CN111798710A - 一种闭环在线教学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种闭环在线教学系统。该系统包括在线教学和视频教学两种教学模式。所述闭环在线教学系统包括：云端视频教学模块、学习状态监控模块、作业考试测评模块、云控制实验模块和三闭环云端评价模块。本发明提供的闭环在线教学系统，将学生状态、实验过程评价引入教学过程，从短期、中期和长期三个层次对学生的学习过程进行评价，以解决现有在线教学课堂管控难、学习效果反馈慢、实验实践无法进行等问题，达到线上授课与线下授课实质等效。

Description

一种闭环在线教学系统

技术领域

本发明涉及在线教育领域，特别是涉及一种闭环在线教学系统。

背景技术

随着信息化技术的发展，依托大规模开放课程平台的线上教学不断推广。线上、线下混合式教学模式既深度适应网络时代大学生碎片化的信息吸收方式，又能充分发挥传统课堂的场景依赖、师生交流互动的“沉浸式”教学的优点。然而，在以“新冠”病毒为代表的传染病疫情等突发公共事件期间，学生无法到校学习，混合式教学无法落实线下教学的关键一环。由于互联网的隔离，不得不形成整个教学过程缺乏课堂交流的教学困境，使教师对于实际的教学效果的准确评估造成一定困难。另一方面，由于空间隔离，大部分依赖硬件设备的实验课程难以开展。

线上教学学生、教师、实验设备三分离，造成各个教学环节和教学评价体系具有时空隔离性，教学效果无法管控，从而很难实现线上课程对学生培养与线下授课实质等效。依托于传统线上开放课程平台进行在线教学存在以下几方面局限性：一、学生监管难度加大，难以进行统一学生管理，线上授课掩盖被动学习学生死角，教师难以对其精准扶助；二、缺乏有效教学效果反馈机制，课堂反馈无法避免“大时滞”甚至“开环”，教师为了保证学生学习效果，通常设计很多作业和测试，学生作业负担明显增加；三、线上仿真实验平台无法实质等效线下实验课程对学生能力的培养。

发明内容

本发明的目的是提供一种闭环在线教学系统，以解决现有在线教学课堂管控难、学习效果反馈慢、实验实践无法进行等问题，达到线上授课与线下授课的实质等效。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种闭环在线教学系统，包括在线教学和视频教学两种教学模式；所述闭环在线教学系统包括：

云端视频教学模块，用于存储和播放教学视频；所述教学视频包括：教师上传的教学视频和/或教师进行在线教学的视频；

学习状态监控模块，与所述云端视频教学模块连接，用于采用人工智能算法实时检测学生的学习状态；所述学习状态包括：兴奋状态、疲劳状态、走神状态和离开状态；

作业考试测评模块，与所述云端视频教学模块连接，用于上传、存储学习作业和考试内容，并给出学生上传的学习作业或考试内容的评分，确定学生的学习成果；所述学习作业包括：教师依据教学内容生成的待完成作业和学生完成后提交的作业；所述考试内容包括：教师生成的考试试卷和学生完成的试卷答复内容；

云控制实验模块，与所述云端视频教学模块连接，用于学生进行远程实验，并根据学生的实验操作给出实验结果；所述实验结果包括实验评分；

三闭环云端评价模块，分别与所述云端视频教学模块、所述学习状态监控模块、所述作业考试测评模块和所述云控制实验模块连接，用于对学生的学习状态、学习成果和实验结果进行综合评价。

