CN113570484A - 一种基于大数据的线上小学教育管理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于大数据的线上小学教育管理系统及方法，涉及线上教育管理技术领域，该线上小学教育管理系统包括一用于对线上教育进行管理的管理平台；一用于教师进行线上教学的教师端；一用于学生进行线上学习的学生端；一用于对教师端和学习端的数据进行处理的处理器；所述教师端、学生端和处理器共同组成了线上教育平台；本发明科学合理，使用安全方便，本发明设置有信息读取模块，使得可以对学生在线上学习过程中的目光注视点进行信息的读取，使得可以将分析结果反馈至教师，教师根据学生的兴趣点，针对性的进行教学，可以极大的提高线上教学的效率，同时，可以提高学生学习的兴趣。
Description
技术领域
本发明涉及线上教育管理技术领域，具体是一种基于大数据的线上小学教育管理系统及方法。
背景技术
线上教育是指教师在网络上进行教学，学生在网络上进行学习，线上教育打破了传统的教师与学生面对面教学的模式，打破了教学在空间上的限制，使得教师的教学和学生的学习更加的便捷，但是因为线上教育打破了空间上的限制，使得线上教育对于学生的管理较为困难，教师无法很好的根据学生的反应调整教育方式，使得教师只是单纯的在教学，无法很好的根据学生的学习状态引导学生，使得教学质量降低，增加了线上教育的教学难度，也增加了线上教学的管理难度，所以，人们急需一种基于大数据的线上小学教育管理系统及方法来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于大数据的线上小学教育管理系统及方法，以解决现有技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于大数据的线上小学教育管理系统，该线上小学教育管理系统包括一用于对线上教育进行管理的管理平台；
一用于教师进行线上教学的教师端；
一用于学生进行线上学习的学生端；
一用于对教师端和学习端的数据进行处理的处理器；
所述教师端、学生端和处理器共同组成了线上教育平台；
所述教师端和学生端均与处理器连接，所述教师端和学生端的输出端均连接管理平台的输入端，所述管理平台的输出端连接处理器的输入端；
所述管理平台包括信息读取模块、教学状态分析模块和学习状态分析模块；
所述信息读取模块用于对学生眼球所关注的重点信息进行读取，使得可以以文字的形式提醒教师对重点信息进行着重讲解；所述教学状态分析模块用于根据采集摄像头所采集的教师的头部信息和音频采集单元所采集的音频信息对教师的教学状态进行分析和判断；所述学习状态分析模块用于根据采集摄像头所采集的学生的头部信息对学生的学习状态进行分析和判断；
所述教师端和学生端还包括采集摄像头和音频采集单元，所述采集摄像头分别安装在教师端和学生端，用于对教师和学生的头部信息进行采集，一方面，作为眼球追踪单元的数据来源，另一方面，作为对教师的教学状态和学生的学习状态分析的数据来源；所述音频采集单元分别安装在教师端和学生端，用于对教师和学生的音频信息进行采集，一方面，作为教师和学生交互的媒介，另一方面，作为对教师的教学状态分析的数据来源；
所述教师端还包括字幕提醒单元，所述字幕提醒单元用于根据信息读取单元所读取的信息通过字幕的形式提醒教师需要着重讲解的内容，还用于根据学生状态分析模块的分析结果通过字幕的形式提醒教师注意关注部分学生的学习状态；
所述学生端还包括眼球追踪单元，所述眼球追踪单元用于对学生眼球的运动信息进行获取，一方面，可以了解学生关注的重点，提醒教师着重讲解，另一方面，可以监控学生的学习状态；
所述采集摄像头的输出端连接眼球追踪单元、教学状态分析模块和学习状态分析模块的输入端，所述眼球追踪单元的输出端连接信息读取模块的输入端，所述音频采集单元的输出端连接教学状态分析模块的输入端，所述信息读取模块、教学状态分析模块和学习状态分析模块的输出端连接字幕提醒单元的输入端。
根据上述技术方案，所述信息读取模块包括图片截取单元、内容比对单元和信息确认单元；
所述图片截取单元用于对眼球追踪单元所追踪的学生目光停留区域的图片进行截取；所述内容比对单元用于将图片截取单元所截取的图片与备课信息采集单元所采集的备课信息之间进行比对，所述备课信息是对于课件的标注信息或者是教师在备课时的音频信息； 所述信息确认单元用于对内容比对单元所比对的信息进行确认，并将比对内容转化为文字信息，以便于通过字幕提醒单元提醒教师对学生关注的内容进行着重讲解；
所述眼球追踪单元的输出端连接图片截取单元的输入端，所述图片截取单元的输出端连接内容比对单元的输入端，所述内容比对单元的输出端连接信息确认单元的输入端，所述信息确认单元的输出端连接字母提醒单元的输入端。
根据上述技术方案，所述教学状态分析模块包括言语分析单元、形体分析单元和备课信息采集单元；
