CN111523646B - 基于物联网的远程教育学习中心智慧感知网络及管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联网的远程教育数字化学***台和物联网。智能感知网络层能够感知到用户端的数据和智慧校园的数据并进行互动、综合分析。用户端的不同用户根据反馈数据进行下一步教、学和管理。因此本发明利于资源的整合与运用,使得线下学习中心成为开放教育***的线下数字化学习环境支撑,为老师管理学生提供辅助手段,并在一定程度上节约教学管理资源、促进教和学的质量提升。
Description
技术领域
本发明涉及物联网领域,具体而言,涉及一种基于物联网的远程教育学习中心智慧感知网络及管理方法。
背景技术
随着物联网的快速发展与创新,当前智慧学习技术已深入教育行业,“智慧学习”为教育工作者和学习人员带来益处的同时也伴有一些的问题,然而现阶段学习中心数字化学习环境的设计缺乏科学规划,在线下实体教学业务中没有与云端师生学习数据互动,没有设计物联网感知实体教学环境的变化,对于学生来说促学手段不到位,对于教育工作者和管理者来说,缺乏积极响应和有效的管理模式,造成教育教学的不高效和资源的浪费。
为了解决上述现有技术中的问题,本发明提供一种基于物联网的远程教育学习中心智慧感知网络及管理方法。该***和方法提供结合物联网,特别是感知网络的智慧学习***。因此本发明能够解决智慧学习中心数据庞大,响应不高效,管理不够智能甚至出现错误的问题。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中实体学***台和物联网;用户端包括学校管理者,教师,学生,社会公众,各种设备;校园应用层包括智慧教学服务子***,智慧管理子***,智慧学***安子***,教学质量监测与评估子***,教育教学全景展示子***;智慧应用支持平台包括数据分析子***,云计算平台和数据挖掘与展现子***;物联网包括智能信息采集子***,智能信息管理子***,网络通信层,智能感知网络层。因此本发明能够解决现有技术的智慧学习中心不完善的问题。本发明提供的基于物联网的远程教育数字化学习中心智慧感知网络***及管理方法,通过物联网的设置,特别是感知网络的训练,利于资源的整合与运用,构建基于线上、线下一体化的学习中心教学环境,使得学习中心成为智慧教学应用典范,为老师管理学生提供辅助手段,并在一定程度上节约教学管理资源、促进教和学的质量提升。
为了解决上述技术问题,本发明第一方面提出一种基于物联网的远程教育数字化学习中心智慧感知网络***,包括:
用户端,智慧校园应用层,智慧应用支持平台和物联网;
用户端包括学校管理者,教师,学生,社会公众,各种设备;
校园应用层包括智慧教学服务子***,智慧管理子***,智慧学***安子***,教学质量监测与评估子***,教育教学全景展示子***;
智慧应用支持平台包括数据分析子***,云计算平台和数据挖掘与展现子***;
物联网包括智能信息采集子***,智能信息管理子***,网络通信层,智能感知网络层;
智能信息采集子***包括智能信息采集模块,智能信息采集网关,物联网数据/元数据收集/储存模块;
智能信息管理子***包括物联网互通管理中心,物联网运行设备管理子***;
网络通信层包括3G/4G/5G,WiFi,Ipv/Ipv6网络,蓝牙,和/或红外接口;
智能感知网络层包括智能手机,可穿戴感应设备,环境传感器,摄像机,麦克风,采集器,RFID设备;
用户端,所述智慧校园应用层,智慧应用支持平台和所述物联网通过所述网络通信层连接;
用户端形成所述感知网络数据的主体来源;
智慧校园应用层用于接收和采集用户端产生的数据;
用户端产生的数据经物联网传输至智慧应用支持平台分析数据,智慧应用支持平台再将分析的数据反馈给智慧校园应用层。
可选地,智能感知网络层能够感知到用户端的数据和线下学习中心的数据,用户端的数据包括声音数据,视频数据,图像数据,文字数据,教学互动数据和情感数据,和/或智慧校园的数据包括环境数据,考勤数据,温度数据,光照数据和教学资源数据。