优选的，当所述闭环在线教学系统采用视频教学模式时，所述云端视频教学模块包括：

课程信息创建单元，用于教师创建课程信息并上传与所述课程信息相对应的教学视频；

教学过程控制单元，与所述学习状态监控模块连接，用于根据所述学生的在线学习状态确定所述教学视频的播放时间节点。

优选的，当所述闭环在线教学系统采用在线教学模式时，所述云端视频教学模块包括：

课程创建和预约单元，用于创建课程信息，并用于将与所创建的课程信息相对应的虚拟资源分配到学生端；

教学过程反馈单元，与所述学习状态监控模块连接，用于根据所述学生的学习状态生成学生学习状态评分和学生处于各种学习状态的人数和比例。

优选的，所述学习状态监控模块包括：

摄像头和麦克风，用于采集学生的学习环境信息和学习姿态信息；所述学习环境信息包括环境噪声；所述学习姿态信息包括学生的学习时长和坐姿；

状态评价单元，与所述摄像头和所述麦克风连接，用于根据所述环境信息和所述学习姿态信息，采用人工智能算法或模式识别算法生成所述学习状态。

优选的，所述云控制实验模块包括：

实验操作单元，用于学生进行实验操作；

视频监控单元，用于实时检测学生的实验操作过程；

云端服务器，与所述实验操作单元和所述视频监控单元连接，用于根据学生的实验操作请求调用数据库中的实验控制指令，并用于根据学生的实验操作给出实验结果。

优选的，所述云控制实验模块为网络层结构，包括：顶层、中层和底层；

所述顶层包括云端服务器和通讯接口；所述中层包括视频监控单元和执行单元；所述底层包括被控单元；

所述被控单元用于输入实验操作信息；所述实验操作信息包括：学生选择的实验设备、实验算法，以及实施实验的步骤；

所述执行单元用于执行所述实验操作信息后，所述视频监控单元用于将与所述实验操作信息相对应的实验结果反馈给学生端，并将实验操作结果上传至所述云端服务器；所述云端服务器根据实验操作结果生成实验操作评价报告，反馈至学生端；

优选的，所述云控制实验模块中植入有设备管理程序和实验接入管理程序；

所述设备管理程序和所述实验接入管理程序协同管控学生实验顺序。

优选的，所述三闭环云端评价模块包括：

学生状态在线评价单元，与所述学习状态监控模块连接，用于根据所述学生的学习状态生成学习状态评价报告；

学生作业考试评价单元，与所述作业考试测评模块连接，用于根据学生上传的学习作业或考试内容的评分生成作业考试评价报告；

学生实验能力评价单元，与所述云控制实验模块连接，用于根据学生的所述实验结果，生成学生的实验评价报告。

优选的，所述三闭环云端评价模块还包括：

综合评价单元，分别与所述学生状态在线评价单元、所述学生作业考试评价单元和所述学生实验能力评价单元连接，用于根据所述学习状态评价报告、所述作业考试评价报告和所述实验评价报告生成学生综合成绩评价报告。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的闭环在线教学系统，基于OBE(成果导向教育，Outcome basededucation,简称OBE)教学理念，将学生状态、实验过程评价引入教学过程，以解决现有在线教学课堂管控难、学习效果反馈慢、实验实践无法进行等问题，达到线上授课与线下授课实质等效。

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为本发明提供的闭环在线教学系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的基于OBE理念的在线教学模式示意图；

图3为本发明实施例提供的云端视频教学模块子模块的结构图；

图4为本发明实施例提供的闭环在线教学系统的具体部署模式图；

图5为本发明的实施例提供的云控制实验模块的架构图；

图6为本发明实施实例提供的在线教学方法的流程图。

符号说明：

10-云端视频教学模块，11-学习状态监控模块，12-作业考试测评模块，13-云控制实验模块，14-三闭环云端评价模块，401-学生状态在线评价单元，402-学生作业考试评价单元，403-学生实验能力评价单元，20-教学目标设定模块，21-教学控制器模块，22-教师教学模块，23-学生在线学习模块，24-学生在线作业或测试模块，25-学生在线实验模块，26-课程目标达成度，27-学习状态反馈模块，28-作业测试评价模块，29-实验效果评价模块。

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种闭环在线教学系统，以解决现有在线教学课堂管控难、学习效果反馈慢、实验实践无法进行等问题，达到线上授课与线下授课的实质等效。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的闭环在线教学系统的结构示意图，如图1所示，一种闭环在线教学系统，包括在线教学和视频教学两种教学模式。闭环在线教学系统包括：云端视频教学模块10、学习状态监控模块11、作业考试测评模块12、云控制实验模块13和三闭环云端评价模块14。

其中，云端视频教学模块10，用于存储和播放教学视频。教学视频包括：教师上传的教学视频和/或教师进行在线教学的视频。

学习状态监控模块11，与云端视频教学模块10连接，用于采用人工智能算法实时检测学生的学习状态。学习状态包括：兴奋状态、疲劳状态、走神状态和离开状态。

作业考试测评模块12，与云端视频教学模块10连接，用于上传、存储学习作业和考试内容，并给出学生上传的学习作业或考试内容的评分，确定学生的学习成果。学习作业包括：教师依据教学内容生成的待完成作业和学生完成后提交的作业。考试内容包括：教师生成的考试试卷和学生完成的试卷答复内容。

