CN114549253A - 一种实时评估听课状态的线上教学系统 - Google Patents

一种实时评估听课状态的线上教学系统 Download PDF

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李婷
卢小林
王鹏
杨劼
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Abstract

本发明公开了一种实时评估听课状态的线上教学系统，所述系统包括学生客户端，用于实时获取学生图像，并发送至服务器；教师客户端，用于获取服务器发送的当前整体听课质量，并实时进行显示；服务器，用于每隔设定时间间隔，根据当前时间间隔内的学生图像确定每个学生的当前听课状态，然后根据当前时间间隔内所有学生的听课状态，评估该时间间隔的课堂整体听课状态作为当前听课质量，发送至教师客户端。本发明实现了学生整体听课状态的实时监测，使得教师能够在讲课过程中实时了解当前听课状态，有助于教师及时做出调整，如调整教学方法等。

Description

一种实时评估听课状态的线上教学系统
技术领域
本发明属于智能教学技术领域，尤其涉及一种实时评估听课状态的线上教学系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
现有的线上教学平台中，诸如如中国大学慕课(MOOC)、超星泛雅学习平台等的师生互动功能主要体现在随堂作业上，教学方法过于单一；而腾讯课堂、智慧树等平台虽然开发了签到、举手、答题等功能，但由于教师无法观察学生的听课状态，难以对上课质量形成一个准确的评价，也难以对授课效果进行实时追踪监视，无法担任教师“眼睛”的角色。
为了在课堂上能够实时观察学生的听课状态，最直接的方式是将学生图像投放至教师端的显示界面上，但是，一方面，由于教师界面上大部分空间要用于放置PPT，另外还有放置一些菜单项，如标注功能、教学方法选择功能等，界面空间紧张，不可能将所有学生的图像显示在该界面上，另一方面，即使能够将学生图像进行显示，例如通过连接扩展显示器等方式，教师也不可能在教学过程中对每个学生的听课状态进行观察。
目前关于线上教学，为了对教师教学质量进行评价，以便后续对教学内容或教学方法进行调整，根据学生行为判断听课状态已有相关记载，但是，这些方法均是针对单一学生进行的，目的是课程结束后通过统计分析等手段对教学质量进行评价，对于线上教学这一具体场景，对于教师而言，仍然不便于实时查看每个学生的状态，难以对课堂学生的整体听课状态进行把控。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种实时评估听课状态的线上教学系统。实现了学生整体听课状态的实时监测，使得教师能够在讲课过程中实时了解当前听课状态，有助于教师及时做出调整，如调整教学方法等，以便提高学生听课质量。
为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
一种实时评估听课状态的线上教学系统，包括：
学生客户端，用于实时获取学生图像，并发送至服务器；
教师客户端，用于获取服务器发送的当前整体听课质量，并实时进行显示；
服务器，用于每隔设定时间间隔，根据当前时间间隔内的学生图像确定每个学生的当前听课状态，然后根据当前时间间隔内所有学生的听课状态，评估该时间间隔的课堂整体听课状态作为当前听课质量，发送至教师客户端。
进一步地，对当前整体听课质量进行实时显示包括：
采用时间轴显示包含当前听课质量的一段设定时间内的听课质量曲线，对于低于设定阈值的时间段，进行区别显示或提醒。
进一步地，根据当前时间间隔内的学生图像确定每个学生的当前听课状态包括：
对每幅学生图像进行关键点检测，得到鼻尖、左肩和右肩关键点，并根据鼻尖、左肩和右肩相对位置，确定低抬头信息；
根据当前时间间隔内各学生的低抬头信息，计算每个学生在该时间间隔内的听课状态。
进一步地，所述学生客户端还包括互动信息获取模块，用于获取学生的举手信息并发送至服务器；
所述服务器还包括互动信息记录模块，用于从学生客户端获取学生举手信息，并发送至教师客户端，同时将所述学生举手信息及相应时间进行记录。
进一步地，服务器评估一个时间间隔的课堂整体听课状态包括：
根据该时间间隔内学生的举手信息，计算各时间间隔内学生的整体参与积极度；
