CN110491220A - 一种基于智能台灯的课后学习系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于智能台灯的课后学习系统及方法，包括智能台灯、学习平台；学习平台分别设有学生端、教师端和家长端；学生通过智能台灯与学习平台的学生端，实现与教师沟通、网上查阅资料、提交作业功能；教师利用终端通过教师端为学生布置课后作业以及为学生课后学习答疑解惑，具有布置作业、解答问题、批改作业、消息通知与家长交流功能；家长利用终端通过家长端查看学生每天提交作业的情况、作业的分数、与教师交流的频率和各种与学习有关的数据，以此来了解学生课后学习状态，在发现学生学习中的问题之后及时与教师、学生沟通，提出自己的建议；同时家长端发送对学生的留言，发送到智能台灯，学生利用智能台灯听取留言。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于智能台灯的课后学习系统及方法，属于智能学习技术领域。
背景技术
在当前社会环境下，我国学生通过学校学习培养综合能力的要求越来越高，但是在学校和教师一对一交流的机会不多，家长也没有时间辅导学生的功课和作业。学生在课后做作业遇到问题时经常用手机或者电脑在网络上查找资料。但是手机和电脑的娱乐功能太强，学生有时会克制不住自己在手机或电脑上打游戏、逛不良网站，导致好多家长不放心或者不敢让学生独自使用手机和电脑辅助课后学习。
台灯是学生坐在书桌前学习时常用的照明工具。台灯的使用环境本身就为学生营造了一种良好的学习氛围。随着电子技术的发展，近些年已经有许多智能台灯的出现，它们力图在各个方面为学生的学习提供帮助和便捷。
一种基于智能台灯的内容分享方法、系统及智能台灯，申请号:201811134431.1，中提出了利用智能台灯实现学生之间学习画面的交流，但实际课后学习中这种画面交流实用性并不大；
具有学习记录功能的智能台灯，申请号:201810293528.0，中主要通过构建多功能的智能台灯来方便学生课后学习，但并未认真考虑到课后学生中师生交流的重要性；一种辅助学习方法及智能台灯，申请号:201811133687.0，中提出利用智能台灯所配置的摄像头自动截取书本上的问题，识别并解答，实际中这种提问方式远不如直接描述问题向教师提问或网上查阅效果好；
一种学习情况反馈方法及智能台灯，申请号:201811133664.X，中提出通过智能台灯来检测学生做每道题的时间，来检测学生对每个知识点的掌握程度，但这样可能增加学生做课后作业的焦虑感，只在乎完成时间而忽略了更重要的深入思考，同时这种反应学习情况的方式远比不上本专利中的大数据分析方式更科学、全面；
一种基于智能台灯的学习方法及智能台灯，申请号:201810945261.9，和一种基于智能台灯的学习互动方法及智能台灯，申请号:201810752175.6，中分别提出了利用触控笔检测书本上的内容和利用摄像头记录书本摆放位置并识别书本上文字的功能，但这只考虑了技术上的创新，这种创新在实际中并不会给学生学习带来很大的益处。
近些年提出的智能台灯确实在某些方面给学生的学习带来方便，但每个专利所提出的方法都有各自不同的缺点，并没有考虑其在学生课后学习中的实用性，更没有考虑学生在教师和家长的指导下进行课后学习、学习过程中查询知识点、方便快捷提交作业等需求，也没能充分利用学生的学习数据进行大数据分析来指导学生学习。因此，本发明针对目前智能台灯学习平台的各种问题，提出相应的解决方案，并综合构成本发明所提出的基于智能台灯的课后学习系统。
发明内容
本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于智能台灯的课后学习系统及方法，基于学生课后学习的需求，将学生、家长和教师紧密联系在一起，帮助学生实现在教师指导和家长监管之下的课后学习，同时还可以通过该平台统计学生的学习情况，收集大数据，向教师、学校或者教育部门反馈学生在学习中普遍存在的问题，有利于教学改进和提升；同时实现学生在教师和家长的指导下自主进行课后学习，增加学生、家长和教师课后交流互动的机会。
本发明技术解决方案：
一种基于智能台灯的课后学习系统，包括智能台灯、学习平台；学习平台分别设有学生端、教师端和家长端；
学生端，通过智能台灯与学生联系，实现与教师沟通、网上查阅资料、提交作业功能；
教师端，利用终端为学生布置课后作业以及为学生课后学习答疑解惑，具有布置作业、解答问题、批改作业、消息通知与家长交流功能；
家长端，利用终端查看学生每天提交作业的情况、作业的分数、与教师交流的频率和各种与学习有关的数据，以此来了解学生课后学习状态，在发现学生学习中的问题之后及时与教师、学生沟通，提出自己的建议；同时发送对学生的留言到学生端，学生端利用智能台灯听取留言；
智能台灯，学生端使用学习平台的终端，是向学习平台发送请求的媒介，智能台灯具有基本的照明功能、语音播报功能、文件存储功能、自动调节台灯亮度、网络传输和显示功能，完成教师端、家长端和学生端的智能交互任务。
如图1所示，学习平台包括：学生与教师交流模块、查阅资料模块、提交作业模块、布置作业模块、作业批改模块、家长监督功能模块、家长留言模块、家长与教师交流模块；其中布置作业模块、提交作业模块和批改作业模块完成作业批改功能；