云控制实验模块13，与云端视频教学模块10连接，用于学生进行远程实验，并根据学生的实验操作给出实验结果。实验结果包括实验评分。

三闭环云端评价模块14，分别与云端视频教学模块10、学习状态监控模块11、作业考试测评模块12和云控制实验模块13连接，用于对学生的学习状态、学习成果和实验结果进行综合评价。

优选的，当闭环在线教学系统采用视频教学模式时，云端视频教学模块10包括：课程信息创建单元和教学过程控制单元。

其中，课程信息创建单元，用于教师创建课程信息并上传与课程信息相对应的教学视频。

教学过程控制单元，与学习状态监控模块11连接，用于根据学生的在线学习状态确定教学视频的播放时间节点。

作为本发明的另一优选实施方式，云端视频教学模块10用于教学视频授课时，其工作过程包括：创建课程信息并上传教学视频，设置视频细分时间节点，控制教学过程。

创建课程信息并上传教学视频，包括：获取教师用户账号信息，创建教师用户课程信息，为课程分配计算虚拟资源，教师上传教学视频。

设置视频细分时间节点，包括：教师根据课程内容设置对应细分时间节点，该节点可以由教学过程控制器决定播放或者暂停。

采用教学过程控制器控制教学过程。教学过程控制器用于接收学习状态监控模块11反馈的数据，根据学生状态控制当前细分时间节点是否播放，若学生处于离开、疲劳、走神或其他不适于学习状态，则在细分时间节点进行暂停，并提示学生专注学习。

优选的，当闭环在线教学系统采用在线教学模式时，云端视频教学模块10包括：课程创建和预约单元和教学过程反馈单元。

其中，课程创建和预约单元，用于创建课程信息，并用于将与所创建的课程信息相对应的虚拟资源分配到学生端。

教学过程反馈单元，与学习状态监控模块11连接，用于根据学生的学习状态生成学生学习状态评分和学生处于各种学习状态的人数和比例。

作为本发明的一优选实施方式，云端视频教学系统用于在线直播课时，其工作过程包括：创建课程信息并预约直播课程时间和反馈教学过程。

创建课程信息并预约直播课程时间，包括：获取教师用户账号信息，将授课班级学生用户加入直播课程，预制并分配课程虚拟资源。

采用教学过程反馈器反馈教学过程。其中，教学过程反馈器用于接收学习状态监控系统反馈数据，在学生客户端显示当前学生用户学习状态评分，作为学生状态评价提示，并在教师客户端显示当前教学班级处于{兴奋状态，疲劳状态，走神状态，离开状态}的学生人数和比例，以提示教师动态调整在线直播课教学节奏和内容。

优选的，学习状态监控模块11包括：摄像头、麦克风等采样设备，以及状态评价单元。

其中，摄像头和麦克风，用于采集学生的学习环境信息和学习姿态信息。学习环境信息包括环境噪声。学习姿态信息包括学生的学习时长和坐姿。

状态评价单元，与摄像头和麦克风连接，用于根据环境信息和学习姿态信息，采用人工智能算法或模式识别算法生成学习状态。

学习状态监控模块11通过人工智能、模式识别等方法，融合学生姿态、学习时间、学习环境嘈杂程度等多元异构数据，对学生学习状态进行采集、监控和预处理，以精确获得学生的学习状态。

优选的，作业考试测评模块12的工作过程包括：教师下发作业和考试内容，学生离线提交作业或在线完成考试，作为学生阶段性中期知识理解反馈评价依据。

优选的，云控制实验模块13包括：实验操作单元、视频监控单元和云端服务器。

实验操作单元，用于学生进行实验操作。

视频监控单元，用于实时检测学生的实验操作过程。

云端服务器，与实验操作单元和视频监控单元连接，用于根据学生的实验操作请求调用数据库中的实验控制指令，并用于根据学生的实验操作给出实验结果。

优选的，云控制实验模块13为网络层结构，包括：顶层、中层和底层。

顶层包括云端服务器和通讯接口。中层包括视频监控单元和执行单元。底层包括被控单元。

被控单元用于输入实验操作信息。实验操作信息包括：学生选择的实验设备、实验算法，以及实施实验的步骤。

执行单元用于执行实验操作信息后，视频监控单元用于将与实验操作信息相对应的实验结果反馈给学生端，并将实验操作结果上传至云端服务器。云端服务器根据实验操作结果生成实验操作评价报告，反馈至学生端。

