CN108600674A - 实践记录仪 - Google Patents
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Abstract
本发明实践记录仪涉及一种信息存储设备，特别是一种适用于高校实践教学的实践记录仪。包括壳体和本体，本体安装在中空的壳体内，本体包括控制模块、存储模块、语音模块、电源模块和信息接收/发送模块，存储模块和信息接收/发送模块、存储模块以及语音模块分别与控制模块相连，电源模块为控制模块、存储模块以及信息接收/发送模块提供工作电能；在壳体上装有摄像头、麦克风、数据传输接口、显示屏和按键，显示屏和按键分别与控制模块相连。采用基于人工智能的实践课程评价模式，识别学生实践课程的到课情况、课堂表现及其实践技能掌握程度等，通过课堂实时记录成绩的方式对每个学生的实践课程表现给予客观合理的评价。
Description
技术领域
本发明实践记录仪涉及一种信息存储设备，特别是一种适用于高校实践教学的实践记录仪。
背景技术
实践教学是高等院校人才培养方案的重要组成部分，也是全面实现人才培养目标的重要教学环节。为了提高实践课程的教学质量，使学生能够掌握实践技能，在实践课程中保持主动、积极的学习状态，同时也使教师对学生的学习过程进行公正、科学的评价，就必须构建科学的、切实有效的实践课程考核评价模式。
实践课程的考核评价通常由3个方面组成：学生上课态度（包括出勤、纪律等）、实践技能掌握情况（实际操作正确程度）以及报告撰写情况（通常是实训报告）。根据给3项内容（每项内容满分暂定为100分）赋予不同的比例得出学生最终的实践考核成绩。目前在进行实践考核过程中由于学生数量多，教师通常难以顾及每个学生在课堂中的表现，因此实践课程考核存在较强的主观性和随意性。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处提供一种实践记录仪，利用人工智能技术，实现对实践教学的过程存储及动态考核。
本发明是采取以下技术方案实现的：
实践记录仪包括壳体和本体，本体安装在中空的壳体内，本体包括控制模块、存储模块、语音模块、电源模块和信息接收/发送模块，存储模块和信息接收/发送模块、存储模块以及语音模块分别与控制模块相连，电源模块为控制模块、存储模块以及信息接收/发送模块提供工作电能。
所述语音模块采用语音芯片，实现录音和播放的功能。
在壳体上装有摄像头，摄像头的信号输出端和控制端与控制模块相连，通过控制模块实现摄像控制和数据存储。
在壳体上设有麦克风，用于输入语音信息。
所述控制模块采用市售的ARM单片机作为控制芯片，在控制芯片开发平台上移植了linux操作系统，qt图像化界面库和opencv计算机视觉库，用于实现基于此嵌入式平台的人脸识别系统。
存储模块采用存储芯片，在存储芯片内设有学生基本信息库、学生成绩信息库和实训信息库，学生基本信息库中以学生的学号为唯一ID，对应记录每个学生的学籍信息、学分信息、照片以及课程信息；所述学生成绩信息库中存储学生考勤成绩、课堂表现成绩、实训操作成绩及实训报告成绩；所述实训信息库中储存有实训课程编号、内容和对应得分点信息；实训信息库中的实训课程编号以及对应得分点信息与成绩信息库中的实训操作成绩相关联，便于后期根据得分点信息得出实训操作成绩。
在壳体上设有数据传输接口，所述接口为USB接口、串口、红外线接口和蓝牙接口等；数据传输接口内部通过传输线与控制模块相连。
在壳体上还设有显示屏和按键，显示屏和按键分别与控制模块相连，教师可通过显示屏查看学生的信息，通过按键输入对学生的评价信息。
在壳体上设有电源开关，电源开关与电源模块相连，实现电源接通和断开。