学生与教师交流模块：实现学生与教师之间的通信功能；当学生需要与教师沟通时，通过智能台灯输入想问的问题，并发送消息，学生与教师交流模块接收到此消息后，解析数据包，读出询问的内容和接收者，并将消息转发到接收者；当教师回复学生时，通过手机或电脑输入回复内容，并发送消息，学生与教师交流模块接收到此消息后，解析数据包，读出询问的内容和接收者，并将消息转发到接收者；
网上查阅资料模块：实现学生网上查阅资料的功能，当学生要查阅资料时，通过智能台灯输入检索内容，发送检索请求，网上查阅资料模块接收到检索请求之后，判断检索关键词是否是禁止词汇，若不是禁止词汇则在网络上检索该词汇，并将检索结果发送给学生端，显示在智能台灯的显示屏上，若为禁止词汇则提示学生不能检索；
布置作业模块：是作业批改功能的第一个模块，实现教师向学生布置作业；教师端布置作业时，将作业题目信息写到一个文档中，并通过分组发送给每个学生，布置作业时设置作业提交的时间期限，在此时间限期内(比如7天之内)必须提交，超过该时间期限提交的作业均不会被接收；布置作业完成后，会自动保存作业信息，以便批改作业时使用和日后查看；学生端接收到布置作业消息后，会自动将该作业消息加入未读消息列表中和待提交作业列表中，并发送到智能台灯，智能台灯会有指示灯提示或者语言提示，从学生端接收到作业后会开始计时，直到学生阅读作业消息为止停止计时，并将该作业消息从未读消息列表中去除，如果超过某一固定时间仍未阅读该作业消息会再次有语音提示，学生也可以初步答复本任务计划在计划时间进行(例如在10分钟后/晚上7点钟安排进行)，在当前不再提醒未完成任务，而在计划时间再次提醒；如果超过作业提交时限仍未阅读该作业消息或者提交作业，会自动通知家长端；如果智能台灯离线时，通知信息同时转发到家长端；
提交作业模块：是作业批改功能的第二个模块，学生完成布置的作业之后，通过本模块向教师提交该作业，当学生要提交作业时，通过智能台灯将作业提交，并发送到教师端；
学生提交作业时，从待提交作业列表中选择要提交的作业，会自动将作业发送到布置作业的教师端，并将作业消息从待提交作业列表中去除，教师端会对接收到的作业分组，分组依据就是上述中从待提交作业列表中所选择要提交的作业；
批改作业模块：是作业批改功能的第三个模块，实现教师批改作业或者系统自动批改，并将批改完成的作业发送给学生；
教师批改作业时，设置自动批改或手动批改，自动批改时，将批改后的作业发回给提交者并记录该学生的作业成绩；
家长监督功能模块：实现家长监督功能，赋予家长浏览学生学习信息记录的权限；家长利用手机或者电脑查看学生每天提交作业的情况、作业的分数、与教师交流的频率和各种与学习有关的数据，以此来了解学生课后学习状态，在发现学生学习中的问题之后及时与教师、学生沟通，提出自己的建议；
家长留言模块：实现家长向学生留言的功能，或家长利用手机或电脑发送对学生的留言，将其发送到学生端，学生利用智能台灯听取留言；
家长与教师交流模块：实现家长与教师的沟通功能，当家长发现学生在学习过程中的问题，需要与教师沟通时，通过家长与教师交流模块实现此目的；具体的，当家长需要与教师沟通时，通过手机或电脑编辑待发送的消息并发送，家长与教师交流模块接收到此消息后，解析数据包，读出询问的内容和接收者，并将此消息转发到接收者；当教师回复家长时，通过手机或电脑输入回复内容并发送消息，家长与教师交流模块接收到此消息后，解析数据包，读出询问的内容和接收者，并将消息转发到接收者。
所述学习平台还包括：浏览检索记录模块；在家长端设置具有浏览学生检索记录的权限，家长为学生设置禁止检索词汇，查看学生每次提交的作业和作业的成绩，查看对学生学习数据的分析结果，同时也为学生布置家庭作业并自行批改；通过浏览检索记录模块，家长全方位的了解学生课后的学习内容，参与到学生的课后学习中，发挥辅助和监督的作用。
所述学习平台还包括：大数据分析模块；该模块利用学生在使用学习平台时所产生的大量数据，经过系统科学的分析，在各种层次上全面反应学生的学习情况；该模块的大数据分析功能记录、分析一个学生长时间的学习状态，在班级、学校甚至地区范围内分析总体的学习情况；智能台灯会通过配置的红外检测装置检测学生是否在智能台灯前学习，并记录学习时间、时长发送到大数据分析模块；学生使用检索功能的次数、频率也会被记录下来；每次作业是否按时提交，每次作业的成绩，与教师交流的次数、频率也是大数据分析的原始数据；大数据分析模块根据所记录的每个学生的全部学习信息，综合评价每一天、每一周、每一个月、每一学期甚至更长时间的学习状态，生成学习曲线，从总体上跟踪学习进程；此外，还会从某些重要方面单独评价学习状态，如果某一阶段学习时长出现大幅变动，或者学习时间段有明显改变，或者作业成绩出现大幅变动都说明该学生在学习上出现很大改变，无论这种改变是好还是坏都应该引起家长的注意；
通过大数据分析功能，不同级别的机构都以自己的角度和关注点观察和使用大数据分析结果，一个班级关注本班级整体的学习情况，一个学校关注不同班级学习情况的差异及其原因，教育部门关注不同学校发展情况的差异及其原因，不同机构的不同需求都能够通过大数据分析功能来满足。
