CN108108903A - 课堂教学质量评估系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及教学管理系统技术领域，具体为一种课堂教学质量评估系统，包括数据存储模块、课堂数据采集模块、视频分析模块、音频分析模块、课堂内容评估模块、课堂氛围评估模块、课堂效果评估模块以及评分模块，课堂数据采集模块用于采集教室内的视频数据和音频数据；视频分析模块用于识别视频数据中人员的身份、人数、动作和姿态；视频分析模块用于识别语音数据中教师讲话内容和学生的讲话内容；课堂氛围评估模块用于根据学生的动作和姿态统计师生互动次数和学生互动积极率。本发明提供的课堂教学质量评估系统，能够解决现有课堂教学质量评价过程中存在的评价结果主观性大的问题。

Description

课堂教学质量评估系统

技术领域

本发明涉及教学管理系统技术领域，具体而言，涉及一种课堂教学质量评估系统。

背景技术

课堂教学仍然是高等教育最基础和最重要的教学组织形式，同时也是实现人才培养目标、保证并提高教育质量的最重要环节。

为了校验每节课后教师的教学效果和质量，现在有些学校会在教室讲完课程后让学生对教师的课堂教学质量进行评价。

但是，在学生评价中，学生带着感情色彩打分的现象非常普遍，评价结果不够客观。

发明内容

本发明意在提供一种课堂教学质量评估系统，能够解决现有课堂教学质量评价过程中存在的评价结果主观性大的问题。

为了解决上述技术问题，本专利提供如下基础技术方案：

课堂教学质量评估系统，包括：

课堂数据采集模块，所述课堂数据采集模块用于采集教室内的视频数据和音频数据；

视频分析模块，所述视频分析模块用于识别视频数据中人员的身份、人数、动作和姿态；

音频分析模块，所述视频分析模块用于识别语音数据中教师讲话内容和学生的讲话内容；

课堂内容评估模块，所述课堂内容评估模块用于根据教师的讲课内容统计教师讲课内容出现的知识点覆盖率和重点知识点命中率；

课堂氛围评估模块，所述课堂氛围评估模块用于根据学生的动作和姿态统计师生互动次数和学生互动积极率；

课堂效果评估模块，所述教学效果评估模块用于根据学生动作统计学生听课率、学生低头率和学生睡觉率；

评分模块，用于根据评估数据对课堂教学质量进行评分，所述评估数据包括知识点覆盖率、重点知识点命中率、师生互动次数、学生互动积极率、学生听课率、学生低头率和学生睡觉率。

本发明技术方案中，通过设置课堂数据采集模块可以实时采集课堂内的视频数据和音频数据，通过视频分析模块和音频分析模块对教师和学生的言行姿态进行识别，课堂内容评估模块通过对教师讲课内容的识别和匹配，判断教师讲课内容的知识点覆盖范围是否全面以及重点是否突出；课堂氛围评估模块根据教师和学生的动作姿态，筛选出学生回答问题的动作，记录课堂上师生互动次数，根据学生互动的人数，再通过相应的计算，例如计算互动学生的占比，即可得到学生互动积极率；课堂效果评估模块根据学生的上课时的动作，例如看讲台的动作、低头玩手机的动作、趴着睡觉的动作等，统计并计算学生听课率、学生低头率和学生睡觉率；以上三个模块分别从教学内容、教学方法和教学效果三个方面对教师的课堂教学质量进行评估生成相应的评估数据，然后由评分模块根据这些评估数据对教师的课堂教学质量进行量化评分。

本方案可以对课堂上教师的授课质量和学生听课质量进行实时的监控和评价，从教学内容、教学方法到教学效果进行全面、综合而又客观的评估，为授课教师事后了解和改进讲课内容以及学校跟踪课堂教学质量提供了量化的数据指标。

