CN110189237A - 作业自动批改系统及批改方法 - Google Patents
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Abstract
作业自动批改系统及批改方法，它涉及信息化教学技术领域。作业自动批改系统它包含智慧笔、教师客户端、打印机及普通打印纸、学生客户端、批改服务器，教师客户端和学生客户端分别和智慧笔连接，批改服务器和智慧笔电性连接，教师客户端和打印机及普通打印纸信号连接。采用上述技术方案后，本发明的有益效果为：它的设计合理，提高了教师的作业批改效率，适合推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及信息化教学技术领域，具体涉及作业自动批改系统及批改方法。
背景技术
随着互联网技术的不断发展，教师利用信息化手段提高作业批改效率成为技术趋势。但基于平板电脑等发光电子产品对学生视力伤害极大，政府已出台正式文件进行限制。目前主要的作业自动批改方法为学生在平板电脑上触摸选项直接作答，然后由系统进行自动批改。现有的作业自动批改方法因长时间使用平板电脑可能对学生视力造成严重损害，已被国家发文限制。且长期使用平板电脑打字，容易忽视对学生书写能力的培养。传统纸笔书写方式难以实现信息化教学，教学效率低，教师负担重；而基于手机、平板电脑的信息化教学方式则因对学生造成巨大影响已被政府限制使用。基于数字光学点阵技术的信息化方式因则普遍存在识别率过低、破坏教师原有批改习惯等问题，难以教学领域投入实用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种作业自动批改系统及批改方法，它的设计合理，提高了教师的作业批改效率，适合推广使用。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案是：作业自动批改系统它包含智慧笔1、教师客户端2、打印机及普通打印纸21、学生客户端3、批改服务器4，教师客户端2和学生客户端3分别和智慧笔1连接，批改服务器4和智慧笔1电性连接，教师客户端2和打印机及普通打印纸21信号连接。
作业自动批改方法它包含以下步骤：步骤一，智慧笔内置唯一识别号号通过教师客户端或学生客户端与特定学生、教师进行绑定，以用于识别书写者身份；步骤二，教师使用教师客户端输出单次作业的全部题号及题目类型；步骤三，教师客户端将此数据发给批改服务器；步骤四，批改服务器根据此数据结合算法规划每道题的答题区域并自动生成答题卡；步骤五，5.批改服务器对每道题答题区域相对于在此答题卡上的坐标予以记录批改服务器将此答题卡样式生成PDF文件，并在答题卡样式上印上一层不可见的点阵图案；步骤六，教师使用教师客户端下载此PDF文件，并通过打印机打印答题卡，打印好的答题卡即已完成点阵铺码；步骤七，两张同样内容的答题卡，可拥有不同的点阵码，因而，通过对点码进行识别，可判断该试卷ID；步骤八，教师使用智慧笔在答题卡上填写客观题答案；步骤九，当使用智慧笔在答题卡上书写时，智慧笔中的高速摄像头以60-80/s的速度对答题卡上的点阵码点进行拍摄，并将连续的码点信息转化为轨迹数据记录下来；步骤十，教师填写完成后，使用教师客户端连接智慧笔并将智慧笔中储存的轨迹信息上传至教师客户端；步骤十一，教师客户端将该轨迹信息及该教师身份信息一并发送至批改服务器；步骤十二，批改服务器对该轨迹信息进行分析，还原出书写笔迹；步骤十三，批改服务器对该轨迹信息与各题答题区区域坐标进行比对，并将该轨迹信息根据答题区域拆分为多段，分别进行识别；步骤十四，批改服务器将识别结果呈现于教师客户端人机交互界面以便于教师进行校正；步骤十五，批改服务器将最终识别结果作为标准答案与该答题卡各答题区域进行关联；步骤十六，批改服务器根据标准答案所含字符类型进行分析并记录分析结果；步骤十七，教师把打印好的答题卡下发给学生填写；步骤十八，学生对照试卷/教辅使用智