CN219758968U - 课堂互动教学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及远程互动教学技术领域，提供一种课堂互动教学系统，应用于主讲教室和听课教室，包括：用于设于主讲教室的第一拾音器和第一主机，以及用于设于听课教室的第一音箱、音频矩阵、第二拾音器、第三拾音器和第二主机；第一拾音器与第一主机电性连接，第一主机和第二主机通讯连接；第二拾音器与音频矩阵电性连接，第三拾音器与第一音箱电性连接，第一音箱与音频矩阵电性连接，音频矩阵与第二主机电性连接。本实用新型的课堂互动教学系统，通过网络将主讲教室以及听课教室连接，能够实现课堂互动，并且能够促进优质教学资源共享。

Description

课堂互动教学系统

技术领域

本实用新型涉及远程互动教学技术领域，尤其涉及一种课堂互动教学系统。

背景技术

传统的教学模式中，学员和教师在同一个教室中，教师只能对在课堂内的学生讲授课程，不利于优质师资资源共享，局限性较强，对于不处于同一地点的学员，只能观看教学视频，教学方式死板。

实用新型内容

本实用新型提供一种课堂互动教学系统，用以解决现有技术中优质师资资源难以共享的问题。

本实用新型提供一种课堂互动教学系统，应用于主讲教室和听课教室，包括：用于设于所述主讲教室的第一拾音器和第一主机，以及用于设于所述听课教室的第一音箱、音频矩阵、第二拾音器、第三拾音器和第二主机；

所述第一拾音器与所述第一主机电性连接，所述第一主机和所述第二主机通讯连接；

所述第二拾音器与所述音频矩阵电性连接，所述第三拾音器与所述第一音箱电性连接，所述第一音箱与所述音频矩阵电性连接，所述音频矩阵与所述第二主机电性连接。

根据本实用新型提供的一种课堂互动教学系统，所述第二拾音器包括多个麦克风，所述多个麦克风呈阵列设置。

根据本实用新型提供的一种课堂互动教学系统，所述多个麦克风被配置为悬挂设置于所述听课教室内。

根据本实用新型提供的一种课堂互动教学系统，多个所述麦克风串联连接。

根据本实用新型提供的一种课堂互动教学系统，所述课堂互动教学系统还包括用于设于所述主讲教室的第二音箱，所述第二音箱和所述第一主机电性连接。

根据本实用新型提供的一种课堂互动教学系统，所述课堂互动教学系统还包括用于设于所述主讲教室的第一摄像机和用于设于所述听课教室的第一显示屏，所述第一摄像机和所述第一主机电性连接，所述第一显示屏与所述第二主机电性连接。

根据本实用新型提供的一种课堂互动教学系统，所述课堂互动教学系统还包括用于设于所述听课教室的第二摄像机和用于设于所述主讲教室的第二显示屏，所述第二摄像机与所述第二主机电性连接，所述第二显示屏与所述第一主机电性连接。

根据本实用新型提供的一种课堂互动教学系统，所述课堂互动教学系统还包括存储器，所述存储器与所述第一主机电性连接。

根据本实用新型提供的一种课堂互动教学系统，所述课堂互动教学系统还包括用于设于所述听课教室的交互式触摸一体机和交换机，所述交互式触摸一体机通过所述交换机与所述第二主机电性连接。

根据本实用新型提供的一种课堂互动教学系统，所述第一主机和所述第二主机通过局域网或广域网连接。

本实用新型提供的课堂互动教学系统，主讲教师开始授课，第一拾音器采集主讲教师的音频信息，音频信息传送至主讲教室内的第一主机，第一主机将打包的音频信息经网络传送至听课教室的第二主机，并经由第一音频矩阵处理后传输至第一音箱；同时，听课教室内学生以及辅导教师会根据授课内容产生相应讨论并分别经由第二拾音器以及第三拾音器采集，第二拾音器采集的音频信息经由第一音频矩阵处理后传输至第二主机，第三拾音器采集的音频信息经由第一音箱传输至第一音频矩阵，经第一音频矩阵处理后传输至第二主机，第二主机将打包好的音频信息传输至主讲教室内的第一主机，并且，第二拾音器采集的学生音频信息经由第一音频矩阵处理后传输至第一音箱，第三拾音器采集的辅导教师音频信息直接传输至第一音箱，从而实现课堂互动，并促进优质教学资源共享。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型提供的课堂互动教学系统的结构框图之一；