所述学习平台还包括：自动存储和记录模块；自动存储和记录模块负责存储学生在使用学习平台时产生的各种文件，包括布置的作业、提交的作业、批改的作业，教师回复的留言，避免作业丢失造成的各种弊端。
所述智能台灯包括：控制器、语音识别模块和扬声器、语音播报模块、自然语言理解模块、摄像头、存储器、拓展接口、LED驱动和LED光源、网络模块、红外传感器、显示界面和操作界面；
控制器，是智能台灯的核心，嵌入了操作系统，负责语音识别模块、自然语言理解模块、语音播报模块和扬声器、拓展接口、摄像头、存储器、LED驱动和光源、网络模块、显示界面和操作界面、红外传感器的控制与调度；
语音识别模块，用来监测是否有语音指令，如果监测到语音指令，则会配合后面的自然语言理解模块识别出接收到的语音指令的内容，并将识别出来的指令传送到控制器；
语音播报模块和扬声器，用来提供语言播报服务，由控制器控制播报相应内容；
拓展接口，用来导入外部文件或者将系统内部的文件通过存储介质导出；
摄像头受控制器控制开启并拍摄学习画面；
存储器用来储存下载的文件、外部导入的文件和一些系统数据；
LED驱动和LED光源用来照明，如果要让光源的亮度随着外界亮度改变则还需光感应模块；
网络模块代表一切与网络相关的服务，包括与服务器的数据交换、与手机客户端的数据共享；显示界面和操作界面分别用来提供可视化功能和向控制器发送指令，如果采用触摸显示屏可以将两者合二为一；
红外传感器，检测智能台灯是否有人，并以此来记录学生的学习时间，当台灯无人使用时自动关闭台灯；同时智能台灯可以与课后学习平台交互从而实现更复杂的功能。
本发明的一种基于智能台灯的课后学习方法，包括以下步骤：
(1)学生端通过智能台灯使用学习平台，实现与教师沟通、网上查阅资料、提交作业功能；
当学生端需要与教师沟通时，通过智能台灯输入想问的问题，并发送到学习平台，学习平台接收到消息后，解析数据包，读出询问的内容和接收者，并将消息转发到接收者；
当学生端需要查阅资料时，通过智能台灯输入检索内容，向学习平台发送检索请求，学习平台接收到检索请求之后，判断检索关键词是否是禁止词汇，若不是禁止词汇则在网络上检索该词汇，并将检索结果发送给智能台灯，若为禁止词汇则提示不能检索；
当学生端需要提交作业时，通过智能台灯将作业提交到学习平台，然后学习平台将作业发送到教师端；
(2)教师端，通过学习平台为学生端布置课后作业以及为学生课后学习答疑解惑，教师端使用学习平台的终端是手机或者电脑，教师端具有的功能有布置作业、解答问题、批改作业、消息通知与家长交流；
当教师端接收到学生发送的消息时，手机或电脑会有提醒，教师端打开与学生的对话框输入解答内容，经由学习平台发送到学生端；
当教师端接收到家长端发送的消息时，手机或电脑端会有提醒，教师端打开与家长端的对话框输入回复内容，经由学习平台发送到家长端；
教师端具有布置作业和批改作业的功能，配合学生端的提交作业功能从而实现作业布置、提交、批改整个过程。
(3)家长端利用手机或者电脑通过学习平台来查看学生每天提交作业的情况、作业的分数、与教师交流的频率和各种与学习有关的数据，以此来了解学生课后学习状态，在发现学生学习中的问题之后及时与教师、学生沟通，提出自己的建议；家长端也利用手机或电脑向学习平台发送对学生的留言，学习平台将其发送到智能台灯，学生端利用智能台灯听取留言。
(4)本发明的一种基于智能台灯的课后学习系统，具有自动存储功能，可以记录学生、教师、家长在使用本平台时产生的数据，从而方便日后查阅；同时配合平台的大数据分析功能，可以从大量的数据中分析得到反应学生学习状态的信息，用数据指导学生学习。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明充分考虑学生课后学习过程中的需求，通过智能台灯实现学生和教师课后交流、查阅资料等功能，这些功能都是与学生课后学习息息相关的，对提高课后学习效率有很大帮助。
(2)本发明实现无纸质化的作业布置、提交、批改过程，这样既可以自动存储作业，也可以方便的查看、批改作业。
(3)本发明将家长角色加入智能台灯学习系统中，发挥家长在学生课后学习中的监督和指导作用，让家长充分了解学生的学习，成为学生课后学习的参与者。
(4)本发明充分利用学生在使用本平台过程中产生的大量数据信息，科学的分析这些数据，在各种层次上全面反应学生的学习情况，学生可以根据结果调整自己的学习方法和习惯，学校也可以整体了解每个班级具体的学习情况，教育部分也可以在宏观上根据分析结果作为相应指示。
附图说明
图1为本发明学习系统功能模块连接框图；
图2为本发明学习系统的组成框图；
图3为本发明中学生端、教师端和家长端的功能关系图；
图4为本发明中作业批改功能流程关系图；
图5为本发明中接收作业排序图；
图6为本发明中资料检索模块实现流程图；
图7为本发明中家长监督功能关系图；
图8为本发明中智能台灯组成框图；
图9为大数据分析功能关系图；
图10为本发明中不同层次用户利用大数据分析功能示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
如图2所示，本发明的学习系统使用者为：学生、教师和家长，三者相互通信交流的媒介就是本发明中的学习平台。