本发明的外壳采用防水防摔防尘材料，在外壳上还设有喇叭，能把学生实时得分信息以语音形式公布出来。
通过在壳体上设置卡夹，解决佩戴方便的问题。
本发明优点：采用基于人工智能的实践课程评价模式，识别学生实践课程的到课情况、课堂表现及其实践技能掌握程度等，通过课堂实时记录成绩的方式对每个学生的实践课程表现给予客观合理的评价，促使学生提高实践课程的参与度，牢固系统地掌握课程基本知识。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的组成模块示意图；
图3是本发明实施例中涉及的学生基本信息库举例；
图4是本发明实施例中涉及的学生成绩信息库举例；
图5是本发明实施例中涉及的实训信息库举例；
图6是本发明实施例中涉及的控制芯片的控制原理图；
图7是本发明实施例中涉及的人脸识别系统工作流程图。
图中：1、壳体，2、摄像头，3、麦克风，4、USB接口，5、显示屏，6、按键，7、卡夹，8、电源开关，9、串口。
具体实施方式
参照附图1，本发明实践记录仪包括壳体1和本体，本体安装在中空的壳体1内，在壳体1上装有摄像头2、麦克风3、USB接口4、电源开关8、串口9、显示屏5和按键6，本发明还通过在壳体1上设置卡夹7，解决佩戴方便的问题。
参照附图2，本体安装在中空的壳体1内，本体包括控制模块、存储模块、语音模块、电源模块和信息接收/发送模块，存储模块和信息接收/发送模块、存储模块以及语音模块分别与控制模块相连，电源模块为控制模块、存储模块以及信息接收/发送模块提供工作电能。
所述语音模块采用语音芯片，实现录音和播放的功能。所述语音芯片可以采用市售的ISD2560语音芯片。
摄像头2的信号输出端和控制端与控制模块相连，通过控制模块实现摄像控制和数据存储。
数据传输接口内部通过传输线与控制模块相连；壳体上还设有显示屏和按键，显示屏和按键分别与控制模块相连，教师可通过显示屏查看学生的信息，通过按键输入对学生的评价信息。
在壳体上设有电源开关，电源开关与电源模块相连，实现电源接通和断开。
所述控制模块采用市售的ARM单片机作为控制芯片，在控制芯片开发平台上移植了linux操作系统，qt图像化界面库和opencv计算机视觉库，用于实现基于此嵌入式平台的人脸识别系统。
ARM单片机采用了新型的32位ARM核处理器，使其在指令系统、总线结构、调试技术、功耗以及性价比等方面都超过了传统的51系列单片机，同时ARM单片机在芯片内部集成了大量的片内外设，所以功能和可靠性都大大提高。具有统一和固定长度的指令域，使指令集和指令译码都大大简化；具有一个大而统一的寄存器文件，大多数数据操作都在寄存器中完成，使指令执行速度更快；采用加载/存储结构，使数据处理时只对寄存器操作，而不直接对存储器操作；寻址方式简单而灵活，所有加载/存储的地址都只由寄存器的内容和指令域决定，执行效率高；每一条数据处理指令都对算术逻辑单元和移位寄存器进行控制，以最大限度的提高算术逻辑单元和移存器的利用率；采用自动增减地址的寻址方式，有利于优化循环程序的执行；引入多寄存器加载/存储指令，有利于实现数据吞吐量的最大化。
图6所示，本发明控制模块的控制芯片采用三星公司的ARM9系列S3C2410，工作频率可达到203 MHz，可满足系统对计算速度的要求。该处理器内置2个USB HOST，本系统可用来挂载USB摄像头。核心板的尺寸仅相当于名片的2/3大小。
