CN114821708A - 一种自主沉浸式学习系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及学习监督技术领域，具体涉及一种自主沉浸式学习系统及方法；S1、启动，打开学习系统，用户根据身份信息注册登录系统，根据用户的需求创建互助学习房间，用户可以根据个人意愿创建单人沉浸式房间或多人沉浸式房间类型，系统还可以推荐伙伴发送请求，是否结成学习互动伙伴共同学习。本发明通过与熟悉的伙伴或者相关专业的人群构建共同学习的关系，相互监督学习共同进步，解决学生一个人学习的枯燥性，调动学生学习的主动性，视频监督模块能够通过面部信息分析学生是否处于沉浸式学习状态，通过语音互动提示让学生尽快进入学习状态，同时将实时对学生的行为进行分析，能够做到实时监督学生的行为状态随时提示学生尽快回归学习状态。

Description

一种自主沉浸式学习系统及方法
技术领域
本发明涉及学习监督技术领域，具体涉及一种自主沉浸式学习系统及方法。
背景技术
随着对教育的重视，为适应社会以及科技的快速变化，现代学生的教育方式也不断地推陈出新，目前学生在家中学习时更多的需要提高学习效率以减轻学业负担，一个好的学习环境和学习氛围起到重要的作用，但是学生在家学习容易出现注意力分散的现象，进而会造成学习效率的下降。
中国专利申请号为CN113538987A公开了一种沉浸式英语学习方法，在说明书中记载有步骤包括：根据用户的组别启动对应的学习关卡；所述学习关卡包括初级关卡；在每一个初级关卡中，以目标内容为核心进行组词或造句，并重复播放组词或造句形成的词语或句子的语音、内容图片以及干扰图片；根据用户的点选判断用户选择是否正确；记录目标内容被选择正确的次数，连续六次目标内容选择正确，则认为该用户学会该记忆组块；该发明还提出一种沉浸式英语学习系统，包括用户管理模块、计划模块和初级模块；该发明将目标内容，从多个维度进行呈现供用户学习，使用户接收到大量的“听”的输入，并能够切实的理解每个目标内容的释义和应用，解决的用户听到但不理解以及不会应用的难题。
但是由于当前社会人群的自主学习能力在面对电子设备的诱惑下面逐渐下降，且很多学生在学习时缺乏自觉性，同样会出现学习效率降低的问题；同时随着计算机视觉的技术成熟，学习领域也逐渐将人脸检测和行为分析等深度学习知识应用于软件系统中，但是现在的学习互动大多数都是基于语音的，对学生学习时的监督效果差，综上所述，研发一种自主沉浸式学习系统及方法，用于解决学生无法沉浸式学习的问题。
发明内容
针对现有技术所存在的由于当前社会人群的自主学习能力在面对电子设备的诱惑下面逐渐下降，且很多学生在学习时缺乏自觉性，同样会出现学习效率降低的问题；同时随着计算机视觉的技术成熟，学习领域也逐渐将人脸检测和行为分析等深度学习知识应用于软件系统中，但是现在的学习互动大多数都是基于语音的，对学生学习时的监督效果差等缺点，本发明的目的在于提供一种自主沉浸式学习系统及方法；本发明通过与熟悉的伙伴或者相关专业的人群构建共同学习的关系，相互监督学习共同进步，解决学生一个人学习的枯燥性，调动学生学习的主动性，视频监督模块能够通过面部信息分析学生是否处于沉浸式学习状态，通过语音互动提示让学生尽快进入学习状态，同时将实时对学生的行为进行分析，能够做到实时监督学生的行为状态随时提示学生尽快回归学习状态。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种自主沉浸式学习的方法，包括以下步骤：
S1、启动，打开学习系统，用户根据身份信息注册登录系统，根据用户的需求创建互助学习房间，用户可以根据个人意愿创建单人沉浸式房间或多人沉浸式房间类型，系统还可以推荐伙伴发送请求，是否结成学习互动伙伴共同学习。
S2、打开摄像头初始化、调节参数，接收环境参数以及面部参数信息，启动人脸识别功能，实时检测学习的状态，当学生眨眼频率过快或者打哈欠提示尽快进入休息状态。
S3、进入房间会有两个界面，左侧是学生的摄像头信息，右侧是其他同伴的远程学习图像信息。
S4、启动行为识别，当学生有学习以外的动作的时候，通过语音提示，让学生尽快进入学习状态。
S5、设置学习时长，与小伙伴商量好，然后学习结束可以选择休息模式，或者是自主讨论模式，能够对学习中的问题进行及时的讨论。
本发明进一步设置为：在步骤S1中，所述学习互动伙伴为同学或者匹配到的学习习惯、学习时长相近的同年龄段人群。
本发明进一步设置为：房间创建成功后，学生可通过语音设置或者控制面板设置视频连线互动对象，选择背景噪音，设置学习时长，锁定屏幕进入沉浸式学习的状态。
本发明进一步设置为：在学习的时候如若检测出学生处于疲劳学习状态，则会发出语音提示，停止计时，学习可以选择休息时长，或者继续学习。
