CN109887362B - 一种用于教学的人机交互式自动展示系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于教学的人机交互式自动展示系统，通过教师交互端与学生交互端的配合使用，能够帮助教师完成教学任务中单元测试部分的工作，降低教师的工作量。通过整合教材和试题，形成知识点库，根据学生在考试中的得分和用时，分析出学生对于各知识点的熟练度，方便教师进行针对性的进行教学。可根据自身对不同知识点的掌握程度，智能的为学生挑选适合的难度进行练习，有助于学生自信心的培养，同时还设有动态调节的机制，在熟练掌握后，可自动升级至下一难度，便于进一步提升能力。在平时练习遇到答题困难时，还提供自动的提醒功能，能够直观的看到相应的知识点，方便学生答题，自适应的降低难度。

Description

一种用于教学的人机交互式自动展示系统

技术领域

本发明涉及一种教学用展示系统，具体涉及一种用于教学的人机交互式自动展示系统。

背景技术

单元测试在教学过程中是个重要的步骤，对于检验学生的学习情况以及教师的教学水平具有重要的参考价值，但现有的教学系统通常是由教师在完成单元教学后，自行出卷并交由学生答题，试卷进行评分后由教师统一讲评。此方法对于国内大班教学的现状来说存在明显弊端，国内的教师通常要同时负责多个班的教学任务，且每个班至少几十个学生，因此教师的教学任务压力较大，无法对每个学生的学习情况进行逐个分析，无法有效直观的展示教学成果，因此影响教学质量，而学生无法在平时的练习中及时获得帮助，对于自身的学习情况也认识不足，练习的内容无法根据自身的熟练度进行合理的调整。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种用于教学的人机交互式自动展示系统。

本发明所要解决的技术问题为：

(1)如何解决教学过程中教师无法直观准确的了解学生的学习情况，以提高教学质量。

(2)如何解决学生无法根据自身学习情况进行针对性的练习。

(3)在练习时如何为学生提供直观有效的帮助。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于教学的人机交互式自动展示系统，包括教师交互端以及多个学生交互端，所述学生交互端包括答题记录模块、试题练习模块、交互模块、通信模块；

所述教师交互端包括资料存储模块、单元测试模块、知识点标签生成模块、熟练度分析模块、交互模块、通信模块；

其中，所述教师交互端的交互模块以及所述学生交互端的交互模块均包括显示设备、音频输出设备、输入设备；所述资料存储模块用于存储试题库和教材库，且试题库包含试题及详解；

所述知识点标签生成模块用于从教材库调用知识点库，并根据知识点库将试题库中的试题按照涉及的知识点对各试题添加一个或多个知识点标签；

所述单元测试模块用于在每个单元的教学完成后，从试题库中选取若干个试题，进行编号并制成试卷，再分发至学生交互端，等学生完成测试后，将试卷收回教师交互端，并进行自动批卷；其中，所述试卷为电子文档，且每页文档只包含一个试题；

所述答题记录模块用于记录学生测试时各试题的答题用时；所述答题用时的统计方法为通过计时器记录学生在每页文档停留的总时间，作为该页对应试题的答题用时；

所述熟练度分析模块根据答题记录模块的数据和单元测试模块的批卷结果分析出各个学生对知识点的熟练度，其中熟练度分析模块的执行步骤如下：

S1、根据单元测试模块的批卷结果，筛选出每个学生的错题集合和正确题集合，并从各个答题记录模块获取对应学生完成各个试题的答题用时，计算各试题的平均答题用时，同时统计每个试题做对的学生数量N；

S2、按完成各个试题的答题用时从短至长进行排序，获得每个试题做对的前提下的答题用时排名T，并根据公式P_ij＝T_ij/N_j*100％，计算出P_ij的值，

其中，i为对应编号为i的学生；j为对应编号为j的试题，T_ij为编号为i的学生在做编号为j的试题的答题用时排名，N_j为做对编号为j的试题的人数；

S3、若P_ij<30％，则将对应试题的熟练度记为高，若P_ij≥30％，则将对应试题的熟练度记为中，从错题集合中获取所有试题编号，并将对应试题的熟练度记为低；

S4、对于编号为i的学生，从该学生的错题集合中获取各个试题的知识点标签，统计相同知识点标签出现的次数后进行去重，获得低熟练度标签集合L，再从正确题集合中筛选出熟练度为中的试题，并获取对应的知识点标签，统计相同知识点标签出现的次数后进行去重，获得中熟练度标签集合M，再从正确题集合中筛选出熟练度为高的试题，并获取对应的知识点标签，统计相同知识点标签出现的次数后进行去重，获得高熟练度标签集合H；