进一步，所述课堂氛围评估模块包括互动评估模块，所述互动评估模块包括举手动作记录子模块、划分子模块、互动记录子模块，所述举手动作记录子模块用于根据动作识别的结果将视频数据中学生的举手动作按时间依次记录，所述划分子模块用于根据相邻的两个举手动作之间的时间差值将整节课程划分为不同的互动区间，所述互动记录子模块用于统计互动区间的个数并以统计的结果作为师生互动次数。

通过视频数据检测举手动作之间的间隔差值，将大于预设值的两次举手划分为不同的互动，自动记录互动的次数，无需其他传感器，简单快速。

进一步，所述课堂氛围评估模块包括积极性评估模块，所述积极性评估模块包括举手次数统计子模块、积极性数据计算子模块，所述举手次数统计子模块能够根据举手动作记录子模块记录的举手动作统计课堂上学生总的举手次数，所述积极性计算子模块用于根据学生总的举手次数和师生互动次数数据计算每次互动的平均举手次数，所述积极性计算子模块还用于计算平均举手次数占教室内学生总人数的比例，并以该比例作为学生互动积极率。

通过计算平均举手次数占出勤总人数的比例作为学生互动积极率，可以消除不同课程由于课程本身学生人数的不同而带来的影像，更加公平。

进一步，所述课堂效果评估模块包括学生状态检测模块，所述学生状态检测模块用于根据学生的动作和动作的持续时间判断教室内的学生状态，所述学生状态包括听课状态、睡觉状态和低头状态。

通过动作和动作持续的时间判断教室内学生是否在认真听课，是否在低头玩手机，是否在睡觉，通过增加持续时间的判断可以提高识别的准确度。

进一步，所述课堂效果评估模块包括听课率评估模块，所述听课率评估模块包括听课人数检测子模块，所述听课人数检测子模块能够按照固定的时间间隔检测教室内处于听课状态的学生人数，听课率计算子模块，所述听课率计算子模块用于统计听课人数检测子模块每次的检测结果并计算处于听课状态的学生人数的平均值，所述听课率计算子模块以该平均值占教室内学生总人数的比例作为听课率。

通过固定的时间间隔来多次记录听课人数，计算听课人数的平均值，并计算听课率，可以更加全面真实的反应出学生对课程的兴趣。

进一步，所述课堂内容评估模块包括：

标准知识点获取模块，所述标准知识点获取模块能够获取待评估课堂所对应的课程的所有标准知识点和标准重点知识点；

知识点数量统计模块，所述知识点数量统计模块能够记录教师讲课过程中所讲述的知识点的个数以及每个知识点出现的频率；

重点命中率评估模块，所述重点命中率评估模块能够根据知识点出现的频率提取教师讲课内容中的重点知识点，并计算教师讲述的重点知识点占该课程的标准重点知识点的比例，生成重点知识点命中率；

覆盖范围评估模块，所述范围评估模块能够根据知识点的个数和标准知识点的个数生成知识点覆盖率。

标准知识点和标准重点知识点指的是课程大纲所规定的知识点和重点知识点，其预先存储在本法的课堂教学质量评估系统中。通过记录知识点出现的频率可以获取教师讲课的重点，只要与该课程标准的重点范围进行对比即可得知该教师讲授的课程重点是否突出；通过知识点数量判断教师讲授的知识点的范围，通过与该课程标准的知识点范围进行对比，即可得知该教师教学知识点范围是否合理，是否有适当的知识点延伸或拓展等。

附图说明

图1为本发明课堂教学质量评估系统实施例的逻辑框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

如图1所示，本实施例课堂教学质量评估系统包括数据存储模块、课堂数据采集模块、视频分析模块、音频分析模块、课堂内容评估模块、课堂氛围评估模块、课堂效果评估模块以及评分模块。

数据存储模块存储有待评估课程的课程数据，课程数据包括课程基本数据、身份识别数据、课程内容数据、教案文档等；课程基本数据包括课程上课时间、上课地点、上课讲师、上课学生人数等，身份识别数据包括全校师生所有人的人脸识别数据、教师声纹码数据等，课程内容数据包括课程标准知识点关键词、标准重点知识点关键词等。