本发明进一步设置为：学习的时候视频检测出学生有学习外的动作，发出语音提示，请学生尽快进入学习状态，如若离开学习状态过长则会自动停止学习时长计时。
本发明进一步设置为：学习时长到了以后学生可以上传作业与同学相互批改，和同学进行交流，对于学生上传的作业会对错题进行标记根据艾宾浩斯记忆法则提示学生复习以往学习过的知识。
本发明还提供了一种自主沉浸式学习系统，包括：
用户匹配模块，所述用户匹配模块用于通过对用户以往的学习累计时长，学习最长时间，最短时间以及相关的学习习惯信息，为用户推荐学习习惯相近的用户创建沉浸式学习的房间。
数据管理模块，所述数据管理模块用于存储用户的基本信息以及学习习惯信息等一些基本的信息。
用户交互模块，所述用户交互模块即用户交流的界面，用户创建学习房间以后打开摄像头，语音设备后，当前用户的界面信息在屏幕左方显示，远程连线用户界面信息在右方显示，可以进行视频语音沟通，学习结束以后摄像头关闭出现对话框可以进行讨论模式。
视频监督模块，所述视频监督模块用于识别学生的语音信息、判断学生是否为疲劳状态以及分析学生行为动作。
房间创建模块，所述房间创建模块用于根据用户的需求创建互助学习房间。
用户管理模块，所述用户管理模块用于针对不同的用户人群进行管理。
本发明进一步设置为：所述视频监督模块包括面部检测单元、语音采集单元和行为分析单元；
所述面部检测单元用于检测识别学生面部信息，主要检测学生的眼睛信息以及嘴部头部信息，根据学生的眨眼频率，学生打哈欠的频率以及头部的倾斜状态分析学生的学习状态，如果学生处于疲劳状态发出语音提示学生需要休息五分钟。
所述语音采集单元用于识别学生的语音信息或语音指令。
所述行为分析单元用于分析学生行为动作，将采集的学习行为信息进行分析，如若分析出学生处于学习以外的状态发出语音警告。
本发明进一步设置为：所述用户管理模块包括高中生模块、大学生模块和研究生模块。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
(1)、本发明通过与熟悉的伙伴或者相关专业的人群构建共同学习的关系，相互监督学习共同进步，给学生营造一种即使在家也能够自主学习的环境，也能与他人建立良好的学习关系，同时在家也能够与同伴沟通学习问题的一个平台，该学习系统整合多个功能，让不同人群用户能够找到自己的学习圈子，解决学生在家学习效率低的问题，解决学生一个人学习的枯燥性，调动学生学习的主动性。
(2)、本发明将视频监督引入能够实时地检测学生的学习状态，能够通过面部信息分析学生是否处于沉浸式学习状态，通过语音互动提示让学生尽快进入学习状态，同时将实时对学生的行为进行分析，能够做到实时监督学生的行为状态随时提示学生尽快回归学习状态，同时在显示屏中能看到自己同学的学习状态，可以调动学生主动学习的积极性，为学生提供一个自主的学习环境，在家里面也能与自己熟悉的同学建立小型的学习监督互助小组，相互学习，相互监督，共同进步。
附图说明
图1为一种自主沉浸式学习系统及方法的系统图；
图2为一种自主沉浸式学习系统及方法的视频监督模块系统图；
图3为一种自主沉浸式学习系统及方法的用户管理模块系统图；
图4为一种自主沉浸式学习系统及方法的方法流程图。
图中标号说明：
1、用户匹配模块；2、数据管理模块；3、用户交互模块；4、视频监督模块；5、房间创建模块；6、用户管理模块；41、面部检测单元；42、语音采集单元；43、行为分析单元；61、高中生模块；62、大学生模块；63、研究生模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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作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。
下面结合实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1
请参照图1-4所示，一种自主沉浸式学习的方法，包括以下步骤：
步骤一、启动，打开学习系统，用户根据身份信息注册登录系统，根据用户的需求创建互助学习房间，用户可以根据个人意愿创建单人沉浸式房间或多人沉浸式房间类型，系统还可以推荐伙伴发送请求，是否结成学习互动伙伴共同学习。
学习互动伙伴为同学或者匹配到的学习习惯、学习时长相近的同年龄段人群。
房间创建成功后，学生可通过语音设置或者控制面板设置视频连线互动对象，选择背景噪音，设置学习时长，锁定屏幕进入沉浸式学习的状态。
在学习的时候如若检测出学生处于疲劳学习状态，则会发出语音提示，停止计时，学习可以选择休息时长，或者继续学习。