S5、将中熟练度标签集合M与高熟练度标签集合H做差运算，得到中熟练度标签集合M的补集Mh；

S6、将补集Mh与低熟练度标签集合L做交运算，得到Q；并将补集Mh与Q做差运算，得到Mh的补集V；

S7、将高熟练度标签集合H与低熟练度标签集合L做交运算，得到ΔL，再计算出ΔL与Q的并集Lq，再将低熟练度标签集合L与并集Lq进行差运算，得到低熟练度标签集合L的补集Llq,再将Q与集合Llq进行并运算，得到集合K；

S8、将集合K作为编号为i的学生对应的低熟练度知识点集合，将集合V作为编号为i的学生对应的中熟练度知识点集合，将集合H作为编号为i的学生对应的高熟练度知识点集合；

所述试题练习模块用于在学生进行试题练习时，根据学生对知识点的熟练度，从试题库中选取练习试题，并在解题困难时对学生进行提醒。

进一步的，所述知识点库由人工根据教材库进行整理，且知识点库中的知识点为包含多个学科关键字的短语，且通过教师交互端输入，并存储在资料存储模块中；且试题添加知识点标签的方法为从试题的详解中提取学科关键字，将学科关键字与知识点进行比对，若知识点中存在该关键字，则生成知识点标签添加在试题上。

进一步的，所述单元测试模块从试题库中选取试题前，先获取所有已学习的知识点，再从试题库中筛选出试题所有对应的知识点标签均属于已学习的知识点的试题作为备选库，单元测试模块从备选库中随机选择若干个试题作为试卷。

进一步的，所述试题练习模块的具体执行步骤如下：

步骤一、获取编号为i的学生的低熟练度知识点集合、中熟练度知识点集合以及高熟练度知识点集合，根据低熟练度知识点集合、中熟练度知识点集合以及高熟练度知识点集合，分别获取包含各自知识点标签的试题，再获取试题的平均答题用时，并按照平均答题用时的从短至长进行排序，排名在前30％的试题作为低难度题库，排名在后20％的试题作为高难度题库，其余的试题作为中难度题库；

步骤二、在练习前，从低熟练度知识点集合对应的低难度题库中选取试题进行练习，从中熟练度知识点集合对应的中难度题库中选取试题进行练习；从高熟练度知识点集合中选取高难度题库中选取试题进行练习；

步骤三、在学生做题时，记录试题的答题用时，若答题用时超过该试题的平均答题用时，则在屏幕上弹出浮窗，显示试题对应的知识点标签，若在弹出浮窗的b分钟后，仍未完成试题，则在浮窗中显示知识点对应的教材库中的内容；

步骤四、若本次练习各熟练度的正确率高于90％且答题用时均小于各试题的平均答题用时，在进行下次练习时，从该熟练度难度高一级的题库中选择试题。

本发明的有益效果：

(1)通过教师交互端与学生交互端的配合使用，能够帮助教师完成教学任务中单元测试部分的工作，降低教师的工作量。

(2)通过整合教材和试题，形成知识点库，根据学生在考试中的得分和用时，分析出学生对于各知识点的熟练度，方便教师进行针对性的进行教学。

(3)在平时学生进行习题练习时，可根据自身对不同知识点的掌握程度，智能的为学生挑选适合的难度进行练习，有助于学生自信心的培养，同时还设有动态调节的机制，在熟练掌握后，可自动升级至下一难度，便于进一步提升能力。

(4)在平时练习遇到答题困难时，还提供自动的提醒功能，能够直观的看到相应的知识点，方便学生答题，自适应的降低难度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的系统框图。

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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本实施例提供了一种用于教学的人机交互式自动展示系统，包括教师交互端以及多个学生交互端，学生交互端包括答题记录模块、试题练习模块、交互模块、通信模块；

教师交互端包括资料存储模块、单元测试模块、知识点标签生成模块、熟练度分析模块、交互模块、通信模块；

其中，所述教师交互端的交互模块以及所述学生交互端的交互模块均包括显示设备、音频输出设备、输入设备；如触摸显示器、音响和键盘鼠标等，资料存储模块用于存储试题库和教材库，且试题库包含试题及详解；通信模块包括有线通信和无线通信模块；实现学生交互端与教师交互端的数据传输。