图2是本实用新型提供的课堂互动教学系统的结构框图之二。

附图标记：

11、第一拾音器；12、第二拾音器；13、第三拾音器；14、第四拾音器；

21、第一主机；22、第二主机；

31、第一音箱；32、第二音箱；

41、第一音频矩阵；42、第二音频矩阵；

51、第一摄像机；52、第二摄像机；

61、第一显示屏；62、第二显示屏；

71、存储器；

81、交互式触摸一体机；

91、交换机；

100、局域网/广域网。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型实施例的课堂互动教学系统，应用于主讲教室和听课教室。其中，课堂互动教学系统，包括：第一拾音器11、第一主机21、第一音箱31、音频矩阵、第二拾音器12、第三拾音器13和第二主机22。

特别需要指出的是，为了与后续的音频矩阵进行区分，此处的音频矩阵我们称之为第一音频矩阵41。

第一拾音器11和第一主机21设置于主讲教室，第一音箱31、第一音频矩阵41、第二拾音器12、第三拾音器13和第二主机22设置于听课教室。

其中，第一拾音器11用于收集主讲教师的音频信息，而第二拾音器12以及第三拾音器13分别用于收集学生以及辅导教师的音频信息。

需要说明的是，拾音器一般包括全向拾音器与单一指向拾音器，全向拾音器对各个方向声音作无差别收音，单一指向拾音器除了采集固定方向的声音外能有效的屏蔽其他方向的声音。

拾音器可采用多种安装方式设于主讲教室与听课教室中，例如：天花板吸顶、吊顶安装、墙面侧挂安装、桌面嵌入式安装以及埋墙隐蔽安装等等。另外，拾音器的安装位置尽量以谈话区域为中心。

具体而言，对于主讲教室，第一拾音器11主要用于采集主讲教师的音频信息，为更好的收录教师的声音并屏蔽周围杂音，第一拾音器11可选择单一指向拾音器并置于主讲教师周侧；而对于听课教室，第二拾音器12主要采集学生们的反馈音频信息，考虑到声源较多且发音方向不定，第二拾音器12可选用全向拾音器并设于天花板吊顶中央，第三拾音器13则用于采集听课教室中辅导教师的发言，可选用单一指向拾音器并置于辅导教师周侧。

第一拾音器11与第一主机21电性连接，第一主机21和第二主机22通讯连接；第二拾音器12与第一音频矩阵41电性连接，第三拾音器13与第一音箱31电性连接，第一音箱31与第一音频矩阵41电性连接，第一音频矩阵41与第二主机22电性连接。

其中，第一拾音器11可通过音频传输线直接接入第一主机21的音频接口，实现音频数据的输入；第二拾音器12以及第三拾音器13则通过第一音频矩阵41间接接入第二主机22。第一主机21与第二主机22通过网线接入以太网并实现相互的数据传输。主机具备音频以及视频处理功能，能够将输入的音频或视频信息打包并传输。

具体地，第一主机21可将接收的来自第一拾音器11的音频信息打包并传输至第二主机22；第二主机22也可将接收的来自第二拾音器12以及第三拾音器13的音频信息打包并传输至第一主机21，以此将主讲教室以及听课教室内的音频信息同步并相互传输。进一步地，为保证直播或录播过程网络流畅，第一主机21以及第二主机22可通过交换机连入网络。

其中，第一音频矩阵41作为音频中心处理单元，主要用于进行音频接收、算法处理以及音频传输，第一音频矩阵41与第二主机22间可实现双向传输音频数据。具体而言，第一音频矩阵41将接收和处理后的学生以及辅导老师的声音通过USB数字接口或模拟音频接口传输给第二主机22，第一音频矩阵41能够接收第二主机22传输的主讲教师的音频信息，从而实现音频双向传输。

需要说明的是，第一音频矩阵41具备丰富的接口，兼容凤凰端子和3.5mm标准音频接口，可根据第二拾音器12、第一音箱31以及第二主机22选择合理接口类型。

第一音箱31可将输入的音频信息放大输出，音箱内部一般设置有功放部分，功放部分被分为前置放大器和后级放大器。前置放大器主要负责信号的电压放大、音量控制、多路音源的切换、音调调整以及阻抗匹配等功能，而后级放大器则专司功率放大。