优选的，云控制实验模块13中植入有设备管理程序和实验接入管理程序。

设备管理程序和实验接入管理程序协同管控学生实验顺序。

作为本发明的一优选实施方式，云控制实验模块13在硬件方面包括：云端服务器平台、被控对象、网络传输模块、边缘规约节点和实验视频监控单元。云控制实验模块13用于将本地被控对象反馈信号和控制信号进行规约处理，并将反馈信号上传到云端或从云端不断接收控制信号，完成自动化专业相关控制算法实验，并能够通过摄像头观察实验现象。

在某些实施方式中，云控制实验模块13在软件方面包括：延迟和不确定性补偿控制器。延迟和不确定性补偿控制器可以模拟本地控制的控制效果，还可以远程调用系统、数据库、控制算法库、设备管理软件和学生接入管理软件中的信息，以实现对接入学生、接入设备的连接、协同管理，实现对云控制实验延迟和不确定性的补偿。

在某些实施方式中，云控制实验模块13可以为网络层结构模式。其顶层为边缘服务器和互联网通讯接口，中层为实验设备通讯和检测装置和执行器，底层为被控对象。通过对被控对象各个状态变量的实时检测，经网络传输到云端服务器，学生设计控制算法提交到云端，设备管理软件和学生实验接入管理软件协同管控学生实验顺序，同时实验室的视频监控设备同步将被控对象的控制效果传输给学生，使整个线上实验过程达到与线下实验室操作相同的效果。在保证学生在完成实验的同时，达到相应的实验能力培养目标。

优选的，三闭环云端评价模块14包括：学生状态在线评价单元401、学生作业考试评价单元402和学生实验能力评价单元403。

学生状态在线评价单元401，与学习状态监控模块11连接，用于根据学生的学习状态生成学习状态评价报告。具体的，学生状态在线评价单元401通过采用学生状态的检测和图像处理等算法，实时决策学生处于{兴奋状态，疲劳状态，走神状态，离开状态}哪种状态学习状态，为教学过程控制器和教学过程反馈器提供决策支持，从而实现教学过程内环实时反馈。

学生作业考试评价单元402，与作业考试测评模块12连接，用于根据学生上传的学习作业或考试内容的评分生成作业考试评价报告，从而完成中环知识学习反馈，为教师下一阶段针对性教学调整提供依据。

学生实验能力评价单元403，与云控制实验模块13连接，用于根据学生的实验结果，生成学生的实验评价报告。以通过对学生在线实验过程的监控和实验相关指标的统计，评价学生综合能力达成情况，从而完成外环能力反馈。

优选的，三闭环云端评价模块14还包括：综合评价单元。

综合评价单元，分别与学生状态在线评价单元401、学生作业考试评价单元402和学生实验能力评价单元403连接，用于根据学习状态评价报告、作业考试评价报告和实验评价报告生成学生综合成绩评价报告。

通过三闭环云端评价模块14的全过程、形成性评价和监管，实现整个教学过程的实时闭环、阶段性闭环和能力达成闭环。

基于本发明提供的上述实施方式，本发明相较于现有技术具有以下优点：

1、本发明将学生状态、实验过程评价引入教学过程闭环，以解决现有在线教学课堂管控难、学习效果反馈慢、实验实践无法进行等问题，达到线上授课与线下授课实质等效。

2、本发明利用学生端摄像头实时检测学生的学习状态，应用人工智能、模式识别等技术方法，融合学生姿态、学习时间、学习环境嘈杂程度等多元异构数据，对学生的学习状态进行评估和预测。根据对学生学习状态的评估结果，动态调整教学过程和授课方式。并且，通过显示学生各学习状态的百分比，能够提示教师控制课程进度和休息时间。对于视频教学的方式，可以给学生进行状态提示、动态调整视频暂停时间等，以提高学生学习的专注度。

3、本发明基于云控制“云-网-边-端”架构，在传统的实验设备基础上，云端部署云控制架构，并添加网络延迟和不确定性补偿则能够模拟本地控制器的控制效果，配合指导老师在实验室现场的视频指导，能够完成自动化、电气工程及其自动化等专业核心的控制理论、控制算法等相关实验，有助于打破线上无法进行实验操作培训的瓶颈。