学生使用者是本学习平台主要的受众对象，学生通过智能台灯使用学习平台，实现与教师沟通、网上查阅资料、提交作业等功能。
当学生需要与教师沟通时，通过智能台灯输入想问的问题，并发送到学习平台。学习平台接收到消息后，解析数据包，读出询问的内容和接收者，并将消息转发到接收者。
当学生要查阅资料时，通过智能台灯输入检索内容，向本平台发送检索请求，平台接收到检索请求之后，判断检索关键词是否是禁止词汇，若不是禁止词汇则在网络上检索该词汇，并将检索结果发送给智能台灯终端，若为禁止词汇则提示不能检索。
当学生要提交作业时，通过台灯将作业提交到平台，然后平台将作业发送到教师端。
教师使用者主要是学校的教师，通过本平台为学生布置课后作业以及为学生课后学习答疑解惑，教师使用本学习平台的终端是手机或者电脑。教师端具有的功能有布置作业、解答问题、批改作业、消息通知与家长交流等。
当教师接收到学生发送的消息时，手机或电脑端会有提醒，教师打开与学生的对话框输入解答内容，经由学习平台发送到学生端。
当教师接收到家长发送的消息时，手机或电脑端会有提醒，教师打开与家长的对话框输入回复内容，经由学习平台发送到家长端。
教师端还有一个重要的功能是批改作业，接收作业的方式与上述接收对话消息的方式不同，本平台专门提供一个作业批改功能，学生通过该功能提交作业，教师也在该功能下批改作业。特殊的，还可以设置自动批改。
家长使用者是学生的家长。家长可以利用手机或者电脑通过学习平台来查看学生每天提交作业的情况、作业的分数、与教师交流的频率和各种与学习有关的数据，以此来了解学生课后学习状态，在发现学生学习中的问题之后及时与教师、学生沟通，提出自己的建议。家长也可以利用手机或电脑向平台发送对学生的留言，平台将其发送到智能台灯端，学生利用智能台灯听取留言。本发明中学生端、教师端和家长端的功能关系如图3所示。
学习平台具有作业批改功能如图4所示，包括教师端布置作业、学生端提交作业、教师端批改作业、自动批改，此外还有自动存储、记录等功能。
教师布置作业时，通过手机或者电脑将作业题目保存到一个文档中，通过平台的作业批改功能中的布置作业选项，由平台将作业文档发送给每个学生。学生端接收到作业消息后，会有特殊提醒，比如特殊颜色的指示灯或者语音提示等。
因为学习平台有来自不同地区、不同学校、不同班级的学生和教师使用者，为了布置作业的方便，教师可以利用平台将学生分组。每个学期开始时，学生与教师都会进行双向认证：学生端会绑定自己每门课程的教师，教师也会选择自己所教授课程中的学生，如果学生成功绑定该教师且该学生也在教师选择的学生名单中，双向认证成功。学习平台会根据双向认证的结果，自动在教师端生成以课程为依据的分组。教师可以为每个分组取名字，如果要向某个组中的所有学生群发消息，可以通过选择组来快速选择所有学生。在布置作业时，也可以通过选择组将作业信息发送给该分组中的所有学生。
除了教师布置的作业之外，还可以设置周期性作业，比如每日背10个英文单词、读两首古诗词等日常打卡型作业，设置布置作业的时间，学习平台每天定时向学生端发送该作业信息，提醒学生完成。
学生提交作业时，要将自己的作业转换成电子文档，通过学习平台作业批改功能中的提交作业选项，将作业发送给相应教师。
学生可以根据智能台灯的不同接口方式将作业转换成电子文档：对于具有摄像头的智能台灯，可以先在作业纸上面写作业，然后通过智能台灯的摄像头将作业扫描成电子文档，存储到台灯中，然后将该文档发送到平台给教师批阅；对于具有手写屏拓展接口的智能台灯，可以在手写屏上写作业，直接存储成电子文档，然后将该文档发送到学习平台给教师批阅。
教师批改作业时，可以在平台上选择自己手动批改或者平台自动批改。
教师手动批改作业时，打开作业批改功能中的批改作业选项，其中会按所布置作业的时间顺序将所布置的作业排序(如图5所示)，再打开所要批改的作业选项，如图4中的第一次作业，其中会按接收到作业的时间顺序将接收的作业排序。未批改的作业会用红色标记出，批改后该红色标识消失。打开一份作业，批改时标出每一道题的分数，批改结束平台会自动计算出最终分数。批改完成后，教师可以将批改好的作业通过平台发送给学生。
教师设置自动批改时，平台会根据教师提交的批改作业模板自动批改作业。平台自动批改作业时，每接收到一份作业就会启动自动批改程序，并将批改完成的作业发送给学生。
学习平台自动批改作业时，每批改完一道题目，就给出本题分数，整份作业批改结束后，在结尾处给出最终总成绩。
综上，作业批改功能的流程如下述：
1.教师布置作业
教师布置作业时，将作业题目信息写到一个文档中，并通过分组发送给每个学生。布置作业时可以在学习平台上设置作业提交的时间限制，比如7天之内必须提交，则超过该时间期限提交的作业平台均不会被接收。布置作业完成后，学习平台会自动保存作业信息，以便批改作业时使用和日后查看。学生端接收到布置作业消息后，学习平台会自动将该消息加入未读消息列表中和待提交作业列表中，并发送到智能台灯端，智能台灯会有特殊的指示灯提示或者语言提示。平台从学生端接收到作业后会开始计时，直到学生阅读作业信息为止停止计时，并将该消息从未读消息列表中去除，如果超过某一固定时间仍未阅读该作业信息会再次有语音提示，学生也可以初步答复本任务计划在一定时间(例如10分钟后/晚上7点钟)安排进行，学习平台可以在当前不再提醒未完成任务，而在计划时间再次提醒。如果超过作业提交时限仍未阅读该作业信息或者提交作业，学习平台会自动通知家长。如果智能台灯离线时，通知信息等可同时转发到家长手机App等其他备份设备中。
