CN113781853A - 基于终端的师生远程互动教育平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于终端的师生远程互动教育平台，涉及网络教学技术领域，包括若干教师端、若干学生端、在线监控模块以及直播教学模块；所述在线监控模块用于在认证成功后采集学生学习情况的视频和音频信息，分析判断学生学习过程中是否存在异常行为；直播教学模块包括权限设置单元和学生提问单元，用于将教师端的直播视频数据同步到学生端；权限设置单元用于授予学生端提问权限；学生提问单元用于接收学生端编辑上传的问题并进行审核过滤后，将对应的问题发送到教师端；既加强与学生间的互动，又避免同一问题的重复上传，提高解答效率；教学者解答完问题后，将问题和对应答案上传至问答数据库中，供其他教学者和学生调阅，提高教学效果。

Description

基于终端的师生远程互动教育平台

技术领域

本发明涉及网络教学技术领域，具体是基于终端的师生远程互动教育平台。

背景技术

在线学习，也叫做网络教育，即E-Learning，是一种网络化学习方式，即学生通过PC或终端上网，登录在线学习平台，通过网络进行选课、听课、完成作业和考试而实现学习过程的一种全新的学习方式。

目前在线教学最主流的点播、视频录像教学，都是教师提前录好视频上传，学生下载视频或在线看视频进行学习，不能保证所有学生都按时学习，也不能给学生提问和回答问题的机会，并且即使解决问题后也无法将解决方法保存，下次其他人遇到该类相似或相同问题也无法考究，浪费时间和精力，缺少互动性和时效性，这些缺点会让学习效果大打折扣。

发明内容

为了解决上述方案存在的问题，本发明提供了基于终端的师生远程互动教育平台。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于终端的师生远程互动教育平台，包括若干教师端、若干学生端、在线监控模块以及直播教学模块；

所述教师端和学生端分别与认证模块相连接，所述认证模块用于验证教师端和学生端的登录请求；

所述在线监控模块用于在认证成功后通过网络控制所述学生端的摄像头和音频采集单元采集学生学习情况的视频和音频信息，分析判断学生学习过程中是否存在异常行为；

直播教学模块包括权限设置单元和学生提问单元，用于将教师端的直播视频数据同步到学生端；权限设置单元用于授予学生端提问权限；学生提问单元用于接收学生端编辑上传的问题并进行审核过滤后，将对应的问题发送到教师端；

教学者解答完问题后，将问题和对应答案上传至问答数据库中，供其他教学者和学生调阅。

进一步地，所述在线监控模块包括肢体识别单元、语音识别单元和人脸识别单元；具体分析步骤为：

S1：对视频信息进行处理，获取学生面部影像信息，通过人脸识别单元对学生面部影像信息进行分析，判断正在学习的学生是否为登录的学生本人，若不是本人，则生成异常信号；

S2：通过肢体识别单元对视频信息中学生的肢体动作进行识别，判断是否有违规肢体动作，若有，则生成异常信号；其中所述违规肢体动作包括打哈欠、撑头、转笔以及趴桌；

S3：通过语音识别单元对音频信息进行识别，判断是否出现异常声响，若是，则生成异常信号；

所述在线监控模块用于将异常信号传输至控制器，并将与异常过程相关的视频和音频信息存储到存储模块，供管理人员调阅和进行人工分析；所述控制器接收到异常信号后控制提醒模块发送提醒信息至学生端，提醒学生专心学习。

进一步地，步骤S1中，若是本人，则进一步分析学生的面部表情，判断学生是否在闭眼睡觉，若是，则生成异常信号。

进一步地，步骤S2中，若有违规肢体动作，则记录违规信息；在预设时间内，统计违规肢体动作出现的次数为违规频次C1；将每个违规肢体动作的持续时长进行累加形成违规总时长T1；

利用公式W1＝C1×a1+T1×a2计算得到学生的违规值W1，其中a1、a2为系数因子；将违规值W1与预设违规阈值相比较；若W1≥预设违规阈值，则判定学生学习状态差，生成异常信号。

