络教学中实时监测学员是否为本人在学习，提供的表情管理帮助教师了解学员是否认真的在学，提供的日志管理监测学生是否应该将学习的内容全部完成，避免学习过程中缺勤或者替代等现象。
再如，期刊文献，《浙江医学教育》2008年9月刊载了文章《考生心理状态与成绩的相关性》一文，文章指出，考生临考时的心理状态与水平发挥有非常显著的相关性，在不同心理状态下考生成绩也存在明显差异，在以往应试教育为主开始向素质教育模式转换的情况下，更应重视学生心理、生理素质的培养和训练。
但上述学习系统存在下述问题，生理状态的获得较为粗略，确定学生真实学习状态的准确率较低；侧重于对考试状态的评价，仅能反应学生的客观状态情况，而不能对学生的学习进行针对性的指导，提高学习效率；采用传统的考试方式，其与真实工作环境下的应用相比，仍存在较大的差异。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供一种基于数据交换网络的在线教学考评系统和方法。
根据本发明的一个目的，提供一种基于数据交换网络的在线教学考评系统，包括：
课程单元，包括教学课程单元以及考评课程单元，用于向学生提供教学和考评所学习课程；
评价单元，对学生课程学习情况和考评情况给出总体评价。
上述考评系统，还包括：
生理监控单元，监控学生生理体征；
心理分析单元，对学生生理体征所反映出的心理状态进行综合分析，其分析结果为心理状态成绩，用于评价单元对学生对课程学习情况和考评情况给出总体评价；
应用环境单元，根据课程单元的教学要求，将学生置于接近现实的工作场景中，在所述工作场景中指导学生完成课程或完成考评；
调整单元，包括教学调整单元和考评调整单元，根据教学要求和学生心理状态调整教学和考评内容；
预测单元，根据心理分析单元给出的学生状态与评价单元给出的总体评价，给出所述学生在心理状态最好与最差情况下所能达到水平。
进一步的，课程单元能够记录学生在教学课程过程中随堂测试成绩和考评过程中的考试成绩。
进一步的，所述生理监控单元，包括：
面部特征监测单元，用于监控学生面部特征，进而对学生的心理状态作出基于面部特征的评价；
语音监控单元，用于监控学生语音中音量、语速、停顿特征，进而对学生的心理状态作出基于语音特征的评价；
皮肤监测单元，用于监控学生的脉搏与皮肤湿润程度，进而对学生的心理状态作出基于皮肤特征的评价；
以及，
动作监控单元，用于监控学生身体动作，进而对学生的心理状态作出基于动作特征的评价。
进一步的，所述的动作监控单元，包括：
眼部监控单元，用于监控学生眼部的动作，进而对学生的心理状态作出基于眼部特征的评价；
以及，
手势监控单元，用于监控学生肢体末端挥动的速度和加速度，进而对学生的心理状态作出基于手势特征的评价。
进一步的，所述心理分析单元，包括：
第一判定单元，用于判定面部特征检测单元、语音监测单元所作出心理状态评价的一致性；
第二判定单元，在面部特征监测单元与语音监测单元给出心理状态评价不一致时，用皮肤监测单元和/或动作监控单元所作出的心理状态评价进一步判断学生的心理状态；
人工判定单元，在上述判定单元无法准确确定心理状态时，系统进入人工判定模式，生成第一、第二判定单元给出的心理状态，在此基础上，由教师人工给出心理状态，并录入系统。
进一步的，所述评价单元，对学生课程学习情况和考评情况给出总体评价。总体评价包括测试成绩与心理状态成绩，具体而言，测试成绩由学生在教学课程单元学习时的随堂测试成绩与考评课程单元考试时的考试成绩组成；心理状态成绩由心理分析单元对教学和考试过程中对生理监控单元反馈的信息进行分析得出。
进一步的，所述应用环境单元，包括：
1)虚拟现实单元，模拟产生教学环境所需三维空间的场景，提供学生在所述环境下关于视觉、听觉、触觉的模拟；或，
2)增强现实单元，将教学环境所需虚拟信息应用到真实教学场景，使得真实的教学场景和虚拟的物体或信息实时地叠加到同一个画面或空间同时存在；或，
3)虚拟现实单元与增强现实单元的组合。
根据本发明的另一个目的，提供一种基于数据交换网络的在线教学考评方法，包括如下步骤：
S10：学生登录及注册课程；
S20：教学课程单元根据学生注册课程的需求，通过应用环境单元，生成现实的工作场景，在所述场景中向学生提供教学课程；