课堂数据采集模块用于采集教室内的视频数据和音频数据；课堂数据采集模块包括视频数据采集模块和音频数据采集模块，分别用于采集教师内的视频数据和音频数据，视频数据采集模块可以为设置在教室中的高清摄像头，为了能够全面的获取教室内的视频数据，摄像头可以设置多个，然后通过图像合成的算法将各个摄像头的图像拼接起来，同理音频数据采集模块也可以为均匀分布在教室内的麦克风组成，通过音频算法合成最终的音频数据，音频处理算法以及视频图像的处理算法都可以采用现有的技术，只要能够保证视频采集模块能够覆盖整个教室的范围，采集到教室内所有学生以及教师的面部以及肢体动作，音频采集模块能够采集到教室内任意一学生正常说话的声音即可，在此不再赘述。

视频分析模块用于识别视频数据中人员的身份、人数、动作和姿态。视频分析模块包括人脸识别子模块和动作识别子模块，人脸识别子模块用于识别处视频数据中的教师和学生，动作识别子模块用于识别视频数据中学生动作或姿势，本实施例中，动作识别模块主要用于识别学生低头姿势、学生睡觉姿势、看黑板的姿势等；人脸识别技术方案和动作识别的技术方案均为现有技术。

分析模块用于识别语音数据中教师讲话内容和学生的讲话内容。音频分析模块包括声纹码分离子模块和语义识别子模块，声纹码分离模块用于根据教师的声纹码特征数据从音频数据中将教师和学生的音频进行分离，语义识别子模块用于识别教师和学生的讲话内容。

课堂内容评估模块用于根据教师的讲课内容统计教师讲课内容出现的知识点覆盖率和重点知识点命中率。

课堂内容评估模块包括：

标准知识点获取模块，标准知识点获取模块能够从数据存储模块中获取待评估课堂所对应的课程的所有标准知识点和标准重点知识点；

知识点匹配模块，知识点匹配模块用于从教师讲课的内容中匹配预设的知识点关键词；

知识点数量统计模块，知识点数量统计模块能够记录教师讲课过程中所讲述的知识点的个数以及每个知识点出现的频率；

重点命中率评估模块，重点命中率评估模块能够根据知识点出现的频率提取教师讲课内容中的重点知识点，并计算教师讲述的重点知识点占该课程的标准重点知识点的比例，生成重点知识点命中率；

重点知识点讲述评估模块，重点知识点讲述评估模块能够根据重点知识点出现的时间，判断教师讲述每个重点知识点的花费的时间，并与标准重点知识点应该的讲述时长进行比较，判断讲师讲述重点知识点是否过快，重点知识点讲述评估模块用于统计教师讲课过程中重点知识点讲述过快的个数，教师讲述重点知识点所花费的时间低于标准重点知识点推荐的讲述时长，则很有可能是教师未认真进行讲解，通过累计这些讲解过快的重点知识点的个数可以及时地反映出这些问题；

覆盖范围评估模块，范围评估模块能够根据知识点的个数和标准知识点的个数生成知识点覆盖率。

课堂氛围评估模块用于根据学生的动作和姿态统计师生互动次数和学生互动积极率。课堂氛围评估模块包括互动评估模块，互动评估模块包括举手动作记录子模块、划分子模块、互动记录子模块，举手动作记录子模块用于根据动作识别的结果将视频数据中学生的举手动作按时间依次记录，划分子模块用于根据相邻的两个举手动作之间的时间差值将整节课程划分为不同的互动区间，互动记录子模块用于统计互动区间的个数并以统计的结果作为师生互动次数。

