CN117037552A - 智慧课堂交互***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及教育技术领域，公开了一种智慧课堂交互***及方法，包括教师端、云服务器和学生端，所述教师端包括教学计算机和安装在教学计算机上的教学管理单元，所述学生端包括移动终端和安装在移动终端上的学习单元，所述云服务器上设置有云端数据库、智能白板模块、智能评估模块、视频录制及回放模块，本发明能够最大化提高教师教学效率、学生学习能力和自主学习的激发，促进学生与教师之间的有效互动和沟通。

Description

智慧课堂交互***及方法

技术领域

本发明涉及教育技术领域，具体领域为一种智慧课堂交互***及方法。

背景技术

随着计算机技术的发展，出现了在线课堂，在线课堂是在互联网构建一个实时在线交互***，利用网络在两个或多个地点的用户之间实时传送视频、声音、图像的通信工具。在传统的在线课堂中，教师与学生之间通过电子设备实现教学互动，教师通过电子设备网上授课，学生通过电子设备在线学习。

然而，在线教学需要依托电脑、手机、iPad等电子设备进行，在教学过程中更强调学生的主动性和自控力，然而学生和老师隔着屏幕，老师难以了解学生的学习状态。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种智慧课堂交互***及方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种智慧课堂交互***，包括教师端、云服务器和学生端，所述教师端包括教学计算机和安装在教学计算机上的教学管理单元，所述学生端包括移动终端和安装在移动终端上的学习单元，所述云服务器上设置有云端数据库、智能白板模块、智能评估模块、视频录制及回放模块，

所述云端数据库用于对教师教学过程中的内容进行存储，所述智能白板模块用于对教学过程中教师教学或学生问答内容进行显示，所述智能评估模块用于对学生提交的内容进行分析判断，评估正确率及完成时间、难易程度等指标，为学生和老师提供个性化课程推荐和改进建议，所述视频录制及回放模块用于对课堂教学过程进行录制，并在学生离线学习时进行回放，加强自主学习和深化理解。

在其中一些实施例中，所述教学计算机包括电脑与电脑连接的触控显示器、投影仪和摄像机，通过教学管理单元匹配各个硬件的通信，触控显示器用于显示智能白板模块的全屏内容，并通过触控和手写输入方式，在智能白板模块中进行书写和讲解，投影仪能够对教学过程中的所有数据进行显示。

在其中一些实施例中，所述学习单元包括与智能白板模块连接的显示单元、交互单元和提交问题单元，同时还包括与视频录制及回放模块连接的视频选择及观看单元，所述移动终端包括带有摄像头的手机和用于生理监测的智能手环。

在其中一些实施例中，所述云端数据库具有所有学生、老师提交的问题和答案信息进行实时上载至云端，随时随地查询的功能，学生及时收到老师的提问和回答，并可以在智能白板模块上实时展示。

在其中一些实施例中，所述智能白板模块包括教师书写区域和学生问答区域。

在其中一些实施例中，所述智能评估模块包括感官评测单元和智能化评估单元，所述感官评测单元收录所有学生在课堂上表现的情绪、注意力、表达能力等进行感知和分析，实现对学生情感状态的自动化测评，从而帮助教师更好地掌握学生的学习状态，及时发现问题并采取相应的教学策略；

所述智能化评估单元通过对学生在课堂上发言、回答问题、与他人合作等方面的表现进行评估，生成学生对应的综合评价及建议，帮助教师更加准确地了解学生的学习成果和存在的问题，及时调整教学方式。