所述备课信息采集单元用于对教师备课时的标注信息和音频信息进行采集，以便于后期将教师教学过程中的音频信息与备课时的音频信息进行比对，判断教师的教学状态；所述言语分析单元用于将教师备课过程中的音频信息与教师教学过程中的音频信息进行比对，分析教师教学过程中的言语状态；所述形体分析单元用于将教师备课过程中的头部信息与教师教学过程中的头部信息进行比对，分析教师教学过程中的形体状态，以此来判断教师教学过程中是否过激；
所述采集摄像头的输出端连接形体分析单元的输入端，所述音频采集单元的输出端连接言语分析单元的输入端，所述备课信息采集单元的输出端连接形体分析单元和言语分析单元的输入端，所述形体分析单元和言语分析单元的输出端连接字幕提醒单元的输入端。
根据上述技术方案，所述学习状态分析模块包括模型建立单元、坐标建立单元、定点标记单元和轨迹分析单元；
所述模型建立单元用于将采集摄像头所采集的学生学习过程中的头部信息转化为三维模型，以便于对学生学生过程中的状态进行监测；所述坐标建立单元用于建立学生头部信息三维模型的三维直角坐标系，使得可以通过数据化的方式对学生学习过程中的头部变化进行捕捉和分析，进而判断学生的学习状态；所述定点标记单元用于对三维模型中学生头部信息的某一点进行标记；所述轨迹分析单元用于对三维模型中学生头部信息的某一点的变化轨迹进行分析，以此来确定学生的学习状态；
所述采集摄像头的输出端连接模型建立单元的输入端，所述模型建立单元的输出端连接坐标建立单元，所述坐标建立单元的输出端连接定点标记单元，所述定点标记单元的输出端连接轨迹分析单元，所述轨迹分析单元的输出端连接字幕提醒单元。
一种基于大数据的线上小学教育管理方法，该线上小学教育管理方法包括以下步骤：
S1、利用教师端和学生端对教师的教学信息数据和学生的学习信息数据进行采集；
S2、根据S1所采集的学生的学习信息数据，并利用信息数据读取模块对学生在线上教学过程中所关注的内容进行读取和分析；
S3、根据S1所采集的教师的教学信息数据，并利用教学状态分析模块对教师线上教学过程中的教学状态进行分析；
S4、根据S1所采集的学生的学习信息数据，并利用学生状态分析模块对学生线上学习过程中的学习状态进行分析；
S5、利用字幕提醒单元将S2、S3和S4的分析结果以字幕的形式进行显示和提醒；
在S1中：
利用教师端的采集摄像头和音频采集单元对教师教学过程中的头部信息和音频信息进行采集；
利用学生端的采集摄像头和音频采集单元对学生学习过程中的头部信息和音频信息进行采集；
利用学生端的眼球追踪单元对学生在线上学习过程中的眼球运动信息进行采集；
在S2中：
利用信息读取模块中的图片截取单元对学生眼球注视的位置进行图片的截取；
利用内容比对单元从备课信息采集单元中采集与图片截取单元截取的图片相似的内容，并对两者之间进行比对；
利用信息确认单元确认图片截取单元所截取的图片的内容，并将该内容传输至字幕提醒单元；
在S3中：
利用教学状态分析模块中的备课信息采集单元对教师在备课过程中的各项信息数据进行采集；
利用形体分析单元对备课信息采集单元所采集的教师备课过程中的形体信息和采集摄像头所采集的线上教学过程中的形体信息进行比对，对教师线上教学过程中的形体是否异常进行分析；
利用言语分析单元对备课信息采集单元所采集的对教师备课过程中的言语信息和音频采集单元所采集的线上教学过程中的言语信息进行比对，对教师线上教学过程中的言语是否异常进行分析；
所述形体分析单元和言语分析单元将分析结果发送至字幕提醒单元；
在S4中：
利用学习状态分析模块中的模型建立单元对采集摄像头所采集的学生学习过程中的头部信息进行模型的建立，生成三维模型；
利用坐标建立单元建立三维模型的三维直角坐标系；
利用定点标记单元对三维模型中的某一点进行标记；
利用轨迹分析单元对学生线上学习过程中的头部某一点的运动轨迹进行分析，并将分析结果传输至字幕提醒单元；
所述字幕提醒单元根据信息读取模型、教学状态分析模块和学习状态分析模块的分析结果，以字幕的形式提醒教师。
根据上述技术方案，在S2中：
所述备课信息采集单元的备课信息会发送至内容比对单元，所述内容比对单元对图片截取单元所截取的图片与备课信息采集单元中的备课课件进行比对；
所述内容比对单元定位图片截取单元所截取的图片在备课课件中的位置，备课课件的每一个位置教师都会备注标签，总结该位置的概述内容，所述信息确认单元确认备课课件中图片所在位置的标签，所述信息确认单元将该标签发送至字幕提醒单元，所述字幕提醒单元提醒教师着重讲解该标签的内容。
根据上述技术方案，在S3中：
所述备课信息采集单元采集教师备课过程中的形体信息数据，所述采集摄像头采集教师教学过程中的形体信息数据；
所述形体分析单元将两种状态下的形体数据转化为模型数据，通过对两种状态下的模型数据进行分析和比对，确认教师在线上教学过程中是否存在形体过激的现象；
所述备课信息采集单元采集教师备课过程中的言语信息数据，所述音频采集单元采集教师教学过程中的言语信息数据；
所述言语分析单元对两种状态下的言语信息数据进行比对和分析；
