CN115019570A - 一种智能教学*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能教学***，包括：教学设备及多个智能书桌；教学设备包括第一摄像头、第一麦克风及教学装置；智能书桌包括第一身份识别装置、第二身份识别装置、眼球追踪装置。第一摄像头用于采集教师图像，第一麦克风用于采用教师语音，教学装置用于展示教学内容。第一身份识别装置用于采集学生的第一生物信息，并根据第一生物信息获取学生的基本信息；第二身份识别装置用于在教学过程中每隔设定时长采集学生的第二生物信息，并判断第二生物信息与第一生物信息是否匹配；眼球追踪装置用于采集学生在教学过程中的眼动信息。可以防止学生逃课或者换人代上课，采集在教学过程中的眼动信息，可以实时获取学生的听课状态，从而提高教学效果。
Description
技术领域
本发明实施例涉及智能教学技术领域，尤其涉及一种智能教学***。
背景技术
传统的教学模式中，教师利用黑板或者电子屏幕实现教学。该种方式的弊端是：若教室太大，坐在靠后的学生无法感受到良好的教学氛围，因听不清老师说的话或者看不清黑板而无法集中注意力听讲；教师无法获知各个学生的听课状态，从而影响教学效果。
发明内容
本发明实施例提供一种智能教学***，可以提高教学效果。
第一方面，本发明实施例提供了一种智能教学***，包括：教学设备及多个智能书桌；
所述教学设备包括第一摄像头、第一麦克风及教学装置；所述智能书桌包括第一身份识别装置、第二身份识别装置、眼球追踪装置；
所述第一摄像头用于采集教师图像，所述第一麦克风用于采用教师语音，所述教学装置用于展示教学内容；所述教学设备将所述教师图像、所述教师语音及所述教学内容发送至所述多个智能书桌；
所述第一身份识别装置用于采集学生的第一生物信息，并根据所述第一生物信息获取学生的基本信息；所述第二身份识别装置用于在教学过程中每隔设定时长采集学生的第二生物信息，并判断所述第二生物信息与所述第一生物信息是否匹配；所述眼球追踪装置用于采集学生在教学过程中的眼动信息，并根据所述学生的基本信息调整至相应的位置。
进一步地，所述智能书桌还包括第二摄像头；所述第二摄像头用于采用学生图像，并根据所述学生图像确定学生的坐姿信息；所述眼球追踪装置根据所述坐姿信息对调整后的位置进行修正。
进一步地，所述智能书桌还包括：可调桌椅；所述可调桌椅根据所述学生的基本信息调整至相应的高度；所述可调桌椅根据所述坐姿信息对调整后的高度进行修正。
进一步地，所述智能书桌还包括：音频装置及显示装置；所述音频装置用于播放所述教师语音；所述显示装置用于播放所述教师图像及所述教学内容；
其中，所述显示装置为触摸屏；所述显示装置还用于接收学生输入的教学反馈信息。
进一步地，所述***还包括：有效课时统计模块，用于根据所述学生图像及所述眼动信息统计学生的有效上课时长。
进一步地，所述***还包括：行为分析模块，用于根据所述眼动信息分析学生的上课行为。
进一步地，所述***还包括：坐姿提醒模块；用于判断学生的坐姿信息是否满足条件，若不满足，提醒学生。
进一步地，所述眼动信息包括瞳孔信息及眼跳速率；所述***还包括：注意力引导模块，用于将检测到学生的瞳孔放大以及眼跳速率下降时，对所述学生进行注意力引导。
进一步地，还包括：教学内容标注模块，用于对多个学生在整个教学过程的注视区域的分布进行分析，获得所述教学内容的重点和/或难点，并对重点和/或难点进行标注。
进一步地，所述多个智能书桌设置于不同的教室中。
本发明实施例公开的智能教学***，包括：教学设备及多个智能书桌；教学设备包括第一摄像头、第一麦克风及教学装置；智能书桌包括第一身份识别装置、第二身份识别装置、眼球追踪装置。第一摄像头用于采集教师图像，第一麦克风用于采用教师语音，教学装置用于展示教学内容；教学设备将教师图像、教师语音及教学内容发送至多个智能书桌。第一身份识别装置用于采集学生的第一生物信息，并根据第一生物信息获取学生的基本信息；第二身份识别装置用于在教学过程中每隔设定时长采集学生的第二生物信息，并判断第二生物信息与第一生物信息是否匹配；眼球追踪装置用于采集学生在教学过程中的眼动信息，并根据学生的基本信息调整至相应的位置。在教学过程中每隔设定时长采集学生的第二生物信息，可以防止学生逃课或者换人代上课，采集学生在教学过程中的眼动信息，可以实时获取学生的听课状态，从而提高教学效果。
