CN108735021A - 一种用于学生作业的智能辅导系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于学生作业的智能辅导系统，包括：图像采集器、中央控制器、存储器、显示器和教师终端；该系统以采集获得的作业页面图像为基础，通过对图像中设定的答题区域进行识别，能够判定各项作业题是否已经答完，从而起到初步检查作业的功能；在判定作业题已作答的情况下，进一步从书写的答题内容中辨识出文字信息，以文字信息作为数据分析的依据，能够深入了解学生的答题对错情况，同时通过向学生发送启发消息，以启发学生根据显示的信息进一步思考，激发学生的潜力，使得学生能够独立完成作业的修改，完全替代家长以真正做到作业辅导功能；另外，通过将中央控制器与教师终端进行数据交互，能够将学生作答的作业及时反馈给老师。
Description
技术领域
本发明涉及智能教学设备技术领域，具体涉及一种用于学生作业的智能辅导系统。
背景技术
在传统的教学模式中，教师布置作业给学生，学生根据教师在课堂上传授的知识完成纸质作业，然后向教师递交纸质作业本，由教师进行批阅，批阅完成后再发放给学生，此过程中耗费时间较长；另外，学生普遍是在家完成作业，为了保证学生的作业质量，需要家长来检查作业并指导学生改正错误，尤其对小学生而言，因其自学能力不足，对作业答题的对错还不能有明确的判断，更需要家长给予指导。
然而，现在大部分的学生、家长都忙于工作，下班后很少再能抽出时间来辅导学生的作业，学生当天的家庭作业质量也就不能有一个可靠的保障。根据现在普遍的教学情况来看，小学生的作业也具有一定难度，家长辅导起来也会有一定困难，有的作业题需要家长花费时间去研究，这是多数家长烦恼的事情。
随着电子技术的发展，市场上出现了各种各样的辅导学生学习的智能学习设备，例如：常见的电子词典、点读机、学习机等。然而，在对学生进行课后作业学习、辅导时，现有的智能学习设备都只能对针对客观题(例如选择题或者判断题)的正误进行判断，而对于填空题、连线题、简答题等主观题的答题情况无从判断；另外，现有的答题学习设备在判断正误后并无详细讲解，对学生的辅导效果有限。
发明内容
本发明的目的在于，为解决现有的电子助学设备无法实现对作业检查、辅导功能的技术问题，提供一种用于学生作业的智能辅导系统，该系统能够实时监测并指导学生完成作业，并将完成的作业能够及时反馈给教师，从而实现了学生在无家长监管的情况下自主完成作业的功能。
为实现上述目的，本发明提供的一种用于学生作业的智能辅导系统，该系统具体包括：图像采集器、中央控制器、存储器、显示器和教师终端；
所述的图像采集器用于采集学生作业页面中的图像，并发送至中央控制器；
所述的中央控制器用于在图像内识别学生手写的答题内容的位置，以判定各项作业题是否已作答，并在答题内容中辨识获得文字信息，将各项作业题对应的所有关键字与文字信息进行逐一匹配，当存在未匹配成功的关键字时，将未匹配的关键字所对应的启发信息通过显示器显示给学生，否则将作业题对应的标准答案通过显示器显示给学生，该中央控制器还用于实时记录学生的作答状态、答题内容、向学生显示的启发信息、学生的修改内容，并将记录的所有信息发送至教师终端；
所述的存储器用于存储各项作业题的标准答案、标准答案中记载的各种知识点对应的关键字、与关键字关联的启发信息；
所述显示器的信号输入端与中央控制器连接，用于显示中央控制器输出的信息；
所述的教师终端与中央控制器采用无线传输方式连接，用于与中央控制器进行数据交互。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的图像采集器包括：图像扫描仪、灰度处理模块、图像校正模块、图像二值化处理模块；
所述的图像扫描仪用于扫描作业页面以获取页面图像，所述作业页面的四个边角处均设置有锚点；
所述的灰度处理模块用于对页面图像进行灰度处理，得到所述作业页面的灰度图像；
所述的图像校正模块用于识别灰度图像内的锚点信息，并根据锚点信息对灰度图像进行校正；
所述的图像二值化处理模块用于对校正后的灰度图像进行二值化处理，并将处理后的灰度图像发送至中央控制器。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的中央控制器包括：答题区域分析模块、文字辨识模块、信息匹配模块、信息输出模块、信息记录模块；