慧笔在答题卡上填写答案；步骤十九，学生完成填写后，使用学生客户端连接智慧笔，并将智慧笔中储存的轨迹信息一并上传至学生客户端；步骤二十，学生客户端对轨迹信息进行识别，分析该学生所填答题卡ID，连同该学生身份信息一并上传至批改服务器；步骤二十一，批改服务器该轨迹信息与各题答题区区域坐标进行比对，并将该轨迹信息根据答题区域拆分为多段，分别进行识别；步骤二十二，识别时，利用对标准答案所含字符类型的分析结果缩小识别范围，以提升识别率；步骤二十三，根据教师此前录入的题目类型调整比对规则；步骤二十四，将识别结果与标准答案进行比对，并根据比对结果做出正确或错误判定；步骤二十五，逐一判定所有答题区域；步骤二十六，教师回收学生已填写答题卡；步骤二十七，教师使用智慧笔连接教师客户端，并在保持教师客户端激活状态；步骤二十八，教师使用智慧笔轻触回收的学生答题卡；步骤二十九，智慧笔对教师客户端实时传输轨迹信息；步骤三十，教师客户端将该轨迹信息上传至批改服务器；步骤三十一，批改服务器对该轨迹信息中的页码信息进行分析，在数据库中获取该页码对应的答题卡及学生ID；步骤三十二，批改服务器将该学生在该答题上的书写笔记、客观题识别结果、客观题得分发送至教师客观端；步骤三十三，教师客户端将以上信息在人机交互界面中予以展示；步骤三十四，教师使用智慧笔对学生答题卡中主观题部分答题区域标记“×”、“√”或“半错”符号，并综合客观题自动批改结果在约定得分区域书写该学生本次考试得分；步骤三十五，智慧笔将对应轨迹信息传输至教师客户端；步骤三十六，教师客户端将该轨迹信息及书写者身份信息上传至批改服务器；步骤三十七，批改服务器对书写者身份进行验证，并对轨迹信息进行逐题识别；步骤三十八，批改服务器将识别结果作为教师批改记录及学生得分存入服务器；步骤三十九，流程完成。
所述步骤一种的智慧笔包含七个部分，分别为电源、书写检测器、高速摄像头、处理芯片、存储器、通讯模块和笔芯。
所述的步骤九中的轨迹数据含页码信息及坐标信息。
所述的步骤十六中的字符类型包含英文、汉字、数字、符号等。
所述的步骤二十三中的比对规则为：如多项选择题仅比对是否包含全部字符，而无需比对字符顺序。
采用上述技术方案后，本发明有益效果为：是一种对纸质作业进行自动批改的方法，在作业、教辅材料上部署点阵，利用数字光学点阵技术记录手写轨迹，通过算法和先验知识对进行轨迹进行自动分区、分类，系统根据分类。系统利用OCR识别技术与手写识别技术对答案进行识别，并与正确答案进行比对，自动输出批改结果，包括正确与错误两种结果。它的设计合理，提高了教师的作业批改效率，适合推广使用。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的系统框图；
图2是本发明的简要流程图；
图3是本发明中智慧笔的信息采集实现方式的流程图。
附图标记说明：智慧笔1、教师客户端2、打印机及普通打印纸21、学生客户端3、批改服务器4。
具体实施方式
参看图1-图3所示，本具体实施方式采用的技术方案是：作业自动批改系统它由智慧笔1、教师客户端2、打印机及普通打印纸21、学生客户端3、批改服务器4构成，教师客户端2和学生客户端3分别和智慧笔1连接，批改服务器4和智慧笔1电性连接，教师客户端2和打印机及普通打印纸21信号连接。
作业自动批改方法它包含以下步骤：步骤一，智慧笔内置唯一识别号号通过教师客户端或学生客户端与特定学生、教师进行绑定，以用于识别书写者身份。教师客户端的作用为调用移动设备中的蓝牙/WiFi通讯模块与智慧笔完成配对，并进行数据传输、对智慧笔所传输坐标数据执行简单指令：绘制笔记线条和判断删除线并被删除覆盖的答案数据、设置智慧笔参数、连接批改服务器和其它符合教师身份的功能：编制答题卡(录入答题卡参数)、录入答题卡答案、发布答题卡和批改答题卡等。