CN211787614U - 一种课堂教学机器人 - Google Patents

Abstract

实用新型公开了一种课堂教学机器人，包括计算机网络、语音识别服务器、语音合成服务器、教学资料库服务器（云中心）、专用工作站和中央处理器，所述计算机网络分别与语音识别服务器、语音合成服务器、教学资料库服务器（云中心）、专用工作站、中央处理器通讯连接。本实用新型设计合理，具备教师语音讲解与课件或其它静、动态可视化资源同步播放的能力，其教学过程逼真，学生感受深刻，能实现知识和技能的理想传授，通过两部分教学资料的合成同步播放，使教学效果近于理想化，可替代教师进行教学，而且能够对学生的指纹进行录入、存储和识别，便于学生上课前进行指纹识别签到，记录学生的考勤情况。

Description

一种课堂教学机器人

技术领域

本实用新型涉及教学技术领域，具体为一种课堂教学机器人。

背景技术

目前，大部分学生都在接受正规全日制教育，而全日制教育的主要教学形式是课堂教学，因此，保障和提高课堂教学质量是提高学生成绩的关键。然而，实际上不同教师的知识水平、表达能力和教学能力是存在一定差异的，因此教师的教学质量也参差不齐。为了保障教学质量，提高学生的学习成绩，有必要组织一个高水平教学团队，由优秀教师共同规划课程体系，确定教学内容，设计教学过程，为此，可发明一种课堂教学机器人，由教学机器人替代教师实施授课。

经检索，申请专利号为“201911253426.7”公开了一种“基于互联网的辅助教学系统”的发明专利，提供了基于互联网技术实现了教学视频快速定位的技术，提高了教师教学音、视频的定位与播放效率，解决了教师教学音、视频的播放问题，然而，受技术方案所限，该专利成果无法实现配套课件或其它静、动态可视化资源的同步播放，进而影响了学生对课程内容的理解，造成了教学质量的下降，因而，无法完全实现机器人替代教师的目标，为此，我们提出一种课堂教学机器人用于解决上述问题。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种课堂教学机器人，解决了现有技术方案中课堂教学机器人只能播放教师课堂讲解音、视频，而无法同步播放与教学相关的课件以及相关的图、表、动画等视觉资源问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种课堂教学机器人，包括计算机网络、语音识别服务器、语音合成服务器、教学资料库服务器(云中心)、专用工作站和中央处理器，所述计算机网络分别与语音识别服务器、语音合成服务器、教学资料库服务器(云中心)、专用工作站、中央处理器通讯连接。

优选的，所述专用工作站分别通讯连接有语音录入装置、语音播放装置、教学课件及多媒体资源显示装置。

优选的，所述中央处理器分别通讯连接有指纹存储装置、指纹采集装置、指纹识别装置。

优选的，所述指纹识别装置通讯连接有指纹播报装置，指纹播报装置上安装有扬声器、显示屏和多个控制按钮。

优选的，所述指纹采集装置为光学式指纹采集器。

优选的，所述指纹采集装置用于对学生的指纹进行采集和录入处理。

优选的，所述中央处理器用于对录入的指纹进行处理，并经过中央处理器把采集的指纹存储至指纹存储装置。

优选的，所述指纹识别装置用于对指纹采集装置采集的学生指纹进行识别认证，并经过指纹播报装置对指纹识别的结果进行语音播报。

优选的，所述计算机网络用于教学信息交换、资源共享和分布式处理。

优选的，所述语音录入装置用于采集和录入学生语言表达的“课程名称及章节”语音信息，以获得语音模拟信号。

优选的，所述语音模拟信号通过专用工作站内置的转换器转换为语音数字信号，语音数字信号通过计算机网络发送至语音识别服务器中，进行语音识别。

优选的，所述语音识别服务器用于将语音数字信号识别为文本信息，实现“语音识别”，再按照一定规则对文本信息进行切分，获取关键词，实现“语义理解”识别，关键词与预设在专用工作站的“检索知识库”文本信息进行对比，若匹配率高于预设阈值，则触发控制信号发送教学资源提取指令。

优选的，所述“检索知识库”文本信息与存储在教学资料库服务器(云中心)上的“课程名称及章节”检索信息对应。

优选的，所述教学资源提取指令由课堂教学机器执行，从教学资料库服务器(云中心)中调取与所述“课程名称及章节”检索信息对应的教学资源。

优选的，所述“课程名称及章节”检索信息对应的教学资源，包括教师“语言讲解文本”和“课件或其它静、动态可视化资源”。

优选的，所述教师语言讲解文本，由课堂教学机器人调取后发送至语音合成服务器中，利用语音合成功能将文本资料合成为教学语音，并通过语音播放装置进行播放。

优选的，所述教学语音与“配套的课件或其它静、动态可视化资源”，由课堂教学机器人发送至专用工作站中，分别用语音播放装置和教学课件及多媒体资源显示装置同步播放。

(三)有益效果

本实用新型提供了一种课堂教学机器人。具备以下有益效果：

(1)该一种课堂教学机器人，通过该机器人授课，其教学内容及教学过程设计由高水平的教学团队完成，比一般教师独立备课的水平要高出很多，教学过程既包括教师语音讲解，也包括同步播放的课件或其它静、动态可视化资源。

