CN111027486A - 一种中小学课堂教学效果大数据辅助分析评价系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中小学课堂教学效果大数据辅助分析评价系统及其方法,所述系统的特点是，采用飞速发展的基于面部表情识别、语音识别、光符识别的计算机视觉和听觉技术，从采集生成的大数据中挖掘出有用的信息，可以方便快速的得到课堂教学效果评价结论，生成指向明确、目的性极强的课后辅导建议；所述方法的特点是，采用确定教学进度、识别面部表情、判断当前知识点是否讲授完毕、评估该知识点教学效果、生成报告和推送报告等步骤，其科学合理，适用性强，效果佳，无论是学生，还是家长、教师都可以从中获益，用尽量少的时间提高学习成绩。

Description

一种中小学课堂教学效果大数据辅助分析评价系统及其方法

技术领域

本发明属于大数据挖掘应用领域，具体涉及一种中小学课堂教学效果大数据辅助分析评价系统及其方法。

背景技术

中小学课堂教学秩序良好，但是课堂上守纪律的孩子并不一定学习的效果就好，一个班级少则三十多个学生，多则五六十个学生，每个学生在上课时有什么地方听不明白，教师没有精力也没有时间顾及，从而导致该生跟不上学习进度，如果在课后学生又不擅于和教师沟通请教，长此以往，问题会越来越多，从而导致有的学生对该科目产生畏难情绪，失去兴趣。因此，如果能够准确快速的评估出每节课的教学效果、每个学生的疑点在何处，就可以让教师有的放矢的主动辅导学生，快速提高教学质量。但是，迄今为止尚没有将中小学课堂教学效果，利用大数据进行辅助分析评价方法的文献报道和实际应用。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的是，提供一种结构简单，容易实施，使用方便的中小学课堂教学效果大数据辅助分析评价系统。并提供一种科学合理，适用性强，效果佳的中小学课堂教学效果大数据辅助分析评价方法。

实现本发明之一采用的技术方案是，一种中小学课堂教学效果大数据辅助分析评价系统其特征是，它包括：在每个教室顶棚的四个房角处各安装一个摄像头，以确保交叉无死角监控整个教室；在每个讲台上安装麦克风，负责收音；视频服务器，负责压缩存储所述摄像头实时视频；管理服务器，负责处理互联网业务及管理业务；计算服务器，负责分析视频和音频数据；在智能手机上运行的App，所述的App具有选择本次课程内容、上课、下课、暂停课程、显示系统推送消息功能；所述的每个摄像头均通过通信电缆与视频服务器中的视频编码器电连接，所述的每个麦克风均通过通信电缆与计算服务器中的音频编码器电连接，所述的手机App通过互联网与管理服务器交换信息。

实现本发明之二采用的技术方案是，一种中小学课堂教学效果大数据辅助分析评价方法，其特征是，它包括以下步骤：

1）确定教学进度：

教师开始上课时，首先在手机App中确认本次课编号和内容，点击“上课”，指令通过因特网传输到管理服务器，管理服务器通知计算服务器哪个教室切换到录课工作状态，计算服务器控制该教室麦克风开始录音，降噪后进行语音识别，从中拾取语义连贯的关键字在当前课程电子版教案中检索相关内容，计算服务器同时从视频服务器中提取黑板对面的摄像头拍摄的画面，每秒钟截取一帧画面进行光符识别，提取语义连贯的关键字在当前课程电子版教案中检索相关内容，配合语音检索结果，确定教学进度知识点；

2）识别面部表情：

确定教学进度后，计算服务器采集学生面对的两个摄像头画面，人脸识别后，确定了每个学生在监控画面中的位置，再进行面部表情识别，识别结果分为理解、疑惑、溜号三种，将面部表情识别结果发生变化时对应的时间和学生的学号、教学进度知识点保存到数据库；

3）判断当前知识点是否讲授完毕：

在遇到突发事件或者提问等教学环节时，教师可以使用特定的手势通知系统暂停语音识别、光符识别、面部表情识别的功能，如果计算服务器没有识别到教师的暂停手势，则计算服务器始终识别跟踪教学进度，当电子版教案的当前知识点进入尾声并且通过语音识别到特定的词汇，则判定进入步骤4）评估当前知识点的教学效果，否则，返回步骤2）识别面部表情；

4）评估该知识点教学效果：

在每个知识点结束的时候，计算服务器计算该知识点讲授时间内每个学生每种表情所占据的时间总和，分别称为理解度、疑惑度、溜号度三种表情分数，而在该知识点结束的时刻，学生的最后表情无疑是该生对该知识点学习程度的总结，因此，有必要加大这个表情分的权重，表情分最大的表情作为该生在该知识点的学习效果评估结果，从电子版教案判断本次课教学内容是否已经全部讲述完毕，是则进入步骤5）生成报告，否则，返回步骤1）确定教学进度；