所述的答题区域分析模块用于接收图像采集器输出的图像，根据图像分析获得作业页面上的答题区域，以识别答题区域的答题内容，当识别得到答题内容时，将答题内容截图并发送至文字辨识模块，当识别未得到答题内容时，触发信息输出模块向显示器发送作业题未作答消息；
所述的文字辨识模块用于在答题内容中辨识获得文字信息，并将文字信息发送至信息匹配模块；
所述的信息匹配模块用于将各项作业题对应的所有关键字与文字信息进行逐一匹配，当存在未匹配成功的关键字时，从存储器内提取未匹配的关键字所对应的启发信息，并触发信息输出模块向显示器发送该启发信息，当不存在未匹配成功的关键字时，从存储器内提取作业题对应的标准答案，并触发信息输出模块向显示器发送该标准答案；
所述的信息记录模块用于实时记录学生的作答状态、答题内容、向学生显示的启发信息、学生的修改内容，并将记录的所有信息发送至教师终端。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的文字辨识模块包括：OCR识别模块和输出端口；
所述的OCR识别模块用于接收答题内容的截图，从截图中识别获得文字信息，并将文字信息通过输出端口发送至信息匹配模块。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的启发信息包括：教师提供的知识点相关的口述音频信号、视频片段、书面记载的文字或图形数据。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括家长终端，所述的家长终端与中央控制器、教师终端采用无线传输方式连接，该家长终端用于接收由中央控制器记录的所有信息，以及教师终端发送的批注信息，所述的批注信息是由教师根据学生提交的作业答题内容进行批改并上传至教师终端的信息。
本发明的一种用于学生作业的智能辅导系统优点在于：
本发明的学生作业智能辅导系统以采集获得的作业页面图像为基础，通过对图像中设定的答题区域进行识别，能够判定各项作业题是否已经答完，从而起到初步检查作业的功能；在判定作业题已作答的情况下，进一步从书写的答题内容中辨识出文字信息，以文字信息作为数据分析的依据，能够深入了解学生的答题对错情况，同时通过向学生发送启发消息，以启发学生根据显示的信息进一步思考，激发学生的潜力，使得学生能够独立完成作业的修改，完全替代家长以真正做到作业辅导功能；另外，通过将中央控制器与教师终端进行数据交互，能够将学生作答的作业及时反馈给老师。
附图说明
图1为本发明提供的一种用于学生作业的智能辅导系统结构示意图；
图2为本发明实施例中提供的图像采集器结构示意图；
图3为本发明一个实施例中提供的中央控制器结构示意图；
图4为本发明另一个实施例中提供的中央控制器结构示意图；
图5为本发明实施例提供的中央控制器中文字辨识模块结构示意图；
图6为本发明实施例中提供的学生作业页面设计图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明所述的一种用于学生作业的智能辅导系统进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种用于学生作业的智能辅导系统，该系统具体包括：图像采集器、中央控制器、存储器、显示器和教师终端。
所述的图像采集器用于采集学生作业页面中的图像，并发送至中央控制器；
所述的中央控制器用于在图像内识别学生手写的答题内容的位置，以判定各项作业题是否已作答，并在答题内容中辨识获得文字信息，将各项作业题对应的所有关键字与文字信息进行逐一匹配，当存在未匹配成功的关键字时，将未匹配的关键字所对应的启发信息通过显示器显示给学生，否则将作业题对应的标准答案通过显示器显示给学生，该中央控制器还用于实时记录学生的作答状态、答题内容、向学生显示的启发信息、学生的修改内容，并将记录的所有信息发送至教师终端；
所述的存储器用于存储各项作业题的标准答案、标准答案中记载的各种知识点对应的关键字、与关键字关联的启发信息；
所述显示器的信号输入端与中央控制器连接，用于显示中央控制器输出的信息；
所述的教师终端与中央控制器采用无线传输方式连接，用于与中央控制器进行数据交互。
本发明的学生作业智能辅导系统以采集获得的作业页面图像为基础，通过对图像中设定的答题区域进行识别，能够判定各项作业题是否已经答完，从而起到初步检查作业的功能。在判定作业题已作答的情况下，进一步从书写的答题内容中辨识出文字信息，以文字信息作为数据分析的依据，能够深入了解学生的答题对错情况，并给予辅助指导。