进一步地，所述学生提问单元的具体步骤为：

对上传的所有问题的关键词进行提取，当两个上传的问题的关键词重合度大于等于预设重合度λ％，则认为这两个上传的问题为同一问题；

对上传的被认为是同一问题的问题进行丰度值分析，并选取丰度值最大的问题作为选中问题；统计该选中问题的提问人数为R1；将选中问题按照提问人数R1的大小进行排序；根据选中问题的排序将对应问题传输至教师端；

教师端接收到选中问题后，教学者对选中问题依次进行解答。

进一步地，所述丰度值的分析方法为：

针对上传的被认为是同一问题的问题，获取问题中对应的图片和文字描述；将问题中的图片数量标记为Ps，将文字描述的文本大小标记为Ws；利用公式L3＝(Ps×d1+Ws×d2)获取得到问题的丰度值L3，其中d1、d2均为比例系数。

进一步地，还包括录播模块，所述录播模块与直播教学模块相连接，用于对教学者的直播教学进行同步录制；直播教学完毕后，录播模块将录制完毕的录播视频传输到课件点播模块；学生通过课件点播模块将录播视频调出观看。

进一步地，所述认证模块的验证方式为人脸识别或指纹识别。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中在线监控模块采集学生学习情况的视频和音频信息，通过对视频信息和音频信息进行人脸识别、肢体识别以及语音识别，分析判断学生学习过程中是否存在异常行为；及时对学生进行提醒，从而提高学生的学习效率；并将该异常过程相关的视频和音频信息存储到存储模块，可以供管理人员调阅和进行人工分析；

2、本发明中直播教学模块设置有权限设置单元和学生提问单元，通过授予学生端提问权限以及对编辑上传的问题进行审核过滤，既加强与学生间的互动，又避免同一问题的重复上传，提高解答效率，教学者按照对应问题的提问人数依次进行解答，提高解答效率，进而提高教学质量；

3、教学者解答完问题后，将问题和对应答案上传至问答数据库中，可以供其他教学者和学生调阅，既能提高教学者的解答效率，又能提高学生的学习效率；同时直播教学中支持全屏录制，方便学生复习和未能到场的学生补习，随时回看上课内容，按需查漏补缺，提高学习效率。

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为本发明的原理框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，基于终端的师生远程互动教育平台，包括若干教师端、若干学生端、在线监控模块、直播教学模块、认证模块、控制器、提醒模块、存储模块、问答数据库、录播模块以及课件点播模块；

教师端和学生端分别与认证模块相连接，认证模块用于验证教师端和学生端的登录请求；验证方式为人脸识别或指纹识别；

在线监控模块用于在认证成功后通过网络控制学生端的摄像头和音频采集单元采集学生学习情况的视频和音频信息，分析判断学生学习过程中是否存在异常行为；在线监控模块包括肢体识别单元、语音识别单元和人脸识别单元；具体为：

S1：对视频信息进行处理，获取学生面部影像信息，通过人脸识别单元对学生面部影像信息进行分析，判断正在学习的学生是否为登录的学生本人，若不是，则生成异常信号；若是，则进一步分析学生的面部表情，判断学生是否在闭眼睡觉，若是，则生成异常信号；

S2：通过肢体识别单元对视频信息中学生的肢体动作进行识别，判断是否有违规肢体动作，并记录违规信息；违规信息包括违规肢体动作的持续时长；违规肢体动作包括打哈欠、撑头、转笔以及趴桌等；

在预设时间内，统计违规肢体动作出现的次数为违规频次C1；将每个违规肢体动作的持续时长进行累加形成违规总时长T1；

利用公式W1＝C1×a1+T1×a2计算得到学生的违规值W1，其中a1、a2为系数因子；

将违规值W1与预设违规阈值相比较；若W1≥预设违规阈值，则判定学生学习状态差，生成异常信号；

S3：通过语音识别单元对音频信息进行识别，判断是否出现异常声响，若是，则生成异常信号；

在线监控模块用于将异常信号传输至控制器，并将该异常过程相关的视频和音频信息存储到存储模块，可以供管理人员调阅和进行人工分析；控制器接收到异常信号后控制提醒模块发送提醒信息至学生端，提醒学生专心学习；