5）生成报告：

计算服务器在课程结束后自动为每个同学生成学习效果评估报告，报告分别按疑惑度、溜号度、理解度由大到小排序本次课程的知识点，同时计算服务器也会为每个知识点生成教学效果评估报告，报告分别按疑惑度、溜号度、理解度由大到小排序班级所有同学；

6）推送报告：

管理服务器会自动向任课教师推送所述的两种报告，教师根据报告判断哪个学生在哪个知识点没有听懂，可以主动前去辅导；管理服务器也会自动向家长推送自己孩子的学习报告，内容包括：疑惑度最高的三个知识点和该知识点的电子教案、溜号度最高的知识点及该段课堂视频，从而使家长有的放矢的加强教育。

本发明的一种中小学课堂教学效果大数据辅助分析评价系统及其方法的有益效果是：采用飞速发展的基于面部表情识别、语音识别、光符识别的计算机视觉和听觉技术，从采集生成的大数据中挖掘出有用的信息，可以方便快速的得到课堂教学效果评价结论，生成指向明确、目的性极强的课后辅导建议，无论是学生，还是家长、教师都可以从中获益，用尽量少的时间提高学习成绩，可见本发明对中小学教学质量的提升具有显著的效果。所述系统的结构简单，容易实施，使用方便；所述方法采用确定教学进度、识别面部表情、判断当前知识点是否讲授完毕、评估该知识点教学效果、生成报告和推送报告等步骤，其科学合理，适用性强，效果佳。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述。

图1为本发明的一种中小学课堂教学效果大数据辅助分析评价系统结构示意图；

图2为本发明提供的一种中小学课堂教学效果大数据辅助分析评价方法流程图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

参照图1，本发明一种中小学课堂教学效果大数据辅助分析评价系统，包括：在每个教室顶棚的四个房角处各安装一个摄像头，以确保交叉无死角监控整个教室；在每个讲台上安装麦克风，负责收音；视频服务器，负责压缩存储所述摄像头实时视频；管理服务器，负责处理互联网业务及管理业务；计算服务器，负责分析视频和音频数据；在智能手机上运行的App，所述的App具有选择本次课程内容、上课、下课、暂停课程、显示系统推送消息等功能。在上课前，要确保各科教师按照教学计划在管理服务器中录入了教学内容，并按知识点分节，要求电子版教案内容尽量详细；所述的每个摄像头均通过通信电缆与视频服务器中的视频编码器电连接，所述的每个麦克风均通过通信电缆与计算服务器中的音频编码器电连接，所述的手机App通过互联网与管理服务器交换信息。

参照图2，本发明的一种中小学课堂教学效果大数据辅助分析评价方法，包括：以下步骤：

1）确定教学进度：

教师开始上课时，首先在手机App中确认本次课编号和内容，点击“上课”，指令通过因特网传输到管理服务器，管理服务器通知计算服务器哪个教室切换到录课工作状态，计算服务器控制该教室麦克风开始录音，降噪后进行语音识别，从中拾取语义连贯的关键字在当前课程电子版教案中检索相关内容，计算服务器同时从视频服务器中提取黑板对面的摄像头拍摄的画面，每秒钟截取一帧画面进行光符识别，提取语义连贯的关键字在当前课程电子版教案中检索相关内容，配合语音检索结果，确定教学进度知识点；

2）识别面部表情：

确定教学进度后，计算服务器采集学生面对的两个摄像头画面，人脸识别后，确定了每个学生在监控画面中的位置，再进行面部表情识别，识别结果分为理解、疑惑、溜号三种，将面部表情识别结果发生变化时对应的时间和学生的学号、教学进度知识点保存到数据库；

3）判断当前知识点是否讲授完毕：

在遇到突发事件或者提问等教学环节时，教师可以使用特定的手势通知系统暂停语音识别、光符识别、面部表情识别的功能，如果计算服务器没有识别到教师的暂停手势，则计算服务器始终识别跟踪教学进度，当电子版教案的当前知识点进入尾声并且通过语音识别到特定的词汇，则判定进入步骤4）评估当前知识点的教学效果，否则，返回步骤2）识别面部表情；

4）评估该知识点教学效果：

在每个知识点结束的时候，计算服务器计算该知识点讲授时间内每个学生每种表情所占据的时间总和，分别称为理解度、疑惑度、溜号度三种表情分数，而在该知识点结束的时刻，学生的最后表情无疑是该生对该知识点学习程度的总结，因此，有必要加大这个表情分的权重，表情分最大的表情作为该生在该知识点的学习效果评估结果，从电子版教案判断本次课教学内容是否已经全部讲述完毕，是则进入步骤5）生成报告，否则，返回步骤1）确定教学进度；