知识点标签生成模块用于从教材库调用知识点库，并根据知识点库将试题库中的试题按照涉及的知识点对各试题添加一个或多个知识点标签；知识点库由人工根据教材库进行整理，也可通过文字识别算法实现；且知识点库中的知识点为包含多个学科关键字的短语，如化学中“酸H+与碱OH-的中和反应”、数学中“相似三角形的推导与证明”，且每个学科的关键字存在差异，如历史学的关键字包括历史人名、年代、地名等，物理的关键字包括公式、物理学符号、计量单位等，化学的关键字包括官能团、化学式、反应方程式等，且通过教师交互端输入，并存储在资料存储模块中；且试题添加知识点标签的方法为从试题的详解中提取学科关键字，将学科关键字与知识点进行比对，若知识点中存在该关键字，如试题的详解中记录有F＝ma的短语，则与物理的关键字中的力的公式匹配，则生成知识点标签添加在试题上。

单元测试模块用于在每个单元的教学完成后，从试题库中选取若干个试题，进行编号并制成试卷，再分发至学生交互端，等学生完成测试后，将试卷收回教师交互端，并进行自动批卷；其中，试卷为电子文档，且每页文档只包含一个试题；单元测试模块从试题库中选取试题前，先获取所有已学习的知识点，再从试题库中筛选出试题所有对应的知识点标签均属于已学习的知识点的试题作为备选库，单元测试模块从备选库中随机选择若干个试题作为试卷。防止试题中掺入为学习的知识点。

答题记录模块用于记录学生测试时各试题的答题用时；答题用时的统计方法为通过计时器记录学生在每页文档停留的总时间，作为该页对应试题的答题用时；

熟练度分析模块根据答题记录模块的数据和单元测试模块的批卷结果分析出各个学生对知识点的熟练度，其中熟练度分析模块的执行步骤如下：

S1、根据单元测试模块的批卷结果，筛选出每个学生的错题集合和正确题集合，并从各个答题记录模块获取对应学生完成各个试题的答题用时，计算各试题的平均答题用时，同时统计每个试题做对的学生数量N；

S2、按完成各个试题的答题用时从短至长进行排序，获得每个试题做对的前提下的答题用时排名T，并根据公式P_ij＝T_ij/N_j*100％，计算出P_ij的值，

其中，i为对应编号为i的学生；j为对应编号为j的试题，T_ij为编号为i的学生在做编号为j的试题的答题用时排名，N_j为做对编号为j的试题的人数；

S3、若P_ij<30％，则将对应试题的熟练度记为高，若P_ij≥30％，则将对应试题的熟练度记为中，从错题集合中获取所有试题编号，并将对应试题的熟练度记为低；如编号为02的学生，在考试中做对了编号为05的试题，完成该题的用时是所有做对该题的人中的第10名，且共有50个人答对，则P₀₂₀₅＝20％；说明做题正确且速度快，因此该学生对于该题的熟练度应标记为高，说明对于该题涉及知识点的熟练度高。

S4、对于编号为i的学生，从该学生的错题集合中获取各个试题的知识点标签，统计相同知识点标签出现的次数后进行去重，获得低熟练度标签集合L，错题中包括的知识点大概率是不熟练的，如整理后的知识点为L＝{a，c，d，e}，等待进一步分析，再从正确题集合中筛选出熟练度为中的试题，并获取对应的知识点标签，统计相同知识点标签出现的次数后进行去重，获得中熟练度标签集合M，如整理后M＝{a、b、d、f}再从正确题集合中筛选出熟练度为高的试题，并获取对应的知识点标签，统计相同知识点标签出现的次数后进行去重，获得高熟练度标签集合H；熟练度为高的试题中包括的知识点大概率是熟练的，如整理后H＝{b，c，d，g}。

S5、将中熟练度标签集合M与高熟练度标签集合H做差运算，得到中熟练度标签集合M的补集Mh；即Mh＝M-H＝{a，f}，以排除掉M中大概率为熟练度高的知识点b和d。

S6、将补集Mh与低熟练度标签集合L做交运算，得到Q；即Q＝Mh∩L＝{a}，两个均有不熟练知识点的集合的交集即为大概率熟练低的知识点；以并将补集Mh与Q做差运算，得到Mh的补集V；V＝Mh-Q＝{f}，在排除掉大概率为熟练度高和熟练度低的知识点后，剩余的即为可能熟练的知识点。