直播教学模块用于将教师端的直播视频数据同步到学生端；直播教学模块包括权限设置单元和学生提问单元；权限设置单元用于授予学生端提问权限；学生提问单元用于接收学生端编辑上传的问题并将对应的问题发送到教师端；具体步骤为：

教学者直播教学一段时间后，通过权限设置单元授予学生端提问权限；

学生端被授予提问权限后，学生通过学生端对问题进行编辑上传，学生端编辑上传的问题经学生提问单元审核过滤后，将对应问题传输至教师端；避免同一问题的重复上传，提高解答效率；具体步骤为：

Q21：对上传的所有问题的关键词进行提取，当两个上传的问题的关键词重合度大于等于预设重合度λ％，则认为这两个上传的问题为同一问题；其中λ为预设值；例如λ取值95；

Q22：对上传的被认为是同一问题的问题进行丰度值分析；并选取丰度值最大的问题作为选中问题；具体为：

获取问题中对应的图片和文字描述；将问题中的图片数量标记为Ps，将文字描述的文本大小标记为Ws；

利用公式L3＝(Ps×d1+Ws×d2)获取得到问题的丰度值L3，其中d1、d2均为比例系数；选取丰度值最大的问题作为选中问题；

Q23：统计该选中问题的提问人数为R1；将选中问题按照提问人数R1的大小进行排序；根据选中问题的排序将对应问题传输至教师端；

Q3：教师端接收到选中问题后，教学者对选中问题依次进行解答，提高解答效率，加强与学生间的互动，从而提高教学质量；

教学者解答完问题后，将问题和对应答案上传至问答数据库中，可以供其他教学者和学生调阅，按需查漏补缺；如此大部分问题和对应答案都能在问答数据库中找到，既能提高教学者的解答效率，又能提高学生的学习效率；

该平台还包括录播模块，录播模块与直播教学模块相连接，用于对教学者的直播教学进行同步录制；直播教学完毕后，录播模块将录制完毕的录播视频传输到课件点播模块；学生通过课件点播模块将录播视频调出观看，进行复习，加强课程理解；其中，直播教学中支持全屏录制，方便学生复习和未能到场的学生补习，随时回看上课内容，按需查漏补缺。

上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。

本发明的工作原理：

基于终端的师生远程互动教育平台，在工作时，首先认证模块用于验证教师端和学生端的登录请求；认证成功后，在线监控模块通过网络控制学生端的摄像头和音频采集单元采集学生学习情况的视频和音频信息，分析判断学生学习过程中是否存在异常行为，对视频信息进行人脸识别以及肢体识别，判断正在学习的学生是否为登录的学生本人以及是否有违规肢体动作，再通过语音识别单元对音频信息进行识别，判断是否出现异常声响，及时对学生进行提醒，从而提高学生的学习效率；同时在线监控模块用于将该异常过程相关的视频和音频信息存储到存储模块，可以供管理人员调阅和进行人工分析；

教学者直播教学一段时间后，通过权限设置单元授予学生端提问权限，学生端被授予提问权限后，通过学生端对问题进行编辑上传，学生端编辑上传的问题经学生提问单元审核过滤，首先对上传的所有问题的关键词进行提取，判断是否为同一问题，然后对上传的被认为是同一问题的问题进行丰度值分析，选取丰度值最大的问题作为选中问题，将对应选中问题传输至教师端；避免同一问题的重复上传，提高解答效率；教学者按照对应问题的提问人数依次进行解答，提高解答效率，加强与学生间的互动，从而提高教学质量；教学者解答完问题后，将问题和对应答案上传至问答数据库中，可以供其他教学者和学生调阅，按需查漏补缺；其中，直播教学中支持全屏录制，方便学生复习和未能到场的学生补习，随时回看上课内容，按需查漏补缺，提高学习效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.基于终端的师生远程互动教育平台，其特征在于，包括若干教师端、若干学生端、在线监控模块以及直播教学模块；