具体而言，由第二主机22将远端接收到的来自主讲教室的音频信号传输至第一音频矩阵41，通过第一音频矩阵41处理后的音频信息经由第一音箱31在听课教室放大输出；由第二拾音器12以及第三拾音器13接收到的来自学生以及辅导教师的音频信息也可传输至第一音箱31放大输出。

需要说明的是，为保证良好的放音效果，可在听课教室墙壁设置两个功率相同的第一音箱31并沿教室对称分布以形成平衡的声场。第一音箱31可通过有线或者无线两种方式与第一音频矩阵41连接。

在本实用新型实施例中，主讲教师开始授课，第一拾音器11采集主讲教师的音频信息，音频信息传送至主讲教室内的第一主机21，第一主机21将打包的音频信息经网络传送至听课教室的第二主机22，并经由第一音频矩阵41处理后传输至第一音箱31；同时，听课教室内学生以及辅导教师会根据授课内容产生相应讨论并分别经由第二拾音器12以及第三拾音器13采集，第二拾音器12采集的音频信息经由第一音频矩阵41处理后传输至第二主机22，第三拾音器13采集的音频信息经由第一音箱31传输至第一音频矩阵41，经第一音频矩阵41处理后传输至第二主机22，第二主机22将打包好的音频信息传输至主讲教室内的第一主机21，并且，第二拾音器12采集的学生音频信息经由第一音频矩阵41处理后传输至第一音箱31，第三拾音器13采集的辅导教师音频信息直接传输至第一音箱31，从而实现课堂互动，并且能够促进优质教学资源共享。

在可选的实施例中，第二拾音器12包括多个麦克风，多个麦克风呈阵列设置。

可以理解的是，当听课教室内有学生发言时，若采用单一麦克风拾音，拾音范围有限，声音没有办法被麦克风清晰拾取，从而导致授课效率低下。麦克风阵列设置则可解决“拾音弱”的问题，在一定程度上增加音频拾取空间范围以及拾取效果。

其中，呈阵列设置的麦克风可利用以太网实现级联，无需连接额外的电源以及数据线。

需要说明的是，多台麦克风阵列设置，不仅可以解决“拾音弱”的问题，还能同时控制接入的多台麦克风的功能。例如：当主讲教师或辅导教师需要听课教室静音时，只需轻触任意一个麦克风的静音图标，其余麦克风也会同时静音；也可以同时控制多台麦克风音量的升高或降低，大大提高了授课效率。

进一步地，为避免学生同时出声而导致第二拾音器12采集的音频信息堆叠、嘈杂以及错误。阵列设置的麦克风可提前输入预设的请求数据码-频段编码，阵列麦克风可根据输入音频请求的先后顺序生成请求数据码，根据预设的请求数据码-频段编码规则，生成与请求数据码对应的第一音频频段序列；根据所述第一音频频段序列，生成第一音频信号并传输至第一音频矩阵41；阵列麦克风接收第一音频矩阵41接收完成的反馈信号，重新进入下一个音频信息的输入过程。由此可将第二拾音器12采集的多个同时出声的音频信息分段输入第一音频矩阵41。

特别需要指出的是，第三拾音器13采用无线麦克风，无线麦克风与有源无线音箱配对传输音频信号，易于形成集成度较高的无线拾音方案，辅导教师可通过头戴、挂式以及手持等多种佩戴形式进行拾音。无线麦克风与第一音箱31配对传输音频信号，第一音箱31可选用有源无线音箱以此减少部署复杂性，第一音箱31通过模拟信号输出口将无线麦克风采集的音频信息传输至第一音频矩阵41进行处理与传输，以实现音频信息的远程传输，且减少单独的麦克风无线接收器设置，由此降低部署复杂度，并提高易用性。