根据该时间间隔内每个学生的听课状态和学生整体参与积极度，计算该时间间隔内的学生整体听课质量。
进一步地，所述教师客户端还包括教学方法选择模块，用于接收教师关于教学方法的选择，并发送至服务器；
所述服务器还包括教学方法记录模块，用于对课堂上所采用的教学方法及起止时间进行记录。
进一步地，所述服务器还包括评估报告生成模块，用于在每堂课结束时，生成相应课程单位学时的听课质量评估报告；以及，在课程结课时，生成所述课程的听课质量评估报告。
进一步地，所述听课质量评估报告中包括师生互动曲线，所述师生互动曲线以时间为横坐标，以整体听课质量为纵坐标，显示整体听课质量随时间的变化趋势。
进一步地，所述师生互动曲线上，还对所采用的教学方法在相应时间范围内进行标注，并对整体听课质量低于设定阈值的区域进行差异化显示，同时显示相应时间范围内的PPT缩略图。
进一步地，所述教师客户端还包括评估报告获取模块，用于获取用户关于评估报告的查询请求，并发送至服务器；以及，获取服务器反馈的查询结果；
所述服务器还包括评估报告查询模块，用于接收客户端发送的关于评估报告的查询请求，并将查询结果反馈至客户端。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
实现了学生整体听课状态的实时监测，使得教师能够在讲课过程中实时了解当前听课状态，有助于教师及时做出调整，如调整教学方法等，以便提高学生听课质量。
对实时监测的学生整体听课质量，以动态时变曲线的方式展现，并当听课质量值低于阈值时，进行提醒，以便教师实时对学生的整体听课质量进行把控，可作为教师的“双眼”，即使无法面对面教学，教师也可根据听课效果的时变曲线及详细的分析报告，及时地调整教学方案，缩小线上与线下教学的效果差异。
根据学生的听课图像和与教师的互动情况，能够更全面的对学生听课质量进行评价，得到更为真实的整体听课质量。
相较于传统线上教学平台，丰富了教学方法的类型，能够对课堂上使用的教学方法进行记录，结合听课质量曲线，有助于教师观察不同教学方法对听课质量的促进作用；通过在听课质量低于设定阈值的区域叠加显示相应PPT页面，能够方便教师进行自查，为以后教学内容和方法的调整提供参考。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例中所述线上教学系统架构图；
图2为本发明实施例中教师客户端界面示意图及与服务器交互示意图；
图3为本发明实施例中听课质量曲线阈值设定示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本实施例公开了一种实时评估听课状态的线上教学系统，所述系统包括服务器，以及与服务器连接的教师客户端和学生客户端，所述教师客户端和学生客户端上均运行线上教学平台。实时评估听课状态的主要过程如下：学生客户端实时获取学生图像，并发送至服务器；服务器每隔设定时间间隔，根据当前时间间隔内的学生图像确定每个学生的当前听课状态，然后根据当前时间间隔内所有学生的听课状态，评估该时间间隔的课堂整体听课状态作为当前听课质量，发送至教师客户端；教师客户端获取服务器发送的当前整体听课质量，并实时进行显示。
所述线上教学系统具体包括：
所述学生客户端，被配置为包括：
登陆认证模块，用于获取学生标识信息，并发送至服务器进行认证，以及，接收服务器反馈的认证结果；其中，所述学生标识信息可以是注册账号、学生学号等能够用于唯一标识某个学生的信息。
PPT显示模块，用于从服务器获取PPT和相应标注信息，并进行显示；
图像获取模块，用于实时获取学生图像，将所述学生图像和当前学生标识信息一并发送至服务器。
学生互动模块，用于获取学生的举手请求，并发送至服务器。作为一种具体的实现方式，所述学生互动模块在显示界面上表示为举手按钮的形式，学生在想要举手的时候点击该按钮，客户端即将该学生的举手信息传输至服务器，经由服务器传输至教师客户端进行显示。
所述教师客户端，被配置为包括：
登陆认证模块，用于获取教师标识信息，并发送至服务器进行认证，以及，接收服务器反馈的认证结果；
PPT显示模块，用于放映课程PPT，并将当前页面实时发送至服务器；
PPT标注模块，用于提供多种标注工具供教师选择，以便在PPT上进行标注，并将标注信息及其在PPT上的位置信息均发送至服务器；
教学方法选择模块，用于提供多种教学方法，如提问、讨论等，供教师按需选择，并将选择的教学方法发送至服务器；