所述言语分析单元对两种状态下每个关键词出现的次数进行提取，组成关键词的集合
＝｛P1，P2，P3，...，Pｍ｝和
＝｛Q1，Q2，Q3，...，Qn｝，其中，m表示在教师备课状态下总共出现了m个关键词，P1，P2，P3，...，Pｍ分别表示m个关键词中每一个关键词出现的次数，n表示在教师教学状态下总共出现了n个关键词，Q1，Q2，Q3，...，Qn分别表示n个关键词中每一个关键词出现的次数；
将
和
中的每个关键词出现的次数分别定位在一个平面直角坐标系中，该平面直角坐标系上的横坐标轴上表示若干个关键词，该平面直角坐标系上的纵坐标轴表示每一个关键词出现的次数；
所述言语分析单元在平面直角坐标系中对两种状态下的言语信息数据进行连线拟合，利用求余弦值的方式的对平面直角坐标系中相邻的两个关键词出现的次数所组成的向量进行预先相似度的计算，以此来确认教师在教学的过程中是否出现了言语过激的现象；
并对两种状态下的言语信息数据中每相邻两个关键词之间组成的向量的相似度之和进行计算；
当相似度之和小于设定阈值时，判定该教师在线上教学过程中出现了言语过激的现象，并将数据传输至字幕提醒单元，所述字幕提醒单元以字幕的形式对正在线上教学的教师进行提醒；
当相似度之和大于等于设定阈值时，判定该教师在线上教学过程中未出现言语过激的现象。
通过上述技术方案，可以对教师备课过程中的信息数据与教师教学过程中的信息数据进行比对，因为在备课过程中教师的教学不会受到学生的影响，但是在线上教学的过程中教师的教学状态会受到学生的影响，因此，对教师的教学状态进行分析，可以很好的实现对教师的线上教学的管理，避免对学生造成伤害，提高了教师线上教学的水准，提高了教学效率和教学质量。
根据上述技术方案，在S4中：
利用学生端的采集摄像头对学生学习过程中的头部信息数据进行采集；
利用学习状态分析模块中的模型建立单元建立学生头部的三维模型；
利用坐标建立单元建立三维模型的三维直角坐标系，并利用定点标记单元对学生头部三维模型中的一个点进行标记，该点在三维直角坐标系中的坐标值为（Xi，Yi，Zi），当学生在学习过程中，头部会发生位移，同时，定点标记单元所标记的点也会在三维直角坐标系中的发生位移，位移之后的坐标值为（Xi+1，Yi+1，Zi+1），其中，i表示学生头部定点第i次定位的坐标值，i+1表示学生头部定点第i+1次定位的坐标值，利用轨迹分析单元根据下列公式对学生头部某一定点的运动距离进行计算：
其中，
表示学生头部定点的第i次定位位置与第i+1次定位位置之间的距离；
根据下列公式对学生头部定点的运动总距离
进行计算：
其中，s表示对学生头部某一定点在三维直角坐标系中的第s次定位；
当
≥L时，表明学生在线上教学过程中的学习状态较差，所述轨迹分析单元将分析结果发送至字幕提醒单元，所述字幕提醒单元以字幕的形式提醒教师某位学生的学习状态较差，注意关注；
当
＜L时，表明学生在线上教学过程中的学习状态较好，不需要额外关注该名学生的学习状态。
通过上述技术方案，是的教师在线上教学过程中不需要对每一位学生的学习状态进行观察和分析，因为可以利用该方法计算和分析学生的学习状态，教师只需要对字幕提醒单元提醒关注的学生进行着重关注既可，集中了教师在线上教学时的注意力，使得教师可以将更多的精力放在如何提高教学质量上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明设置有信息读取模块，使得可以对学生在线上学习过程中的目光注视点进行信息的读取，使得可以将分析结果反馈至教师，教师根据学生的兴趣点，针对性的进行教学，可以极大的提高线上教学的效率，同时，可以提高学生学习的兴趣。
2、本发明设置有教学状态分析模块，使得可以根据教师备课时的信息数据和线上教学时的信息数据对教师的教学状态进行分析，使得可以实现对教师的监控，调整教师的教学状态，提高教师的教学效率。
3、本发明设置有学习状态分析模块用于对学生学习时的状态进行分析，了解学生学习时的习惯，使得教师可以对学习状态较差的学生进行重点关注，提高对学生的关注的，使得学生可以学习到更多的知识，进一步提高教师的教学效率。
附图说明
图1为本发明一种基于大数据的线上小学教育管理系统及方法的管理平台与线上教育平台的连接结构示意图；
图2为本发明一种基于大数据的线上小学教育管理系统内部的模块连接结构示意图；
图3为本发明一种基于大数据的线上小学教育管理系统及方法的管理平台内部的模块组成结构示意图；
图4为本发明一种基于大数据的线上小学教育管理系统内部的单元连接结构示意图；
图5为本发明一种基于大数据的线上小学教育管理方法的步骤流程示意图。
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。
如图1～图5所示，本发明提供以下技术方案，一种基于大数据的线上小学教育管理系统，该线上小学教育管理系统包括一用于对线上教育进行管理的管理平台；