学生客户端的作用为调用移动设备中的蓝牙/WiFii通讯模块与智慧笔完成配对，并进行数据传输、对智慧笔所传输坐标数据，执行简单指令：绘制笔迹线条、判断删除线并删除被删除线覆盖的答案数据以及其他符合学生身份的功能：查询答题卡、查询批改结果等；步骤二，教师使用教师客户端输出单次作业的全部题号及题目类型；步骤三，教师客户端将此数据发给批改服务器。批改服务器可以连接教师/学生客户端、根据教师端录入答题卡参数生成答题卡，并记录每道题答题区域的起点和终点坐标、布码：(1)生成带有点阵码的答题卡PDF文件；(2)标准:点阵码应为3*3以上方阵、点码方阵中每个点应至少包含4种以上状态(依据所处位置)、点码方阵中每个点码间距为0.03mm以下、对教师/学生所上传笔迹数据按答题卡答题区域进行切分(1)生成图片供教师/学生客户端进行展示；(2)优化算法：对完成整页笔迹切分后，可对每道题依据不同识别范围单独进行识别，提高识别率、使用手写识别程序对教师/学生笔迹进行识别：优化算法(1)通过压力传感器，记录教师/学生每笔书写(压力传感器压放一次之间的轨迹),对学生发笔在答题区内，而结束在答题区外的笔画进行归属修正，提升识别率；(2)由教师对答题卡中各题题型进行设定：a.根据先验知识建立该题识别范围库：选择题:仅在大写英文字母中进行识别、忽略字母顺序；连线题：仅判断学生单笔画起笔及落笔坐标；填空题：通过学科、年级(建立答题卡时填入)分别设定为：英文：低年级、高年级、初中、高中；汉字：低年级、高年级、初中、高中；数学公式：小学、初中、高中；判断题：仅识别对错符号；教师批改：学生答题范围：识别对错符号、正负数(一位小数)；评分区：三位正数；评语区：汉字及中文字符；b.检测教师所录入答案：对该题识别库进行校正，如选择题：教师答案包含小写字母的，则将选择题识别范围设置为同时包含大小写字母，教师答案存在字母顺序乱序，则在判断中取消顺序忽略；c.其他数据管理功能；步骤四，批改服务器根据此数据结合算法规划每道题的答题区域并自动生成答题卡；步骤五，5.批改服务器对每道题答题区域相对于在此答题卡上的坐标予以记录批改服务器将此答题卡样式生成PDF文件，并在答题卡样式上印上一层不可见的点阵图案；步骤六，教师使用教师客户端下载此PDF文件，并通过打印机打印答题卡，打印好的答题卡即已完成点阵铺码；步骤七，两张同样内容的答题卡，可拥有不同的点阵码，因而，通过对点码进行识别，可判断该试卷ID；步骤八，教师使用智慧笔在答题卡上填写客观题答案；步骤九，当使用智慧笔在答题卡上书写时，智慧笔中的高速摄像头以60-80/s的速度对答题卡上的点阵码点进行拍摄，并将连续的码点信息转化为轨迹数据记录下来；步骤十，教师填写完成后，使用教师客户端连接智慧笔并将智慧笔中储存的轨迹信息上传至教师客户端；步骤十一，教师客户端将该轨迹信息及该教师身份信息一并发送至批改服务器；步骤十二，批改服务器对该轨迹信息进行分析，还原出书写笔迹；步骤十三，批改服务器对该轨迹信息与各题答题区区域坐标进行比对，并将该轨迹信息根据答题区域拆分为多段，分别进行识别；步骤十四，批改服务器将识别结果呈现于教师客户端人机交互界面以便于教师进行校正；步骤十五，批改服务器将最终识别结果作为标准答案与该答题卡各答题区域进行关联；步骤十六，批改服务器根据标准答案所含字符类型进行分析并记录分析结果；步骤十七，教师把打印好的答题卡下发给学生填写；步骤十八，学生对照试卷/教辅使用智慧笔在答题卡上填写答案；步骤十九，学生完成填写后，使用学生客户端连接智慧笔，并将智慧笔中储存的轨迹信息一并上传至学生客户端；步骤二十，学生客户端对轨迹信息进行识别，分析该学生所填答题卡ID，连同该学生身份信息一并上传至批改服务器；步骤二十一，批改服务器该轨迹信息与各题答题区区域坐标进行比对，并将该轨迹信息根据答题区域拆分为多段，分别进行识别；步骤二十二，识别时，利用对标准答案所含字符类型的分析结果缩小识别范围，以提升识别率；步骤二十三，根据教师此前录入的题目类型调整比对规则；步骤二十四，将识别结果与标准答案进行比对，并根据比对结果做出正确或错误判定；步骤二十五，逐一判定所有答题区域；步骤二十六