附图说明
图1是本发明实施例一中的一种智能教学***的结构示意图；
图2是本发明实施例一中的一种智能书桌的结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种智能教学***的结构示意图，如图1所示，该***包括教学设备10及多个智能书桌20。教学设备10包括第一摄像头11、第一麦克风12及教学装置13；智能书桌20包括第一身份识别装置21、第二身份识别装置22、眼球追踪装置23。
第一摄像头11用于采集教师图像，第一麦克风12用于采用教师语音，教学装置13用于展示教学内容。教学设备10将教师图像、教师语音及教学内容发送至多个智能书桌20。
第一身份识别装置21用于采集学生的第一生物信息，并根据第一生物信息获取学生的基本信息。第二身份识别装置22用于在教学过程中每隔设定时长采集学生的第二生物信息，并判断第二生物信息与第一生物信息是否匹配。眼球追踪装置23用于采集学生在教学过程中的眼动信息，并根据学生的基本信息调整至相应的位置。
其中，教学装置13可以是包含显示屏的电脑或者投屏装置(如：投影仪+幕布)。教学内容可以通过PPT或者板书展示，其中，板书可以是电子板书或者实物板书等。
第一身份识别装置21可以是指纹识别装置、人脸识别装置或者虹膜识别装置。学生的基本信息可以包括年龄、身高、体重及班级等。本实施例中，第一身份识别装置21采集到学生的第一生物信息后，根据第一生物信息获取学生的基本信息，并根据第一基本信息判断该学生是否满足上课的条件。例如：根据学生的班级信息与当前课程的标识码进行比对，判断该学生是否为当前课程的学生，防止其他不属于该课程的学生蹭课。
第二身份识别装置22可以是无需接触就可以采集到学生第二生物信息的装置，如：人脸识别装置或者虹膜识别装置。本实施例中，第二身份识别装置22用于在教学过程中每隔设定时长采集学生的第二生物信息，并判断第二生物信息与第一生物信息是否匹配，若匹配，则表明该课程期间一直是同一个学生在听课，若不匹配，则表明不是同一个学生在听课，此时可以生产提醒信息，并将该提醒信息发送至教学设备10，以提醒教师。在教学过程中每隔设定时长采集学生的第二生物信息，可以防止学生在上课期间逃课，或者找其他人代替上课。
眼球追踪装置23可以是眼动仪，用于采集学生在教学过程中的眼动信息。本实施例中，眼球追踪装置23内设置有电机转动装置，可以支持空间xyz三轴的平动及转动。电机装置根据学生基本信息中的身高将眼球追踪装置23调整至相应的位置，从而更利于对学生的眼动信息进行追踪。
可选的，若第二身份识别装置22为人脸识别装置或者虹膜识别装置，可以通过获取眼球追踪装置23中的摄像头拍摄的人脸照片进行人脸识别或者虹膜识别。若是人脸识别装置，使用人脸模型提取脸部特征并和云端数据库中的人脸特征进行匹配；若是虹膜识别装置，其中的眼眶部分用于解析/识别虹膜信息，并和云端数据库匹配。这样做的好处是可以减少硬件的配置，从而节省成本。
可选的，图2是本实施例中的一种智能书桌的结构示意图。如图2所示，智能书桌20还包括：第二摄像头25，第二摄像头25用于采用学生图像，并根据学生图像确定学生的坐姿信息。其中，坐姿信息可以理解为学生当前的坐姿状态与当前桌椅间的位置关系。相应的，在获得了学生的坐姿信息后，眼球追踪装置23根据坐姿信息对调整后的位置进行修正，即眼球追踪装置23根据学生的高低及左右位置进行适应性调节。
可选的，如图2所示，智能书桌20还包括：可调桌椅25；可调桌椅25根据学生的基本信息调整至相应的高度；可调桌椅25根据坐姿信息对调整后的高度进行修正。