S3C2410处理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T处理器核，采用FBGA封装，采用0.18um制造工艺的32位微控制器。该处理器拥有：独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache，MMU，支持TFT的LCD控制器，NAND闪存控制器，3路UART，4路DMA，4路带PWM的Timer ，I/O口，RTC，8路10位ADC，Touch Screen接口，IIC-BUS 接口，IIS-BUS 接口，2个USB主机，1个USB设备，SD主机和MMC接口，2路SPI。S3C2410处理器最高可运行在203MHz。
摄像头采用市售的网眼2000摄像头，内部是含CMOS传感器的OV511+芯片。CMOS传感器采用感光元件作为影像捕获的基本手段，核心是1个感光二极管，该二极管在接受光线照射之后能够产生输出电流，而电流的强度则与光照的强度对应。相对CCD图像传感器，CMOS传感器具有成本低廉的优点。该摄像头通过USB接口与ARM9处理器通信。
图2所示，语音信息经过麦克风传到语音模块，由语音模块进行指令比对后，送入单片机进行判断后，将判断结果输出到显示屏显示，并存储到存储模块中。
存储模块采用市售的华芯DRAM芯片作为存储芯片，在存储芯片内设有学生基本信息库、学生成绩信息库和实训信息库，学生基本信息库中以学生的学号为唯一ID，对应记录每个学生的学籍信息、学分信息、照片以及课程信息；所述学生成绩信息库中存储学生考勤成绩、课堂表现成绩、实训操作成绩及实训报告成绩；所述实训信息库中储存有实训课程编号、内容和对应得分点信息；实训信息库中的实训课程编号以及对应得分点信息与成绩信息库中的实训操作成绩相关联，便于后期根据得分点信息得出实训操作成绩。
本记录仪使用时，通过人脸识别系统或语音模块识别学生，并将学生信息记录在学生成绩信息库中，教师通过按键输入对学生的学分评价，记录在学生学分记录库中，实时生成学生实训成绩表，并能显示在显示屏上，非常便捷。
附图3所示，是本发明实施例中涉及的学生基本信息库，该学生基本信息库以学号为唯一ID，还对应设有序号、姓名、性别、课程名称、课程编号、学分和照片字段，用以记录学生相对应的基础信息，上述字段可以根据实际需要添加或删减，本实施例的字段中填写的数据均为虚拟的。
附图4所示，是本发明实施例中涉及的学生成绩信息库，设有学号、序号、姓名、性别、考勤、课堂表现、实训操作、实训报告和综合成绩字段，用以记录学生成绩，上述字段可以根据实际需要添加或删减，本实施例的字段中填写的数据均为虚拟的。
附图5所示，是本发明实施例中涉及的实训信息库，设有序号、实训课程名称、实训课程编号、得分点1～得分点N字段，N为不为0的自然数，得分点N字段中记录的是每个实训课程的要求，教室可以按照要求点来打分，最终由单片机根据公式计算出总分。上述字段可以根据实际需要添加或删减，本实施例的字段中填写的数据均为虚拟的。
学生基本信息库和学生成绩信息库通过学号信息相对应，学生基本信息库和实训信息库通过实训课程编号（课程编号）相匹配。
本发明记录仪使用时，包括如下步骤：
1）导入学生基本信息和实训信息
1-1）在上课前利用USB数据线由电脑端将学生的基本信息导入学生基本信息库，所述学生的基本信息包括学生名单、学生照片等；
1-2）将实践课程操作要点（即得分点）导入实训信息库；
2）学生实践操作时用仪器进行记录,分别实现如下功能，
2-1)考勤，基于人脸识别算法，通过与导入的学生名单比对，记录在学生成绩信息库中，识别学生的出勤率；
2-2)记录学生上课态度（课堂表现），基于语音识别和人脸识别，记录学生实践过程中的语言，教师通过学生行为记录学生表现，主要记录是否有打闹、喧哗等减分项，记录1次扣除相应预设的分值；预设的分值在实训信息库中记录；
2-3）记录学生实际操作，根据实践前输入正确操作得分点，现场判断得分点操作正确与否，即可得出学生的实践操作能力得分；