，教师回收学生已填写答题卡；步骤二十七，教师使用智慧笔连接教师客户端，并在保持教师客户端激活状态；步骤二十八，教师使用智慧笔轻触回收的学生答题卡；步骤二十九，智慧笔对教师客户端实时传输轨迹信息；步骤三十，教师客户端将该轨迹信息上传至批改服务器；步骤三十一，批改服务器对该轨迹信息中的页码信息进行分析，在数据库中获取该页码对应的答题卡及学生ID；步骤三十二，批改服务器将该学生在该答题上的书写笔记、客观题识别结果、客观题得分发送至教师客观端；步骤三十三，教师客户端将以上信息在人机交互界面中予以展示；步骤三十四，教师使用智慧笔对学生答题卡中主观题部分答题区域标记“×”、“√”或“半错”符号，并综合客观题自动批改结果在约定得分区域书写该学生本次考试得分；步骤三十五，智慧笔将对应轨迹信息传输至教师客户端；步骤三十六，教师客户端将该轨迹信息及书写者身份信息上传至批改服务器；步骤三十七，批改服务器对书写者身份进行验证，并对轨迹信息进行逐题识别；步骤三十八，批改服务器将识别结果作为教师批改记录及学生得分存入服务器；步骤三十九，流程完成。
所述步骤一种的智慧笔包含七个部分，分别为电源、书写检测器、高速摄像头、处理芯片、存储器、通讯模块和笔芯。智慧笔用于绑定使用者ID→区分教师、学生身份以及记录书写笔迹并上传学生/教师客户端。智慧笔中的电源为整支智慧笔提供电能，根据各部分部件功耗，可支持持续书写12小时以上。书写检测器检测智慧笔是否处于书写状态，书写检测器可通过检测笔尖对纸面压力、笔记留存或墨水消耗等指标中的一种完成对智慧笔是否处于书写状态的判断。高速摄像头在书写检测器判定智慧笔正处于书写状态时，高速摄像头开启，对笔尖处所处点码坐标进行连续扫描记录，形成书写轨迹数据，高速摄像头每秒扫描速度50次以上，每次扫描区域至少可覆盖一组点码方阵。处理芯片对高速摄像头所采集的书写轨迹信息进行解码处理，解析坐标信息，并根据此坐标对当前书写的页码编号进行判断，处理芯片支持智慧笔中各硬件驱动。存储器可以暂时存储书写轨迹信息，以用于在脱离教师/学生客户端支持下，单独进行书写，存储器在16M以上。通讯模块与教师/学生客户端进行连接，完成信息的接收和发布，通讯模块可使用蓝牙、WiFi、4G等多种通讯制式。笔芯与书写检测器连接，笔芯可以使油性、中性的圆珠笔，可以进行更换。
所述的步骤九中的轨迹数据含页码信息及坐标信息。
所述的步骤十六中的字符类型包含英文、汉字、数字、符号等。
所述的步骤二十三中的比对规则为：如多项选择题仅比对是否包含全部字符，而无需比对字符顺序。
以上流程仅为本系统中答题卡场景解决方案，除此以外，还有试卷、练习本、教辅解决方案等多种教学场景应用方法。
采用上述技术方案后，本发明有益效果为：是一种对纸质作业进行自动批改的方法，在作业、教辅材料上部署点阵，利用数字光学点阵技术记录手写轨迹，通过算法和先验知识对进行轨迹进行自动分区、分类，系统根据分类。系统利用OCR识别技术与手写识别技术对答案进行识别，并与正确答案进行比对，自动输出批改结果，包括正确与错误两种结果。它的设计合理，提高了教师的作业批改效率，适合推广使用。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.作业自动批改系统，其特征在于：它包含智慧笔(1)、教师客户端(2)、打印机及普通打印纸(21)、学生客户端(3)、批改服务器(4)，教师客户端(2)和学生客户端(3)分别和智慧笔(1)连接，批改服务器(4)和智慧笔(1)电性连接，教师客户端(2)和打印机及普通打印纸(21)信号连接。