4、本发明给出以学生为中心的形成性评价体系，从短期、中期和长期三个层次对学生的学习过程进行评价，包括：对学生在线学习状态进行实时评价，对学生阶段性学习成果进行作业和测试评价，对学生的能力培养进行全过程的长期综合评价。三闭环的评价结果综合作用，一方面作为学生的综合成绩评价依据，另一方面作为反馈信号传给教学控制器，动态调整教学过程，保证教学效果。

下面提供一个具体实施案例进一步说明本发明的方案。本发明具体实施案例中以基于OBE(成果导向教育，Outcome based education，简称OBE)教学理念的闭环在线教学系统为例进行阐述，在具体应用时，本发明的方案也适用于其他教学理念。

本发明提供的这一实施例，是基于OBE教学理念将整个教学过程与经典反馈控制架构进行等效对应，教学的被控对象相当于学生的学习效果，设定值相当于课程目标，信号处理单元相当于学习状态评价系统，控制器相当于教学过程动态调整，反馈回路相当于学生学习状态反馈。线上授课模式，学生学习过程和学生能力达成放在远端，学习的执行过程和学习效果由于网络的物理隔离不得不产生延迟。教师的教学过程调整无法及时根据学生学习状态进行实时调整。在线教学模式在前向和反馈通路上均形成时间延迟和不确定性因素影响。

本实施例提供的基于OBE理念的在线教学模式如图2所示：

本发明依据OBE理念，将在线教学分解为六个模块，包括：教学目标设定模块20，教学控制器模块21，教师教学模块22，学生在线学习模块23，学生在线作业或测试模块24，学生在线实验模块25，课程目标达成度26。上述四个在线教学模块串行进行，以达成课程的总体教学目标。

为了克服在线教学的时间、空间的隔离性，分别对学生在线学习、在线作业和测试、学生在线实验设置三个感知评价模块，包括：学习状态反馈模块27，作业测试评价模块28，实验效果评价模块29。这三个模块作为学生的三个学习模块，将学生学习的反馈信号反馈给教学控制器模块21。

学习状态监控模块11根据教学目标设定模块20和学习状态反馈模块27，作业测试评价模块28，实验效果评价模块29进行计算，控制教师教学模块22，以动态调整视频教学或为在线直播教学教师提供故决策支持信息。

为了达成图2所示的基于OBE理念的在线教学模式，优选采用本发明上述提供的闭环在线教学系统。

如图3所示，本发明提供的闭环在线教学系统为了同步实现视频教学和在线教学这两种教学模式，其可以包括两个一级子模块——离线视频教学模块和在线直播教学模块。

离线教学模块的功能包括：创建课程信息、上传教学视频、设置视频细分时间节点、视频教学课堂和控制教学过程。其中，采用教学过程控制器实现教学过程的控制，具体为，教学过程控制器接收三闭环云端评价模块14的学生状态在线评价单元401中的数据，进行量化计算以控制视频教学课堂的教学过程。

在线直播教学模块的功能：创建课程信息、预约直播课堂时间、在线课堂和反馈教学过程。其中，采用教学过程反馈器实现教学过程的反馈，具体为，教学过程反馈器接收三闭环云端评价模块14的学生状态在线评价单元401中数据，并将处于{兴奋状态，疲劳状态，走神状态，离开状态}等学习状态的学生百分比，显示在教师客户端，供教师依据学生状态在线调整教学过程。

如图4所示，本发明提供的闭环在线教学系统架构的部署模式如下：

将本发明提供的闭环在线教学系统植入到某一在线教育平台，形成一种基于“云-网-边-端”架构的在线教育平台。该基于“云-网-边-端”架构的在线教育平台包括：一个在线教学云平台以及学生客户端、教师客户端和实验室客户端三个终端。

学生客户端，包括：在线学习模块、提交作业或在线测试模块和线上实验模块。

学生客户端配有学习状态监控摄像头以采集学生学习状态的视频信息。其中，在线学习模块与云端视频教学系统相连，学习状态监控摄像头将采集信号上传至学生端的学习状态监控系统，提交作业或在线测试模块与云平台学生作业考试系统相连，线上实验模块与云控制实验平台相连。

教师客户端，包括：教学目标设定模块、上传教学资源模块、在线教学模块和教学效果反馈模块。其中，教学目标设定模块、上传教学资源模块、在线教学模块匀与教学云平台的云端视频教学模块10相连，向平台提交教学资源。教学效果反馈模块与三闭环云端评价模块14相连，以获取班级教学效果。