S30：在教学过程中，对学生生理体征进行监控；
S40：对学生生理体征所反映出的心理状态进行综合分析；
S50：根据教学要求和学生心理状态调整教学课程，使教学课程与学生心理状态相匹配，并进行随堂测试，同时记录此过程中的心理状态成绩；
S60：在教学课程完成后，进入考评课程环节，根据学生注册课程的要求，通过应用环境单元，生成现实的工作场景，在场景中对学生进行考评；
S70：在考评过程中，对学生生理体征进行监控；
S80：对学生生理体征所反映出的心理状态进行综合分析；
S90：根据教学要求和学生心理状态调整考评内容，使考评内容与学生心理状态相匹配，并进行考试测试，同时记录此过程中的心理状态成绩；
S100：根据学生在S50步骤中的随堂测试成绩和心理状态成绩、S90步骤中的考试测试成绩和心理状态成绩，对学生给出关于所述课程的总体评价，并给出学生在心理状态最好与心理状态最差情况下所能达到的水平。
进一步的，所述生理体征监控，包括：
通过面部特征监测单元，监控学生面部特征，进而对学生的心理状态作出基于面部特征的评价；
通过语音监控单元，监控学生语音中音量、语速、停顿特征，进而对学生的心理状态作出基于语音特征的评价；
通过皮肤监测单元，监控学生的脉搏与皮肤湿润程度，进而对学生的心理状态作出基于皮肤特征的评价；
以及，
通过动作监控单元，监控学生身体动作，进而对学生的心理状态作出基于动作特征的评价。
进一步的，所述的动作监控，包括：
通过眼部监控单元，监控学生眼部的动作，进而对学生的心理状态作出基于眼部特征的评价；
以及，
通过手势监控单元，监控学生肢体末端挥动的速度和加速度，进而对学生的心理状态作出基于手势特征的评价。
进一步的，所述心理状态综合分析，包括：
利用第一判定单元，判定面部特征检测单元、语音监测单元所作出心理状态评价的一致性；
利用第二判定单元，在面部特征监测单元与语音监测单元给出心理状态评价不一致时，用皮肤监测单元和/或动作监控单元所作出的心理状态评价进一步判断学生的心理状态；
在上述判定单元无法准确确定心理状态时，进入人工判定模式，生成第一、第二判定单元给出的心理状态，在此基础上，由教师人工给出心理状态，并录入系统。
进一步的，利用应用环境单元生成现实工作场景，包括：
1)通过虚拟现实单元，模拟产生教学环境所需三维空间的场景，提供学生在所述环境下关于视觉、听觉、触觉的模拟；或，
2)通过增强现实单元，将教学环境所需虚拟信息应用到真实教学场景，使得真实的教学场景和虚拟的物体或信息实时地叠加到同一个画面或空间同时存在；或，
3)通过虚拟现实与增强现实组合生成工作场景。
通过本发明所述的系统和方法以实现对学习过程的全程监控和调整，并使得学生在真实应用环境下学习和测试，从而达到教学目的，并学而致用。
提供本概述是为了以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的选择的概念。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主体的范围，此外，所要求保护的主题不限于解决在本发明的任一部分中所提及的任何或所有缺点的实现。
附图说明
图1是根据本发明的基于数据交换网络的在线教学考评系统示意图；和
图2是根据本发明的基于数据交换网络的在线教学考评方法示意图。
具体实施方式
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于数据交换网络的在线教学考评系统和方法，旨在更精确的获得学生的心理状态，并将心理状态用于调节授课课程和考试测评，同时在更加真实的环境中教学，使得学生知识体系更加完备而实用。
为使本发明的技术方案更加清楚、明白，以下参照附图并举实施例，对本发明所述方案做进一步地详细说明。
图1是根据本发明的基于数据交换网络的在线教学考评系统示意图。
本装置适用于数据交换网络下的在线教学和考评，首先，根据教学大纲制定教学计划，并提供给课程单元10，课程单元10包括教学课程单元101以及考评课程单元102，用于向学生提供教学和考评所学习课程；
生理监控单元20，用于监控学生生理体征，而所述监控所得的体征反映学生的学习状态，通过心理分析单元30，对学习状态进行判定，从而获得学生的实时状态。