S7、将高熟练度标签集合H与低熟练度标签集合L做交运算，得到ΔL，即ΔL＝{c，d}，再计算出ΔL与Q的并集Lq，即Lq＝{a，c，d}，再将低熟练度标签集合L与并集Lq进行差运算，得到低熟练度标签集合L的补集Llq,即Llq＝{e}，再将Q与集合Llq进行并运算，得到集合K，即K＝{a，e}；

S8、将集合K作为编号为i的学生对应的低熟练度知识点集合，将集合V作为编号为i的学生对应的中熟练度知识点集合，将集合H作为编号为i的学生对应的高熟练度知识点集合；

试题练习模块用于在学生进行试题练习时，根据学生对知识点的熟练度，从试题库中选取练习试题，并在解题困难时对学生进行提醒。

试题练习模块的具体执行步骤如下：

步骤一、获取编号为i的学生的低熟练度知识点集合、中熟练度知识点集合以及高熟练度知识点集合，根据低熟练度知识点集合、中熟练度知识点集合以及高熟练度知识点集合，分别获取包含各自知识点标签的试题，再获取试题的平均答题用时，并按照平均答题用时的从短至长进行排序，排名在前30％的试题作为低难度题库，排名在后20％的试题作为高难度题库，其余的试题作为中难度题库；将试题按照用时进行分级，耗时越长，试题越难。

步骤二、在练习前，从低熟练度知识点集合对应的低难度题库中选取试题进行练习，从中熟练度知识点集合对应的中难度题库中选取试题进行练习；从高熟练度知识点集合中选取高难度题库中选取试题进行练习。

步骤三、在学生做题时，记录试题的答题用时，若答题用时超过该试题的平均答题用时，则在屏幕上弹出浮窗，显示试题对应的知识点标签，若在弹出浮窗的b分钟后，仍未完成试题，则在浮窗中显示知识点对应的教材库中的内容；根据学生的答题情况，自动弹出提示，逐步降低难度，帮助学生做题。

步骤四、若本次练习各熟练度的正确率高于90％且答题用时均小于各试题的平均答题用时，说明已能熟练掌握该难度下的知识点，在进行下次练习时，从该熟练度难度高一级的题库中选择试题，进一步提高对知识点的掌握。

本发明在工作时通过教师交互端与学生交互端的配合使用，能够帮助教师完成教学任务中单元测试部分的工作，降低教师的工作量。通过整合教材和试题，形成知识点库，根据学生在考试中的得分和用时，分析出学生对于各知识点的熟练度，方便教师进行针对性的进行教学。在平时学生进行习题练习时，可根据自身对不同知识点的掌握程度，智能的为学生挑选适合的难度进行练习，有助于学生自信心的培养，同时还设有动态调节的机制，在熟练掌握后，可自动升级至下一难度，便于进一步提升能力。在平时练习遇到答题困难时，还提供自动的提醒功能，能够直观的看到相应的知识点，方便学生答题，自适应的降低难度。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于教学的人机交互式自动展示系统，包括教师交互端以及多个学生交互端，其特征在于，所述学生交互端包括答题记录模块、试题练习模块、交互模块、通信模块；

所述教师交互端包括资料存储模块、单元测试模块、知识点标签生成模块、熟练度分析模块、交互模块、通信模块；

其中，所述教师交互端的交互模块以及所述学生交互端的交互模块均包括显示设备、音频输出设备、输入设备；所述资料存储模块用于存储试题库和教材库，且试题库包含试题及详解；

所述知识点标签生成模块用于从教材库调用知识点库，并根据知识点库将试题库中的试题按照涉及的知识点对各试题添加一个或多个知识点标签；

所述单元测试模块用于在每个单元的教学完成后，从试题库中选取若干个试题，进行编号并制成试卷，再分发至学生交互端，等学生完成测试后，将试卷收回教师交互端，并进行自动批卷；其中，所述试卷为电子文档，且每页文档只包含一个试题；

所述答题记录模块用于记录学生测试时各试题的答题用时；所述答题用时的统计方法为通过计时器记录学生在每页文档停留的总时间，作为该页对应试题的答题用时；

所述熟练度分析模块根据答题记录模块的数据和单元测试模块的批卷结果分析出各个学生对知识点的熟练度，其中熟练度分析模块的执行步骤如下：

S1、根据单元测试模块的批卷结果，筛选出每个学生的错题集合和正确题集合，并从各个答题记录模块获取对应学生完成各个试题的答题用时，计算各试题的平均答题用时，同时统计每个试题做对的学生数量N；