一用于教师进行线上教学的教师端；
一用于学生进行线上学习的学生端；
一用于对教师端和学习端的数据进行处理的处理器；
所述教师端、学生端和处理器共同组成了线上教育平台；
所述教师端和学生端均与处理器连接，所述教师端和学生端的输出端均连接管理平台的输入端，所述管理平台的输出端连接处理器的输入端；
所述管理平台包括信息读取模块、教学状态分析模块和学习状态分析模块；
所述信息读取模块用于对学生眼球所关注的重点信息进行读取，使得可以以文字的形式提醒教师对重点信息进行着重讲解，例如：教师在教学地理时，学生的目光全部都停留在了中国地图上，那么教师可以根据文字提醒讲解更多有关中国地图的信息；所述教学状态分析模块用于根据采集摄像头所采集的教师的头部信息和音频采集单元所采集的音频信息对教师的教学状态进行分析和判断；所述学习状态分析模块用于根据采集摄像头所采集的学生的头部信息对学生的学习状态进行分析和判断；
所述教师端和学生端还包括采集摄像头和音频采集单元，所述采集摄像头分别安装在教师端和学生端，用于对教师和学生的头部信息进行采集，一方面，作为眼球追踪单元的数据来源，另一方面，作为对教师的教学状态和学生的学习状态分析的数据来源；所述音频采集单元分别安装在教师端和学生端，用于对教师和学生的音频信息进行采集，一方面，作为教师和学生交互的媒介，另一方面，作为对教师的教学状态分析的数据来源；
所述教师端还包括字幕提醒单元，所述字幕提醒单元用于根据信息读取单元所读取的信息通过字幕的形式提醒教师需要着重讲解的内容，还用于根据学生状态分析模块的分析结果通过字幕的形式提醒教师注意关注部分学生的学习状态；
所述学生端还包括眼球追踪单元，所述眼球追踪单元用于对学生眼球的运动信息进行获取，一方面，可以了解学生关注的重点，提醒教师着重讲解，另一方面，可以监控学生的学习状态，例如：可以判断学生是否在睡觉；
所述采集摄像头的输出端连接眼球追踪单元、教学状态分析模块和学习状态分析模块的输入端，所述眼球追踪单元的输出端连接信息读取模块的输入端，所述音频采集单元的输出端连接教学状态分析模块的输入端，所述信息读取模块、教学状态分析模块和学习状态分析模块的输出端连接字幕提醒单元的输入端。
所述信息读取模块包括图片截取单元、内容比对单元和信息确认单元；
所述图片截取单元用于对眼球追踪单元所追踪的学生目光停留区域的图片进行截取，例如：教师在教学地理时，学生的目光大部分都停留在了中国地图上的北京市所在位置，那么图片截图单元对中国地图上北京市所在的位置进行截取；所述内容比对单元用于将图片截取单元所截取的图片与备课信息采集单元所采集的备课信息之间进行比对，所述备课信息是对于课件的标注信息或者是教师在备课时的音频信息，例如：教师在备课时，将鼠标指针指在了中国地图上北京市所在位置，音频采集单元采集的音频信息为“这是北京市”； 所述信息确认单元用于对内容比对单元所比对的信息进行确认，并将比对内容转化为文字信息，以便于通过字幕提醒单元提醒教师对学生关注的内容进行着重讲解；
所述眼球追踪单元的输出端连接图片截取单元的输入端，所述图片截取单元的输出端连接内容比对单元的输入端，所述内容比对单元的输出端连接信息确认单元的输入端，所述信息确认单元的输出端连接字母提醒单元的输入端。
所述教学状态分析模块包括言语分析单元、形体分析单元和备课信息采集单元；
所述备课信息采集单元用于对教师备课时的标注信息和音频信息进行采集，以便于后期将教师教学过程中的音频信息与备课时的音频信息进行比对，判断教师的教学状态；所述言语分析单元用于将教师备课过程中的音频信息与教师教学过程中的音频信息进行比对，分析教师教学过程中的言语状态；所述形体分析单元用于将教师备课过程中的头部信息与教师教学过程中的头部信息进行比对，分析教师教学过程中的形体状态，以此来判断教师教学过程中是否过激；
所述采集摄像头的输出端连接形体分析单元的输入端，所述音频采集单元的输出端连接言语分析单元的输入端，所述备课信息采集单元的输出端连接形体分析单元和言语分析单元的输入端，所述形体分析单元和言语分析单元的输出端连接字幕提醒单元的输入端。
所述学习状态分析模块包括模型建立单元、坐标建立单元、定点标记单元和轨迹分析单元；
所述模型建立单元用于将采集摄像头所采集的学生学习过程中的头部信息转化为三维模型，以便于对学生学生过程中的状态进行监测；所述坐标建立单元用于建立学生头部信息三维模型的三维直角坐标系，使得可以通过数据化的方式对学生学习过程中的头部变化进行捕捉和分析，进而判断学生的学习状态；所述定点标记单元用于对三维模型中学生头部信息的某一点进行标记，例如：对学生的鼻尖进行标记，并赋予该点在三维直角坐标系中的坐标值，以此来对学生的头部信息变化进行监控；所述轨迹分析单元用于对三维模型中学生头部信息的某一点的变化轨迹进行分析，以此来确定学生的学习状态。例如：学生头部某一点的变化轨迹普遍大于其他学生头部某一点的变化轨迹，那么该学生的学习状态相较于其他学生是较差的；