课堂氛围评估模块包括积极性评估模块，积极性评估模块包括举手次数统计子模块、积极性数据计算子模块，举手次数统计子模块能够根据举手动作记录子模块记录的举手动作统计课堂上学生总的举手次数，积极性计算子模块用于根据学生总的举手次数和师生互动次数数据计算每次互动的平均举手次数，积极性计算子模块还用于计算平均举手次数占教室内学生总人数的比例，并以该比例作为学生互动积极率。

教学效果评估模块用于根据学生动作统计学生听课率、学生低头率和学生睡觉率；课堂效果评估模块包括学生状态检测模块，学生状态检测模块用于根据学生的动作和动作的持续时间判断教室内的学生状态，例如学生趴在桌上时间超过5分钟即判定为睡觉状态，学生盯着黑板时间超过1分钟判定为听课状态，学生低头超过2分钟认定为低头状态，学生状态包括听课状态、睡觉状态和低头状态。

课堂效果评估模块包括听课率评估模块、睡觉率评估模块和低头率评估模块。

听课率评估模块包括听课人数检测子模块和听课率计算子模块，听课人数检测子模块能够按照固定的时间间隔检测并记录教室内处于听课状态的学生人数，听课率计算子模块用于统计听课人数检测子模块每次的检测结果并计算处于听课状态的学生人数的平均值，听课率计算子模块以该平均值占教室内学生总人数的比例作为听课率；

睡觉率评估模块包括睡觉人数检测子模块和睡觉率计算子模块，睡觉人数检测子模块用于按照固定的时间间隔检测并记录教师内处于听课状态的学生人数，睡觉率计算子模块用于计算一堂课上睡觉的平均人数，并计算睡觉人数占总的学生人数的占比作为学生睡觉率。

同理，低头率评估模块包括低头人数检测子模块和低头率计算子模块，分别用于统计和计算低头人数和学生低头率。本实施例中上述的时间间隔均为10分钟。记录下来的每一次检测所得到的听课人数、睡觉人数、低头人数可以用于后期学校或老师对教学过程进行分析，例如某个时刻听课人数明显增多，则可以根据老师在当时所讲的内容和讲课的方式进行具体的分析，以提高教学效果。

评分模块用于根据评估数据对课堂教学质量进行评分，具体的评分模块按照预设的权重，根据知识点覆盖率、重点知识点命中率和重点知识点讲述过快个数求和计算出教学内容评分，根据师生互动次数和学生互动积极率加权求和，计算出教学氛围评分，根据学生低头率、睡觉率、听课率计算出教学效果评分，并对教学内容评分、教学氛围评分和教学效果评分进行加权求和，计算出该堂课的教学质量评分。

为了更加清楚的解释本实施例的工作过程，本实施例还公开了一种使用了该课堂教学质量评估系统的课堂教学质量评估方法，该方法包括以下步骤：

数据采集步骤，课堂数据采集模块采集教室内的视频数据和音频数据；

视频分析步骤，视频分析模块对视频数据进行分析，识别视频中人员的身份、姿势和动作；

音频分析步骤，音频分析模块识别教师的讲话内容；

课堂内容评估步骤，课堂内容评估模块根据教师的讲课内容统计教师讲课内容出现的知识点，生成知识点覆盖率和重点知识点命中率；

课堂氛围评估步骤，课堂效果评估模块根据学生的动作和姿态统计师生互动次数和学生互动积极率；

课堂效果评估步骤，课堂效果评估模块根据学生动作和姿态，统计听课、低头和睡觉的学生数量，生成学生听课率、学生低头率和学生睡觉率；

评分量化步骤，评分模块根据评估数据生成课堂教学质量评分。

课堂氛围评估步骤包括师生互动次数统计步骤，师生互动次数统计步骤具体包括：

步骤一：课堂氛围评估模块根据学生动作将视频数据中学生的举手动作按时间依次记录；

步骤二：课堂氛围评估模块计算相邻的两个举手动作开始时间之间的差值，将开始时间的差值小于预设值的举手动作划分为同一次互动区间，将开始时间的差值大于预设值的举手动作划分为不同的互动区间，从而将整节课程划分为多个的互动区间；