2.学生端提交作业
学生提交作业时，从待提交作业列表中选择要提交的作业，平台会自动将作业发送到布置作业的教师端，并将该作业消息从待提交作业列表中去除。平台教师端会对接收到的作业分组，分组依据就是上述中从待提交作业列表中所选择要提交的作业。
3.教师端批改作业
教师批改作业时，可以设置自动批改，也可以手动批改，平台会自动将批改后的作业发回给提交者并记录该学生的作业成绩。
本发明提供资料检索功能，为学生课后学习查阅资料带来方便。检索途径可以是网络检索，也可以是询问教师和家长。
对于网络检索，如果学生在课后学习过程中有问题要查阅资料，可以通过智能台灯输入要检索的内容，并向平台发送检索指令。平台接收到检索指令后，首先提取检索词汇，并判断检索词汇是否符合被检索的要求。对于符合要求的检索请求，本平台响应检索请求，首先，在平台知识库或互联网进行检索；然后对检索到的结果进行过滤，滤除一些不适合该年龄段学生的内容；最后，将检索结果发送到智能台灯端。
为避免学生惰性，家长也可对每天使用检索功能的次数进行限制，平台会自动记录每天检索次数，并在每次检索时判断是否超过了检索次数的限制，若超过了该限制，平台不会响应该次检索，并将通知家长端，家长可根据情况增加检索次数或者与学生进行交流询问。
为了防止网络上不良信息对学生造成不好的影响，平台会对学生的检索内容做一些限制：当平台接收到检索请求时，首先提取检索内容，并判断检索内容是否有涉及不当词汇，如有则提示禁止检索；然后，平台会判断检索内容与家长所设置的禁止词汇的相关性，若相关性很大则同样会提示禁止检索。
如果家长在平台上设置了检索监督权限，在学生检索不良内容时平台会自动提示并发送给家长。家长可以针对学生某段时间的问题设计禁止检索的词汇，比如学生如果对某一款游戏很沉迷，家长就可以将游戏的名字设为禁止词汇，这样学生检索与该游戏相关的内容时，平台均不会予以响应。另外，平台会自动保存学生的检索记录和浏览记录，并且学生无法删除历史记录，家长可以在手机端实时监督学生的检索行为。
学生在查询资料的时候，除了选择在网络上搜索之外，也可以选择将问题发送给教师或者家长，即平台在接收检索指令后，会提取消息接收者，如果是网络检索则会经历上述的响应过程，如果消息接收者是教师或者家长，平台会直接将问题发送到消息接收者，跳过上述检索内容的判断和过滤过程。如图6所示，学习平台的资料检索流程图，当学生需要查阅资料时，首先通过智能台灯输入检索的内容，发送到学习平台，然后平台提取检索词汇，若检索词汇不被禁止，则在互联网上检索并将检索的内容发送到智能台灯端。
本发明具有家长给学生留言布置家庭作业和家长监管完成课后作业的功能。
为了发挥家长在学生课后学习中的监督作用，本发明的学习平台赋予了家长端一些权限和功能。学生和家长之间也存在双向认证：在学生和家长用户注册完成后，学生端会绑定自己的家长，家长端也会绑定自己的学生，如果相互绑定成功，则平台认定家长用户和学生用户的亲子关系，双向认证成功。
教师发送布置作业消息给学生时，学习平台会自动将该作业消息备份发送到家长端；学生在提交作业时，学习平台也会将作业备份发送到家长端；教师批改完作业后，学习平台会自动将批改完成的作业发送到学生端和家长端。通过这种方式，家长可以参与到批改作业的整个流程中，查看学生完成作业的情况，发挥监督作用。
家长端具有留言布置家庭作业的功能，家长通过自己的观察、审阅发现学生在学习中存在的问题，可以通过学习平台向学生布置家庭作业。比如，如果家长发现学生作业中某一类型的题目错误率很高，可以选择几道该类型的题目作为家庭作业发送给学生，学生做完之后向家长提交作业，由家长批改。
家长端具有一些权限和功能用来监督和辅助学生学习，家长端可以为学生设置禁止检索词汇，设置每日使用检索功能的次数限制，是否允许智能台灯端播放歌曲等。
家长可以利用学习平台，浏览学生检索记录，为学生设置禁止检索词汇，查看学生每次提交的作业和作业的成绩，查看学习平台对学生学习数据的分析结果，同时也可以为学生布置家庭作业并自行批改。通过上述学习平台功能，家长可以全方位的了解学生课后的学习内容，参与到学生的课后学习中，发挥监督学生学习的作用。如图7所示，学习平台的家长监督功能关系图，即家长通过浏览检索记录、设置禁止检索词汇、设置检索次数、查看作业成绩和大数据分析结果、布置家庭作业等来监督孩子的课后学习。