人在学习的时候，当其身体机能处于不同条件、学习不同内容时，身体的姿势和心理状态会随之改变而引起学习者表现出不同的状态，因此，可以通过分析学习者的身体参数和姿势等，确定其处于何种状态。
在一个具体实施例中，采用面部监控单元201对学生的面部特征进行监控，面部特征反映了人的表情和心情，而人的心情与学习状态是直接相关的。人的表情可以分为喜悦、悲伤、愤怒、惊奇、恐惧和厌恶，不同的表情，人的眼睛、嘴唇、眉毛等特征都会发生改变，对上述特征进行图像监测可以获得学习者的实时状态，这些状态包括注意力和疲劳程度。面部监控单元201由图像获取单元2011，图像处理单元2012，图像状态分析单元2013组成；图像获取单元2011可以通过数字摄像头对面部图像进行采集；图像处理单元2012通过对图像的亮度、色彩空间、颜色、灰度等信息特征进行提取，从而提取出学习状态识别所需的生理特征。例如，眼睛比面部其他区域都要暗，灰度值相对较低，同时比其他区域灰度变化率又比较快，通过灰度特征的提取和计算，可确定眼睛的位置和眼球的方向；又如，嘴唇的颜色为红色，这是人类的共同特征，而且与肤色的颜色具有明显差异，因此可以直接利用RGB图像中分离出红色像素实现对嘴唇的定位和识别。在获得了面部特征之后，可以根据上述特征与学习状态之间的关联而确定出学习者的学习状态，例如，在获得眼睛特征后，可根据眼睛的开闭确定学习者是否睡着；可根据眨眼的频次确定学习者是否出现注意力不集中、疲劳的情况，具体而言，一个人平均每分钟眨眼10-15次，当学习者处于疲劳状态的情况下，其眨眼的频率会明显下降，当眨眼频次小于每分钟10次时，通常已经进入疲劳状态，当其严重疲劳时，眼睛会一直处于闭眼状态，相应的，注意力随之下降；又如，获得嘴唇特征后，可进一步判断学习者的状态，常见的嘴唇特征有打哈欠，咬嘴唇，舔嘴唇，撇嘴，噘嘴，嘴角上扬等，打哈欠表明学习者可能进入了疲劳状态，咬嘴唇和舔嘴唇通常表明学习者面临较大压力，撇嘴表明学习者不屑或愤怒，噘嘴表明学习者心存不满或不同意见，而嘴角上扬表明了喜悦的状态；再如，获得眉毛特征后，可进一步判断学习者的状态，常见的眉毛特征有舒展，皱眉，耸眉，扬眉等，眉毛舒展表明心情坦然、处于愉快的状态中，皱眉表明陷入困境或厌烦，耸眉表明对谈论的内容的重视，扬眉表明欣喜。
在另一个实施例中，采用语音监控单元202对学生的音量、语速、停顿进行监控，语音特征从另一个角度反映了人的心情，而人的心情与学习状态是直接相关的。语音监控单元202包括语音采集单元2021，语音处理单元2022，语音状态分析单元2023组成。语音采集单元2021获取语音，经由语音处理单元2022提取出音量、语速、停顿、基音频率等参数，再通过语音状态分析单元2023分析后获得学生的心理状态。例如，音量通常为短时能量的外在表现，当人情绪比较激动时，音量较高，此时能量曲线波动较大，而当人情绪低落时，音量能量小，能量曲线较为平稳。根据能量的研究可知，情感与语音的振幅有一定相关性，具体而言，愤怒和高兴具有较高的能量，表现形式即为包络线上语音信号的振幅较大，而中性语音的能量相对较低，振幅幅值不是很明显；又如，语速和停顿体现了说话者思维的连续性，语速的变化经常是情绪变化的体现，学生的语音从平常速度逐渐变为慢速，可能是表示对谈论的观点或谈话方式有所不满，以至于提不起兴趣，而当语速由平常速度逐渐变为快速，可能是对谈话的内容有兴趣，或对谈话内容内心存在恐慌或不安，借着快速讲话而掩饰上述情绪；再如基音频率是情感的又一表征，不同情感之间基因频率特征曲线不同，所以可以根据基因频率最大值、最小值等分析基因频率在不同情感之间的表现。
在另一个实施例中，采用皮肤监测单元203对学生的脉搏与皮肤湿润程度进行监控，脉搏与皮肤湿润程度从另一个角度反映了人的情绪。皮肤监测单元203包括皮肤湿度传感器2031、脉搏传感器2032、皮肤状态分析单元2033组成。通过皮肤湿度传感器2031获得皮肤的湿润程度数据，通过脉搏传感器2032获得人体脉搏数据，再将上述数据通过皮肤状态分析单元2033进行分析后获得学生的心理状态。例如，当人心情紧张时，手心湿度显著增加，同时脉搏增快；而当人心态平和时，脉搏平稳，手心湿度较低。通过上述体征的变化，可以体现学生情绪变化。