可选地,感知网络对所述用户端的声音数据,视频数据,图像数据,文字数据和情感数据的分析满足如下公式,N个样本的对应(Xp,Yp)(p=1,2,……,n),对第M个样本单元的j的所述用户端的数据的输入总和设定为INmj,单元i的输出总和设定为OUTmi,则
INmj=ΣWijOUTmi=Σ1/[1+exp(-INmj)][1-exp(INmj)]
其中Wji是神经元i,j之间的权值。
可选地,设定智慧校园的数据综合为S;
感知网络综合所述用户端的数据和所述远程教育数字化学习中心智慧校园的数据得到决策函数满足:
其中y为第y个样本,Q(xi,x)为核函数,通过训练核函数得到最优值,δ为阈值,αk为修正因子。
为了解决上述技术问题,本发明第二方面提出一种基于物联网的远程教育数字化学习中心智慧感知网络***的管理方法,应用如上述基于物联网的远程教育数字化学习中心智慧感知网络***,包括如下步骤:
(1)通过课程安排指令发出,所述***进入上课模式;
(2)检查所述智慧校园的环境是否全部都在上课模式,如果“是”,执行步骤(3);否则执行步骤(4);
(3)通过所述校园应用层监控整个智慧学***台对所述校园应用层监控获得的数据进行整理和分析;
(4)调整和修正所述智慧校园的环境,并返回步骤(2);
(5)通过所述物联网将分析获得的数据反馈给所述校园应用层;
(6)所述校园应用层根据反馈数据属性分别反馈给所述用户端的不同用户
(7)所述用户端的不同用户根据反馈数据进行下一步智慧学习。
为了解决上述技术问题,本发明第三方面提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序能够被处理器执行来实现上述方法。
通过以上***或方法,物联网传输,大数据整理,感知网络分析数据,定向分发数据给不同用户,形成智慧学习中心,根据不同的数据分析,实施下一步教学。因此本发明能够解决传统智慧学习中心管理的问题,使得基于物联网的智慧学习中心的管理的功能更加多样化,终端/***之间的联系与通信更加方便,数据传输更加可靠安全,而且能够提高数据分析的效率,利于资源的整合与运用,为全面***的教学,个性化的教学提供有力保障。
附图说明
为了使本发明所解决的技术问题、采用的技术手段及取得的技术效果更加清楚,下面将参照附图详细描述本发明的具体实施例。但需声明的是,下面描述的附图仅仅是本发明的示例性实施例的附图,对于本领域的技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1是示出了根据本发明实施例的一种基于物联网的远程教育数字化学习中心智慧感知网络***的结构示意图。
图2是示出了根据本发明实施例的一种基于物联网的远程教育数字化学习中心智慧感知网络***的管理方法的流程示意图。
图3是根据本发明实施例的一种计算机可读介质的示意图。
具体实施方式
现在将参考附图来更加全面地描述本发明的示例性实施例,虽然各示例性实施例能够以多种具体的方式实施,但不应理解为本发明仅限于在此阐述的实施例。相反,提供这些示例性实施例是为了使本发明的内容更加完整,更加便于将发明构思全面地传达给本领域的技术人员。
在符合本发明的技术构思的前提下,在某个特定的实施例中描述的结构、性能、效果或者其他特征可以以任何合适的方式结合到一个或更多其他的实施例中。
在对于具体实施例的介绍过程中,对结构、性能、效果或者其他特征的细节描述是为了使本领域的技术人员对实施例能够充分理解。但是,并不排除本领域技术人员可以在特定情况下,以不含有上述结构、性能、效果或者其他特征的技术方案来实施本发明。
附图中的流程图仅是一种示例性的流程演示,不代表本发明的方案中必须包括流程图中的所有的内容、操作和步骤,也不代表必须按照图中所显示的顺序执行。例如,流程图中有的操作/步骤可以分解,有的操作/步骤可以合并或部分合并,等等,在不脱离本发明的发明主旨的情况下,流程图中显示的执行顺序可以根据实际情况改变。