5）生成报告：

计算服务器在课程结束后自动为每个同学生成学习效果评估报告，报告分别按疑惑度、溜号度、理解度由大到小排序本次课程的知识点，同时计算服务器也会为每个知识点生成教学效果评估报告，报告分别按疑惑度、溜号度、理解度由大到小排序班级所有同学；

6）推送报告：

管理服务器会自动向任课教师推送所述的两种报告，教师根据报告判断哪个学生在哪个知识点没有听懂，可以主动前去辅导；管理服务器也会自动向家长推送自己孩子的学习报告，内容包括：疑惑度最高的三个知识点和该知识点的电子教案、溜号度最高的知识点及该段课堂视频，从而使家长有的放矢的加强教育。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本发明描述的过程的操作，本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的涉及一种中小学课堂教学效果大数据辅助分析评价方法时，本发明还包括计算机本身。

计算机程序能够应用于输入数据以执行本发明所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

本发明的一种中小学课堂教学效果大数据辅助分析评价系统所用的元器件均为市售产品，容易实施。本发明的软件程序依据自动化技术、计算机技术、网络通讯技术和大数据处理技术编制，是本领域技术人员所熟悉的技术。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种中小学课堂教学效果大数据辅助分析评价系统其特征是，它包括：在每个教室顶棚的四个房角处各安装一个摄像头，以确保交叉无死角监控整个教室；在每个讲台上安装麦克风，负责收音；视频服务器，负责压缩存储所述摄像头实时视频；管理服务器，负责处理互联网业务及管理业务；计算服务器，负责分析视频和音频数据；在智能手机上运行的App，所述的App具有选择本次课程内容、上课、下课、暂停课程、显示系统推送消息等功能；所述的每个摄像头均通过通信电缆与视频服务器中的视频编码器电连接，所述的每个麦克风均通过通信电缆与计算服务器中的音频编码器电连接，所述的手机App通过互联网与管理服务器交换信息。

2.根据权利要求1所述的一种中小学课堂教学效果大数据辅助分析评价系统，其特征是，它的方法步骤为：

1）确定教学进度：

教师开始上课时，首先在手机App中确认本次课编号和内容，点击“上课”，指令通过因特网传输到管理服务器，管理服务器通知计算服务器哪个教室切换到录课工作状态，计算服务器控制该教室麦克风开始录音，降噪后进行语音识别，从中拾取语义连贯的关键字在当前课程电子版教案中检索相关内容，计算服务器同时从视频服务器中提取黑板对面的摄像头拍摄的画面，每秒钟截取一帧画面进行光符识别，提取语义连贯的关键字在当前课程电子版教案中检索相关内容，配合语音检索结果，确定教学进度知识点；

2）识别面部表情：

确定教学进度后，计算服务器采集学生面对的两个摄像头画面，人脸识别后，确定了每个学生在监控画面中的位置，再进行面部表情识别，识别结果分为理解、疑惑、溜号三种，将面部表情识别结果发生变化时对应的时间和学生的学号、教学进度知识点保存到数据库；

3）判断当前知识点是否讲授完毕：

在遇到突发事件或者提问等教学环节时，教师可以使用特定的手势通知系统暂停语音识别、光符识别、面部表情识别的功能，如果计算服务器没有识别到教师的暂停手势，则计算服务器始终识别跟踪教学进度，当电子版教案的当前知识点进入尾声并且通过语音识别到特定的词汇，则判定进入步骤4）评估当前知识点的教学效果，否则，返回步骤2）识别面部表情；

4）评估该知识点教学效果：

在每个知识点结束的时候，计算服务器计算该知识点讲授时间内每个学生每种表情所占据的时间总和，分别称为理解度、疑惑度、溜号度三种表情分数，而在该知识点结束的时刻，学生的最后表情无疑是该生对该知识点学习程度的总结，因此，有必要加大这个表情分的权重，表情分最大的表情作为该生在该知识点的学习效果评估结果，从电子版教案判断本次课教学内容是否已经全部讲述完毕，是则进入步骤5）生成报告，否则，返回步骤1）确定教学进度；

5）生成报告：

计算服务器在课程结束后自动为每个同学生成学习效果评估报告，报告分别按疑惑度、溜号度、理解度由大到小排序本次课程的知识点，同时计算服务器也会为每个知识点生成教学效果评估报告，报告分别按疑惑度、溜号度、理解度由大到小排序班级所有同学；

6）推送报告：

管理服务器会自动向任课教师推送所述的两种报告，教师根据报告判断哪个学生在哪个知识点没有听懂，可以主动前去辅导；管理服务器也会自动向家长推送自己孩子的学习报告，内容包括：疑惑度最高的三个知识点和该知识点的电子教案、溜号度最高的知识点及该段课堂视频，从而使家长有的放矢的加强教育。

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