S2、按完成各个试题的答题用时从短至长进行排序，获得每个试题做对的前提下的答题用时排名T，并根据公式P_ij＝T_ij/N_j*100％，计算出P_ij的值；

其中，i为对应编号为i的学生；j为对应编号为j的试题，T_ij为编号为i的学生在做编号为j的试题的答题用时排名，N_j为做对编号为j的试题的人数；

S3、若P_ij<30％，则将对应试题的熟练度记为高，若P_ij≥30％，则将对应试题的熟练度记为中，从错题集合中获取所有试题编号，并将对应试题的熟练度记为低；

S4、对于编号为i的学生，从该学生的错题集合中获取各个试题的知识点标签，统计相同知识点标签出现的次数后进行去重，获得低熟练度标签集合L，再从正确题集合中筛选出熟练度为中的试题，并获取对应的知识点标签，统计相同知识点标签出现的次数后进行去重，获得中熟练度标签集合M，再从正确题集合中筛选出熟练度为高的试题，并获取对应的知识点标签，统计相同知识点标签出现的次数后进行去重，获得高熟练度标签集合H；

S5、将中熟练度标签集合M与高熟练度标签集合H做差运算，得到中熟练度标签集合M的补集Mh；

S6、将补集Mh与低熟练度标签集合L做交运算，得到Q；并将补集Mh与Q做差运算，得到Mh的补集V；

S7、将高熟练度标签集合H与低熟练度标签集合L做交运算，得到ΔL，再计算出ΔL与Q的并集Lq，再将低熟练度标签集合L与并集Lq进行差运算，得到低熟练度标签集合L的补集Llq,再将Q与集合Llq进行并运算，得到集合K；

S8、将集合K作为编号为i的学生对应的低熟练度知识点集合，将集合V作为编号为i的学生对应的中熟练度知识点集合，将集合H作为编号为i的学生对应的高熟练度知识点集合；

所述试题练习模块用于在学生进行试题练习时，根据学生对知识点的熟练度，从试题库中选取练习试题，并在解题困难时对学生进行提醒。

2.根据权利要求1所述的一种用于教学的人机交互式自动展示系统，其特征在于，所述知识点库由人工根据教材库进行整理，且知识点库中的知识点为包含多个学科关键字的短语，且通过教师交互端输入，并存储在资料存储模块中；且试题添加知识点标签的方法为从试题的详解中提取学科关键字，将学科关键字与知识点进行比对，若知识点中存在该关键字，则生成知识点标签添加在试题上。

3.根据权利要求1所述的一种用于教学的人机交互式自动展示系统，其特征在于，所述单元测试模块从试题库中选取试题前，先获取所有已学习的知识点，再从试题库中筛选出试题所有对应的知识点标签均属于已学习的知识点的试题作为备选库，单元测试模块从备选库中随机选择若干个试题作为试卷。

4.根据权利要求1所述的一种用于教学的人机交互式自动展示系统，其特征在于，所述试题练习模块的具体执行步骤如下：

步骤一、获取编号为i的学生的低熟练度知识点集合、中熟练度知识点集合以及高熟练度知识点集合，根据低熟练度知识点集合、中熟练度知识点集合以及高熟练度知识点集合，分别获取包含各自知识点标签的试题，再获取试题的平均答题用时，并按照平均答题用时的从短至长进行排序，排名在前30％的试题作为低难度题库，排名在后20％的试题作为高难度题库，其余的试题作为中难度题库；

步骤二、在练习前，从低熟练度知识点集合对应的低难度题库中选取试题进行练习，从中熟练度知识点集合对应的中难度题库中选取试题进行练习；从高熟练度知识点集合中选取高难度题库中选取试题进行练习；

步骤三、在学生做题时，记录试题的答题用时，若答题用时超过该试题的平均答题用时，则在屏幕上弹出浮窗，显示试题对应的知识点标签，若在弹出浮窗的b分钟后，仍未完成试题，则在浮窗中显示知识点对应的教材库中的内容；

步骤四、若本次练习各熟练度的正确率高于90％且答题用时均小于各试题的平均答题用时，在进行下次练习时，从该熟练度难度高一级的题库中选择试题。