众所周知，教师给学生分派家庭作业的目的主要是为了检测学生对课堂上讲解的知识点的掌握程度；对于某道作业题，一般会含有多个知识点，而每个知识点都是以语句形式表达的，标准答案的语句中会含有一些重要的关键字能够直接反映到知识点；为此，本发明的系统通过将标准答案中的关键字与相关的知识点建立关系，然后从识别获得的文字信息中检索这些关键字，当某个关键字匹配成功时，即表示学生已答出了该关键字所对应的知识点，相反地，当某个关键字未匹配成功时，即表示学生未答出相关的知识点，由此实现对学生作业答题对错情况的检查功能。
进一步地，对于家长辅导学生作业而言，其目的不仅仅是为了纠正学生的错误，更重要的是为了给予启示，诱导学生针对错题进行思考，以此来不断地提高学生的思维能力和自主学习能力。为此，本发明的系统将未匹配的关键字所对应的启发信息通过显示器显示给学生，以启发学生根据显示的信息进一步思考，激发学生的潜力，使得学生能够独立完成作业的修改，真正做到作业辅导功能，避免因标准答案全部显示而剥夺了学生的思考空间。
基于上述结构的智能辅导系统，为实现作业页面中的图像采集功能，如图2所示，所述的图像采集器可包括：图像扫描仪、灰度处理模块、图像校正模块、图像二值化处理模块。
所述的图像扫描仪用于扫描作业页面以获取页面图像，所述作业页面的四个边角处均设置有锚点；
所述的灰度处理模块用于对页面图像进行灰度处理，得到所述作业页面的灰度图像；
所述的图像校正模块用于识别灰度图像内的锚点信息，并根据锚点信息对灰度图像进行校正；
所述的图像二值化处理模块用于对校正后的灰度图像进行二值化处理，并将处理后的灰度图像发送至中央控制器。
如图6所示，为本发明实施例中按照指定的规则设计制作而成的学生作业页面示意(粗线为答题区域，细线为习题)，在作业页面的四个边角处均设置有一锚点。在图像校正过程中，根据扫描获取的四个锚点的大小和形状判断四个锚点是否符合规范；若四个锚点相对大小和形状与制作电子页面时设计的相对大小和形状均相同，则四个锚点符合规范。
本发明的图像采集器首先采用扫描仪扫描页面以获取页面图像，然后对所述页面图像进行灰度处理，得到所述页面的灰度图像；识别所述灰度图像上的锚点信息，并根据所述锚点信息对所述灰度图像进行校正；最后对校正后的灰度图像进行二值化处理，以二值化处理后的灰度图像作为分析答题内容的依据，以识别答题区域是否存在学生手写的文字。
为了实现学生作业检查及辅导功能，如图3所示，本实施例中的中央控制器可包括：答题区域分析模块、文字辨识模块、信息匹配模块、信息输出模块、信息记录模块。
所述的答题区域分析模块用于接收图像采集器输出的图像，根据图像分析获得作业页面上的答题区域，以识别答题区域的答题内容，当识别得到答题内容时，将答题内容截图并发送至文字辨识模块，当识别未得到答题内容时，触发信息输出模块向显示器发送作业题未作答消息；
所述的文字辨识模块用于在答题内容中辨识获得文字信息，并将文字信息发送至信息匹配模块；
所述的信息匹配模块用于将各项作业题对应的所有关键字与文字信息进行逐一匹配，当存在未匹配成功的关键字时，从存储器内提取未匹配的关键字所对应的启发信息，并触发信息输出模块向显示器发送该启发信息，当不存在未匹配成功的关键字时，从存储器内提取作业题对应的标准答案，并触发信息输出模块向显示器发送该标准答案；
所述的信息记录模块用于实时记录学生的作答状态、答题内容、向学生显示的启发信息、学生的修改内容，并将记录的所有信息发送至教师终端。
所述的启发信息可包括：教师提供的知识点相关的口述音频信号、视频片段、书面记载的文字或图形数据。
进一步地，为了实现学生答题内容的文字识别功能，如图5所示，所述的文字辨识模块可包括：OCR识别模块和输出端口。
所述的OCR识别模块用于接收答题内容的截图，从截图中识别获得文字信息，并将文字信息通过输出端口发送至信息匹配模块。
OCR(Optical Character Recognition，光学字符识别)是指电子设备(例如扫描仪或数码相机)检查纸上打印的字符，通过检测暗、亮的模式确定其形状，然后用字符识别方法将形状翻译成计算机文字的过程；即，针对印刷体字符，采用光学的方式将纸质文档中的文字转换成为黑白点阵的图像文件，并通过识别软件将图像中的文字转换成文本格式，供文字处理软件进一步编辑加工的技术。采用OCR识别技术,可显著减轻考试题手动录入的工作量，减少重复劳动。