本实施例中，根据第一生物信息获取到学生的基本信息后，可调桌椅25根据基本信息调整至与学生身高相匹配的高度。在学生入座后，根据学生入座后的姿态信息，可调桌椅25对调整后的高度进行修正。具体的，可以根据肩高、头高、臀高及臂展等数据修正可调桌椅25的高度。本实施例中，对根据学生身高及姿态信息调整可调桌椅的高度，可以提高学生上课的舒适度。
可选的，若云服务端的数据库中存储有该学生对应的历史可调桌椅高度数据，则可调座椅可以直接切换至历史可调桌椅高度数据对应的位置，再根据学生入座后的姿态信息进行微调。
可选的，如图2所示，智能书桌20还包括：音频装置及显示装置26。音频装置用于播放教师语音；显示装置用于播放教师图像及教学内容。
其中，音频装置可以包括耳机和麦克风，耳机用于播放教师语音，这样可以确保教室中每个位置都能够听得清教师的声音。麦克风用于当学生回答教师的问题时，采集学生的语音。本实施例中，学生的麦克风在听课期间处于关闭状态，在回答问题时，可以由学生手动打开。
其中，显示装置为触摸屏；显示装置还用于接收学生输入的教学反馈信息。
触摸屏可以是具有设定分辨率的显示屏，触摸屏可以是数位板或数位屏，可以接收学生输入的教学反馈信息。本实施例中，显示装置播放教师图像及教学内容，使得不同位置的学生得到相同的视听效果。
本实施例中，多个智能书桌可以设置于不同的教室中，从而扩大教学范围，与传统的教学相比，使得学生不局限于一个教室上课。
可选的，***还包括：有效课时统计模块，用于根据学生图像及眼动信息统计学生的有效上课时长。
本实施例中，通过分析学生上课时的图像，可以学生在上课过程中是否认真听讲，如学生在上课期间睡觉、玩手机、发呆都可以通过学生图像获取到，再结合眼动信息，可以统计出学生的有效上课时长。从而有助于教师根据有效上课时长对学生的成绩进行精准量化。
可选的，该***还包括：行为分析模块，用于根据眼动信息分析学生的上课行为。
具体的，将学生的上课行为与考试成绩相结合，分析出上课期间有助于提高成绩的上课习惯，从而帮助教师总结并制定相应的改善措施以督促学生执行，从而整体提高学生的成绩。
可选的，***还包括：坐姿提醒模块；用于判断学生的坐姿信息是否满足条件，若不满足，提醒学生。
其中，坐姿会影响学生的身体及视力。当检测到学生的坐姿信息不满足条件时，提醒学生。可以通过语音的方式提醒，如：若检测到学生的眼睛离屏幕距离小于设定值时，则提醒学生远离屏幕；或者检测到学生歪头的时间超过设定时长，则提醒学生把头摆正等。
本实施例中，可以通过光斑结合眼球模型实时计算当前学生距离眼动仪相机的距离和方位，再通过空间上的换算得到其眼睛和屏幕的相对位置关系。此外眼动仪中部署的人脸模型、人体模型能够得到其身体朝向/人脸朝向等，当其相对角度关系不满足预设条件时，则提醒学生调整坐姿。
可选的，眼动信息包括瞳孔信息、上下眼皮信息及眼跳速率等。***还包括：注意力引导模块，用于当检测到学生的瞳孔放大、闭眼以及眼跳速率下降时，对学生进行注意力引导。
其中，当学生的瞳孔放大、闭眼以及眼跳速率下降时，表明学生的注意力处于分散状态，此处可以通过设备自带的语音或者动画等对学生进行注意力引导。这样的好处是当学生无意识出神时，无需经过提醒教师-教师提醒学生的复杂逻辑，而是通过***直接引导学生回归教学内容。
可选的，该***还包括：教学内容标注模块，用于对多个学生在整个教学过程的注视区域的分布进行分析，获得教学内容的重点和/或难点，并对重点和/或难点进行标注。
本实施例中，一般认为学生课上注视时间长，注视次数多的地方是学生比较感兴趣或者比较重要的地方，或者不理解的地方，需要将这些地方标注出来，以利用学生进行后续的学习及复习。
其中，获得教学内容的重点和/或难点的方式可以从两个维度获取，一是同一时间内注视同一区域学生人数的占比，二是学生注视区域最高频次部分在时域上的累加，最后根据这两部分数据获得最终的统计结果。