附图中的框图一般表示的是功能实体,并不一定必然与物理上独立的实体相对应。即,可以采用软件形式来实现这些功能实体,或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体,或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
各附图中相同的附图标记表示相同或类似的元件、组件或部分,因而下文中可能省略了对相同或类似的元件、组件或部分的重复描述。还应理解,虽然本文中可能使用第一、第二、第三等表示编号的定语来描述各种器件、元件、组件或部分,但是这些器件、元件、组件或部分不应受这些定语的限制。也就是说,这些定语仅是用来将一者与另一者区分。例如,第一器件亦可称为第二器件,但不偏离本发明实质的技术方案。此外,术语“和/或”、“及/或”是指包括所列出项目中的任一个或多个的所有组合。
图1是示出了根据本发明实施例的一种基于物联网的远程教育数字化学习中心智慧感知网络***的结构示意图。
如图1所示,用户端1,智慧校园应用层2,智慧应用支持平台3和物联网4;
用户端1包括学校管理者,教师,学生,社会公众,各种设备;
校园应用层2包括智慧教学服务子***,智慧管理子***,智慧学***安子***,教学质量监测与评估子***,教育教学全景展示子***;
智慧应用支持平台3包括数据分析子***,云计算平台和数据挖掘与展现子***;
物联网4包括智能信息采集子***,智能信息管理子***,网络通信层,智能感知网络层;
智能信息采集子***包括智能信息采集模块,智能信息采集网关,物联网数据/元数据收集/储存模块;
智能信息管理子***包括物联网互通管理中心,物联网运行设备管理子***;
网络通信层包括3G/4G/5G,WiFi,Ipv/Ipv6网络,蓝牙,和/或红外接口;
智能感知网络层包括智能手机,可穿戴感应设备,环境传感器,摄像机,麦克风,采集器,RFID设备。其中,可穿戴感应设备可以是可穿戴智能设备。传感器设备可以感应在授课过程中对点名响应、教室内温度、二氧化碳及PM2.5相关数据的监控,课后教室保洁、相关设备的自动断电等。根据预先设定的阈值,可以对授课地点,例如教室,环境进行控制。
用户端1,智慧校园应用层2,智慧应用支持平台3和物联网4通过所述网络通信层连接;
用户端形成所述感知网络数据的主体来源;
智慧校园应用层用于接收和采集用户端产生的数据;
用户端产生的数据经物联网传输至智慧应用支持平台分析数据,智慧应用支持平台再将分析的数据反馈给智慧校园应用层。
用户端包括学校管理者,教师,学生,社会公众,各种人员的使用终端设备。学校管理者可以根据教师,学生,社会公众收集的数据,进行基于物联网的智慧学习中心的综合管理。
可选地,智能感知网络层能够感知到用户端的数据和智慧校园的数据,用户端的数据包括声音数据,视频数据,图像数据,文字数据和情感数据,和/或智慧校园的数据包括环境数据,考勤数据,温度数据,光照数据和教学资源数据。
可选地,感知网络对所述用户端的声音数据,视频数据,图像数据,文字数据和情感数据的分析满足如下公式,N个样本的对应(Xp,Yp)(p=1,2,……,n),对第M个样本单元的j的所述用户端的数据的输入总和设定为INmj,单元i的输出总和设定为OUTmi,则
INmj=ΣWijOUTmi=Σ1/[1+exp(-INmj)][1-exp(INmj)]
其中Wji是神经元i,j之间的权值。本发明提供的感知网络分析法具有很强的信息处理能力。可以综合用户端的输入的所有数据,例如声音,视频,图像,文字,情感数据等,情感数据可以是学生感知教师发出数据,也可以是教师感知学生反馈数据。因此,输出是不仅是对输入的综合分析,还包括了用户的感知信息。
可选地,设定智慧校园的数据综合为S;
感知网络综合所述用户端的数据和所述智慧校园的数据得到决策函数满足:
其中y为第y个样本,Q(xi,x)为核函数,通过训练核函数得到最优值,δ为阈值,αk为修正因子;