另外，基于上述结构的中央控制器，如图4所示，本发明另一个实施例中的中央控制器还可包括家长终端，所述的家长终端与中央控制器、教师终端采用无线传输方式连接，该家长终端用于接收由中央控制器记录的所有信息，以及教师终端发送的批注信息，所述的批注信息是由教师根据学生提交的作业答题内容进行批改并上传至教师终端的信息。
学生每次完成作业的数据通过教师终端反馈给老师，老师可由学生的作业完成情况来分析其对课堂知识点的掌握情况，从而进一步可以了解到整个班级的学习状况分布，以便更加有针对性地调整教学内容，帮助学生提高学习成绩。同样地，在资源共享的情况下，家长以家长终端接收从教师终端转发的、经老师批注的学生作业数据，以便于知晓学生的作业完成情况，了解学生当前的学习状况，更有针对性的对学生进行课后辅导。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种用于学生作业的智能辅导系统，其特征在于，包括：图像采集器、中央控制器、存储器、显示器和教师终端；
所述的图像采集器用于采集学生作业页面中的图像，并发送至中央控制器；
所述的中央控制器用于在图像内识别学生手写的答题内容的位置，以判定各项作业题是否已作答，并在答题内容中辨识获得文字信息，将各项作业题对应的所有关键字与文字信息进行逐一匹配，当存在未匹配成功的关键字时，将未匹配的关键字所对应的启发信息通过显示器显示给学生，否则将作业题对应的标准答案通过显示器显示给学生，该中央控制器还用于实时记录学生的作答状态、答题内容、向学生显示的启发信息、学生的修改内容，并将记录的所有信息发送至教师终端；
所述的存储器用于存储各项作业题的标准答案、标准答案中记载的各种知识点对应的关键字、与关键字关联的启发信息；
所述显示器的信号输入端与中央控制器连接，用于显示中央控制器输出的信息；
所述的教师终端与中央控制器采用无线传输方式连接，用于与中央控制器进行数据交互。
2.根据权利要求1所述的用于学生作业的智能辅导系统，其特征在于，所述的图像采集器包括：图像扫描仪、灰度处理模块、图像校正模块、图像二值化处理模块；
所述的图像扫描仪用于扫描作业页面以获取页面图像，所述作业页面的四个边角处均设置有锚点；
所述的灰度处理模块用于对页面图像进行灰度处理，得到所述作业页面的灰度图像；
所述的图像校正模块用于识别灰度图像内的锚点信息，并根据锚点信息对灰度图像进行校正；
所述的图像二值化处理模块用于对校正后的灰度图像进行二值化处理，并将处理后的灰度图像发送至中央控制器。
3.根据权利要求1所述的用于学生作业的智能辅导系统，其特征在于，所述的中央控制器包括：答题区域分析模块、文字辨识模块、信息匹配模块、信息输出模块、信息记录模块；
所述的答题区域分析模块用于接收图像采集器输出的图像，根据图像分析获得作业页面上的答题区域，以识别答题区域的答题内容，当识别得到答题内容时，将答题内容截图并发送至文字辨识模块，当识别未得到答题内容时，触发信息输出模块向显示器发送作业题未作答消息；
所述的文字辨识模块用于在答题内容中辨识获得文字信息，并将文字信息发送至信息匹配模块；
所述的信息匹配模块用于将各项作业题对应的所有关键字与文字信息进行逐一匹配，当存在未匹配成功的关键字时，从存储器内提取未匹配的关键字所对应的启发信息，并触发信息输出模块向显示器发送该启发信息，当不存在未匹配成功的关键字时，从存储器内提取作业题对应的标准答案，并触发信息输出模块向显示器发送该标准答案；
所述的信息记录模块用于实时记录学生的作答状态、答题内容、向学生显示的启发信息、学生的修改内容，并将记录的所有信息发送至教师终端。
4.根据权利要求3所述的用于学生作业的智能辅导系统，其特征在于，所述的文字辨识模块包括：OCR识别模块和输出端口；
所述的OCR识别模块用于接收答题内容的截图，从截图中识别获得文字信息，并将文字信息通过输出端口发送至信息匹配模块。
5.根据权利要求1所述的用于学生作业的智能辅导系统，其特征在于，所述的启发信息包括：教师提供的知识点相关的口述音频信号、视频片段、书面记载的文字或图形数据。
6.根据权利要求1所述的用于学生作业的智能辅导系统，其特征在于，还包括家长终端，所述的家长终端与中央控制器、教师终端采用无线传输方式连接，该家长终端用于接收由中央控制器记录的所有信息，以及教师终端发送的批注信息，所述的批注信息是由教师根据学生提交的作业答题内容进行批改并上传至教师终端的信息。
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