所述采集摄像头的输出端连接模型建立单元的输入端，所述模型建立单元的输出端连接坐标建立单元，所述坐标建立单元的输出端连接定点标记单元，所述定点标记单元的输出端连接轨迹分析单元，所述轨迹分析单元的输出端连接字幕提醒单元。
一种基于大数据的线上小学教育管理方法，该线上小学教育管理方法包括以下步骤：
S1、利用教师端和学生端对教师的教学信息数据和学生的学习信息数据进行采集；
S2、根据S1所采集的学生的学习信息数据，并利用信息数据读取模块对学生在线上教学过程中所关注的内容进行读取和分析；
S3、根据S1所采集的教师的教学信息数据，并利用教学状态分析模块对教师线上教学过程中的教学状态进行分析；
S4、根据S1所采集的学生的学习信息数据，并利用学生状态分析模块对学生线上学习过程中的学习状态进行分析；
S5、利用字幕提醒单元将S2、S3和S4的分析结果以字幕的形式进行显示和提醒；
在S1中：利用教师端的采集摄像头和音频采集单元对教师教学过程中的头部信息和音频信息进行采集；
利用学生端的采集摄像头和音频采集单元对学生学习过程中的头部信息和音频信息进行采集；
利用学生端的眼球追踪单元对学生在线上学习过程中的眼球运动信息进行采集；
在S2中：利用信息读取模块中的图片截取单元对学生眼球注视的位置进行图片的截取；
利用内容比对单元从备课信息采集单元中采集与图片截取单元截取的图片相似的内容，并对两者之间进行比对；
利用信息确认单元确认图片截取单元所截取的图片的内容，并将该内容传输至字幕提醒单元；
在S3中：利用教学状态分析模块中的备课信息采集单元对教师在备课过程中的各项信息数据进行采集；
利用形体分析单元对备课信息采集单元所采集的教师备课过程中的形体信息和采集摄像头所采集的线上教学过程中的形体信息进行比对，对教师线上教学过程中的形体是否异常进行分析；
利用言语分析单元对备课信息采集单元所采集的对教师备课过程中的言语信息和音频采集单元所采集的线上教学过程中的言语信息进行比对，对教师线上教学过程中的言语是否异常进行分析；
所述形体分析单元和言语分析单元将分析结果发送至字幕提醒单元；
在S4中：
利用学习状态分析模块中的模型建立单元对采集摄像头所采集的学生学习过程中的头部信息进行模型的建立，生成三维模型；
利用坐标建立单元建立三维模型的三维直角坐标系；
利用定点标记单元对三维模型中的某一点进行标记；
利用轨迹分析单元对学生线上学习过程中的头部某一点的运动轨迹进行分析，并将分析结果传输至字幕提醒单元；
所述字幕提醒单元根据信息读取模型、教学状态分析模块和学习状态分析模块的分析结果，以字幕的形式提醒教师。
在S2中：所述备课信息采集单元的备课信息会发送至内容比对单元，所述内容比对单元对图片截取单元所截取的图片与备课信息采集单元中的备课课件进行比对；
所述内容比对单元定位图片截取单元所截取的图片在备课课件中的位置，备课课件的每一个位置教师都会备注标签，总结该位置的概述内容，所述信息确认单元确认备课课件中图片所在位置的标签，例如：该标签显示为“北京市地图”，所述信息确认单元将该标签发送至字幕提醒单元，所述字幕提醒单元提醒教师着重讲解该标签的内容。
在S3中：所述备课信息采集单元采集教师备课过程中的形体信息数据，所述采集摄像头采集教师教学过程中的形体信息数据；
所述形体分析单元将两种状态下的形体数据转化为模型数据，通过对两种状态下的模型数据进行分析和比对，确认教师在线上教学过程中是否存在形体过激的现象；例如：所述形体分析单元在比对的过程中，发现模型数据的手部动作大大的增加，并且，脸部模型数据与备课时的脸部模型数据相似度较低，那么可以判定教师在线上教学的过程中出现了形体过激的行为；
所述形体分析单元对于两种状态的形体信息数据的比对可以采用对模型数据的相似度分析的方法进行比对和判断，将教师备课和教学过程中的形体信息数据转化为模型数据，对模型数据中的每一个点进行标记和定位，并对每一个点的位置以及轨迹转化为向量，即可以向量的形式对两种状态的相似度进行比较；
所述备课信息采集单元采集教师备课过程中的言语信息数据，所述音频采集单元采集教师教学过程中的言语信息数据；
所述言语分析单元对两种状态下的言语信息数据进行比对和分析；
所述言语分析单元对两种状态下每个关键词出现的次数进行提取，组成关键词的集合
=｛P1，P2，P3，...，Pｍ｝和
=｛Q1，Q2，Q3，...，Qn｝，其中，m表示在教师备课状态下总共出现了m个关键词，P1，P2，P3，...，Pｍ分别表示m个关键词中每一个关键词出现的次数，n表示在教师教学状态下总共出现了n个关键词，Q1，Q2，Q3，...，Qn分别表示n个关键词中每一个关键词出现的次数；
将
和
中的每个关键词出现的次数分别定位在一个平面直角坐标系中，该平面直角坐标系上的横坐标轴上表示若干个关键词，该平面直角坐标系上的纵坐标轴表示每一个关键词出现的次数；