2.作业自动批改方法，其特征在于它包含以下步骤：步骤一，智慧笔内置唯一识别号号通过教师客户端或学生客户端与特定学生、教师进行绑定，以用于识别书写者身份；步骤二，教师使用教师客户端输出单次作业的全部题号及题目类型；步骤三，教师客户端将此数据发给批改服务器；步骤四，批改服务器根据此数据结合算法规划每道题的答题区域并自动生成答题卡；步骤五，批改服务器对每道题答题区域相对于在此答题卡上的坐标予以记录批改服务器将此答题卡样式生成PDF文件，并在答题卡样式上印上一层不可见的点阵图案；步骤六，教师使用教师客户端下载此PDF文件，并通过打印机打印答题卡，打印好的答题卡即已完成点阵铺码；步骤七，两张同样内容的答题卡，可拥有不同的点阵码，因而，通过对点码进行识别，可判断该试卷ID；步骤八，教师使用智慧笔在答题卡上填写客观题答案；步骤九，当使用智慧笔在答题卡上书写时，智慧笔中的高速摄像头以60-80/s的速度对答题卡上的点阵码点进行拍摄，并将连续的码点信息转化为轨迹数据记录下来；步骤十，教师填写完成后，使用教师客户端连接智慧笔并将智慧笔中储存的轨迹信息上传至教师客户端；步骤十一，教师客户端将该轨迹信息及该教师身份信息一并发送至批改服务器；步骤十二，批改服务器对该轨迹信息进行分析，还原出书写笔迹；步骤十三，批改服务器对该轨迹信息与各题答题区区域坐标进行比对，并将该轨迹信息根据答题区域拆分为多段，分别进行识别；步骤十四，批改服务器将识别结果呈现于教师客户端人机交互界面以便于教师进行校正；步骤十五，批改服务器将最终识别结果作为标准答案与该答题卡各答题区域进行关联；步骤十六，批改服务器根据标准答案所含字符类型进行分析并记录分析结果；步骤十七，教师把打印好的答题卡下发给学生填写；步骤十八，学生对照试卷/教辅使用智慧笔在答题卡上填写答案；步骤十九，学生完成填写后，使用学生客户端连接智慧笔，并将智慧笔中储存的轨迹信息一并上传至学生客户端；步骤二十，学生客户端对轨迹信息进行识别，分析该学生所填答题卡ID，连同该学生身份信息一并上传至批改服务器；步骤二十一，批改服务器该轨迹信息与各题答题区区域坐标进行比对，并将该轨迹信息根据答题区域拆分为多段，分别进行识别；步骤二十二，识别时，利用对标准答案所含字符类型的分析结果缩小识别范围，以提升识别率；步骤二十三，根据教师此前录入的题目类型调整比对规则；步骤二十四，将识别结果与标准答案进行比对，并根据比对结果做出正确或错误判定；步骤二十五，逐一判定所有答题区域；步骤二十六，教师回收学生已填写答题卡；步骤二十七，教师使用智慧笔连接教师客户端，并在保持教师客户端激活状态；步骤二十八，教师使用智慧笔轻触回收的学生答题卡；步骤二十九，智慧笔对教师客户端实时传输轨迹信息；步骤三十，教师客户端将该轨迹信息上传至批改服务器；步骤三十一，批改服务器对该轨迹信息中的页码信息进行分析，在数据库中获取该页码对应的答题卡及学生ID；步骤三十二，批改服务器将该学生在该答题上的书写笔记、客观题识别结果、客观题得分发送至教师客观端；步骤三十三，教师客户端将以上信息在人机交互界面中予以展示；步骤三十四，教师使用智慧笔对学生答题卡中主观题部分答题区域标记“×”、“√”或“半错”符号，并综合客观题自动批改结果在约定得分区域书写该学生本次考试得分；步骤三十五，智慧笔将对应轨迹信息传输至教师客户端；步骤三十六，教师客户端将该轨迹信息及书写者身份信息上传至批改服务器；步骤三十七，批改服务器对书写者身份进行验证，并对轨迹信息进行逐题识别；步骤三十八，批改服务器将识别结果作为教师批改记录及学生得分存入服务器；步骤三十九，流程完成。
3.根据权利要求1所述的作业自动批改系统及批改方法，其特征在于：所述步骤一种的智慧笔包含七个部分，分别为电源、书写检测器、高速摄像头、处理芯片、存储器、通讯模块和笔芯。
4.根据权利要求1所述的作业自动批改系统及批改方法，其特征在于：所述的步骤九中的轨迹数据含页码信息及坐标信息。
5.根据权利要求1所述的作业自动批改系统及批改方法，其特征在于：所述的步骤十六中的字符类型包含英文、汉字、数字、符号等。
6.根据权利要求1所述的作业自动批改系统及批改方法，其特征在于：所述的步骤二十三中的比对规则为：如多项选择题仅比对是否包含全部字符，而无需比对字符顺序。
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