CN108597278A - 一种中小学生数字化课堂智能交互教学系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种中小学生数字化课堂智能交互教学系统，包括服务器端、教学端和若干个学习端；服务器端包括习题单元，教学端从服务器端获取其中一习题单元后，将当前习题发送至与其通讯连接的各个学习端；各个学习端包括第一存储单元，第一存储单元用于存储每个习题的答题过程录像及每个习题的答题结果，并将答题过程录像和答题结果发送至教学端；教学端包括第二存储单元和分析单元，第二存储单元用于存储每个学习端反馈的答题过程录像及答题结果，分析单元用于根据各个学习端反馈的答题结果分析每个习题的正确率，并将各个习题按照正确率进行排序显示。本发明的技术方案有利于智能分析学生的答题结果，提高教师与学生的交互质量。

Description

一种中小学生数字化课堂智能交互教学系统

技术领域

本发明涉及智能教学系统技术领域，尤其涉及一种中小学生数字化课堂智能交互教学系统。

背景技术

在中小学生的教学过程中，数字化课堂的应用越来越广泛。传统的数字化课堂中，教师可以采用多媒体教学方式使教学互动更加丰富多彩，但是教师无法科学有效地评估学生的课堂学习成效，也无法得知学生对课堂知识的消化吸收结果，教师与学生的交互质量不高。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种中小学生数字化课堂智能交互教学系统，旨在智能分析学生的答题结果，科学有效地评估学生的课堂学习成效，以提高教师与学生的交互质量。

为实现上述目的，本发明提出的中小学生数字化课堂智能交互教学系统包括服务器端、教学端和与所述教学端通讯连接的若干个学习端；所述教学端与所述服务器端通讯连接；所述服务器端包括若干个习题单元，所述教学端从所述服务器端获取其中一所述习题单元作为当前习题后，将所述当前习题发送至与其通讯连接的各个所述学习端；各个所述学习端包括第一存储单元，所述第一存储单元用于存储每个习题的答题过程录像及每个习题的答题结果，并将所述答题过程录像和所述答题结果发送至所述教学端；所述教学端包括第二存储单元和分析单元，所述第二存储单元用于存储每个所述学习端反馈的答题过程录像及答题结果，所述分析单元用于根据各个所述学习端反馈的答题结果分析每个习题的正确率，并将各个习题按照正确率进行排序显示。

优选地，所述学习端还包括展示单元，所述展示单元用于接收并显示所述教学端发送的答题过程录像。

优选地，所述第一存储单元还用于存储每个习题的答题时间，并将所述答题时间发送至所述教学端，所述分析单元用于计算各个所述学习端反馈的每个习题的答题时间均值，并将各个习题按照答题时间均值进行排序显示。

优选地，各个所述学习端分别与所述服务器端通讯连接。

优选地，所述学习端包括摄像单元和人脸图像识别单元，所述摄像单元按照设定的时间间隔获取位于所述学习端的学习者的人脸图像，所述人脸图像识别单元用于将所述人脸图像与设定图像进行比对，以判断学习者的学习状态，并将学习状态的判断结果发送至所述教学端。

优选地，所述学习端还包括提示单元，当所述人脸图像与所述设定图像的比对结果不一致时，所述提示单元发出提示信号。

优选地，各个所述学习端分别设置有与智能移动终端通讯连接的通讯接口。

优选地，所述教学端设置有与智能移动终端通讯连接的通讯接口。

优选地，所述教学端和所述服务器端分别包括学习平台干预模型单元；所述学习平台干预模型单元用于追踪、积累及筛选学习者在所述学习端在线学习的行为数据，以根据所述行为数据识别出现学习危机的学习者，并发出预警信号和提供个性化干预对策。

优选地，所述教学端和所述服务器端分别包括学习数据分析仪表盘单元；所述学习数据仪表盘单元用于展示学习者在所述学习端的个性化学习进展，并用于形成学习者的学习成绩报告。

