CN109817041A - 多功能教学系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种多功能教学系统，包括：电子显示设备，用于根据所在教室ID和当前时间信息在课程规划列表中获取相对应的班级信息、授课教师信息和科目信息，并进行显示；教学终端设备，包括教学操控终端和显示终端；教学操控终端包括接收单元和处理单元；处理单元用于根据文件调用指令调用相对应的教学文件，并发送给显示终端；显示终端，用于对教学文件进行显示；学习终端设备，通过网络与教学终端设备相连接，包括学习操控终端和VR显示设备；录播设备，用于接收教学终端设备发送的录制指令，对课堂进行录制，生成可视化课堂数据；环境控制设备，与教室内的窗帘控制单元、灯光控制单元和空调控制单元相连。

Description

多功能教学系统

技术领域

本发明涉及数据处理领域，尤其涉及一种多功能教学系统。

背景技术

教室是教师向学生传授课业的场所，现在学校的教室大多依旧是传统的教室，传统的教室存在如下缺点：学生或老师在流动教室上课时，常常会走错教室，进而发生上课迟到的现象；而且，现有的教室无论是在教学方式、课堂互动、教学环境、课堂监控、互动交流的方面都只能通过人工去控制，不够智能化、多元化，从而无法提升课堂效率和增强教学效果。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种多功能教学系统，能够实现教学方式、课堂互动、教学环境、课堂监控、互动交流的智能化控制，从而提升课堂效率和增强教学效果。

有鉴于此，本发明实施例提供了一种多功能教学系统，包括：

电子显示设备，用于根据所在教室ID和当前时间信息在课程规划列表中获取相对应的班级信息、授课教师信息和科目信息，并进行显示；其中，所述课程规划列表中包括不同教室在不同时间段对应的班级信息、授课教师信息和科目信息；

教学终端设备，包括教学操控终端和显示终端；所述教学操控终端包括接收单元和处理单元，其中，所述接收单元用于接收授课教师输入的文件调用指令，并发送给所述处理单元；所述处理单元用于根据所述文件调用指令调用相对应的教学文件，并发送给所述显示终端；所述显示终端，用于对教学文件进行显示；

学习终端设备，通过网络与所述教学终端设备相连接，包括学习操控终端和VR显示设备，其中，所述学习操控终端用于接收所述教学终端设备下发的虚拟场景数据或学生选择的虚拟场景数据，并发送给VR显示设备；所述VR显示设备用于对所述虚拟场景数据进行播放，在播放所述虚拟场景同时对配合所述虚拟场景的音频数据进行播放；

录播设备，用于接收所述教学终端设备发送的录制指令，对课堂进行录制，生成可视化课堂数据，建立可视化课堂数据和班级信息、授课教师信息、科目信息之间的关联关系，并储存；

环境控制设备，与教室内的窗帘控制单元、灯光控制单元和空调控制单元相连；所述环境控制设备用于根据教学文件的类型信息获取相对应的预设亮度阈值，根据亮度传感器采集到的亮度数据和所述预设亮度阈值生成第一控制信号和/或第二控制信号，分别发送给所述窗帘控制单元和灯光控制单元；所述环境控制设备还用于对所述教室温度进行实时监测，当所述教室温度高于或低于预设温度阈值时，生成温度控制信号发送给空调装置，从而对室内温度进行调控。

优选的，所述电子显示设备具体用于获取当前所在的位置信息，根据所述位置信息在教室分布地图中确定相对应的教室ID。

优选的，所述教学操控终端还包括教学进度分析单元，用于根据预设时间段记录显示的教学文件，根据所述显示的教学文件生成教学进度信息，并建立所述班级信息、科目信息、授课教师信息和所述教学进度信息之间的关联关系。