所述言语分析单元在平面直角坐标系中对两种状态下的言语信息数据进行连线拟合，利用求余弦值的方式的对平面直角坐标系中相邻的两个关键词出现的次数所组成的向量进行预先相似度的计算，以此来确认教师在教学的过程中是否出现了言语过激的现象；
并对两种状态下的言语信息数据中每相邻两个关键词之间组成的向量的相似度之和进行计算；
当相似度之和小于设定阈值时，判定该教师在线上教学过程中出现了言语过激的现象，并将数据传输至字幕提醒单元，所述字幕提醒单元以字幕的形式对正在线上教学的教师进行提醒；
当相似度之和大于等于设定阈值时，判定该教师在线上教学过程中未出现言语过激的现象。
通过上述技术方案，可以对教师备课过程中的信息数据与教师教学过程中的信息数据进行比对，因为在备课过程中教师的教学不会受到学生的影响，但是在线上教学的过程中教师的教学状态会受到学生的影响，因此，对教师的教学状态进行分析，可以很好的实现对教师的线上教学的管理，避免对学生造成伤害，提高了教师线上教学的水准，提高了教学效率和教学质量。
在S4中：利用学生端的采集摄像头对学生学习过程中的头部信息数据进行采集；
利用学习状态分析模块中的模型建立单元建立学生头部的三维模型；
利用坐标建立单元建立三维模型的三维直角坐标系，并利用定点标记单元对学生头部三维模型中的一个点进行标记，该点在三维直角坐标系中的坐标值为（Xi，Yi，Zi），当学生在学习过程中，头部会发生位移，同时，定点标记单元所标记的点也会在三维直角坐标系中的发生位移，位移之后的坐标值为（Xi+1，Yi+1，Zi+1），其中，i表示学生头部定点第i次定位的坐标值，i+1表示学生头部定点第i+1次定位的坐标值，利用轨迹分析单元根据下列公式对学生头部某一定点的运动距离进行计算：
其中，
表示学生头部定点的第i次定位位置与第i+1次定位位置之间的距离；
根据下列公式对学生头部定点的运动总距离
进行计算：
其中，s表示对学生头部某一定点在三维直角坐标系中的第s次定位；
当
≥L时，表明学生在线上教学过程中的学习状态较差，所述轨迹分析单元将分析结果发送至字幕提醒单元，所述字幕提醒单元以字幕的形式提醒教师某位学生的学习状态较差，注意关注；
当
＜L时，表明学生在线上教学过程中的学习状态较好，不需要额外关注该名学生的学习状态。
通过上述技术方案，是的教师在线上教学过程中不需要对每一位学生的学习状态进行观察和分析，因为可以利用该方法计算和分析学生的学习状态，教师只需要对字幕提醒单元提醒关注的学生进行着重关注既可，集中了教师在线上教学时的注意力，使得教师可以将更多的精力放在如何提高教学质量上。
实施例一：
利用坐标建立单元建立三维模型的三维直角坐标系，并利用定点标记单元对学生头部三维模型中的一个点进行标记，该点在三维直角坐标系中的坐标值为（Xi，Yi，Zi），当学生在学习过程中，头部会发生位移，同时，定点标记单元所标记的点也会在三维直角坐标系中的发生位移，位移之后的坐标值为（Xi+1，Yi+1，Zi+1），其中，i表示学生头部定点第i次定位的坐标值，i+1表示学生头部定点第i+1次定位的坐标值，利用轨迹分析单元根据下列公式对学生头部某一定点的运动距离进行计算：
其中，
表示学生头部定点的第i次定位位置与第i+1次定位位置之间的距离；
根据下列公式对学生头部定点的运动总距离
进行计算：
其中，s表示对学生头部某一定点在三维直角坐标系中的第s次定位；
实施例二：
利用坐标建立单元建立三维模型的三维直角坐标系，并利用定点标记单元对学生头部三维模型中的一个点进行标记，该点在三维直角坐标系中的坐标值为（Xi，Yi，Zi），当学生在学习过程中，头部会发生位移，同时，定点标记单元所标记的点也会在三维直角坐标系中的发生位移，位移之后的坐标值为（Xi+1，Yi+1，Zi+1），其中，i表示学生头部定点第i次定位的坐标值，i+1表示学生头部定点第i+1次定位的坐标值，利用轨迹分析单元根据下列公式对学生头部某一定点的运动距离进行计算：
其中，
表示学生头部定点的第i次定位位置与第i+1次定位位置之间的距离；
根据下列公式对学生头部定点的运动总距离
进行计算：
其中，s表示对学生头部某一定点在三维直角坐标系中的第s次定位；
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (8)
1.一种基于大数据的线上小学教育管理系统，其特征在于：该线上小学教育管理系统包括一用于对线上教育进行管理的管理平台；
一用于教师进行线上教学的教师端；
一用于学生进行线上学习的学生端；
一用于对教师端和学习端的数据进行处理的处理器；
所述教师端、学生端和处理器共同组成了线上教育平台；
所述教师端和学生端均与处理器连接，所述教师端和学生端的输出端均连接管理平台的输入端，所述管理平台的输出端连接处理器的输入端；
所述管理平台包括信息读取模块、教学状态分析模块和学习状态分析模块；