本发明技术方案中，中小学生数字化课堂智能交互教学系统，包括服务器端、教学端和与所述教学端通讯连接的若干个学习端；所述教学端与所述服务器端通讯连接；所述服务器端包括若干个习题单元，所述教学端从所述服务器端获取其中一所述习题单元作为当前习题后，将所述当前习题发送至与其通讯连接的各个所述学习端，学习端直接通过教学端获取到当前习题，以降低寻找当前习题造成的课堂时间浪费，有利于提高课堂学习效率；各个所述学习端的所述第一存储单元用于存储每个习题的答题过程录像及每个习题的答题结果，并将所述答题过程录像和所述答题结果发送至所述教学端，答题过程录像是各个学生答题过程的动态体现，可以详细记录学生的答题思路，以便于教师在教学端查看每个学生的动态答题过程；所述教学端的所述分析单元，用于根据各个所述学习端反馈的答题结果分析每个习题的正确率，并将各个习题按照正确率进行排序显示，教师能够了解学生对当前知识的消化吸收效果，并对正确率较低的知识点进行重点分析和解答。因此，本发明的技术方案有利于智能分析学生的答题结果，提高教师与学生的交互质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明中小学生数字化课堂智能交互教学系统一实施例的功能模块示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	服务器端	11	习题单元
20	教学端	21	第二存储单元
				22	分析单元	30	学习端
31	第一存储单元	32	展示单元
				33	摄像单元	34	人脸图像识别单元
35	提示单元

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种中小学生数字化课堂智能交互教学系统。

请参照图1，为实现上述目的，在本发明一实施例中，该中小学生数字化课堂智能交互教学系统包括服务器端10、教学端20和与所述教学端20通讯连接的若干个学习端30；所述教学端20与所述服务器端10通讯连接；所述服务器端10包括若干个习题单元11，所述教学端20从所述服务器端10获取其中一所述习题单元11作为当前习题后，将所述当前习题发送至与其通讯连接的各个所述学习端30；各个所述学习端30包括第一存储单元31，所述第一存储单元31用于存储每个习题的答题过程录像及每个习题的答题结果，并将所述答题过程录像和所述答题结果发送至所述教学端20；所述教学端20包括第二存储单元21和分析单元22，所述第二存储单元21用于存储每个所述学习端30反馈的答题过程录像及答题结果，所述分析单元22用于根据各个所述学习端30反馈的答题结果分析每个习题的正确率，并将各个习题按照正确率进行排序显示。

本发明技术方案中，中小学生数字化课堂智能交互教学系统，包括服务器端10、教学端20和与所述教学端20通讯连接的若干个学习端30；所述教学端20与所述服务器端10通讯连接；所述服务器端10包括若干个习题单元11，所述教学端20从所述服务器端10获取其中一所述习题单元11作为当前习题后，将所述当前习题发送至与其通讯连接的各个所述学习端30，学习端30直接通过教学端20获取到当前习题，以降低寻找当前习题造成的课堂时间浪费，有利于提高课堂学习效率；各个所述学习端30的所述第一存储单元31用于存储每个习题的答题过程录像及每个习题的答题结果，并将所述答题过程录像和所述答题结果发送至所述教学端20，答题过程录像是各个学生答题过程的动态体现，可以详细记录学生的答题思路，以便于教师在教学端20查看每个学生的动态答题过程；所述教学端20的所述分析单元22，用于根据各个所述学习端30反馈的答题结果分析每个习题的正确率，并将各个习题按照正确率进行排序显示，教师能够了解学生对当前知识的消化吸收效果，并对正确率较低的知识点进行重点分析和解答。因此，本发明的技术方案有利于智能分析学生的答题结果，提高教师与学生的交互质量。

具体的，答题过程录像可以在侦测到学习端30学习者进入当前习题起开始录像，并在侦测到学习端30学习者结束最后一道习题解答后结束录像；也可以在每个习题下设置录像启动和结束功能按键，以在相应按键被触控时对应启动或结束录像；还可以当在每个习题下的设定区域内侦测到学习者进行触控操作或者其他设定操作时，启动对该习题的录像，当侦测到学习者在其他习题内进行触控操作或者其他设定操作时，结束对该习题的录像。

优选地，所述学习端30还包括展示单元32，所述展示单元32用于接收并显示所述教学端20发送的答题过程录像。所述展示单元32中可以显示教学端20发送的答题过程录像，因此，教师可以将某一学生的答题过程向每位学生进行展示，以便于有针对性地进行习题分析和答疑。