在另一个实施例中，采用手势监控单元204，对学生的手势进行监控，从另外一个角度反映学生的情绪。手势监控单元204包括手势传感器2041，其记录双手和/或手指的位置，摆动速度、加速度等信息，还包括手势状态分析单元2042。通过手势传感器2041获得的双手数据信息，再将上述数据通过手势状态分析单元2042进行分析后获得学生的心理状态。例如，手不停摆弄身边的某些东西，此时，通常为心理紧张或漫不经心的状态；又如，频繁用手抚摸额头，表示十分疲惫，或者心情焦虑；再如，搓手通常表达内心的期待情绪，急速的搓动手掌，表达内心的跃跃欲试的急切心情，而慢慢地搓手掌，则说明事情遇到有决定性作用的选择时的犹豫不定，或要做的事情阻力太大；另如，通常的背手表示镇定自若，但若双手背后，一只手抓住另一只手的手腕或胳膊，则是由于心里紧张而不自觉采用的姿势，以便控制自己的紧张情绪。
在另一个实施例中，还包括眼部监控单元205，用于监控学生眼部动作，进而对学生的心理状态做出基于眼部特征的评价。眼部监控单元205包括眼部传感器2051，其记录眼部动作，还包括眼部状态分析单元2052。通过眼部传感器2051获得眼部相关数据，再将上述数据通过眼部状态分析单元2052进行分析后得出学生的心理状态。例如，对眼球的视觉方向进行监控，眼睛像左看并且转动较慢时，经常表示回忆，眼球频繁左顾右盼有时表现为正在思考；又如，对瞳孔直径大小、直径变化程度的监测，在所有情绪状态中，情绪愉快的被观察者瞳孔直径最大并且变化程度最强；其次为急躁以及平静状态，情绪焦虑的被观察者瞳孔直径最小并且变化程度最弱，瞳孔的变化体现出情绪的状态以及变化；再如，情绪紧张或过度疲劳可能会表现为眼睑痉挛。
还包括心理分析单元30，对学生生理体征所反映出的心理状态进行综合分析，根据上述关于心理状态的外在表征可知，心理状态通常会以身体的某些姿势或表现而反映出来，但在一些情况下，同一个身体特征会对应不同的心理状态，例如，眼睑痉挛是情绪紧张或过度疲劳的外在体现，因此，需要心理分析单元30，将上述各监控、监测单元所给出的单一评价进行综合而得出较为精确的心理状态。
在另一个实施例中，心理分析单元30包括第一判定单元301，用于判定面部监控单元201、语音监控单元202所作出心理状态评价的一致性，当面部监控单元201与语音监控单元202各自独立的给出相同的情绪判断时，可通过第一判定单元301直接得出此时的情绪状态。而当面部监控单元201与语音监控单元202给出不同的情绪判断时，启用第二判定单元302,用皮肤监测单元203和/或由手势监控单元204和眼部监控单元205组成的动作监控单元所作出的心理状态评价进一步判断学生的心理状态；而在上述判定单元无法准确确定心理状态时，系统进入人工判定模式，生成第一、第二判定单元给出的心理状态，在此基础上，由教师人工给出心理状态，并录入人工判定单元303。采用上述心理分析单元的优点在于，在保证效率的同时，提高判断的准确性。
还包括应用环境单元40，根据课程单元10的教学要求，将学生置于接近现实的工作场景中，在所述工作场景中指导学生完成课程或完成考评。
在另一个实施例中，应用环境单元40，包括：
1)虚拟现实单元401，模拟产生教学环境所需三维空间的场景，提供学生在所述环境下关于视觉、听觉、触觉的模拟；或，2)增强现实单元402，将教学环境所需虚拟信息应用到真实教学场景，使得真实的教学场景和虚拟的物体或信息实时地叠加到同一个画面或空间同时存在；或，3)虚拟现实单元与增强现实单元的组合。
采用上述信息技术的应用环境单元40，包括如下优点：首先，能够解决现有教学的枯燥和脱离实际问题；其次，能够解决现有在线教学学生之间以及学生与教师之间缺乏沟通的问题，借助上述装置，学生可以在虚拟场景内看到教师或其他同组学生，并可以完成团队协作项目；最后，教师在教学过程中，可以以学生的视角观察学生的动作行为，从而了解学生学习过程中的部分误区。
所述装置尤其适合于机械设计领域的应用，例如，机械设计过程中，平面图形的绘制顺序如下，画基准线、画已知线段、画中间线段、画连接线段、检查整理；而尺寸标注的顺序如下，选定基准，标注已知线段的定位尺寸，标注已知线段的定形尺寸，标注中间线段的尺寸，标注连接线段的定形尺寸，核对，调整。教学过程中，学生时常因为绘制顺序的错误而导致最终的设计图与标准图纸具有较大差异，而绘制顺序与学生习惯有关，在应用环境单元的情境下，指导教师能够以学生的视角观察图纸，并根据眼部监控单元对眼球动作的监控而了解学生的目光在图纸上的顺序，在学生出现观察方式错误的情形下，能够及时对学生进行调整或记录下来，后期对学生进行指导。