学生互动显示模块，用于从服务器获取学生的举手信息，供教师查看。
教师互动显示模块，用于对教师选择的教学方法进行显示；
听课质量监视模块，用于获取服务器发送的当前整体听课质量，并实时进行显示；当整体听课质量低于设定阈值时，进行提醒。
对整体听课质量进行实时显示。具体地，采用时间轴显示包含当前听课质量的一段设定时间内的听课质量曲线。对于低于设定阈值的时间段，可标注设定颜色用于提醒，或，弹窗提醒。本实施例中，若听课质量低于第一设定阈值，则在听课质量曲线相应位置进行颜色标注，若听课质量第一第二设定阈值，则进行弹窗提醒，其中，第一听课阈值大于第二听课阈值。
教师可根据学生的整体听课质量，对教学方法进行调整，例如在发现听课质量下降时，采用提问的教学方法，并通过教学方法选择模块进行记录。
评估报告获取模块，用于获取用户关于评估报告的查询请求，并发送至服务器；以及，获取服务器反馈的查询结果。
所述服务器，被配置为包括：
信息认证模块，用于对学生客户端或教师客户端发送的学生或教师标识信息进行认证，并向客户端反馈是否认证通过。具体地，服务器中存储学生的学生标识信息和其他基本信息(姓名、班级等)。
图像获取模块，用于从学生客户端获取学生图像和相应学生标识信息。
互动信息记录模块，用于从学生客户端获取学生举手信息，并发送至教师客户端，同时将所述学生举手信息及相应时间进行记录。
教学方法记录模块，用于对课堂上所采用的教学方法及起止时间进行记录。
听课质量评估模块，用于根据学生图像识别所述学生的低抬头信息；每隔设定时间间隔，根据当前时间间隔内的学生低抬头信息和举手信息，评估该时间间隔的课堂整体听课状态作为当前听课质量，并发送至教师客户端。
其中，根据学生图像识别所述学生的低抬头信息包括：
(1)对所述学生图像进行关键点检测，得到每个学生的关键点，所述关键点至少包括：鼻尖、左肩和右肩。
(2)根据鼻尖、左肩和右肩相对位置，确定低抬头信息。具体地，计算以鼻尖为顶点，鼻尖-左肩连线以及鼻尖-右肩连线的夹角，若夹角大于160度，说明鼻尖位置比左肩或右肩低，则为低头，否则为抬头。
时间间隔j内整体听课状态评估方法为：
(1)从该时间间隔中选取多个时刻(本实施例中为等时间间隔选取)，对每个时刻的每幅学生图像，均进行低抬头识别，并统计抬头的学生数，然后根据抬头的学生数和所有学生数，计算该时刻的整体听课状态。
计算i时刻帧图像(每一帧图像包含所有登录学生的听课图像)的听课状态值，公式为：
Figure BDA0003523486890000071
其中，Nlogin为所有登录学生的总数,
Figure BDA0003523486890000081
为时刻i学生图像中显示为抬头的数量；α为权重；Ci为时刻i是否处于测验环节，若为0，则不是，若为1，则是。
(2)根据该时间间隔内各学生的举手信息，计算该时间间隔内的学生整体参与积极度；
计算j个时间间隔的学生参与积极度，公式为：
Figure BDA0003523486890000082
其中，Qj为第j个时间间隔内的提问次数；
Figure BDA0003523486890000083
为第j个时间间隔中第k次提问，点击“举手”按钮的人数；Nlogin为所有登录学生的总数，β为权重。
(3)根据该时间间隔内多个时刻学生的听课状态和学生整体参与积极度，计算该时间间隔内的学生整体听课质量。
第j个时间间隔的学生听课质量值，公式为：
Figure BDA0003523486890000084
其中，
Figure BDA0003523486890000085
表示每隔时间
Figure BDA0003523486890000086
抽取一帧图像；
Figure BDA0003523486890000087
为评价听课质量的时间间隔，该值应为
Figure BDA0003523486890000088
的整数倍；Fj,k为第j个时间间隔内的第k帧图像的听课状态值时间间隔。
评估报告生成模块，用于在每堂课结束时，生成相应课程单位学时的听课质量评估报告；以及，在课程结课时，生成所述课程的听课质量评估报告。
作为一种具体的实现方式，所述听课质量评估报告中包括师生互动曲线，所述师生互动曲线以时间为横坐标，以整体听课质量为纵坐标，显示整体听课质量随时间的变化趋势，并且，对所采用的教学方法在相应时间范围内进行标注，对整体听课质量低于设定阈值的区域进行差异化显示，同时显示相应时间范围内的PPT缩略图。以便教师查看哪种教学方法有利于提高听课质量，哪部分教学内容需要调整。