通过决策函数,综合用户端的现场数据,可以进行精准教学。具体的,将智慧校园的教学资源数据推送给相应的用户端。例如,教师通过声音、视频、图像数据、文字数据,声情并茂的教学,学生端通过感知网络,例如可穿戴智能设备进行反馈,可穿戴智能设备可以检测到学生在获取教师发出的教课信息后的反应,情感的,大脑反应的等。决策函数通过数据运算,机器学习,数据训练建立的模型,可以对学生端进行个性化的教学分析,例如掌握知识和技能的程度,是否对此类课程感兴趣,是否对此类课程有知识储备等。综合信息后,将个性化的教学资源推送给不同的学生。老师同时获得教室内所有学生的数据,调整教学,智能化教学。
可选地,学生可以通过可穿戴智能设备反馈声音,视频,图像,文字数据,对这些数据进行片段分解,并对每一个小片段进行打分,不同课程设置不同的打分规则,形成数据模型,进行数据训练和机器学习,得到不同课程最优的反馈数据模型。通过数据进行教学方式和教学策略的交流,促进教学流程的重组及教学模式的创新,提升教学质量。
图2是示出了根据本发明实施例的一种基于物联网的远程教育数字化学习中心智慧感知网络***的管理方法的流程示意图。
如图2所示,一种基于物联网的远程教育数字化学习中心智慧感知网络***的管理方法,应用如上述基于物联网的远程教育数字化学习中心智慧感知网络***,包括如下步骤:
(1)通过课程安排指令发出,所述***进入上课模式;
(2)检查所述智慧校园的环境是否全部都在上课模式,如果“是”,执行步骤(3);否则执行步骤(4);
(3)通过所述校园应用层监控整个智慧学***台对所述校园应用层监控获得的数据进行整理和分析;
(4)调整和修正所述智慧校园的环境,并返回步骤(2);
(5)通过所述物联网将分析获得的数据反馈给所述校园应用层;
(6)所述校园应用层根据反馈数据属性分别反馈给所述用户端的不同用户
(7)所述用户端的不同用户根据反馈数据进行下一步智慧学习。
下一步的学习,例如教师可以调整教学方案,向学生推送课程个性化的课程材料,或智慧学习中心自动向教师推送教学资源,学生可以向教师提出教学改进方案,公众可以监督教学或提出建议,教学管理者可以监控学习并获得教学评估等。由于每一个学生经过感知网络得到的综合数据都是不同的,个性化的,因此,下一步的智慧学习也是个性化设定的,多样的,智能的。
图3是本发明实施例的一种计算机可读介质的示意图。如图3所示,所述计算机程序可以存储于一个或多个计算机可读介质上。计算机可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件,或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。当所述计算机程序被一个或多个数据处理设备执行时,使得该计算机可读介质能够实现本发明的上述方法。
本发明还可以通过在物理环境中植入感知设备或者为学习者提供可穿戴感应设备,建设学习中心智能能耗管控***,与开课安排等***对接,实现课程按时开出后指定教室门禁开启、电源及授课设备自动开启、教室内无线网络关联开启,在授课过程中对点名、教室内温度、二氧化碳及PM2.5相关数据的监控,课后教室保洁、相关设备的自动断电等等。在行政层面,本着对空间的高效利用,智慧学习中心应能够实现移动办公空间的预约、带有RFID的家具和设备的租用、电话号码与员工卡的对应以及智能消息推送。当然,如果需要还可以对用户体温等健康数据进行采集和预警,实现人性化的智慧教学服务。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
在基于物联网的远程教育数字化学习中心智慧感知网络***的设置,由其组成结构和模型可知,数据感知和分析是智慧学习中心“智慧”的基础,通过基于互联网的智慧学习中心感知网络***汇聚多方面的数据,引进大数据分析和优化模型等新兴技术,实现智慧学习,智慧教学和智慧管理。
本发明与现有技术相比,具有以下改进技术点:
1.本发明提出了用户端,智慧校园应用层,智慧应用支持平台和物联网组成了基于物联网的远程教育数字化学习中心智慧感知网络***。
2.感知网络的***对数据的分析,建立的优化模型。