在其中一些实施例中，所述感官评测单元包括面部表情识别模块、声音分析模块和生理信号检测模块，

面部表情识别模块为通过计算机视觉和深度学习技术，对学生在课堂上面部表情进行实时监测和分析，以识别出学生的情感状态；

声音分析模块为将声音信号转换为数字信号，并利用语音分析技术，对学生的语音进行识别和分析，以评估其发音、速度、流畅度、重音等重要参数；

生理信号检测模块为利用智能手环对学生生理信号进行采集和处理，包括心率、呼吸频率、皮肤电反应等，并分析学生的情感状态。

在其中一些实施例中，所述智能化评估单元包括自然语言处理模块、机器学习和数据挖掘模块和决策支持模块，

自然语言处理模块为基于自然语言处理技术对对学生在课堂上的语言行为进行语义和上下文分析，以评估学生的语文表达能力和口头表达能力；

机器学习和数据挖掘模块为通过对学生的学习数据进行提取、处理、分析和挖掘，生成学生的学习模型，并进行相关的评估和预测；

决策支持模块为预设学生模型，根据生成的学生学习模型对学生的学习状态进行分析和预测，生成相应的学习反馈和建议，并帮助教师决定适当的教学策略。

为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案：一种智慧课堂交互***的方法，其步骤为：

(1)教师通过触控显示器进行教案的显示，并通过智能白板模块讲教学内容显示到所有学生的手机上；

(2)在进行教学过程中，教师可以通过触控显示器进行内容输入和手写，其相关内容能够实时反应在智能白板模块上，并传输到所有学生端；

(3)学生在听课过程中，能够通过手机进行学生，同时能够与老师交互，提交问题、参与讨论；

(4)在教学过程中，云服务器中集成观感测评单元及智能化评估单元能够对学生学习状态以及学生提交的内容进行分析和判断，智能评估正确率及完成时间、难易程度等指标，为学生和老师提供个性化课程推荐和改进建议；

(5)在教学完成后，通过视频录制与回放单元，将整节课的内容存储到云数据库中；

(6)在学生离线学习时，能够通过手机进行回放，加强自主学习和深化理解。

在其中一些实施例中，

根据步骤(1)，教师可以触控显示器展示教案，包括文字、图片、图表等内容，通过智能白板模块，教师可以将教学内容实时传输到所有学生的手机上，学生可以通过手机随时查看教师展示的内容，不再受限于课堂的位置和视线；

根据步骤(2)，教师可以通过触控显示器进行内容输入，包括文字、公式等，也可以进行手写，包括书写笔记、画图等，此处的操作能够实时反映在智能白板模块上，并传输到所有学生的手机上，确保学生能够看到教师的实时讲解和演示；

根据步骤(3)，学生通过手机进行学习，查看教师展示的内容，同时与教师进行实时交流，学生可以通过手机提交问题，教师可以及时回答，此外，学生还可以参与讨论，发表自己的观点和意见，与教师和其他同学进行互动；

根据步骤(4)，云服务器中集成了观感测评单元和智能化评估单元，用于对学生的学习状态和学习表现进行分析和评估，观感测评单元可以分析学生的情感状态，包括注意力集中程度、情绪状态等，帮助教师更好地了解学生的学习状态；智能化评估单元可以评估学生的学习表现，包括正确率、完成时间、难易程度等指标，为学生和教师提供个性化的课程推荐和改进建议，帮助学生提高学习效果，帮助教师进行针对性教学；

根据步骤(5)，教学完成后，***会将整节课的内容通过视频录制与回放单元进行存储，使得学生可以在需要的时候通过手机进行课程回放，加强自主学习和深化理解，学生可以随时回顾教学内容，巩固学习成果；

根据步骤(6)，学生可以在离线学习或课后，通过手机进行课程回放，能够随时随地回顾教学内容，加强对知识的理解和记忆，通过手机进行回放，学生可以自主安排学习时间和地点，提高学习效率和灵活性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

集成多种技术手段和方法的交互式教学平台，旨在最大化提高教师教学效率、学生学习能力和自主学习的激发，促进学生与教师之间的有效互动和沟通。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂，通过本申请的实施例对本申请进行详尽说明和了解。

附图说明

图1为本发明的***模块图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供了一种智慧课堂交互***，包括教师端、云服务器和学生端，所述教师端包括教学计算机和安装在教学计算机上的教学管理单元，所述学生端包括移动终端和安装在移动终端上的学习单元，所述云服务器上设置有云端数据库、智能白板模块、智能评估模块、视频录制及回放模块，

所述云端数据库用于对教师教学过程中的内容进行存储，所述智能白板模块用于对教学过程中教师教学或学生问答内容进行显示，所述智能评估模块用于对学生提交的内容进行分析判断，评估正确率及完成时间、难易程度等指标，为学生和老师提供个性化课程推荐和改进建议，所述视频录制及回放模块用于对课堂教学过程进行录制，并在学生离线学习时进行回放，加强自主学习和深化理解。