所述信息读取模块用于对学生眼球所关注的重点信息进行读取；所述教学状态分析模块用于根据采集摄像头所采集的教师的头部信息和音频采集单元所采集的音频信息对教师的教学状态进行分析和判断；所述学习状态分析模块用于根据采集摄像头所采集的学生的头部信息对学生的学习状态进行分析和判断；
所述教师端和学生端还包括采集摄像头和音频采集单元，所述采集摄像头分别安装在教师端和学生端，用于对教师和学生的头部信息进行采集；所述音频采集单元分别安装在教师端和学生端，用于对教师和学生的音频信息进行采集；
所述教师端还包括字幕提醒单元，所述字幕提醒单元用于根据信息读取单元所读取的信息通过字幕的形式提醒教师需要着重讲解的内容，还用于根据学生状态分析模块的分析结果通过字幕的形式提醒教师注意关注部分学生的学习状态；
所述学生端还包括眼球追踪单元，所述眼球追踪单元用于对学生眼球的运动信息进行获取；
所述采集摄像头的输出端连接眼球追踪单元、教学状态分析模块和学习状态分析模块的输入端，所述眼球追踪单元的输出端连接信息读取模块的输入端，所述音频采集单元的输出端连接教学状态分析模块的输入端，所述信息读取模块、教学状态分析模块和学习状态分析模块的输出端连接字幕提醒单元的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种基于大数据的线上小学教育管理系统，其特征在于：所述信息读取模块包括图片截取单元、内容比对单元和信息确认单元；
所述图片截取单元用于对眼球追踪单元所追踪的学生目光停留区域的图片进行截取；所述内容比对单元用于将图片截取单元所截取的图片与备课信息采集单元所采集的备课信息之间进行比对，所述备课信息是对于课件的标注信息或者是教师在备课时的音频信息； 所述信息确认单元用于对内容比对单元所比对的信息进行确认，并将比对内容转化为文字信息；
所述眼球追踪单元的输出端连接图片截取单元的输入端，所述图片截取单元的输出端连接内容比对单元的输入端，所述内容比对单元的输出端连接信息确认单元的输入端，所述信息确认单元的输出端连接字母提醒单元的输入端。
3.根据权利要求2所述的一种基于大数据的线上小学教育管理系统，其特征在于：所述教学状态分析模块包括言语分析单元、形体分析单元和备课信息采集单元；
所述备课信息采集单元用于对教师备课时的标注信息和音频信息进行采集；所述言语分析单元用于将教师备课过程中的音频信息与教师教学过程中的音频信息进行比对，分析教师教学过程中的言语状态；所述形体分析单元用于将教师备课过程中的头部信息与教师教学过程中的头部信息进行比对，分析教师教学过程中的形体状态；
所述采集摄像头的输出端连接形体分析单元的输入端，所述音频采集单元的输出端连接言语分析单元的输入端，所述备课信息采集单元的输出端连接形体分析单元和言语分析单元的输入端，所述形体分析单元和言语分析单元的输出端连接字幕提醒单元的输入端。
4.根据权利要求3所述的一种基于大数据的线上小学教育管理系统，其特征在于：所述学习状态分析模块包括模型建立单元、坐标建立单元、定点标记单元和轨迹分析单元；
所述模型建立单元用于将采集摄像头所采集的学生学习过程中的头部信息转化为三维模型；所述坐标建立单元用于建立学生头部信息三维模型的三维直角坐标系；所述定点标记单元用于对三维模型中学生头部信息的某一点进行标记；所述轨迹分析单元用于对三维模型中学生头部信息的某一点的变化轨迹进行分析；
所述采集摄像头的输出端连接模型建立单元的输入端，所述模型建立单元的输出端连接坐标建立单元，所述坐标建立单元的输出端连接定点标记单元，所述定点标记单元的输出端连接轨迹分析单元，所述轨迹分析单元的输出端连接字幕提醒单元。
5.一种基于大数据的线上小学教育管理方法，其特征在于：该线上小学教育管理方法包括以下步骤：
S1、利用教师端和学生端对教师的教学信息数据和学生的学习信息数据进行采集；
S2、根据S1所采集的学生的学习信息数据，并利用信息数据读取模块对学生在线上教学过程中所关注的内容进行读取和分析；
S3、根据S1所采集的教师的教学信息数据，并利用教学状态分析模块对教师线上教学过程中的教学状态进行分析；
S4、根据S1所采集的学生的学习信息数据，并利用学生状态分析模块对学生线上学习过程中的学习状态进行分析；
S5、利用字幕提醒单元将S2、S3和S4的分析结果以字幕的形式进行显示和提醒；
在S1中：
利用教师端的采集摄像头和音频采集单元对教师教学过程中的头部信息和音频信息进行采集；
利用学生端的采集摄像头和音频采集单元对学生学习过程中的头部信息和音频信息进行采集；
利用学生端的眼球追踪单元对学生在线上学习过程中的眼球运动信息进行采集；
在S2中：
利用信息读取模块中的图片截取单元对学生眼球注视的位置进行图片的截取；
利用内容比对单元从备课信息采集单元中采集与图片截取单元截取的图片相似的内容，并对两者之间进行比对；
利用信息确认单元确认图片截取单元所截取的图片的内容，并将该内容传输至字幕提醒单元；
在S3中：
利用教学状态分析模块中的备课信息采集单元对教师在备课过程中的各项信息数据进行采集；