(2)该一种课堂教学机器人，通过使用机器人授课讲解，其教学过程可以反复修改，课堂效果达到接近于理想化的效果。

(3)该一种课堂教学机器人，通过使用机器人进行授课讲解，使得机器人不知疲倦，可以承担大量的教学任务。

(4)该一种课堂教学机器人，通过使用机器人授课，可以为缺课的学生和没听懂的学生重复授课，不必顾虑教师的时间安排。

(5)该一种课堂教学机器人，通过使用机器人上设置的指纹签到，能够记录学生上课的考勤工作，而且便于老师定期抽查学生是否正常上课。

附图说明

图1为本实用新型课堂教学机器人结构示意图；

图2为本实用新型课堂教学机器人工作流程示意图；

图3为本实用新型堂教学机器人考勤流程示意图。

图中：1、计算机网络；2、语音识别服务器；3、语音合成服务器；4、教学资料库服务器；5、专用工作站；6、语音录入装置；7、语音播放装置；8、教学课件及多媒体资源显示装置；9、中央处理器；10、指纹存储装置；11、指纹采集装置；12、指纹识别装置；13、指纹播报装置。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-3所示，本实用新型提供一种技术方案：一种课堂教学机器人，包括计算机网络1、语音识别服务器2、语音合成服务器3、教学资料库服务器(云中心)4、专用工作站5和中央处理器9，计算机网络1分别与语音识别服务器 2、语音合成服务器3、教学资料库服务器(云中心)4、专用工作站5、中央处理器9通讯连接。

专用工作站5分别通讯连接有语音录入装置6、语音播放装置7、教学课件及多媒体资源显示装置8，中央处理器9分别通讯连接有指纹存储装置10、指纹采集装置11、指纹识别装置12，指纹识别装置12通讯连接有指纹播报装置 13，指纹播报装置13上安装有扬声器、显示屏和多个控制按钮，指纹采集装置 11为光学式指纹采集器。

本实施例中，一种课堂教学机器人的使用方法，包括以下步骤：

使用教学机器人在授课前，先由老师把班内所有同学的指纹通过指纹采集装置11进行指纹录入，所有学生录入的指纹经过中央处理器9进行处理后，再由中央处理器9传输至指纹存储装置10中进行指纹存储；

学生在陆续进入教室后，需要走到教学机器人面前，通过指纹采集装置11 进行采集指纹，进行指纹打卡并且可以记录每天的考勤工作，指纹采集装置11 采集的指纹传输至中央处理器9进行处理，并由中央处理器9传输至指纹存储装置10中进行检索，再由中央处理器9传输至指纹识别装置12中进行识别指纹认证；

通过指纹识别装置12对录入的指纹进行识别，如果指纹识别成功，指纹识别装置12把信息输送至指纹播报装置13内，通过指纹播报装置13内的扬声器播报出已签到三个字，则证明签到成功，如果指纹识别失败，指纹识别装置12 把信息输送至指纹播报装置13内，通过指纹播报装置13内的扬声器播报出认证失败四个字，这时需要学生再次进行指纹采集，重新识别指纹，直至签到成功；

通过指纹播报装置13上的显示屏和控制按钮，可调取出指纹存储装置10 中存储的学生考勤情况，从而便于老师定期检查学生的考勤情况，可以看出学生是否正常进行上课；

使用教学机器人在授课前，先由教学管理人员邀请一个高水平教学团队规划课程体系，确定教学内容，设计课程教学过程，将“课程名称及章节”教学资料分为两部分，一部分是教师用语言进行讲解的文本资料，另一部分是课件或其它静、动态可视化资源，然后，由教学管理人员将“课程名称及章节”教学资料，通过计算机网络1上传至教学资料库服务器(云中心)4中，并分别保存，此外，根据两部分资料的特点，分别设置检索关键字，便于教学资料查询与调取；

通过语音录入装置6(如：麦克风)将学生语言表达的“课程名称及章节”语音信息采集和录入到专用工作站5中，以获得语音模拟信号，再利用专用工作站5内置的模拟/数字转换器将语音模拟信号转换为语音数字信号；

将语音数字信号通过计算机网络1发送至语音识别服务器2中；

语音识别服务器2利用语音识别功能将语音数字信号识别为文本信息，实现“语音识别”，再按照一定规则(如：ILP算法)对文本信息进行切分，从而获取文本信息的关键词，实现“语义理解”识别；