所述教学计算机包括电脑与电脑连接的触控显示器、投影仪和摄像机，通过教学管理单元匹配各个硬件的通信，触控显示器用于显示智能白板模块的全屏内容，并通过触控和手写输入方式，在智能白板模块中进行书写和讲解，投影仪能够对教学过程中的所有数据进行显示。

所述学习单元包括与智能白板模块连接的显示单元、交互单元和提交问题单元，同时还包括与视频录制及回放模块连接的视频选择及观看单元，所述移动终端包括带有摄像头的手机和用于生理监测的智能手环。

所述云端数据库具有所有学生、老师提交的问题和答案信息进行实时上载至云端，随时随地查询的功能，学生及时收到老师的提问和回答，并可以在智能白板模块上实时展示。

所述智能白板模块包括教师书写区域和学生问答区域。

通过分区域显示，能够提高教学效率，避免信息混淆。

所述智能评估模块包括感官评测单元和智能化评估单元：

所述感官评测单元收录所有学生在课堂上表现的情绪、注意力、表达能力等进行感知和分析，实现对学生情感状态的自动化测评，从而帮助教师更好地掌握学生的学习状态，及时发现问题并采取相应的教学策略；

其具体方案如下：

情绪感知：通过音频、视频等形式的数据收集，利用情感识别算法对学生的语音、表情、肢体语言等进行感知和分析，识别学生的情绪状态，如高兴、悲伤、焦虑等。

注意力评估：通过眼动追踪技术或其他注意力评估算法，对学生在课堂上的注意力进行评估，分析学生的注视点、注视时间等指标，判断学生的注意力集中程度。

表达能力分析：通过语音识别、文本分析等技术，对学生在课堂上的发言内容进行分析，评估学生的表达能力，可以考虑语言的流畅性、词汇量、语法准确性等指标。

情感状态评价：根据情绪感知、注意力评估和表达能力分析的结果，综合评价学生的情感状态，如积极、专注、自信等，评价结果可以以文字、图表等形式呈现给教师。

教学策略调整：根据学生的情感状态评价，教师可以及时发现学生的情绪问题、注意力问题或表达能力问题，并采取相应的教学策略进行调整，比如，对情绪低落的学生进行鼓励和关怀，对注意力不集中的学生进行引导和激励，对表达能力较差的学生进行个性化辅导等。

反馈机制：教师可以通过在线课堂软件与学生进行互动和反馈，了解学生对教学调整的反应和效果，进一步优化教学策略。同时，学生也可以通过反馈机制向教师表达自己的学习需求和感受。

所述智能化评估单元通过对学生在课堂上发言、回答问题、与他人合作等方面的表现进行评估，生成学生对应的综合评价及建议，帮助教师更加准确地了解学生的学习成果和存在的问题，及时调整教学方式。

其具体方案如下：

数据收集：通过收集学生在课堂上的发言、回答问题、与他人合作等行为数据，包括文字、语音、视频等形式的表现。

数据分析：通过人工智能技术对收集到的数据进行分析，包括语义分析、情感分析、合作行为分析等，通过对学生的表现进行量化和评估，生成学生的综合评价。

综合评价：根据分析结果，生成学生的综合评价，包括学习态度、学习能力、合作能力等方面的评价，评价结果可以以文字、图表等形式呈现给教师。

建议反馈：根据分析结果，给出针对学生的具体建议，包括学习策略、改进方向等，建议可以以文字、语音、视频等形式呈现给教师。

教学调整：教师根据学生的综合评价和建议，及时调整教学方式和内容，针对学生的个体差异进行差异化教学，以提高学生的学习成果。

反馈机制：教师可以通过在线课堂软件与学生进行互动和反馈，了解学生对教学调整的反应和效果，进一步优化教学策略。

使用智慧课堂交互***中的观感测评算法，可以实时检测学生的情感状态，并对其注意力问题进行提醒，同时使用智能化评估***，对学生的发言语速、语调、配合度等进行评估，分析出其语文表达能力和合作能力方面的不足，并给出对应的建议以帮助学生日后改进。这样，教师就可以更好地了解学生的学习情况，并给出有针对性的教学反馈，提高学生的学习效果。