利用形体分析单元对备课信息采集单元所采集的教师备课过程中的形体信息和采集摄像头所采集的线上教学过程中的形体信息进行比对，对教师线上教学过程中的形体是否异常进行分析；
利用言语分析单元对备课信息采集单元所采集的对教师备课过程中的言语信息和音频采集单元所采集的线上教学过程中的言语信息进行比对，对教师线上教学过程中的言语是否异常进行分析；
所述形体分析单元和言语分析单元将分析结果发送至字幕提醒单元；
在S4中：
利用学习状态分析模块中的模型建立单元对采集摄像头所采集的学生学习过程中的头部信息进行模型的建立，生成三维模型；
利用坐标建立单元建立三维模型的三维直角坐标系；
利用定点标记单元对三维模型中的某一点进行标记；
利用轨迹分析单元对学生线上学习过程中的头部某一点的运动轨迹进行分析，并将分析结果传输至字幕提醒单元；
所述字幕提醒单元根据信息读取模型、教学状态分析模块和学习状态分析模块的分析结果，以字幕的形式提醒教师。
6.根据权利要求5所述的一种基于大数据的线上小学教育管理方法，其特征在于：
在S2中：
所述备课信息采集单元的备课信息会发送至内容比对单元，所述内容比对单元对图片截取单元所截取的图片与备课信息采集单元中的备课课件进行比对；
所述内容比对单元定位图片截取单元所截取的图片在备课课件中的位置，所述信息确认单元确认备课课件中图片所在位置的标签，所述信息确认单元将该标签发送至字幕提醒单元，所述字幕提醒单元提醒教师着重讲解该标签的内容。
7.根据权利要求6所述的一种基于大数据的线上小学教育管理方法，其特征在于：
在S3中：
所述备课信息采集单元采集教师备课过程中的形体信息数据，所述采集摄像头采集教师教学过程中的形体信息数据；
所述形体分析单元将两种状态下的形体数据转化为模型数据，通过对两种状态下的模型数据进行分析和比对，确认教师在线上教学过程中是否存在形体过激的现象；
所述备课信息采集单元采集教师备课过程中的言语信息数据，所述音频采集单元采集教师教学过程中的言语信息数据；
所述言语分析单元对两种状态下的言语信息数据进行比对和分析；
所述言语分析单元对两种状态下每个关键词出现的次数进行提取，组成关键词的集合
＝｛P1，P2，P3，...，Pｍ｝和
＝｛Q1，Q2，Q3，...，Qn｝，其中，m表示在教师备课状态下总共出现了m个关键词，P1，P2，P3，...，Pｍ分别表示m个关键词中每一个关键词出现的次数，n表示在教师教学状态下总共出现了n个关键词，Q1，Q2，Q3，...，Qn分别表示n个关键词中每一个关键词出现的次数；
将
和
中的每个关键词出现的次数分别定位在一个平面直角坐标系中，该平面直角坐标系上的横坐标轴上表示若干个关键词，该平面直角坐标系上的纵坐标轴表示每一个关键词出现的次数；
所述言语分析单元在平面直角坐标系中对两种状态下的言语信息数据进行连线拟合，利用求余弦值的方式的对平面直角坐标系中相邻的两个关键词出现的次数所组成的向量进行预先相似度的计算，以此来确认教师在教学的过程中是否出现了言语过激的现象；
并对两种状态下的言语信息数据中每相邻两个关键词之间组成的向量的相似度之和进行计算；
当相似度之和小于设定阈值时，判定该教师在线上教学过程中出现了言语过激的现象，并将数据传输至字幕提醒单元，所述字幕提醒单元以字幕的形式对正在线上教学的教师进行提醒；
当相似度之和大于等于设定阈值时，判定该教师在线上教学过程中未出现言语过激的现象。
8.根据权利要求7所述的一种基于大数据的线上小学教育管理方法，其特征在于：
在S4中：
利用学生端的采集摄像头对学生学习过程中的头部信息数据进行采集；
利用学习状态分析模块中的模型建立单元建立学生头部的三维模型；
利用坐标建立单元建立三维模型的三维直角坐标系，并利用定点标记单元对学生头部三维模型中的一个点进行标记，该点在三维直角坐标系中的坐标值为（Xi，Yi，Zi），当学生在学习过程中，头部会发生位移，同时，定点标记单元所标记的点也会在三维直角坐标系中的发生位移，位移之后的坐标值为（Xi+1，Yi+1，Zi+1），其中，i表示学生头部定点第i次定位的坐标值，i+1表示学生头部定点第i+1次定位的坐标值，利用轨迹分析单元根据下列公式对学生头部某一定点的运动距离进行计算：
其中，
表示学生头部定点的第i次定位位置与第i+1次定位位置之间的距离；
根据下列公式对学生头部定点的运动总距离
进行计算：
其中，s表示对学生头部某一定点在三维直角坐标系中的第s次定位；
当
≥L时，表明学生在线上教学过程中的学习状态较差，所述轨迹分析单元将分析结果发送至字幕提醒单元，所述字幕提醒单元以字幕的形式提醒教师某位学生的学习状态较差，注意关注；
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＜L时，表明学生在线上教学过程中的学习状态较好，不需要额外关注该名学生的学习状态。
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