进一步优选的，所述教学进度分析单元具体用于提取所述显示的教学文件的页码信息，根据所述页码信息生成所述教学进度信息。

进一步优选的，所述教学进度分析单元具体用于对所述显示的教学文件中的标题信息进行抓取，根据所述标题信息生成教学进度信息。

优选的，所述学习终端设备还包括视音频采集模块，用于对学生面部进行识别，并采集学生的面部视频数据发送给所述教学终端设备；

所述教学终端设备的处理单元，还用于对面部视频数据进行解析，得到多帧图像数据；根据相对应的班级的学生面部采集数据库，对面部数据进行匹配识别，从而确定面部数据所属的学生ID；对每一帧图像数据的中的多个面部特征进行特征点标注，根据多帧图像数据中标注的多个面部特征的特征点得到多个面部特征的变化数据；对标注的多个面部特征的特征点的变化进行分析，得到学生的微表情信息；根据所述微表情信息进行分析，得到学生的听课状态信息，根据听课状态信息的变化情况生成听课状态变化曲线。

进一步优选的，所述处理单元还用于实时监控所有学生的听课状态信息，并根据所有学生的听课状态信息生成第一教学反馈信息，并显示。

进一步优选的，所述处理单元还用于实时监控所有学生的听课状态信息，获取预设听课状态信息的学生ID；根据所述学生ID生成第二教学反馈信息，并显示。

优选的，所述教学终端设备还包括接收用户终端发送的教学互动请求，将录播设备录制的可视化课堂数据实时发送给所述用户终端，并且，接收所述用户终端发送的可视化课堂数据，并显示。

优选的，所述教学终端设备还用于接收用户终端发送的直播获取请求，将录播设备录制的可视化课堂数据实时发送给所述用户终端。

本发明实施例提供的一种多功能教学系统，能够实现教学方式、课堂互动、教学环境、课堂监控、互动交流的智能化控制，从而提升课堂效率和增强教学效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种多功能教学系统的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明实施例提供的多功能教学系统可以用于各个学校的教室中，每个教师都可以配备一套多功能教学系统，图1为本发明实施例提供的一种多功能教学系统的结构示意图，如图1所示，包括：电子显示设备1、教学终端设备2、学习终端设备3、录播设备4和环境控制设备5。

电子显示设备1具体可以是电子班牌，设置在教室的外墙上，电子显示设备的作用是显示该教室在对应的时间段供哪个班级使用，以及上课的老师和科目，具体的，电子显示设备根据其所在教室ID和当前时间信息在课程规划列表中获取相对应的班级信息、授课教师信息和科目信息，并对班级信息、授课教师信息和科目信息进行显示，其中，课程规划列表中包括不同教室在不同时间段对应的班级信息、授课教师信息和科目信息。在一个具体的例子中，电子显示设备挂在101教室的外面，则获取101教室的课程规划列表，并根据当前时间获取对应的上课班级、授课老师和科目，从而对上课的老师和学生进行提示，避免其他老师和学生走错教室，耽误上课时间。

教室ID可以是预先输入电子显示设备的，也可以是电子显示设备自动获取的，具体的，电子显示设备通过内设的定位模块获取当前所在的位置信息，根据位置信息在教室分布地图中确定相对应的教室ID，这样在电子显示设备更换时也能准确的对信息进行显示。

教学终端设备2具体可以包括教学操控终端21和显示终端22，教学操控终端21可以认为是多功能讲台，供老师讲课使用，显示终端22可以认为是设置在教室前面的屏幕，展示老师讲课内容，优选的，显示终端可以是双屏显示。

具体的，教学操控终端21包括接收单元211和处理单元212，接收单元211用于接收授课教师输入的文件调用指令，并发送给处理单元212；处理单元212用于根据文件调用指令调用相对应的教学文件，并发送给显示终端；显示终端，用于对教学文件进行显示，教学文件可以是教学所用的word、ppt等。