学习的时候视频检测出学生有学习外的动作，发出语音提示，请学生尽快进入学习状态，如若离开学习状态过长则会自动停止学习时长计时。
学习时长到了以后学生可以上传作业与同学相互批改，和同学进行交流，对于学生上传的作业会对错题进行标记根据艾宾浩斯记忆法则提示学生复习以往学习过的知识。
步骤二、打开摄像头初始化、调节参数，接收环境参数以及面部参数信息，启动人脸识别功能，实时检测学习的状态，当学生眨眼频率过快或者打哈欠提示尽快进入休息状态。
步骤三、进入房间会有两个界面，左侧是学生的摄像头信息，右侧是其他同伴的远程学习图像信息。
步骤四、启动行为识别，当学生有学习以外的动作的时候，通过语音提示，让学生尽快进入学习状态。
步骤五、设置学习时长，与小伙伴商量好，然后学习结束可以选择休息模式，或者是自主讨论模式，能够对学习中的问题进行及时的讨论。
在本实施例中，通过与熟悉的伙伴或者相关专业的人群构建共同学习的关系，相互监督学习共同进步，给学生营造一种即使在家也能够自主学习的环境，也能与他人建立良好的学习关系，同时在家也能够与同伴沟通学习问题的一个平台，将视频监督引入能够实时的检测学生的学习状态，能够通过面部信息分析学生是否处于沉浸式学习状态，通过语音互动提示让学生尽快进入学习状态，同时将实时对学生的行为进行分析，能够做到实时监督学生的行为状态随时提示学生尽快回归学习状态。
实施例2
请参照图1-4所示，本发明还提供了一种自主沉浸式学习系统，包括：
用户匹配模块1，用户匹配模块1用于通过对用户以往的学习累计时长，学习最长时间，最短时间以及相关的学习习惯信息，为用户推荐学习习惯相近的用户创建沉浸式学习的房间；
数据管理模块2，数据管理模块2用于存储用户的基本信息以及学习习惯信息等一些基本的信息；
用户交互模块3，用户交互模块3即用户交流的界面，用户创建学习房间以后打开摄像头，语音设备后，当前用户的界面信息在屏幕左方显示，远程连线用户界面信息在右方显示，可以进行视频语音沟通，学习结束以后摄像头关闭出现对话框可以进行讨论模式；
视频监督模块4，视频监督模块4用于识别学生的语音信息、判断学生是否为疲劳状态以及分析学生行为动作；
房间创建模块5，房间创建模块5用于根据用户的需求创建互助学习房间；
用户管理模块6，用户管理模块6用于针对不同的用户人群进行管理。
视频监督模块4包括面部检测单元41、语音采集单元42和行为分析单元43；
面部检测单元41用于检测识别学生面部信息，主要检测学生的眼睛信息以及嘴部头部信息，根据学生的眨眼频率，学生打哈欠的频率以及头部的倾斜状态分析学生的学习状态，如果学生处于疲劳状态发出语音提示学生需要休息五分钟；
语音采集单元42用于识别学生的语音信息或语音指令；
行为分析单元43用于分析学生行为动作，将采集的学习行为信息进行分析，如若分析出学生处于学习以外的状态发出语音警告。
用户管理模块6包括高中生模块61、大学生模块62和研究生模块63。
在本实施例中，用户可以通过摄像头视频连线同学，创建视频连线学习房间，用户匹配模块1也可以通过对用户以往的学习累计时长，学习最长时间，最短时间以及相关的学习习惯信息，为用户推荐学习习惯相近的用户创建沉浸式学习的房间，建立相互监督学习的关系，解决学生一个人学习的枯燥性，调动学生学习的主动性；视频监督模块4可以通过摄像头对房间内部对学生的学习状态进行监督，面部检测单元41可以根据人脸识别算法判断学生是否处于学习状态，行为分析单元43将采集的学习行为动作信息进行分析，如果有眨眼睛过于频繁，闭眼睛打哈欠等行为，则语音采集单元42通过语音提示其尽快进入学习状态，同时当学生做出了除学习外的其他动作(如：玩手机，离开座位等)时，语音采集单元42也可以语音提示学生尽快进入学习状态；通过行为分析判断学生是否处于沉浸式学习状态，并且可以自主设置学习时长，学习结束后通过语音提示学生到了休息时间，学习时长到了以后学生可以上传作业与同学相互批改，和同学进行交流，对于学生上传的作业会对错题进行标记根据艾宾浩斯记忆法则提示学生复习以往学习过的知识，远程视频连接同学时，同时在显示屏中能看到自己同学的学习状态，可以调动学生主动学习的积极性，主动与同学建立远程学习连接，当与同学连线的时候还可以给今天学习状态打分，和同学同时连线实习竞争意识，让学生更积极地学习，有奖励累计政策，同时学习能力强的同学可以自主选择即可创建单人沉浸房间，该学习系统整合多个功能，让不同人群用户能够找到自己的学习圈子，并且能够实时的对用户的学习状态检测并且做出提示及其行为进行分析，方便对用户是否处于学习沉浸状态进行监督，同时和同年龄人群阶段的人一起学习能够更加调动学生的学习积极性，实时视频监督学生的学习状态，并且根据学生的面部信息以及学生状态进行分析给予反馈对学生的动作进行分析判断学生是否有学习以外的动作，为学生提供一个自主的学习环境，在家里面也能与自己熟悉的同学建立小型的学习监督互助小组，相互学习，相互监督，共同进步。