所述教师端和学生端分别与认证模块相连接，所述认证模块用于验证教师端和学生端的登录请求；

所述在线监控模块用于在认证成功后通过网络控制所述学生端的摄像头和音频采集单元采集学生学习情况的视频和音频信息，分析判断学生学习过程中是否存在异常行为；

直播教学模块包括权限设置单元和学生提问单元，用于将教师端的直播视频数据同步到学生端；权限设置单元用于授予学生端提问权限；学生提问单元用于接收学生端编辑上传的问题并进行审核过滤后，将对应的问题发送到教师端；

教学者解答完问题后，将问题和对应答案上传至问答数据库中，供其他教学者和学生调阅。

2.根据权利要求1所述的基于终端的师生远程互动教育平台，其特征在于，所述在线监控模块包括肢体识别单元、语音识别单元和人脸识别单元；具体分析步骤为：

S1：对视频信息进行处理，获取学生面部影像信息，通过人脸识别单元对学生面部影像信息进行分析，判断正在学习的学生是否为登录的学生本人，若不是本人，则生成异常信号；

S2：通过肢体识别单元对视频信息中学生的肢体动作进行识别，判断是否有违规肢体动作，若有，则生成异常信号；其中所述违规肢体动作包括打哈欠、撑头、转笔以及趴桌；

S3：通过语音识别单元对音频信息进行识别，判断是否出现异常声响，若是，则生成异常信号；

所述在线监控模块用于将异常信号传输至控制器，并将与异常过程相关的视频和音频信息存储到存储模块，供管理人员调阅和进行人工分析；所述控制器接收到异常信号后控制提醒模块发送提醒信息至学生端，提醒学生专心学习。

3.根据权利要求2所述的基于终端的师生远程互动教育平台，其特征在于，步骤S1中，若是本人，则进一步分析学生的面部表情，判断学生是否在闭眼睡觉，若是，则生成异常信号。

4.根据权利要求2所述的基于终端的师生远程互动教育平台，其特征在于，步骤S2中，若有违规肢体动作，则记录违规信息；在预设时间内，统计违规肢体动作出现的次数为违规频次C1；将每个违规肢体动作的持续时长进行累加形成违规总时长T1；

利用公式W1＝C1×a1+T1×a2计算得到学生的违规值W1，其中a1、a2为系数因子；将违规值W1与预设违规阈值相比较；若W1≥预设违规阈值，则判定学生学习状态差，生成异常信号。

5.根据权利要求1所述的基于终端的师生远程互动教育平台，其特征在于，所述学生提问单元的具体步骤为：

对上传的所有问题的关键词进行提取，当两个上传的问题的关键词重合度大于等于预设重合度λ％，则认为这两个上传的问题为同一问题；

对上传的被认为是同一问题的问题进行丰度值分析，并选取丰度值最大的问题作为选中问题；统计该选中问题的提问人数为R1；将选中问题按照提问人数R1的大小进行排序；根据选中问题的排序将对应问题传输至教师端；

教师端接收到选中问题后，教学者对选中问题依次进行解答。

6.根据权利要求5所述的基于终端的师生远程互动教育平台，其特征在于，所述丰度值的分析方法为：

针对上传的被认为是同一问题的问题，获取问题中对应的图片和文字描述；将问题中的图片数量标记为Ps，将文字描述的文本大小标记为Ws；利用公式L3＝(Ps×d1+Ws×d2)获取得到问题的丰度值L3，其中d1、d2均为比例系数。

7.根据权利要求1所述的基于终端的师生远程互动教育平台，其特征在于，还包括录播模块，所述录播模块与直播教学模块相连接，用于对教学者的直播教学进行同步录制；直播教学完毕后，录播模块将录制完毕的录播视频传输到课件点播模块；学生通过课件点播模块将录播视频调出观看。

8.根据权利要求1所述的基于终端的师生远程互动教育平台，其特征在于，所述认证模块的验证方式为人脸识别或指纹识别。

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