如图8所示，所述智能台灯包括：控制器、语音识别模块和扬声器、语音播报模块、自然语言理解模块、摄像头、存储器、拓展接口、LED驱动和LED光源、网络模块、红外传感器、显示界面和操作界面；控制器，是智能台灯的核心，嵌入了操作系统，负责语音识别模块、自然语言理解模块、语音播报模块和扬声器、拓展接口、摄像头、存储器、LED驱动和光源、网络模块、显示界面和操作界面、红外传感器的控制与调度；语音识别模块，用来监测是否有语音指令，如果监测到语音指令，则会配合后面的自然语言理解模块识别出接收到的语音指令的内容，并将识别出来的指令传送到控制器；语音播报模块和扬声器，用来提供语言播报服务，由控制器控制播报相应内容；拓展接口，用来导入外部文件或者将系统内部的文件通过存储介质导出；摄像头受控制器控制开启并拍摄学习画面；存储器用来储存下载的文件、外部导入的文件和一些系统数据；LED驱动和LED光源用来照明，如果要让光源的亮度随着外界亮度改变则还需光感应模块；网络模块代表一切与网络相关的服务，包括与服务器的数据交换、与手机客户端的数据共享；显示界面和操作界面分别用来提供可视化功能和向控制器发送指令，如果采用触摸显示屏可以将两者合二为一；红外传感器，检测智能台灯是否有人，并以此来记录学生的学习时间，当台灯无人使用时自动关闭台灯；同时智能台灯可以与课后学习平台交互从而实现更复杂的功能。
本发明智能台灯学习平台具备大数据分析功能，对每个学生学习数据的分析，给出该学生最近一段时间的学习状态；对一个集体中所有学生学习数据的综合分析，给出学生整体的学习情况，帮助教师和教育部门更好地提升教学水平。
本发明智能台灯学习平台大数据分析功能所利用的原始数据来源于平台中记录的所有有关学生的学习信息。
学习平台可以通过智能台灯装配的红外传感器检测学生是否在台灯前学习，如果超过某一固定时间台灯保持开启状态且没有人在使用，学习平台会控制关闭台灯。学习平台记录学生在台灯前学习的时间和时长，生成学习时长的曲线，如果某一段时间内学习时长明显减少或者学习时间段发生明显改变，则说明学生的学习状态有明显改变，应该引起注意。
本学习平台会自动存储有关学生作业的信息，并分析这些数据。学习平台会记录每个学生每次作业的成绩，并画出作业成绩随时间变化的曲线，这条曲线可以反应学生在一段时间内总体的学习情况，学习状态的起伏也可以通过曲线反应出来：如果某一次的作业成绩突然下降，说明学生对该知识点没有掌握，需要重新学习；如果某一段时间的作业成绩都偏低，说明该段时间内，该学生的学习状态下降，应该引起教师、家长的注意；如果某一时间段内作业成绩忽高忽低，则说明该学生学习状态不稳定，教师、家长应该一起帮助学生找到问题所在。
学习平台的大数据分析功能，除了记录、分析一个学生长时间的学习状态外，还可以在班级、学校甚至地区范围内分析总体的学习情况。智能台灯会通过配置的红外检测装置检测学生是否在台灯前学习，并记录学习时间、时长发送到本平台；学生使用检索功能的次数、频率也会被记录下来；每次作业是否按时提交，每次作业的成绩，与教师交流的次数、频率等也是大数据分析的原始数据。平台会根据所记录的每个学生的全部学习信息，综合评价每一天、每一周、每一个月、每一学期甚至更长时间的学习状态，生成学习曲线，从总体上跟踪学习进程。此外，还会从某些重要方面单独评价学习状态，比如某一阶段学习时长出现大幅变动，或者学习时间段有明显改变，或者作业成绩出现大幅变动都说明该学生在学习上出现了很大改变，无论这种改变是好还是坏都应该引起家长的注意。图9学习平台的大数据分析功能关系图，即平台的大数据分析功能可以利用一个学生的学习信息，来分析该学生的学习状态，同时也可以利用一个集体内所有学生的学习信息，分析该集体的学习状态，分别从个体和总体反应学习状态。
除了分析一个学生的学习状态，还可以以班级、学校甚至地区为单位，了解总体的学习情况：
(1)以班级为单位分析学习情况，可以对比出不同班级的学习积极性，教师和学生课后互动的频率和班级之间作业成绩等的差异，从而发现影响班级学习情况的重要因素。
(2)通过记录分析众多学生的学习时间、作业成绩就可以切实了解到学生的学习压力。如果一个集体有很多学生作业成绩都不高，且每天都学习到很晚，那就说明学习压力很大，需要给他们少布置作业，缓解学习压力。
(3)可以科学的发现学生的易错点和疑难点，可以统计分析作业中每一题的错误率，如果某一道题的错误率很高，就说明对于大多数学生来说这道题是易错题，系统可以通过消息推广的方式将这道题推广给所有学生。同时，教师也可以通过错误率了解学生对每个知识点的掌握程度，从而在课堂教学中有所调整。
(4)学习平台也可以对一个学校，一个学区，甚至全市学生课后学习情况进行大数据分析，给出特定学生群体对什么感兴趣，哪种方式更容易让他们接受，学习中的难点在什么地方，教师布置作业的数量等等，帮助教育部门了解和掌握学生整体学习情况，以更好地提升教学方式和管理方法。
通过大数据分析功能，不同级别的机构都可以以自己的角度和关注点观察和使用大数据分析结果，一个班级关注本班级整体的学习情况，一个学校关注不同班级学习情况的差异及其原因，教育部门关注不同学校发展情况的差异及其原因，不同机构的不同需求都可以通过本平台的大数据分析功能来满足，如图10所示，图10为本发明中不同层次用户利用大数据分析功能示意图，即不同层次的用户如学生、班级、学校甚至教育部门都可以从自己的角度利用本平台，来指导学习或者工作。
学习平台除了可以实现学生和家长、教师的课后交流互动之外，还可以在家长的同意下引入同学的角色。对于使用学习平台的学生用户之间，为了防止学生之间闲聊和突出学习平台家校互动的特色，是不能进行交流和互动的。但考虑到同学之间讨论对课后学习的帮助，学习平台可以引入同学之间交流互动的功能，不过同学之间加好友之前需要双方家长的同意，同时同学之间的课后交流要受家长的监督。