在可选的实施例中，为提高麦克风拾音便捷性，使得听课学生不必单独配带麦克风，多个麦克风被配置为悬挂设置于听课教室内。

需要说明的是，麦克风的数量以及设置方式由听课教室规模以及学生数量决定，例如，在60㎡教室中，可将4～6全指向性麦克风等距离采用吊杆悬挂于天花板以对教室内各个方向声音做无差别收音。4～6个麦克风阵列能够有效抑制2s以下混响至0.8s以下，且避免了课堂互动教学过程中声音抑制问题，由此提高传音效果。

在可选的实施例中，多个麦克风串联连接。

一般情况下，多个麦克风可由串联或者并联方式接入电路。可以理解的是，多个麦克风并联，阻抗将减小，并联的麦克风数量越多，阻抗越小。随着麦克风阻抗的减小，麦克风灵敏度减小并大大降低麦克风拾音效果。因此，选用多个麦克风串联连接的形式接入电路。

多个麦克风串联可分有线以及无线两种，有线麦克风串联即将多个麦克风输入输出端首尾连接。具体地，可将第一个麦克风输出端接到第一音频矩阵41，从第一个麦克风输入端引出一根线接上第二个麦克风输出端，然后从第二个麦克风输入端引出一根线接到第三只麦克风输出端，依次串联多个麦克风。无线麦克风则可通过蓝牙或者无线网实现串联并与第一音箱31配对接入电路。

进一步地，通过采集教室噪音标本，进行深度训练，可消除桌椅、空调、汽笛、走动等噪声，实现AI降噪，以此增强串联麦克风拾音效果。

在可选的实施例中，如图1所示，课堂互动教学系统还包括用于设于主讲教室的第二音箱32，第二音箱32和第一主机21电性连接。

可以理解的是，第二音箱32可将由第二主机22传输至第一主机21的听课教室的音频信息放大并输出，以使得主讲教师能更清晰的听到学生以及辅导教师的反馈信息并进行相应的解惑答疑，提高授课效果。

在可选的实施例中，如图2所示，课堂互动教学系统还包括用于设于主讲教室的第一摄像机51和用于设于听课教室的第一显示屏61，第一摄像机51和第一主机21电性连接，第一显示屏61与第二主机22电性连接。其中，电性连接包括有线连接或者无线连接两种方式，在此不作具体限定。

可以理解的是，音频信息以及视频信息相结合可提高授课效果。由此可在主讲教室中设置第一摄像机51以录制主讲教师的视频信息，并在听课教室中设置第一显示屏61以展示该视频信息。

具体地，可选择一个第一摄像机51，并设置主讲教室的墙壁上，以对主讲教师授课过程进行拍摄，并可选择一个第一显示屏61悬挂于听课教室墙壁正中央。

进一步地，第一摄像机51与第一主机21单向连接，由第一摄像机51以及第一拾音器11采集的主讲教师的视频信息以及音频信息传输至第一主机21，第一主机21能够把视频和音频信息进行同步并打包，经网络通讯传送至听课教室的第二主机22。第二主机22与第一显示屏61单向连接。视频信息经第二主机22传输至第一显示屏61显示，音频信息则经第二主机22传输至第一音箱31放大输出。

在可选的实施例中，为使得主讲教师更好的了解听课教室中学生们听课的反应，课堂互动教学系统还包括用于设于听课教室的第二摄像机52和用于设于主讲教室的第二显示屏62，第二摄像机52与第二主机22电性连接，第二显示屏62与第一主机21电性连接。

其中，考虑到学生人数较多，可选用两个第二摄像机52对称设于听课教室前方墙壁以捕捉学生以及辅导教师的全景和特写。第一显示屏61则可架设于主讲教师正前方以便主讲教师观察学生反应并进行相应解答。

具体地，第二摄像机52与第二主机22单向连接，由第二摄像机52采集学生以及辅导教师的视频信息并传输至第二主机22；由第二拾音器12采集学生的音频信息并经由第一音频矩阵41传输至第二主机22；第三拾音器13采集的辅导教师音频信息经由第一音箱31传输至第一音频矩阵41，经第一音频矩阵41处理后传输至第二主机22。第二主机22能够把输入的视频和音频信息进行同步处理并打包，经网络传送至主讲教室的第一主机21。第一主机21与第二显示屏62单向连接，视频信息经由第二显示屏62播放，音频信息则经由第二音箱32放大输出。