所述装置尤其适用于文学作品速读练习，例如，在文学作品速读学习过程中，合格的学生应当将目光集中于具有承接作用的连接词，以及这些连接词所引导的关键词，从而能够迅速获得作品的主干和脉络。在此情形下，指导教师可以以学生的视角进行阅读，并根据眼部监控单元对眼球的动作的监控而了解学生在阅读过程中对不同词汇分配时间的差异，由此能够发现学生在速读学习过程中所存在的问题，从而能够对学生进行更为具体和有针对性的指导。
还包括调整单元50，其包括教学调整单元501和考评调整单元502，根据教学要求和学生心理状态调整教学和考评内容，使得学生在不同的心理状态下学习更为适合的内容。例如，当系统监测到学生处于思维活跃，心情愉悦且注意力集中的状态下，自动提高课程难度，将平时不易掌握的内容或重点或核心内容提供给学生，供其学习；当系统监测到学生处于高度紧张或难以进行学习的情况下，自动降低课程难度，提供较为简单或轻松的内容给学生，使之缓解紧张情绪，并建立信心；当系统监测学生处于轻微疲劳的情况下，自动提供互动更多的教学课程，例如外语对话内容或文章复述等；当系统监测到学生处于疲劳的情况下，对目前学习内容进行收尾和整理工作，并中止教学，让学生进行休息和放松。又如，搭载所述单元的系统在考试过程中，根据学生的心理状态，提供不同难度的试题，尽量使得学生在最佳状态下完成测试。
在另一个实施例中，母语为汉语的学生甲期望获得英语学习中单词、听、说、读、写五项能力的综合提升，在以往的教学过程中，教师或网络课程提供者根据一定顺序提供固定的课程给学生甲，每一阶段课程完成后进入下一环节，各课程之间虽有联系，但并未考虑学生的心理状态。在应用本发明装置的示例中，学生甲首先自选学习项目，其选择了单词作为首先学习对象。经过约五分钟学习后，系统监测到学生甲的注意力始终集中在某几个单词上，并且眼部和动作监测显示，学生仅仅在进行机械的重复和记忆，此时，为使得学生从涣散的注意力中重新回到学习状态，切换到关于上述单词的听写，在此过程中，通过外部的影响使得学生对学习方式进行调整，并且加深对已学习单词的印象；进一步的，在学生已经掌握上述单词的情况下，切换到朗读模式，朗读内容为包含已学习单词的对话语句，模式的切换使得学生甲思维一直处于活跃状态，并且通过朗读，进一步强化单词的记忆和应用；接下来，进入语音表达环节，在所述模式下，提供中文文本，需要学生通过思考说出相应正确的英文表达。在上述四个阶段经过约40分钟学习后，系统监测到学生已处于思维活跃，表达欲望强烈的状态，此时，转入文章写作模式，在此模式下，学生甲综合前面各阶段所习得的知识，并在大脑充分活跃的状态下书写短文，由此，完成所述小节的课程学习。
还包括评价单元60，评价单元60根据根据心理分析单元30给出的学生的状态、学生课程学习情况和考评情况给出总体评价。
在一个具体实施例中，评价单元60，对学生课程学习情况和考评情况给出总体评价。总体评价包括测试成绩与心理状态成绩，具体而言，测试成绩由学生在教学课程单元101学习时的随堂测试成绩与考评课程单元102考试时的考试成绩组成；心理状态成绩由心理分析单元30对教学和考试过程中对生理监控单元20反馈的信息进行分析后给出。
在另一个具体实施例中，测试成绩分为ABCDE五个等级，A为最高等级；心理状态成绩分为状态1(精神集中，思维活跃)、状态2(精神较为集中，思维较为活跃)、状态3(精神集中一般，思维活跃一般)、状态4(精神较不集中，思维较迟钝)和状态5(精神不集中，思维迟钝)。学生在教学过程中的得到了随堂测试成绩1：B级和心理状态成绩1：状态3；并且在考评过程中的得到了考试成绩2：D级和心理状态成绩2：状态3。则该学生的总体评价为：成绩1：B；成绩2：D；心理状态成绩：状态3。也就是说，在“精神集中一般，思维活跃一般”的情况下，该学生的成绩为成绩1：B，成绩2：D。区别于以往的评价，该评价的做出是以成绩和心理状态为前提的。