优选的，教学操控终端21还包括教学进度分析单元213，用于根据预设时间段记录显示的教学文件，根据显示的教学文件生成教学进度信息，并建立班级信息、科目信息、授课教师信息和教学进度信息之间的关联关系。需要说明的是，教学进度分析单元213记录的是教师在该节课所讲的教学课件页面，具体可以通过课件页面的显示时间进行判断，比如当该课件页面的显示时间超过预设时间阈值比如5秒时，获取该课件页面。这里的教学进度信息生成可以有两种方法：一种是教学进度分析单元213对教学课件页面中的标题信息进行抓取，根据标题信息生成教学进度信息；另一种是教学进度分析单元213提取教学课件中的页码信息，根据页码信息生成教学进度信息，这样在上课之后，会自动记录教学进度，可以将教学进度发送给学生或家长，家长可以通过教学进度信息知晓当天各个学科的课程进度，从而帮助学生进行课程的复习和预习。

学习终端设备3是在上课时供学生使用的，每个学生使用一个学习终端设备，学习终端设备可以是台式电脑、笔记本电脑、平板电脑等终端设备，学习终端设备通过网络与教学终端设备相连接，这样老师在上课时，可以将教学文件下发到每个学习终端设备，供学生观看，此外还可以将考试题或练习题下发到学习终端设备，使学生在设备上作答，并自动对学生的作答进行校对，并对答案进行显示。

为了实现多元教学，丰富教学方式，学习终端设备3可以包括学习操控终端31和VR显示设备32，其中，学习操控终端31用于接收教学终端设备下发的虚拟场景数据或学生选择的虚拟场景数据，并发送给VR显示设备32；学生佩戴VR显示设备32，VR显示设备32对虚拟场景数据进行播放，在播放虚拟场景同时对配合虚拟场景的音频数据进行播放，从而丰富教学方式，提高学生的学习兴趣。

在学习终端设备上还可以设有视音频采集模块33，实现老师和同学之间的信息交流，进一步的，为了保证教学的听课质量，视音频采集模块33还用于对学生面部进行识别，并实时采集学生的面部视频数据发送给教学终端设备。教学终端设备2的处理单元212对面部视频数据进行解析，得到多帧图像数据；根据相对应的班级的学生面部采集数据库，对面部数据进行匹配识别，从而确定面部数据所属的学生ID；对每一帧图像数据的中的多个面部特征进行特征点标注，此处的面部特征包括眼睛、嘴、眉毛等，本领域技术人员可以根据需要对需要标注的面部特征进行设定；然后，根据多帧图像数据中标注的多个面部特征的特征点得到多个面部特征的变化数据；对标注的多个面部特征的特征点的变化进行分析，得到学生的微表情信息；再通过预设模型和算法对微表情信息进行分析，得到学生的听课状态信息，听课状态信息具体可以包括思考状态、发呆状态、兴奋状态、疑惑状态、睡眠状态等；根据听课状态信息的变化情况生成听课状态变化曲线，从而对学生听课状态进行记录。在一个具体的例子中，经算法计算某同学眼球的在同一位置的停留时间超过预设时间阈值，则可以得到该同学在这一时间段的听课状态为发呆，从而根据一节课的时间和听课状态的连续变化生成听课状态变化曲线，在课后会向学生和教师展示听课状态，进而引起师生的注意。

进一步的，教师还可以在上课过程中实时监控每个学生的听课状态，处理单元212实时监控所有学生的听课状态信息，并根据所有学生的听课状态信息生成第一教学反馈信息，并显示，为了使授课老师可以直观了解全体同学的听课状态，可以用相同的颜色表示相同听课状态的同学，比如疑惑状态的同学用黄色、思考状态的同学用红色、发呆状态的同学用黑色等，这样通过终端显示设备，授课老师可以清楚的观察到所有同学的听课状态，从而根据所有同学的听课状态调整教学方式和教学进度。