优选地，所述第一存储单元31还用于存储每个习题的答题时间，并将所述答题时间发送至所述教学端20，所述分析单元22用于计算各个所述学习端30反馈的每个习题的答题时间均值，并将各个习题按照答题时间均值进行排序显示。答题时间均值反映各道习题的难易程度或学生的掌握程度，教学端20可以设置排序方式按键，以供教师选择习题的排序方式，例如，可以按照正确率进行排序，也可以切换至按照答题时间均值排序，或者将正确率排序和答题时间均值排序分列两栏同时显示。

优选地，各个所述学习端30分别与所述服务器端10通讯连接。各个学习端30分别与服务器端10通讯连接，可以将各个学习端30的答题过程录像及答题结果实时发送至服务器端10，以降低学习端30的存储硬件要求，教师端可以直接向服务器端10请求下载答题过程录像及答题结果。

优选地，所述学习端30包括摄像单元33和人脸图像识别单元34，所述摄像单元33按照设定的时间间隔获取位于所述学习端30的学习者的人脸图像，所述人脸图像识别单元34用于将所述人脸图像与设定图像进行比对，以判断学习者的学习状态，并将学习状态的判断结果发送至所述教学端20。人脸图像识别单元34可以与设定图像比对，在一具体实施例中，可以将人脸图像中的嘴巴的动作与瞳孔的位置与设定图像比对，例如，当嘴巴持续张开和关闭，或者嘴巴张开过大，且瞳孔位置不处于设定范围内时，可以判断学习端30的学习者的注视范围不在学习端30的当前界面，或者学习端30的学习者处于交谈状态，并不处于进行习题解答的学习状态。

进一步地，将学习端30学习者的学习状态判断结果发送至教学端20时，可以将人脸图像也发送至教学端20，判断结果可以用文字或图形显示，以表示该学习端30学习者处于“学习状态”或“非学习状态”，在状态的判断结果的显示位置，还可以直接显示在该学习端30获取的人脸图像，或者人脸图像链接，以供教学端20学习者查看。

所述学习端30还包括提示单元35，当所述人脸图像与所述设定图像的比对结果不一致时，所述提示单元35发出提示信号。所述提示单元35发出的提示信号可以根据需要设置，例如，提示信号可以为声音提示(如语音提示)、文字提示或图形提示中的任意一种或多种，提示信号既可以仅显示在学习端30，以提示学习者尽快进入学习状态，也可以发送至教学端20，以使教师注意到该学习端30的学生，促使教师去监督学生学习。

优选地，各个所述学习端30分别设置有与智能移动终端通讯连接的通讯接口。学习端30与智能移动终端通讯连接，以使智能移动终端学习者可以查看到与其连接的学习端30的习题解答状态，例如，智能移动终端学习者可以查看习题解答录像以及学习状态判断结果，以便于家长了解学生的学习情况，实现学生与家长的交互。

优选地，所述教学端20设置有与智能移动终端通讯连接的通讯接口。教学端20与智能移动终端通讯连接，以使智能移动终端学习者可以查看到所有教学端20的数据，例如，智能移动终端学习者可以查看到习题正确率排序和习题解答均值排序，以使家长了解整个班级的学习情况，实现学校与家长的交互。

在学术领域，研究人员主要通过数学统计、文本挖掘、数据分析、机器学习、分布式计算等技术与方法，对教育大数据进行采集与存储、建模与处理、可视化分析与呈现。因此，进一步地，所述教学端20和所述服务器端10还可以分别包括学习平台干预模型单元；所述学习平台干预模型单元用于追踪、积累及筛选学习者在所述学习端30在线学习的行为数据，以根据所述行为数据识别出现学习危机的学习者，并发出预警信号和提供个性化干预对策，有助于增强用户的学习动机和学习质量。

学习平台干预模型单元可以对各个所述学习端30进行学习数据挖掘、学习者行为数据挖掘、学习偏好判断、学习兴趣排定和学习效果预警和干预。其中，学习数据挖掘和学习者行为数据挖掘可以通过数据挖掘系统实现，学习偏好判断和学习兴趣排定可以通过建模分析方法实现。

优选地，所述教学端20和所述服务器端10还可以分别包括学习数据分析仪表盘单元；所述学习数据仪表盘单元用于展示学习者在所述学习端30的个性化学习进展，并用于形成学习者的学习成绩报告，以实现数据可视化呈现。