还包括预测单元70，根据心理分析单元30给出的学生状态与评价单元60给出的总体评价，给出所述学生在心理状态最好与最差情况下所能达到水平。
在另一个具体实施例中，上述考生的综合评价为：在“精神集中一般，思维活跃一般”的情况下，该学生的成绩为成绩1：B，成绩2：D。通过对学习程度，以及注意力程度和思维活跃程度相似的考生测试，并进行统计，可知，随着精神状态的变化，成绩随之正相关变化，在此情况下，预测单元70基于同心理状态下的测试成绩的统计数据可预测出该考生在心理状态1的情况下，最佳成绩1为A，最佳成绩2位B；在心理状态5的情况下，最差成绩1为C，最差成绩2为E。由此给出该学生在不同心理状态下，成绩1的分数区间为A-C；成绩2的分数区间为B-E。由此可以获得该生在不同状态下更为准确的考试测试成绩。
上述示例仅示范性的说明了评价单元、心理分析单元以及预测单元的联系以及工作原理，对于不同的学科或不同的测试标准、测试方式、分数区间划分、标准定制，均为本领域技术人员在本发明的基础上可根据具体课程进行变化和设置的。
采用上述单元的优点在于：尽量降低由于心理原因而对学生评价的偏颇，一方面有助于教师或社会对学生给出客观的评价，另一方面，有助于学生对自身情况更为了解，避免考试为学生带来的心理影响。
根据本发明的另外一个方面，提供一种基于数据交换网络的在线教学考评方法。
图2是根据本发明的基于数据交换网络的在线教学考评方法示意图。
本发明的基于数据交换网络的在线教学考评方法，包括如下步骤：
S10：学生登录及注册课程；
S20：教学课程单元根据学生注册课程的需求，通过应用环境单元，生成现实的工作场景，在所述场景中向学生提供教学课程；
S30：在教学过程中，对学生生理体征进行监控；
S40：对学生生理体征所反映出的心理状态进行综合分析；
S50：根据教学要求和学生心理状态调整教学课程，使教学课程与学生心理状态相匹配，并进行随堂测试，同时记录此过程中的心理状态成绩；
S60：在教学课程完成后，进入考评课程环节，根据学生注册课程的要求，通过应用环境单元，生成现实的工作场景，在场景中对学生进行考评；
S70：在考评过程中，对学生生理体征进行监控；
S80：对学生生理体征所反映出的心理状态进行综合分析；
S90：根据教学要求和学生心理状态调整考评内容，使考评内容与学生心理状态相匹配，并进行考试测试，同时记录此过程中的心理状态成绩；
S100：根据学生在S50步骤中的随堂测试成绩和心理状态成绩、S90步骤中的考试测试成绩和心理状态成绩，对学生给出关于所述课程的总体评价，并给出学生在心理状态最好与心理状态最差情况下所能达到的水平。
通过上述方法，可以实现对学生学习状态的全面监控，在获得学生学习状态的情况下，根据学习状态对教学内容和考试内容进行调整，从而使得学生能够在各种状态下学习更适宜的课程，由此提高学习效率和知识转化率，此外，能够使得教师以及学生对学习内容和学习效果进行客观的评价，而非采用现今教育中所常见的“一考定终身”进行单方面的评价。
在另一个具体实施例中，所述生理体征监控，包括：通过面部特征监测单元，监控学生面部特征，进而对学生的心理状态作出基于面部特征的评价；通过语音监控单元，监控学生语音中音量、语速、停顿特征，进而对学生的心理状态作出基于语音特征的评价；通过皮肤监测单元，监控学生的脉搏与皮肤湿润程度，进而对学生的心理状态作出基于皮肤特征的评价；以及，通过动作监控单元，监控学生身体动作，进而对学生的心理状态作出基于动作特征的评价。
在另一个具体实施例中，所述的动作监控，包括：通过眼部监控单元，监控学生眼部的动作，进而对学生的心理状态作出基于眼部特征的评价；以及，通过手势监控单元，监控学生肢体末端挥动的速度和加速度，进而对学生的心理状态作出基于手势特征的评价。
上述多种监控手段，旨在从多角度提供更为全面的学生状态数据，以协助对真实状态做出准确判断。
在另一个具体实施例中，所述心理状态综合分析，包括：利用第一判定单元，判定面部特征检测单元、语音监测单元所作出心理状态评价的一致性；利用第二判定单元，在面部特征监测单元与语音监测单元给出心理状态评价不一致时，用皮肤监测单元和/或动作监控单元所作出的心理状态评价进一步判断学生的心理状态；在上述判定单元无法准确确定心理状态时，进入人工判定模式，生成第一、第二判定单元给出的心理状态，在此基础上，由教师人工给出心理状态，并录入系统。