实验室端，包括：边缘规约节点、信号通讯模块、信号预处理模块和被控对象。实验室客户端与云控制实验平台进行数据交互。

如图5所示，实验室客户端与云控制实验平台共同构成在线实验教学云控制平台系统。该在线实验教学云控制平台系统包括：云控制平台中的设备管理系统、学生介入管理系统、控制算法库和数据库，实验室端中的边缘规约节点服务器、监控摄像头和搭载通讯模块、信号检测模块、执行模块和被控对象的实验设备若干。

其中，实验室客户端的顶层为边缘服务器和互联网通讯接口，中层为实验设备通讯和检测装置和执行器，底层为被控对象。

边缘规约节点服务器通过网络与云控制平台相连接，完成实验设备和学生接入的协同管理，并确定实验顺序，同时选择学生提交到控制算法库中的算法来进行被控对象的控制。

实验室客户端的监控摄像头将被控对象的控制效果传输给学生，使学生进行线上实验操作的效果与学生在实验室中进行实验的效果相同，以保证学生线上完成实验培训。

如图6所示，基于本发明提供的闭环在线教学系统的在线教学方法，包括：

步骤601：教师创建在线教学课程，并获取相应的虚拟资源。

步骤602：教师设定教学目标，并提出对课程量化考核方案。

步骤603：教师依据设定的教学目标，并根据学生知识能力达成量化和程能力达成量化反馈指标，对教学内容进行调整。

作为本发明的一优选实施例，本发明提供的在线教学方法，还包括：

步骤604：教师进行在线直播课程，并根据学生状态反馈器反馈信息，实时动态调整课堂教学节奏。

作为本发明的另一优选实施例，本发明提供的在线教学方法，还包括：

步骤605：学生状态反馈器，接收学生学习状态的量化数据，并显示处于{兴奋状态，疲劳状态，走神状态，离开状态}的学生百分比和学生姓名。

作为本发明的另一优选实施例，本发明提供的在线教学方法，还包括：

步骤606：教师上传教学视频。

步骤607：教师对教学视频设置细分时间节点。

步骤608：教学过程控制器接收611学生状态量化数据，个性化动态调整教学视频的播放，依据学生的专注程度给学生进行提示。

步骤609：学生进行在线学习或进行离线视频学习。

步骤610，学生端视频监控设备对其学习状态进行监控。

步骤611：根据学生端视频监控设备的反馈信息，应用人工智能、模式识别等技术，对学生学习状态进行量化。

步骤612：学生进行阶段性作业或线上考试。

步骤613：根据学生阶段性作业或考试结果，采用人工智能算法对其知识能力达成进行量化。

步骤614：学生进行云控制实验。

步骤615：根据学生云控制实验效果，采用人工智能算法对学生工程能力达成进行量化。

步骤616：根据学生在全周期学习过程中的学习状态量化值，学生知识能力达成量化值，学生工程能力达成量化值进行综合评价，得到学生整个课程的形成性评价指标和依据。

步骤617：将学生形成性评价结果与课程培养目标设定值相比较，得到课程培养目标达成度，整个基于OBE的闭环教学过程结束。

据本发明提供的具体实施实例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开闭环在线教学系统基于OBE教学理念，将学生状态、实验过程评价引入教学过程闭环，以解决现有在线教学课堂管控难、学习效果反馈慢、实验实践无法进行等问题，达到线上授课与线下授课实质等效。

且，本发明提供的在线教学系统能够以学生为中心形成性评价体系，从短期、中期和长期三个层次对学生的学习过程进行评价。其中，对学生在线学习状态进行实时评价，对学生阶段性学习成果进行作业和测试评价，对学生的能力培养进行全过程的长期综合评价。对于学生在线学习状态的实时监控和评价可以作为反馈信号反馈给教学过程控制器或直播课教师，从而达到动态调整教学过程的目标。通过基于云控制实验平台的能够使学生在家中完成大部分自动化、电气工程及其自动化专业的实验，保证学生实践能力的培养和达成。三闭环的评价结果综合作用，一方面作为学生的综合成绩评价依据，另一方面形成多维度的时空交互，以动态调整教学过程，保证教学效果，达到线上线下教学的实质等效。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种闭环在线教学系统，其特征在于，包括在线教学和视频教学两种教学模式；所述闭环在线教学系统包括：