基于柯氏四层评价模型、贝叶斯知识跟踪模型、数据可视化原则和HTML5网页图形技术，开发了学习数据分析仪表盘单元，学习数据分析仪表盘单元是一种学习支持工具，可以展示学习者个性化学习进展和取得的成绩报告，帮助其自我量化、反思与改进。

本发明的技术方案中，研究人员可以根据教学端20和服务器端10存储的学习端30数据，进行基础教育大数据挖掘与可视化分析技术研究；并可以开展文本数据的挖掘、信息检索、语义抽取等研究工作；进一步地，教学端20和服务器端10还可以分别包括学习平台交互模块单元，研究人员还可以归纳学习平台交互模块单元中学习者的言语行为特征，以及进行言语行为模式关联文本数据的提取；同时，基于知识、行为、兴趣的数据，可以构建三者联合模型，刻画学习者的学习特征；更进一步地，关联学习者的学习特征，还可以研究学习资源推送机制、学习路径评估和优化技术。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种中小学生数字化课堂智能交互教学系统，其特征在于，包括服务器端、教学端和与所述教学端通讯连接的若干个学习端；所述教学端与所述服务器端通讯连接；所述服务器端包括若干个习题单元，所述教学端从所述服务器端获取其中一所述习题单元作为当前习题后，将所述当前习题发送至与其通讯连接的各个所述学习端；各个所述学习端包括第一存储单元，所述第一存储单元用于存储每个习题的答题过程录像及每个习题的答题结果，并将所述答题过程录像和所述答题结果发送至所述教学端；所述教学端包括第二存储单元和分析单元，所述第二存储单元用于存储每个所述学习端反馈的答题过程录像及答题结果，所述分析单元用于根据各个所述学习端反馈的答题结果分析每个习题的正确率，并将各个习题按照正确率进行排序显示。

2.如权利要求1所述的中小学生数字化课堂智能交互教学系统，其特征在于，所述学习端还包括展示单元，所述展示单元用于接收并显示所述教学端发送的答题过程录像。

3.如权利要求1所述的中小学生数字化课堂智能交互教学系统，其特征在于，所述第一存储单元还用于存储每个习题的答题时间，并将所述答题时间发送至所述教学端，所述分析单元用于计算各个所述学习端反馈的每个习题的答题时间均值，并将各个习题按照答题时间均值进行排序显示。

4.如权利要求1所述的中小学生数字化课堂智能交互教学系统，其特征在于，各个所述学习端分别与所述服务器端通讯连接。

5.如权利要求1至4中任一项所述的中小学生数字化课堂智能交互教学系统，其特征在于，所述学习端包括摄像单元和人脸图像识别单元，所述摄像单元按照设定的时间间隔获取位于所述学习端的学习者的人脸图像，所述人脸图像识别单元用于将所述人脸图像与设定图像进行比对，以判断学习者的学习状态，并将学习状态的判断结果发送至所述教学端。

6.如权利要求5所述的中小学生数字化课堂智能交互教学系统，其特征在于，所述学习端还包括提示单元，当所述人脸图像与所述设定图像的比对结果不一致时，所述提示单元发出提示信号。

7.如权利要求6所述的中小学生数字化课堂智能交互教学系统，其特征在于，各个所述学习端分别设置有与智能移动终端通讯连接的通讯接口。

8.如权利要求7所述的中小学生数字化课堂智能交互教学系统，其特征在于，所述教学端设置有与智能移动终端通讯连接的通讯接口。

9.如权利要求1至4中任一项所述的中小学生数字化课堂智能交互教学系统，其特征在于，所述教学端和所述服务器端分别包括学习平台干预模型单元；所述学习平台干预模型单元用于追踪、积累及筛选学习者在所述学习端在线学习的行为数据，以根据所述行为数据识别出现学习危机的学习者，并发出预警信号和提供个性化干预对策。

10.如权利要求1至4中任一项所述的中小学生数字化课堂智能交互教学系统，其特征在于，所述教学端和所述服务器端分别包括学习数据分析仪表盘单元；所述学习数据仪表盘单元用于展示学习者在所述学习端的个性化学习进展，并用于形成学习者的学习成绩报告。