根据上述关于心理状态的外在表征可知，心理状态通常会以身体的某些姿势或表现而反映出来，但在一些情况下，同一个身体特征会对应不同的心理状态，例如，眼睑痉挛是情绪紧张或过度疲劳的外在体现，因此，进行心理分析，将上述各监控、监测单元所给出的单一评价进行综合而得出较为精确的心理状态。
在另一个具体实施例中，利用应用环境单元生成现实工作场景，包括：
1)通过虚拟现实单元，模拟产生教学环境所需三维空间的场景，提供学生在所述环境下关于视觉、听觉、触觉的模拟；或，2)通过增强现实单元，将教学环境所需虚拟信息应用到真实教学场景，使得真实的教学场景和虚拟的物体或信息实时地叠加到同一个画面或空间同时存在；或，3)通过虚拟现实与增强现实组合生成工作场景。
环境单元具有如下优点：首先，能够解决现有教学的枯燥和脱离实际问题；其次，能够解决现有在线教学学生之间以及学生与教师之间缺乏沟通的问题，借助上述装置，学生可以在虚拟场景内看到教师或其他同组学生，并可以完成团队协作项目；最后，教师在教学过程中，可以以学生的视角观察学生的动作行为，从而了解学生学习过程中的部分误区。
上述系统和方法可以被用于在线学习中，从而解决背景技术部分所提及的现有技术中生理状态的获得较为粗略，不能对学生的学习进行针对性的指导，与真实工作环境下的应用相比，仍存在较大的差异的技术问题。应该理解，此处所属的配置和/方法在本质上是示例性的，并且这些具体实施例或示例不应被认为是局限性的，因为多个变体是可能的。此处所述的具体例程或方法可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个。由此，所示出的各个动作可以按所示次序执行、按其他次序执行、并行地执行、或者在某些情况下被省略。同样，可以改变上述过程的次序。
以上介绍了本发明的较佳实施方式，旨在使得本发明的精神更加清楚和便于理解，并不是为了限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的修改、替换、改进，均应包含在本发明所附的权利要求概括的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种基于数据交换网络的在线教学考评系统，其特征在于，包括：
课程单元，包括教学课程单元以及考评课程单元，用于向学生提供学习课程和考评所学习课程；
评价单元，对学生课程学习情况和考评情况给出总体评价。
2.如权利要求1所述的基于数据交换网络的在线教学考评系统，其特征在于，还包括：
生理监控单元，监控学生生理体征；
心理分析单元，对学生生理体征所反映出的心理状态进行综合分析，其分析结果为心理状态成绩，用于评价单元对学生对课程学习情况和考评情况给出总体评价；
应用环境单元，根据课程单元的教学要求，将学生置于接近现实的工作场景中，在所述工作场景中指导学生完成课程或完成考评；
调整单元，包括教学调整单元和考评调整单元，根据教学要求和学生心理状态调整教学和考评内容；
预测单元，根据心理分析单元给出的学生状态与评价单元给出的总体评价，给出所述学生在心理状态最好与最差情况下所能达到水平。
3.如权利要求1-2任一项所述的基于数据交换网络的在线教学考评系统，其特征在于，所述生理监控单元，包括：
面部特征监测单元，用于监控学生面部特征，进而对学生的心理状态作出基于面部特征的评价；
语音监控单元，用于监控学生语音中音量、语速、停顿等特征，进而对学生的心理状态作出基于语音特征的评价；
皮肤监测单元，用于监控学生的脉搏与皮肤湿润程度，进而对学生的心理状态作出基于皮肤特征的评价；
以及，
动作监控单元，用于监控学生身体动作，进而对学生的心理状态作出基于动作特征的评价。
4.如权利要求1-3任一项所述的基于数据交换网络的在线教学考评系统，其特征在于，所述的动作监控单元，包括：
眼部监控单元，用于监控学生眼部的动作，进而对学生的心理状态作出基于眼部特征的评价；
以及，
手势监控单元，用于监控学生肢体末端挥动的速度和加速度，进而对学生的心理状态作出基于手势特征的评价。
5.如权利要求1-4任一项所述的基于数据交换网络的在线教学考评系统，其特征在于，所述心理分析单元，包括：