3.制定或推送个性化的教学方案。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行进一步详细说明,应理解的是,本发明不与任何特定计算机、虚拟装置或者电子设备固有相关,各种通用装置也可以实现本发明。以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于物联网的远程教育数字化学习中心智慧感知网络***的管理方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)通过课程安排指令发出,所述***开启上课模式;
(2)检查智慧校园的环境是否全部都在上课模式,如果“是”,执行步骤(3);否则执行步骤(4);
(3)通过校园应用层监控整个学***台对所述校园应用层监控获得的数据进行整理和分析;
(4)调整和修正所述智慧校园的环境,并返回步骤(2);
(5)通过所述物联网将分析获得的数据反馈给所述校园应用层处理、展示;
(6)所述校园应用层根据反馈数据属性分别反馈给用户端的不同用户;
(7)所述用户端的不同用户根据反馈数据进行下一步智慧学习;
所述下一步智慧学习包括:教师调整教学方案,向学生推送课程个性化的课程材料,智慧学习中心自动向教师推送教学资源,学生向教师提出教学改进方案,公众监督教学或提出建议,教学管理者监控学习并获得教学评估;
所述基于物联网的远程教育数字化学习中心智慧感知网络***包括:
用户端,智慧校园应用层,智慧应用支持平台和物联网;
所述用户端包括学校管理者,教职员工,学生,社会公众;
所述校园应用层包括智慧教学服务子***,智慧管理子***,智慧学***安子***,教学质量监测与评估子***,教育教学全景展示子***;
所述智慧应用支持平台包括数据分析子***,云计算平台和数据挖掘与展现子***;
所述物联网包括智能信息采集子***,智能信息管理子***,网络通信层,智能感知网络层;
所述智能信息采集子***包括智能信息采集模块,智能信息采集网关,物联网数据/元数据收集/储存模块;
所述智能信息管理子***包括物联网互通管理中心,物联网运行设备管理子模块;
所述网络通信层包括3G/4G/5G,WiFi,Ipv/Ipv6网络,蓝牙,和/或红外接口;
所述智能感知网络层包括智能手机,可穿戴感应设备,环境传感器,摄像机,麦克风,采集器,RFID设备;
所述用户端,所述智慧校园应用层,所述智慧应用支持平台和所述物联网通过所述网络通信层连接;
所述用户端形成所述感知网络数据的主体来源;
所述智慧校园应用层用于接收和采集所述用户端产生的数据;
所述用户端产生的数据经所述物联网传输至所述智慧应用支持平台分析数据,所述智慧应用支持平台再将分析的数据反馈给所述智慧校园应用层;
所述智能感知网络层能够感知到所述用户端的数据和所述智慧校园的数据,所述用户端的数据包括声音数据,视频数据,图像数据,文字数据,教学互动数据和情感数据,和/或智慧校园的数据包括环境数据,考勤数据,温度数据,光照数据和教学资源数据;
所述感知网络对所述用户端的声音数据,视频数据,图像数据,文字数据和情感数据的分析满足如下公式,N个样本的对应(Xp,Yp)(p=1,2,……,n),对第M个样本单元的j的所述用户端的数据的输入总和设定为INmj,单元i的输出总和设定为OUTmi,则
其中Wij是神经元i,j之间的权值;
设定所述智慧校园的数据综合为S;所述感知网络综合所述用户端的数据和所述智慧校园的数据得到决策函数满足:
所述智慧感知网络***能够实现如下功能:
(1)在物理环境中植入感知设备或者为学习者提供可穿戴感应设备;
(2)与开课安排***对接,实现课程按时开出后指定教室门禁开启、电源及授课设备自动开启、教室内无线网络关联开启,在授课过程中对点名、教室内温度、二氧化碳及PM2.5相关数据的监控,课后教室保洁、相关设备的自动断电;
(3)移动办公空间的预约、带有RFID的家具和设备的租用、电话号码与员工卡的对应以及智能消息推送;
(4)对用户体温进行采集和预警。
2.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序能够被处理器执行来实现如权利要求1所述的方法。
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