云端视频教学模块，用于存储和播放教学视频；所述教学视频包括：教师上传的教学视频和/或教师进行在线教学的视频；

学习状态监控模块，与所述云端视频教学模块连接，用于采用人工智能算法实时检测学生的学习状态；所述学习状态包括：兴奋状态、疲劳状态、走神状态和离开状态；

作业考试测评模块，与所述云端视频教学模块连接，用于上传、存储学习作业和考试内容，并给出学生上传的学习作业或考试内容的评分，确定学生的学习成果；所述学习作业包括：教师依据教学内容生成的待完成作业和学生完成后提交的作业；所述考试内容包括：教师生成的考试试卷和学生完成的试卷答复内容；

云控制实验模块，与所述云端视频教学模块连接，用于学生进行远程实验，并根据学生的实验操作给出实验结果；所述实验结果包括实验评分；

三闭环云端评价模块，分别与所述云端视频教学模块、所述学习状态监控模块、所述作业考试测评模块和所述云控制实验模块连接，用于对学生的学习状态、学习成果和实验结果进行综合评价。

2.根据权利要求1所述的闭环在线教学系统，其特征在于，当所述闭环在线教学系统采用视频教学模式时，所述云端视频教学模块包括：

课程信息创建单元，用于教师创建课程信息并上传与所述课程信息相对应的教学视频；

教学过程控制单元，与所述学习状态监控模块连接，用于根据所述学生的在线学习状态确定所述教学视频的播放时间节点。

3.根据权利要求1所述的闭环在线教学系统，其特征在于，当所述闭环在线教学系统采用在线教学模式时，所述云端视频教学模块包括：

课程创建和预约单元，用于创建课程信息，并用于将与所创建的课程信息相对应的虚拟资源分配到学生端；

教学过程反馈单元，与所述学习状态监控模块连接，用于根据所述学生的学习状态生成学生学习状态评分和学生处于各种学习状态的人数和比例。

4.根据权利要求1所述的闭环在线教学系统，其特征在于，所述学习状态监控模块包括：

摄像头和麦克风，用于采集学生的学习环境信息和学习姿态信息；所述学习环境信息包括环境噪声；所述学习姿态信息包括学生的学习时长和坐姿；

状态评价单元，与所述摄像头和所述麦克风连接，用于根据所述环境信息和所述学习姿态信息，采用人工智能算法或模式识别算法生成所述学习状态。

5.根据权利要求1所述的闭环在线教学系统，其特征在于，所述云控制实验模块包括：

实验操作单元，用于学生进行实验操作；

视频监控单元，用于实时检测学生的实验操作过程；

云端服务器，与所述实验操作单元和所述视频监控单元连接，用于根据学生的实验操作请求调用数据库中的实验控制指令，并用于根据学生的实验操作给出实验结果。

6.根据权利要求1所述的闭环在线教学系统，其特征在于，所述云控制实验模块为网络层结构，包括：顶层、中层和底层；

所述顶层包括云端服务器和通讯接口；所述中层包括视频监控单元和执行单元；所述底层包括被控单元；

所述被控单元用于输入实验操作信息；所述实验操作信息包括：学生选择的实验设备、实验算法，以及实施实验的步骤；

所述执行单元用于执行所述实验操作信息后，所述视频监控单元用于将与所述实验操作信息相对应的实验结果反馈给学生端，并将实验操作结果上传至所述云端服务器；所述云端服务器根据实验操作结果生成实验操作评价报告，反馈至学生端；

7.根据权利要求1所述的闭环在线教学系统，其特征在于，所述云控制实验模块中植入有设备管理程序和实验接入管理程序；

所述设备管理程序和所述实验接入管理程序协同管控学生实验顺序。

8.根据权利要求1所述的闭环在线教学系统，其特征在于，所述三闭环云端评价模块包括：

学生状态在线评价单元，与所述学习状态监控模块连接，用于根据所述学生的学习状态生成学习状态评价报告；

学生作业考试评价单元，与所述作业考试测评模块连接，用于根据学生上传的学习作业或考试内容的评分生成作业考试评价报告；

学生实验能力评价单元，与所述云控制实验模块连接，用于根据学生的所述实验结果，生成学生的实验评价报告。

9.根据权利要求8所述的闭环在线教学系统，其特征在于，所述三闭环云端评价模块还包括：

综合评价单元，分别与所述学生状态在线评价单元、所述学生作业考试评价单元和所述学生实验能力评价单元连接，用于根据所述学习状态评价报告、所述作业考试评价报告和所述实验评价报告生成学生综合成绩评价报告。

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