此外，在教学过程中还可以对某个预设听课状态的学生进行反馈，具体的，处理单元212实时监控所有学生的听课状态信息，获取预设听课状态信息的学生ID，所述预设听课状态信息可以为发呆状态或睡眠状态等；根据学生ID生成第二教学反馈信息，并显示，从而向授课老师显示正在睡觉和发呆的学生，从而使老师及时对学生进行提醒，进而保证学生的听课质量。

录播设备4的作用是对老师的授课过程进行录制，具体的，录播设备可以是全景摄像机，接收教学终端设备发送的录制指令，对课堂进行录制，处理后生成可视化课堂数据，课程结束后，接受教学终端设备发送的结束指令，在此之后，建立可视化课堂数据和班级信息、授课教师信息、科目信息之间的关联关系，并储存，可视化课堂数据可以用在后续教研过程中进行讨论，也可以分享到其他班级和学校，进行教学研讨。

为了实现远程教学，教学终端设备2还用于接收用户终端发送的直播获取请求，将录播设备录制的可视化课堂数据实时发送给用户终端，这样其他学校的学生也能对重点学校老师的教学过程进行观看，不受地域的限制。

在优选的实施例中，在教学过程中还可以实现与其他学校或其他班级之间的教学直播互动，具体的，教学终端设备2接收其他学校或班级的用户终端发送的教学互动请求，将录播设备录制的可视化课堂数据实时发送给用户终端，并且，接收用户终端发送的可视化课堂数据，并显示，这样及时性沟通可将广域的环境、人员组成一个教学场所，实现教室与教师之间、本校与分校之间的教学、教研和交流，实现同步课堂、专题课堂等应用。

在上课过程中，教室的灯光、温度等环境对教学的影响也尤为重要，环境控制设备5的作用是对教室内的灯光、温度进行控制，达到最适宜舒适的环境，具体的，环境控制设备5分别与教室内的窗帘控制单元、灯光控制单元和空调控制单元相连，根据教学文件的类型信息获取相对应的预设亮度阈值，需要说明的是，每种类型的教学文件对应不同的预设亮度阈值，比如教师在播放视频时对应的教室内的预设亮度应该比较昏暗，教师在播放ppt时对应的教室内的预设亮度应该稍微昏暗，教师在手写板书时对应的教室内的预设亮度应该明亮，本领域技术人员可以根据需要设定教学文件类型对应的预设亮度阈值，老师也可以根据需要对教室内的亮度进行调整；在此之后，环境控制设备5根据亮度传感器采集到的亮度数据和预设亮度阈值生成第一控制信号和/或第二控制信号，分别发送给窗帘控制单元和灯光控制单元，窗帘控制单元根据第一控制信号控制窗帘的开关程度，灯光控制单元根据第二控制信号控制灯的开或关。进一步的，环境控制设备还用于对教室温度进行实时监测，当教室温度高于或低于预设温度阈值时，生成温度控制信号发送给空调装置，从而对室内温度进行调控。

本发明实施例提供的一种多功能教学系统，能够实现教学方式、课堂互动、教学环境、课堂监控、互动交流的智能化控制，从而提升课堂效率和增强教学效果。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RA多功能教学系统)、内存、只读存储器(RO多功能教学系统)、电可编程RO多功能教学系统、电可擦除可编程RO多功能教学系统、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-RO多功能教学系统、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多功能教学系统，其特征在于，所述多功能教学系统包括：

电子显示设备，用于根据所在教室ID和当前时间信息在课程规划列表中获取相对应的班级信息、授课教师信息和科目信息，并进行显示；其中，所述课程规划列表中包括不同教室在不同时间段对应的班级信息、授课教师信息和科目信息；

教学终端设备，包括教学操控终端和显示终端；所述教学操控终端包括接收单元和处理单元，其中，所述接收单元用于接收授课教师输入的文件调用指令，并发送给所述处理单元；所述处理单元用于根据所述文件调用指令调用相对应的教学文件，并发送给所述显示终端；所述显示终端，用于对教学文件进行显示；