步骤三：课堂氛围评估模块统计互动区间的总次数作为师生互动次数。

课堂氛围评估步骤包括学生互动积极性统计步骤，学生互动积极性统计步骤具体包括：

步骤一：课堂氛围评估模块统计每次互动中举手的人数；

步骤二：课堂氛围评估模块根据师生互动次数计算每次互动的平均举手人数；

步骤三：课堂氛围评估模块计算平均举手人数占学生总人数的比例，并以该比例作为学生互动积极率。

课堂效果评估步骤具体包括：

学生状态检测步骤，课堂效果评估模块检测学生的学生状态，学生状态包括听课状态、睡觉状态和低头状态；

学生听课率统计步骤，课堂效果评估模块统计听课状态的学生人数计算学生听课率；

学生低头率统计步骤，课堂效果评估模块统计低头状态的学生人数计算学生低头率；

学生睡觉率统计步骤，课堂效果评估模块统计睡觉状态的学生人数计算学生睡觉率；

其中，学生状态检测步骤具体包括以下步骤：

步骤一：课堂效果评估模块选出姿势或动作与听课状态、睡觉状态或低头状态相匹配的学生；

步骤二：课堂效果评估模块检测每一个在步骤一中选出的学生的动作或姿势持续的时间，并判断持续的时间是否大于对应的学生状态的预设值，若是，则判断学生处于相应的学生状态，若否，则判断该学生不处于该学生状态；

步骤三：课堂效果评估模块等待固定的时间间隔后执行步骤一。

学生听课率统计步骤具体包括以下步骤：

步骤一：课堂效果评估模块记录学生状态检测步骤每一次检测结果中处于听课状态的学生人数；

步骤二：课堂效果评估模块根据状态检测步骤检测的次数，计算处于听课状态的学生的平均人数；

步骤三：课堂效果评估模块计算步骤二中的平均人数占总学生人数的比例，以该比例作为学生听课率。

课堂内容评估步骤具体包括以下步骤：

步骤一：课堂内容评估模块获取待评价课堂所对应课程的所有标准知识点和标准重点知识点；

步骤二：课堂内容评估模块将教师讲话内容与该课程标准知识点进行匹配，统计知识点的个数和每个知识点出现的频率数；

步骤三：课堂内容评估模块将频率最高的前N个知识点与该课程标准重点知识点进行匹配，记录匹配的个数并以所匹配的个数占标准重点知识点的个数的比例作为重点知识点命中率；

步骤四：知识点评估模块计算该堂课程出现的知识点个数占该课程标准知识点个数的百分比，并将该百分比作为知识点覆盖率；步骤五：课堂内容评估模块对于频率最高的前N个知识点，依次执行步骤六至步骤八；本实施例中N优选为5个；

步骤六：课堂内容评估模块记录该知识点在课堂讲课过程中出现的时间，课堂内容评估模块，判断相邻两次知识点出现的时间差是否小于预设值，若是则将其归为一组，若否，则归为不同的组；

步骤七：课堂内容评估模块查看每一组内知识点出现的次数，若是小于预设次数，则直接舍去，若是大于预设次数，则根据每一组的开始时间和结束时间计算每一组的时长，并计算所有组的总时长；

步骤八：课堂内容评估模块判断该知识点的总时长和标准重点知识点的推荐讲述时长进行比较，如果小于推荐讲述时长则进行统计记录，如果大于推荐讲述时长则不记录；

步骤九：课堂内容评估模块统计所有小于推荐讲述时长的重点知识点的个数，生成重点知识点讲述过快的个数。

评分量化步骤具体包括以下步骤：

步骤一：将知识点覆盖率和重点知识点命中率按照预设的权重求和得出教学内容评分；

步骤二：将师生互动次数和学生互动积极率按照预设的权重求和得出教学氛围评分；

步骤三：将学生低头率、睡觉率、听课率按照预设的权重求和计得出教学效果评分；

步骤四：对教学内容评分、教学氛围评分和教学效果评分按照预设的权重进行加权求和，计算出该堂课的教学质量评分。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.课堂教学质量评估系统，其特征在于：包括：