评估报告查询模块，用于接收教师客户端发送的关于评估报告的查询请求，并将查询结果反馈至客户端。
所述查询请求可以为指定班级、已/未结课的指定课程或指定教师相应的听课质量评估报告。
上述系统与传统线上教学平台相比：1)进一步丰富了教学方法的类型；2)增加了后台的数据分析功能，其根据学生听课图像、师生互动情况进行听课质量值的计算；3)增加了听课效果监视功能，其以动态时变曲线的方式展现听课质量值，并当听课质量值低于阈值时，进行报警提示，以便教师实时对学生的整体听课质量进行把控，可作为教师的“双眼”，即使无法面对面教学，教师也可根据听课效果的时变曲线及详细的分析报告，及时地调整教学方案，缩小线上与线下教学的效果差异。
本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种实时评估听课状态的线上教学系统，其特征在于，包括：
学生客户端，用于实时获取学生图像，并发送至服务器；
教师客户端，用于获取服务器发送的当前整体听课质量，并实时进行显示；
服务器，用于每隔设定时间间隔，根据当前时间间隔内的学生图像确定每个学生的当前听课状态，然后根据当前时间间隔内所有学生的听课状态，评估该时间间隔的课堂整体听课状态作为当前听课质量，发送至教师客户端。
2.如权利要求1所述的一种实时评估听课状态的线上教学系统，其特征在于，对当前整体听课质量进行实时显示包括：
采用时间轴显示包含当前听课质量的一段设定时间内的听课质量曲线，对于低于设定阈值的时间段，进行区别显示或提醒。
3.如权利要求1所述的一种实时评估听课状态的线上教学系统，其特征在于，时间间隔j内整体听课状态评估方法为：
从该时间间隔中选取多个时刻，对每个时刻的每幅学生图像，均进行低抬头识别，并统计抬头的学生数，然后根据抬头的学生数和所有学生数，计算该时刻的整体听课状态；
根据该时间间隔内各学生的举手信息，计算该时间间隔内的学生整体参与积极度；
根据该时间间隔内多个时刻学生的听课状态和学生整体参与积极度，计算该时间间隔内的学生整体听课质量。
4.如权利要求3所述的一种实时评估听课状态的线上教学系统，其特征在于，所述学生客户端还包括互动信息获取模块，用于获取学生的举手信息并发送至服务器；
所述服务器还包括互动信息记录模块，用于从学生客户端获取学生举手信息，并发送至教师客户端，同时将所述学生举手信息及相应时间进行记录。
5.如权利要求4所述的一种实时评估听课状态的线上教学系统，其特征在于，服务器评估一个时间间隔的课堂整体听课状态包括：
根据该时间间隔内学生的举手信息，计算各时间间隔内学生的整体参与积极度；
根据该时间间隔内每个学生的听课状态和学生整体参与积极度，计算该时间间隔内的学生整体听课质量。
6.如权利要求1所述的一种实时评估听课状态的线上教学系统，其特征在于，所述教师客户端还包括教学方法选择模块，用于接收教师关于教学方法的选择，并发送至服务器；
所述服务器还包括教学方法记录模块，用于对课堂上所采用的教学方法及起止时间进行记录。
7.如权利要求1所述的一种实时评估听课状态的线上教学系统，其特征在于，所述服务器还包括评估报告生成模块，用于在每堂课结束时，生成相应课程单位学时的听课质量评估报告；以及，在课程结课时，生成所述课程的听课质量评估报告。
8.如权利要求7所述的一种实时评估听课状态的线上教学系统，其特征在于，所述听课质量评估报告中包括师生互动曲线，所述师生互动曲线以时间为横坐标，以整体听课质量为纵坐标，显示整体听课质量随时间的变化趋势。
9.如权利要求8所述的一种实时评估听课状态的线上教学系统，其特征在于，所述师生互动曲线上，还对所采用的教学方法在相应时间范围内进行标注，并对整体听课质量低于设定阈值的区域进行差异化显示，同时显示相应时间范围内的PPT缩略图。
10.如权利要求7所述的一种实时评估听课状态的线上教学系统，其特征在于，所述教师客户端还包括评估报告获取模块，用于获取用户关于评估报告的查询请求，并发送至服务器；以及，获取服务器反馈的查询结果；
所述服务器还包括评估报告查询模块，用于接收客户端发送的关于评估报告的查询请求，并将查询结果反馈至客户端。
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