学习终端设备，通过网络与所述教学终端设备相连接，包括学习操控终端和VR显示设备，其中，所述学习操控终端用于接收所述教学终端设备下发的虚拟场景数据或学生选择的虚拟场景数据，并发送给VR显示设备；所述VR显示设备用于对所述虚拟场景数据进行播放，在播放所述虚拟场景同时对配合所述虚拟场景的音频数据进行播放；

录播设备，用于接收所述教学终端设备发送的录制指令，对课堂进行录制，生成可视化课堂数据，建立可视化课堂数据和班级信息、授课教师信息、科目信息之间的关联关系，并储存；

环境控制设备，与教室内的窗帘控制单元、灯光控制单元和空调控制单元相连；所述环境控制设备用于根据教学文件的类型信息获取相对应的预设亮度阈值，根据亮度传感器采集到的亮度数据和所述预设亮度阈值生成第一控制信号和/或第二控制信号，分别发送给所述窗帘控制单元和灯光控制单元；所述环境控制设备还用于对所述教室温度进行实时监测，当所述教室温度高于或低于预设温度阈值时，生成温度控制信号发送给空调装置，从而对室内温度进行调控。

2.根据权利要求1所述的多功能教学系统，其特征在于，所述电子显示设备具体用于获取当前所在的位置信息，根据所述位置信息在教室分布地图中确定相对应的教室ID。

3.根据权利要求1所述的多功能教学系统，其特征在于，所述教学操控终端还包括教学进度分析单元，用于根据预设时间段记录显示的教学文件，根据所述显示的教学文件生成教学进度信息，并建立所述班级信息、科目信息、授课教师信息和所述教学进度信息之间的关联关系。

4.根据权利要求3所述的多功能教学系统，其特征在于，所述教学进度分析单元具体用于提取所述显示的教学文件的页码信息，根据所述页码信息生成所述教学进度信息。

5.根据权利要求3所述的多功能教学系统，其特征在于，所述教学进度分析单元具体用于对所述显示的教学文件中的标题信息进行抓取，根据所述标题信息生成教学进度信息。

6.根据权利要求1所述的多功能教学系统，其特征在于，所述学习终端设备还包括视音频采集模块，用于对学生面部进行识别，并采集学生的面部视频数据发送给所述教学终端设备；

所述教学终端设备的处理单元，还用于对面部视频数据进行解析，得到多帧图像数据；根据相对应的班级的学生面部采集数据库，对面部数据进行匹配识别，从而确定面部数据所属的学生ID；对每一帧图像数据的中的多个面部特征进行特征点标注，根据多帧图像数据中标注的多个面部特征的特征点得到多个面部特征的变化数据；对标注的多个面部特征的特征点的变化进行分析，得到学生的微表情信息；根据所述微表情信息进行分析，得到学生的听课状态信息，根据听课状态信息的变化情况生成听课状态变化曲线。

7.根据权利要求6所述的多功能教学系统，其特征在于，所述处理单元还用于实时监控所有学生的听课状态信息，并根据所有学生的听课状态信息生成第一教学反馈信息，并显示。

8.根据权利要求6所述的多功能教学系统，其特征在于，所述处理单元还用于实时监控所有学生的听课状态信息，获取预设听课状态信息的学生ID；根据所述学生ID生成第二教学反馈信息，并显示。

9.根据权利要求1所述的多功能教学系统，其特征在于，所述教学终端设备还包括接收用户终端发送的教学互动请求，将录播设备录制的可视化课堂数据实时发送给所述用户终端，并且，接收所述用户终端发送的可视化课堂数据，并显示。

10.根据权利要求1所述的多功能教学系统，其特征在于，所述教学终端设备还用于接收用户终端发送的直播获取请求，将录播设备录制的可视化课堂数据实时发送给所述用户终端。