本发明旨在通过增加学生、教师和家长课后交流讨论机会、提供作业批改服务、增加资料查阅功能、采用大数据分析功能等这几个方面为学生的课后学习提供更好的氛围和条件，其功能和便利性已经达到替代手机、电脑的程度，体现了现代数字技术的发展对学生课后学习方式的更新与变革。
Claims (7)
1.一种基于智能台灯的课后学习系统，其特征在于：包括智能台灯、学习平台；学习平台分别设有学生端、教师端和家长端；
学生端，通过智能台灯与学生联系，实现与教师沟通、网上查阅资料、提交作业功能；
教师端，利用终端为学生布置课后作业以及为学生课后学习答疑解惑，具有布置作业、解答问题、批改作业、消息通知与家长交流功能；
家长端，利用终端查看学生每天提交作业的情况、作业的分数、与教师交流的频率和各种与学习有关的数据，以此来了解学生课后学习状态，在发现学生学习中的问题之后及时与教师、学生沟通，提出自己的建议；同时发送对学生的留言到学生端，学生端利用智能台灯听取留言；
智能台灯，学生端使用学习平台的终端，是向学习平台发送请求的媒介，智能台灯具有基本的照明功能、语音播报功能、文件存储功能、自动调节台灯亮度、网络传输和显示功能，完成教师端、家长端和学生端的智能交互任务。
2.根据权利要求1所述的一种基于智能台灯的课后学习系统，其特征在于：所述学习平台包括：学生与教师交流模块、查阅资料模块、提交作业模块、布置作业模块、作业批改模块、家长监督功能模块、家长留言模块、家长与教师交流模块；其中布置作业模块、提交作业模块和批改作业模块完成作业批改功能；
学生与教师交流模块：实现学生与教师之间的通信功能；当学生需要与教师沟通时，通过智能台灯输入想问的问题，并发送消息，学生与教师交流模块接收到此消息后，解析数据包，读出询问的内容和接收者，并将消息转发到接收者；当教师回复学生时，通过手机或电脑输入回复内容，并发送消息，学生与教师交流模块接收到此消息后，解析数据包，读出询问的内容和接收者，并将消息转发到接收者；
网上查阅资料模块：实现学生网上查阅资料的功能，当学生要查阅资料时，通过智能台灯输入检索内容，发送检索请求，网上查阅资料模块接收到检索请求之后，判断检索关键词是否是禁止词汇，若不是禁止词汇则在网络上检索该词汇，并将检索结果发送给学生端，显示在智能台灯的显示屏上，若为禁止词汇则提示学生不能检索；
布置作业模块：是作业批改功能的第一个模块，实现教师向学生布置作业；教师端布置作业时，将作业题目信息写到一个文档中，并通过分组发送给每个学生，布置作业时设置作业提交的时间期限，在此时间限期内(比如7天之内)必须提交，超过该时间期限提交的作业均不会被接收；布置作业完成后，会自动保存作业信息，以便批改作业时使用和日后查看；学生端接收到布置作业消息后，会自动将该作业消息加入未读消息列表中和待提交作业列表中，并发送到智能台灯，智能台灯会有指示灯提示或者语言提示，从学生端接收到作业后会开始计时，直到学生阅读作业消息为止停止计时，并将该作业消息从未读消息列表中去除，如果超过某一固定时间仍未阅读该作业消息会再次有语音提示，学生也可以初步答复本任务计划在计划时间进行，在当前不再提醒未完成任务，而在计划时间再次提醒；如果超过作业提交时限仍未阅读该作业消息或者提交作业，会自动通知家长端；如果智能台灯离线时，通知信息同时转发到家长端；
提交作业模块：是作业批改功能的第二个模块，学生完成布置的作业之后，通过本模块向教师提交该作业，当学生要提交作业时，通过智能台灯将作业提交，并发送到教师端；
学生提交作业时，从待提交作业列表中选择要提交的作业，会自动将作业发送到布置作业的教师端，并将作业消息从待提交作业列表中去除，教师端对接收到的作业分组，分组依据就是上述中从待提交作业列表中所选择要提交的作业；
批改作业模块：是作业批改功能的第三个模块，实现教师批改作业或者系统自动批改，并将批改完成的作业发送给学生；
教师批改作业时，设置自动批改或手动批改，自动批改时，将批改后的作业发回给提交者并记录该学生的作业成绩；
家长监督功能模块：实现家长监督功能，赋予家长浏览学生学习信息记录的权限；家长利用手机或者电脑查看学生每天提交作业的情况、作业的分数、与教师交流的频率和各种与学习有关的数据，以此来了解学生课后学习状态，在发现学生学习中的问题之后及时与教师、学生沟通，提出自己的建议；
家长留言模块：实现家长向学生留言的功能，家长利用手机或电脑发送对学生的留言，将其发送到学生端，学生利用智能台灯听取留言；
家长与教师交流模块：实现家长与教师的沟通功能，当家长发现学生在学习过程中的问题，需要与教师沟通时，通过家长与教师交流模块实现此目的；具体的，当家长需要与教师沟通时，通过手机或电脑编辑待发送的消息并发送，家长与教师交流模块接收到此消息后，解析数据包，读出询问的内容和接收者，并将此消息转发到接收者；当教师回复家长时，通过手机或电脑输入回复内容并发送消息，家长与教师交流模块接收到此消息后，解析数据包，读出询问的内容和接收者，并将消息转发到接收者。