2-4）实训报告存储，对教师批改的实训报告成绩进行存储，按照比例计算实践考核最终分值，例如：考勤、纪律*20%+实际操作*50%+实训报告*30%。
2-5）信息反馈，存储学生实践过程中的表现，对于学生的表现进行统计分析并反馈。
图7所示为本实施例中人脸识别系统工作流程图，经过人脸图像采集及检测、人脸图像预处理、人脸图像特征提取以及匹配与识别后，将最终匹配识别结果发送到显示屏进行显示，并将成功匹配后的学生信息记录在学生成绩信息库中，以备后期实践考评使用。
本发明经过试验，能较好地实现既定功能，并可大幅度减少教师的负担，简化了实践课程的评分。
Claims (8)
1.一种实践记录仪，其特征在于：包括壳体和本体，本体安装在中空的壳体内，本体包括控制模块、存储模块、语音模块、电源模块和信息接收/发送模块，存储模块和信息接收/发送模块、存储模块以及语音模块分别与控制模块相连，电源模块为控制模块、存储模块以及信息接收/发送模块提供工作电能；
所述语音模块采用语音芯片，实现录音和播放的功能；
在壳体上装有摄像头，摄像头的信号输出端和控制端与控制模块相连，通过控制模块实现摄像控制和数据存储；
在壳体上设有麦克风，用于输入语音信息；
所述控制模块采用市售的ARM单片机作为控制芯片；
存储模块采用存储芯片，在存储芯片内设有学生基本信息库、学生成绩信息库和实训信息库；
在壳体上设有数据传输接口，数据传输接口内部通过传输线与控制模块相连；
在壳体上还设有显示屏和按键，显示屏和按键分别与控制模块相连。
2.根据权利要求1所述的实践记录仪，其特征在于：所述接口为USB接口、串口、红外线接口和蓝牙接口。
3.根据权利要求1所述的实践记录仪，其特征在于：在壳体上设有电源开关，电源开关与电源模块相连，实现电源接通和断开。
4.根据权利要求1所述的实践记录仪，其特征在于：壳体采用防水防摔防尘材料，在外壳上还设有喇叭。
5.根据权利要求1所述的实践记录仪，其特征在于：在壳体上设置卡夹。
6.根据权利要求1所述的实践记录仪，其特征在于：在所述控制芯片的开发平台上移植了linux操作系统，qt图像化界面库和opencv计算机视觉库，用于实现基于此嵌入式平台的人脸识别系统。
7.根据权利要求1所述的实践记录仪，其特征在于：所述学生基本信息库中以学生的学号为唯一ID，对应记录每个学生的学籍信息、学分信息、照片以及课程信息；所述学生成绩信息库中存储学生考勤成绩、课堂表现成绩、实训操作成绩及实训报告成绩；所述实训信息库中储存有实训课程编号、内容和对应得分点信息；实训信息库中的实训课程编号以及对应得分点信息与成绩信息库中的实训操作成绩相关联，便于后期根据得分点信息得出实训操作成绩。
8.权利要求1所述的实践记录仪的工作记录方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）在上课前利用USB数据线由电脑端导入学生名单，其中包括学生照片；导入实践课程操作要点，即得分点；
2）学生实践操作时用仪器进行记录；
2-1）考勤，基于人脸识别算法，通过与导入的学生名单比对，记录在学生成绩信息库中，识别学生的出勤率；
2-2)记录学生上课态度，即课堂表现，基于语音识别和人脸识别，记录学生实践过程中的语言，教师通过学生行为记录学生表现，记录是否有打闹、喧哗等减分项，记录1次扣除相应预设的分值；
2-3）记录学生实际操作，根据实践前输入正确操作得分点，现场判断得分点操作正确与否，即得出学生的实践操作能力得分；
2-4）实训报告存储，对教师批改的实训报告成绩进行存储，按照比例计算实践考核最终分值；
2-5）信息反馈，存储学生实践过程中的表现，对于学生的表现进行统计并在显示屏上进行显示。
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