第一判定单元，用于判定面部特征检测单元、语音监测单元所作出心理状态评价的一致性；
第二判定单元，在面部特征监测单元与语音监测单元给出心理状态评价不一致时，用皮肤监测单元和/或动作监控单元所作出的心理状态评价进一步判断学生的心理状态；
人工判定单元，在上述判定单元无法准确确定心理状态时，系统进入人工判定模式，生成第一、第二判定单元给出的心理状态，在此基础上，由教师人工给出心理状态，并录入系统。
6.如权利要求1-5任一项所述的基于数据交换网络的在线教学考评系统，其特征在于，所述应用环境单元，包括：
1)虚拟现实单元，模拟产生教学环境所需三维空间的场景，提供学生在所述环境下关于视觉、听觉、触觉的模拟；
或，
2)增强现实单元，将教学环境所需虚拟信息应用到真实教学场景，使得真实的教学场景和虚拟的物体或信息实时地叠加到同一个画面或空间同时存在；
或，
3)虚拟现实单元与增强现实单元的组合。
7.一种基于数据交换网络的在线教学考评方法，其特征在于，包括如下步骤：
S10：学生登录及注册课程；
S20：教学课程单元根据学生注册课程的需求，通过应用环境单元，生成现实的工作场景，在所述场景中向学生提供教学课程；
S30：在教学过程中，对学生生理体征进行监控；
S40：对学生生理体征所反映出的心理状态进行综合分析；
S50：根据教学要求和学生心理状态调整教学课程，使教学课程与学生心理状态相匹配，并进行随堂测试，同时记录此过程中的心理状态成绩；
S60：在教学课程完成后，进入考评课程环节，根据学生注册课程的要求，通过应用环境单元，生成现实的工作场景，在场景中对学生进行考评；
S70：在考评过程中，对学生生理体征进行监控；
S80：对学生生理体征所反映出的心理状态进行综合分析；
S90：根据教学要求和学生心理状态调整考评内容，使考评内容与学生心理状态相匹配，并进行考试测试，同时记录此过程中的心理状态成绩；
S100：根据学生在S50步骤中的随堂测试成绩和心理状态成绩、S90步骤中的考试测试成绩和心理状态成绩，对学生给出关于所述课程的总体评价，并给出学生在心理状态最好与心理状态最差情况下所能达到的水平。
8.如权利要求7所述的基于数据交换网络的在线教学考评方法，其特征在于，所述生理体征监控，包括：
通过面部特征监测单元，监控学生面部特征，进而对学生的心理状态作出基于面部特征的评价；
通过语音监控单元，监控学生语音中音量、语速、停顿等特征，进而对学生的心理状态作出基于语音特征的评价；
通过皮肤监测单元，监控学生的脉搏与皮肤湿润程度，进而对学生的心理状态作出基于皮肤特征的评价；
以及，
通过动作监控单元，监控学生身体动作，进而对学生的心理状态作出基于动作特征的评价。
9.如权利要求7-8任一项所述的基于数据交换网络的在线教学考评方法，其特征在于，所述的动作监控，包括：
通过眼部监控单元，监控学生眼部的动作，进而对学生的心理状态作出基于眼部特征的评价；
以及，
通过手势监控单元，监控学生肢体末端挥动的速度和加速度，进而对学生的心理状态作出基于手势特征的评价。
10.如权利要求7-9任一项所述的基于数据交换网络的在线教学考评方法，其特征在于，所述心理状态综合分析，包括：
利用第一判定单元，判定面部特征检测单元、语音监测单元所作出心理状态评价的一致性；
利用第二判定单元，在面部特征监测单元与语音监测单元给出心理状态评价不一致时，用皮肤监测单元和/或动作监控单元所作出的心理状态评价进一步判断学生的心理状态；
在上述判定单元无法准确确定心理状态时，进入人工判定模式，生成第一、第二判定单元给出的心理状态，在此基础上，由教师人工给出心理状态，并录入系统。
11.如权利要求7-10任一所述的基于数据交换网络的在线教学考评方法，其特征在于，通过应用环境单元生成现实工作场景，包括：
1)通过虚拟现实单元，模拟产生教学环境所需三维空间的场景，提供学生在所述环境下关于视觉、听觉、触觉的模拟；
或，
2)通过增强现实单元，将教学环境所需虚拟信息应用到真实教学场景，使得真实的教学场景和虚拟的物体或信息实时地叠加到同一个画面或空间同时存在；
或，
3)通过虚拟现实与增强现实组合生成工作场景。
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