本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或他们的组合来实现，在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现，例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种自主沉浸式学习的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、启动，打开学习系统，用户根据身份信息注册登录系统，根据用户的需求创建互助学习房间，用户可以根据个人意愿创建单人沉浸式房间或多人沉浸式房间类型，系统还可以推荐伙伴发送请求，是否结成学习互动伙伴共同学习；
S2、打开摄像头初始化、调节参数，接收环境参数以及面部参数信息，启动人脸识别功能，实时检测学习的状态，当学生眨眼频率过快或者打哈欠提示尽快进入休息状态；
S3、进入房间会有两个界面，左侧是学生的摄像头信息，右侧是其他同伴的远程学习图像信息；
S4、启动行为识别，当学生有学习以外的动作的时候，通过语音提示，让学生尽快进入学习状态；
S5、设置学习时长，与小伙伴商量好，然后学习结束可以选择休息模式，或者是自主讨论模式，能够对学习中的问题进行及时的讨论。
2.根据权利要求1所述的一种自主沉浸式学习的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述学习互动伙伴为同学或者匹配到的学习习惯、学习时长相近的同年龄段人群。
3.根据权利要求1所述的一种自主沉浸式学习的方法，其特征在于，房间创建成功后，学生可通过语音设置或者控制面板设置视频连线互动对象，选择背景噪音，设置学习时长，锁定屏幕进入沉浸式学习的状态。
4.根据权利要求1所述的一种自主沉浸式学习的方法，其特征在于，在学习的时候如若检测出学生处于疲劳学习状态，则会发出语音提示，停止计时，学习可以选择休息时长，或者继续学习。
5.根据权利要求1所述的一种自主沉浸式学习的方法，其特征在于，学习的时候视频检测出学生有学习外的动作，发出语音提示，请学生尽快进入学习状态，如若离开学习状态过长则会自动停止学习时长计时。
6.根据权利要求1所述的一种自主沉浸式学习的方法，其特征在于，学习时长到了以后学生可以上传作业与同学相互批改，和同学进行交流，对于学生上传的作业会对错题进行标记根据艾宾浩斯记忆法则提示学生复习以往学习过的知识。
7.一种自主沉浸式学习系统，其特征在于，包括：
用户匹配模块(1)，所述用户匹配模块(1)用于通过对用户以往的学习累计时长，学习最长时间，最短时间以及相关的学习习惯信息，为用户推荐学习习惯相近的用户创建沉浸式学习的房间；
数据管理模块(2)，所述数据管理模块(2)用于存储用户的基本信息以及学习习惯信息等一些基本的信息；
用户交互模块(3)，所述用户交互模块(3)即用户交流的界面，用户创建学习房间以后打开摄像头，语音设备后，当前用户的界面信息在屏幕左方显示，远程连线用户界面信息在右方显示，可以进行视频语音沟通，学习结束以后摄像头关闭出现对话框可以进行讨论模式；
视频监督模块(4)，所述视频监督模块(4)用于识别学生的语音信息、判断学生是否为疲劳状态以及分析学生行为动作；
房间创建模块(5)，所述房间创建模块(5)用于根据用户的需求创建互助学习房间；
用户管理模块(6)，所述用户管理模块(6)用于针对不同的用户人群进行管理。
8.根据权利要求7所述的一种自主沉浸式学习系统，其特征在于，所述视频监督模块(4)包括面部检测单元(41)、语音采集单元(42)和行为分析单元(43)；
所述面部检测单元(41)用于检测识别学生面部信息，主要检测学生的眼睛信息以及嘴部头部信息，根据学生的眨眼频率，学生打哈欠的频率以及头部的倾斜状态分析学生的学习状态，如果学生处于疲劳状态发出语音提示学生需要休息五分钟；
所述语音采集单元(42)用于识别学生的语音信息或语音指令；
所述行为分析单元(43)用于分析学生行为动作，将采集的学习行为信息进行分析，如若分析出学生处于学习以外的状态发出语音警告。
9.根据权利要求7所述的一种自主沉浸式学习系统，其特征在于，所述用户管理模块(6)包括高中生模块(61)、大学生模块(62)和研究生模块(63)。
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