3.根据权利要求2所述的一种基于智能台灯的课后学习系统，其特征在于：所述学习平台还包括：浏览检索记录模块；在家长端设置具有浏览学生检索记录的权限，家长为学生设置禁止检索词汇，查看学生每次提交的作业和作业的成绩，查看对学生学习数据的分析结果，同时也为学生布置家庭作业并自行批改。
4.根据权利要求2所述的一种基于智能台灯的课后学习系统，其特征在于：所述学习平台还包括：大数据分析模块；该模块利用学生在使用学习平台时所产生的大量数据，经过系统科学的分析，在各种层次上全面反应学生的学习情况；该模块的大数据分析功能记录、分析一个学生长时间的学习状态，在班级、学校甚至地区范围内分析总体的学习情况；智能台灯会通过配置的红外检测装置检测学生是否在智能台灯前学习，并记录学习时间、时长发送到大数据分析模块；学生使用检索功能的次数、频率也会被记录下来；每次作业是否按时提交，每次作业的成绩，与教师交流的次数、频率也是大数据分析的原始数据；大数据分析模块根据所记录的每个学生的全部学习信息，综合评价每一天、每一周、每一个月、每一学期甚至更长时间的学习状态，生成学习曲线，跟踪学习进程；此外，还会单独评价学习状态，如果某一阶段学习时长出现大幅变动，或者学习时间段有明显改变，或者作业成绩出现大幅变动都说明该学生在学习上出现很大改变。
5.根据权利要求2所述的一种基于智能台灯的课后学习系统，其特征在于：所述学习平台还包括：自动存储和记录模块；自动存储和记录模块负责存储学生在使用学习平台时产生的各种文件，包括布置的作业、提交的作业、批改的作业，教师回复的留言。
6.根据权利要求2所述的一种基于智能台灯的课后学习系统，其特征在于：所述智能台灯包括：控制器、语音识别模块和扬声器、语音播报模块、自然语言理解模块、摄像头、存储器、拓展接口、LED驱动和LED光源、网络模块、红外传感器、显示界面和操作界面；
控制器，是智能台灯的核心，嵌入了操作系统，负责语音识别模块、自然语言理解模块、语音播报模块和扬声器、拓展接口、摄像头、存储器、LED驱动和光源、网络模块、显示界面和操作界面、红外传感器的控制与调度；
语音识别模块，用来监测是否有语音指令，如果监测到语音指令，则会配合后面的自然语言理解模块识别出接收到的语音指令的内容，并将识别出来的指令传送到控制器；
语音播报模块和扬声器，用来提供语言播报服务，由控制器控制播报相应内容；
拓展接口，用来导入外部文件或者将系统内部的文件通过存储介质导出；
摄像头受控制器控制开启并拍摄学习画面；
存储器用来储存下载的文件、外部导入的文件和一些系统数据；
LED驱动和LED光源用来照明，如果要让光源的亮度随着外界亮度改变则还需光感应模块；
网络模块代表一切与网络相关的服务，包括与服务器的数据交换、与手机客户端的数据共享；显示界面和操作界面分别用来提供可视化功能和向控制器发送指令，如果采用触摸显示屏可以将两者合二为一；
红外传感器，检测智能台灯是否有人，并以此来记录学生的学习时间，当智能台灯无人使用时自动关闭；同时智能台灯与课后学习平台交互，从而实现学生与老师相互通信、作业提交功能。
7.一种基于权利要求1-6任意之一所述的一种基于智能台灯的课后学习系统的学习方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)学生端通过智能台灯使用学习平台，实现与教师沟通、网上查阅资料、提交作业功能；
当学生端需要与教师沟通时，通过智能台灯输入想问的问题，并发送到学习平台，学习平台接收到消息后，解析数据包，读出询问的内容和接收者，并将消息转发到接收者；
当学生端要查阅资料时，通过智能台灯输入检索内容，向学习平台发送检索请求，学习平台接收到检索请求之后，判断检索关键词是否是禁止词汇，若不是禁止词汇则在网络上检索该词汇，并将检索结果发送给智能台灯，若为禁止词汇则提示不能检索；
当学生端要提交作业时，通过智能台灯将作业提交到学习平台，然后学习平台将作业发送到教师端；
(2)教师端，通过学习平台为学生端布置课后作业以及为学生课后学习答疑解惑，教师端使用学习平台的终端是手机或者电脑，教师端具有的功能有布置作业、解答问题、批改作业、消息通知与家长交流；
当教师端接收到学生发送的消息时，手机或电脑会有提醒，教师端打开与学生的对话框输入解答内容，经由学习平台发送到学生端；
当教师端接收到家长端发送的消息时，手机或电脑端会有提醒，教师端打开与家长端的对话框输入回复内容，经由学习平台发送到家长端；
教师端具有布置作业和批改作业的功能，配合学生端的提交作业功能从而实现作业布置、提交、批改整个过程；
(3)家长端利用手机或者电脑通过学习平台来查看学生每天提交作业的情况、作业的分数、与教师交流的频率和各种与学习有关的数据，以此来了解学生课后学习状态，在发现学生学习中的问题之后及时与教师、学生沟通，提出自己的建议；家长端也利用手机或电脑向学习平台发送对学生的留言，学习平台将其发送到智能台灯，学生端利用智能台灯听取留言；
(4)基于智能台灯的学习系统的自动存储功能，记录学生、教师、家长在使用学习平台时产生的数据，方便日后查阅；同时配合学习平台的大数据分析功能，从数据中分析得到反应学生学习状态的信息，用数据指导学生学习。
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