课堂数据采集模块，所述课堂数据采集模块用于采集教室内的视频数据和音频数据；

视频分析模块，所述视频分析模块用于识别视频数据中人员的身份、人数、动作和姿态；

音频分析模块，所述音频分析模块用于识别语音数据中教师讲话内容和学生的讲话内容；

课堂内容评估模块，所述课堂内容评估模块用于根据教师的讲课内容统计教师讲课内容出现的知识点覆盖率和重点知识点命中率；

课堂氛围评估模块，所述课堂氛围评估模块用于根据学生的动作和姿态统计师生互动次数和学生互动积极率；

课堂效果评估模块，所述教学效果评估模块用于根据学生动作统计学生听课率、学生低头率和学生睡觉率；

评分模块，用于根据评估数据对课堂教学质量进行评分，所述评估数据包括知识点覆盖率、重点知识点命中率、师生互动次数、学生互动积极率、学生听课率、学生低头率和学生睡觉率。

2.根据权利要求1所述的课堂教学质量评估系统，其特征在于：所述课堂氛围评估模块包括互动评估模块，所述互动评估模块包括举手动作记录子模块、划分子模块、互动记录子模块，所述举手动作记录子模块用于根据动作识别的结果将视频数据中学生的举手动作按时间依次记录，所述划分子模块用于根据相邻的两个举手动作之间的时间差值将整节课程划分为不同的互动区间，所述互动记录子模块用于统计互动区间的个数并以统计的结果作为师生互动次数。

3.根据权利要求1所述的课堂教学质量评估系统，其特征在于：所述课堂氛围评估模块包括积极性评估模块，所述积极性评估模块包括举手次数统计子模块、积极性数据计算子模块，所述举手次数统计子模块能够根据举手动作记录子模块记录的举手动作统计课堂上学生总的举手次数，所述积极性计算子模块用于根据学生总的举手次数和师生互动次数数据计算每次互动的平均举手次数，所述积极性计算子模块还用于计算平均举手次数占教室内学生总人数的比例，并以该比例作为学生互动积极率。

4.根据权利要求1所述的课堂教学质量评估系统，其特征在于：所述课堂效果评估模块包括学生状态检测模块，所述学生状态检测模块用于根据学生的动作和动作的持续时间判断教室内的学生状态，所述学生状态包括听课状态、睡觉状态和低头状态。

5.根据权利要求1所述的课堂教学质量评估系统，其特征在于：所述课堂效果评估模块包括听课率评估模块，所述听课率评估模块包括听课人数检测子模块，所述听课人数检测子模块能够按照固定的时间间隔检测教室内处于听课状态的学生人数，听课率计算子模块，所述听课率计算子模块用于统计听课人数检测子模块每次的检测结果并计算处于听课状态的学生人数的平均值，所述听课率计算子模块以该平均值占教室内学生总人数的比例作为听课率。

6.根据权利要求1所述的课堂教学质量评估系统，其特征在于：所述课堂内容评估模块包括：

标准知识点获取子模块，所述标准知识点获取子模块能够获取待评估课堂所对应的课程的所有标准知识点和标准重点知识点；

知识点数量统计子模块，所述知识点数量统计子模块能够记录教师讲课过程中所讲述的知识点的个数以及每个知识点出现的频率；

重点命中评估子模块，所述重点评估子模块能够根据知识点出现的频率提取教师讲课内容中的重点知识点，并计算教师讲述的重点知识点占该课程的标准重点知识点的比例，生成重点知识点命中率；

覆盖范围评估子模块，所述范围评估子模块能够根据知识点的个数和标准知识点的个数生成知识点覆盖率。