进一步地，如图2所示，若主讲教室存在学生时，为实现两个教室间老师以及学生的课堂互动，主讲教室相应地增设有第四拾音器14以及第二音频矩阵42。

其中，第四拾音器14与第二音箱32电性连接，第二音箱32与第二音频矩阵42电性连接，第二音频矩阵42与第一主机21电性连接，而第一拾音器11通过第二音频矩阵42与第一主机21电性连接。

第四拾音器14主要用于拾取主讲教室内学生的音频信息，经由第二音箱32传输至第二音频矩阵42，并通过第一主机21处理打包，最终传输至听课教室并经由第一音箱31播出。

在可选的实施例中，如图2所示，课堂互动教学系统还包括存储器71，存储器71与第一主机21电性连接。

在本实用新型实施例中，第一主机21可将打包后的视频、音频文件传送至存储器71进行存储。示例性地，在授课过程中产生的大量的主讲教师的板书信息、学生的回答信息以及辅导教师的课堂记录等，都会以视频以及音频信息的形式存储在存储器71内部以便后期用户复制保存并可通过显示屏复播。

在可选的实施例中，课堂互动教学系统还包括用于设于听课教室的交互式触摸一体机81和交换机91，交互式触摸一体机通过交换机91与第二主机22电性连接。

其中，学生课后可以对交互式触摸一体机81进行操作，经由网络向主讲课堂内的第一主机21发出指令，调取存储器71内部的信息，对以往的授课内容点播观看，温习相关知识。

在可选的实施例中，如图1和图2所示，第一主机和所述第二主机通过局域网/广域网100连接。

其中，局域网是在一个局部的地理范围内，一般是方圆几千米以内，将各种计算机，外部设备和数据库等互相联接起来组成的计算机通信网，主机通过局域网通讯连接基本可以满足大部分课堂互动教学系统的搭建。但为达到更大程度的教育资源传播，也可将多个主机以及多个交换机经由广域网点对点搭接，实现多课堂互动教学系统的连接搭建。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种课堂互动教学系统，应用于主讲教室和听课教室，其特征在于，包括：用于设于所述主讲教室的第一拾音器和第一主机，以及用于设于所述听课教室的第一音箱、音频矩阵、第二拾音器、第三拾音器和第二主机；

所述第一拾音器与所述第一主机电性连接，所述第一主机和所述第二主机通讯连接；

所述第二拾音器与所述音频矩阵电性连接，所述第三拾音器与所述第一音箱电性连接，所述第一音箱与所述音频矩阵电性连接，所述音频矩阵与所述第二主机电性连接；

所述课堂互动教学系统还包括用于设于所述主讲教室的第二音箱，所述第二音箱和所述第一主机电性连接。

2.根据权利要求1所述的课堂互动教学系统，其特征在于，所述第二拾音器包括多个麦克风，所述多个麦克风呈阵列设置。

3.根据权利要求2所述的课堂互动教学系统，其特征在于，所述多个麦克风被配置为悬挂设置于所述听课教室内。

4.根据权利要求2所述的课堂互动教学系统，其特征在于，多个所述麦克风串联连接。

5.根据权利要求1所述的课堂互动教学系统，其特征在于，所述课堂互动教学系统还包括用于设于所述主讲教室的第一摄像机和用于设于所述听课教室的第一显示屏，所述第一摄像机和所述第一主机电性连接，所述第一显示屏与所述第二主机电性连接。

6.根据权利要求1或5所述的课堂互动教学系统，其特征在于，所述课堂互动教学系统还包括用于设于所述听课教室的第二摄像机和用于设于所述主讲教室的第二显示屏，所述第二摄像机与所述第二主机电性连接，所述第二显示屏与所述第一主机电性连接。

7.根据权利要求1所述的课堂互动教学系统，其特征在于，所述课堂互动教学系统还包括存储器，所述存储器与所述第一主机电性连接。

8.根据权利要求7所述的课堂互动教学系统，其特征在于，所述课堂互动教学系统还包括用于设于所述听课教室的交互式触摸一体机和交换机，所述交互式触摸一体机通过所述交换机与所述第二主机电性连接。

9.根据权利要求1所述的课堂互动教学系统，其特征在于，所述第一主机和所述第二主机通过局域网或广域网连接。