本发明实施例公开的智能教学***，包括：教学设备及多个智能书桌；教学设备包括第一摄像头、第一麦克风及教学装置；智能书桌包括第一身份识别装置、第二身份识别装置、眼球追踪装置。第一摄像头用于采集教师图像，第一麦克风用于采用教师语音，教学装置用于展示教学内容；教学设备将教师图像、教师语音及教学内容发送至多个智能书桌。第一身份识别装置用于采集学生的第一生物信息，并根据第一生物信息获取学生的基本信息；第二身份识别装置用于在教学过程中每隔设定时长采集学生的第二生物信息，并判断第二生物信息与第一生物信息是否匹配；眼球追踪装置用于采集学生在教学过程中的眼动信息，并根据学生的基本信息调整至相应的位置。在教学过程中每隔设定时长采集学生的第二生物信息，可以防止学生逃课或者换人代上课，采集学生在教学过程中的眼动信息，可以实时获取学生的听课状态，从而提高教学效果。
上述装置可执行本发明前述所有实施例所提供的方法，具备执行上述方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明前述所有实施例所提供的方法。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种智能教学***，其特征在于，包括：教学设备及多个智能书桌；
所述教学设备包括第一摄像头、第一麦克风及教学装置；所述智能书桌包括第一身份识别装置、第二身份识别装置、眼球追踪装置；
所述第一摄像头用于采集教师图像，所述第一麦克风用于采用教师语音，所述教学装置用于展示教学内容；所述教学设备将所述教师图像、所述教师语音及所述教学内容发送至所述多个智能书桌；
所述第一身份识别装置用于采集学生的第一生物信息，并根据所述第一生物信息获取学生的基本信息；所述第二身份识别装置用于在教学过程中每隔设定时长采集学生的第二生物信息，并判断所述第二生物信息与所述第一生物信息是否匹配；所述眼球追踪装置用于采集学生在教学过程中的眼动信息，并根据所述学生的基本信息调整至相应的位置。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述智能书桌还包括第二摄像头；所述第二摄像头用于采用学生图像，并根据所述学生图像确定学生的坐姿信息；
所述眼球追踪装置根据所述坐姿信息对调整后的位置进行修正。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述智能书桌还包括：可调桌椅；所述可调桌椅根据所述学生的基本信息调整至相应的高度；所述可调桌椅根据所述坐姿信息对调整后的高度进行修正。
4.根据权利要求1所述***，其特征在于，所述智能书桌还包括：音频装置及显示装置；所述音频装置用于播放所述教师语音；所述显示装置用于播放所述教师图像及所述教学内容；
其中，所述显示装置为触摸屏；所述显示装置还用于接收学生输入的教学反馈信息。
5.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述***还包括：有效课时统计模块，用于根据所述学生图像及所述眼动信息统计学生的有效上课时长。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括：行为分析模块，用于根据所述眼动信息分析学生的上课行为。
7.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述***还包括：坐姿提醒模块；用于判断学生的坐姿信息是否满足条件，若不满足，提醒学生。
8.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述眼动信息包括瞳孔信息及眼跳速率；所述***还包括：注意力引导模块，用于当检测到学生的瞳孔放大以及眼跳速率下降时，对所述学生进行注意力引导。
9.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括：教学内容标注模块，用于对多个学生在整个教学过程的注视区域的分布进行分析，获得所述教学内容的重点和/或难点，并对重点和/或难点进行标注。
10.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述多个智能书桌设置于不同的教室中。
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