关键词与预设在专用工作站5中的“检索知识库”文本信息进行对比，若匹配率高于预设阈值，则触发控制信号发送教学资源提取指令；

教学资源提取指令执行后，从教学资料库服务器(云中心)4中调取与预设文本信息相对应的“课程名称及章节”教学资料，即“语言讲解文本”和“课件或其它静、动态可视化资源”；

语言讲解文本由课堂教学机器人调取后发送至语音合成服务器3中，再利用语音合成功能将语言讲解文本合成为教学语音，并进行语音播放(讲解)；

教学语音及课件或其它静、动态可视化资源，由课堂教学机器人发送至专用工作站5中，通过语音播放装置7和教学课件及多媒体资源显示装置8(如：显示器、投影仪及屏幕等)同步播放，其同步播放时间长度由专用工作站5自动设置，也可由管理人员手动调整，播放完成后，授课即结束；如学生因故缺课或没有听懂课程内容，则可启动课堂教学机器人进行重复授课，而不必顾虑教师的时间安排，因此十分便利，同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

综上可得，该一种课堂教学机器人，通过把班内所有同学的指纹利用指纹采集装置11进行指纹录入至指纹存储装置10中进行指纹存储，学生在进入教室走到教学机器人面前，通过指纹采集装置11进行采集指纹，并把采集的指纹传输至中央处理器9进行处理，由中央处理器9传输至指纹存储装置10中进行检索，再由中央处理器9传输至指纹识别装置12中进行识别指纹认证，通过指纹识别装置12对录入的指纹进行识别，通过指纹识别装置12把信息输送至指纹播报装置13内，指纹播报装置13内的扬声器播报出已签到三个字，则证明签到成功，如果指纹识别失败，指纹播报装置13内的扬声器播报出认证失败四个字，需要学生再次进行指纹采集，重新识别指纹进行签到，通过指纹播报装置13上的显示屏和控制按钮，可调取出指纹存储装置10中存储的学生考勤情况，从而便于老师定期检查学生的考勤情况，可以看出学生是否正常进行上课，把“课程名称及章节”教学资料通过计算机网络1上传至教学资料库服务器(云中心)4中进行保存，并设置检索关键字，便于教学资料查询与调取，通过语音录入装置6将学生语言表达的“课程名称及章节”语音信息采集和录入到专用工作站5中，获得语音模拟信号，再利用专用工作站5将语音模拟信号转换为语音数字信号，然后把语音数字信号通过计算机网络1发送至语音识别服务器2 中，并利用语音识别功能将语音数字信号识别为文本信息，实现“语音识别”，对文本信息进行切分，从而获取文本信息的关键词，实现“语义理解”识别，教学资源提取指令执行后，从教学资料库服务器(云中心)4中调取与预设文本信息相对应的“课程名称及章节”教学资料，即“语言讲解文本”和“课件或其它静、动态可视化资源”，课堂教学机器人调取语言讲解文本后发送至语音合成服务器3中，利用语音合成功能将语言讲解文本合成为教学语音，并进行语音播放(讲解)，教学语音及课件或其它静、动态可视化资源，由课堂教学机器人发送至专用工作站5中，通过语音播放装置7和教学课件及多媒体资源显示装置8同步播放，播放完成后，授课即结束，如果学生因故缺课或没有听懂课程内容，则可启动课堂教学机器人进行重复授课，而不必顾虑教师的时间安排，使用方便，而且具备教师语音讲解与课件或其它静、动态可视化资源同步播放的能力，其教学过程逼真，学生感受深刻，能实现知识和技能的理想传授。

Claims (5)

1.一种课堂教学机器人，包括计算机网络(1)、语音识别服务器(2)、语音合成服务器(3)、教学资料库服务器(4)、专用工作站(5)和中央处理器(9)，其特征在于：所述计算机网络(1)分别与语音识别服务器(2)、语音合成服务器(3)、教学资料库服务器(4)、专用工作站(5)、中央处理器(9)通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种课堂教学机器人，其特征在于：所述专用工作站(5)分别通讯连接有语音录入装置(6)、语音播放装置(7)、教学课件及多媒体资源显示装置(8)。

3.根据权利要求1所述的一种课堂教学机器人，其特征在于：所述中央处理器(9)分别通讯连接有指纹存储装置(10)、指纹采集装置(11)、指纹识别装置(12)。

4.根据权利要求3所述的一种课堂教学机器人，其特征在于：所述指纹识别装置(12)通讯连接有指纹播报装置(13)，指纹播报装置(13)上安装有扬声器、显示屏和多个控制按钮。

5.根据权利要求3所述的一种课堂教学机器人，其特征在于：所述指纹采集装置(11)为光学式指纹采集器。

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