所述感官评测单元包括面部表情识别模块、声音分析模块和生理信号检测模块。

面部表情识别模块为通过计算机视觉和深度学习技术，对学生在课堂上面部表情进行实时监测和分析，以识别出学生的情感状态；

声音分析模块为将声音信号转换为数字信号，并利用语音分析技术，对学生的语音进行识别和分析，以评估其发音、速度、流畅度、重音等重要参数；

生理信号检测模块为利用智能手环对学生生理信号进行采集和处理，包括心率、呼吸频率、皮肤电反应等，并分析学生的情感状态。

基于视频分析和情感识别算法，分析学生在课堂上的表现和情感状态，评估学生的表达和理解能力，智能推荐相应的课程或练习题，提供改进建议。

所述智能化评估单元包括自然语言处理模块、机器学习和数据挖掘模块和决策支持模块，

自然语言处理模块为基于自然语言处理技术对对学生在课堂上的语言行为进行语义和上下文分析，以评估学生的语文表达能力和口头表达能力；

机器学习和数据挖掘模块为通过对学生的学习数据进行提取、处理、分析和挖掘，生成学生的学习模型，并进行相关的评估和预测；

决策支持模块为预设学生模型，根据生成的学生学习模型对学生的学习状态进行分析和预测，生成相应的学习反馈和建议，并帮助教师决定适当的教学策略。

利用大量的历史数据以及学生和教师的反馈信息进行数据挖掘和机器学习，建立模型，智能评估学生的能力、弱项、错误率等指标，并为学生提供个性化的课程推荐和改进建议。

一种智慧课堂交互***的方法，其步骤为：

(1)教师通过触控显示器进行教案的显示，并通过智能白板模块将教学内容显示到所有学生的手机上：教师可以使用触控显示器展示教案，包括文字、图片、图表等内容。通过智能白板模块，教师可以将教学内容实时传输到所有学生的手机上。学生可以通过手机随时查看教师展示的内容，不再受限于课堂的位置和视线。

(2)在进行教学过程中，教师可以通过触控显示器进行内容输入和手写，其相关内容能够实时反应在智能白板模块上，并传输到所有学生端：教师可以通过触控显示器进行内容输入，比如文字、公式等，也可以进行手写，如书写笔记、画图等。这些操作会实时反映在智能白板模块上，并传输到所有学生的手机上，确保学生能够看到教师的实时讲解和演示。

(3)学生在听课过程中，能够通过手机进行学习，同时能够与教师交互，提交问题、参与讨论：学生可以通过手机进行学习，查看教师展示的内容，同时可以与教师进行实时交流。学生可以通过手机提交问题，教师可以及时回答。此外，学生还可以参与讨论，发表自己的观点和意见，与教师和其他同学进行互动。

(4)在教学过程中，云服务器中集成观感测评单元及智能化评估单元能够对学生学习状态以及学生提交的内容进行分析和判断，智能评估正确率及完成时间、难易程度等指标，为学生和教师提供个性化课程推荐和改进建议：云服务器中集成了观感测评单元和智能化评估单元，用于对学生的学习状态和学习表现进行分析和评估。观感测评单元可以分析学生的情感状态，如注意力集中程度、情绪状态等，帮助教师更好地了解学生的学习状态。智能化评估单元可以评估学生的学习表现，如正确率、完成时间、难易程度等指标，为学生和教师提供个性化的课程推荐和改进建议，帮助学生提高学习效果，帮助教师进行针对性教学。

(5)在教学完成后，通过视频录制与回放单元，将整节课的内容存储到云数据库中：教学完成后，***会将整节课的内容通过视频录制与回放单元进行存储。这样，学生可以在需要的时候通过手机进行课程回放，加强自主学习和深化理解。学生可以随时回顾教学内容，巩固学习成果。

(6)在学生离线学习时，能够通过手机进行回放，加强自主学习和深化理解：学生可以在离线学习时，通过手机进行课程回放。他们可以随时随地回顾教学内容，加强对知识的理解和记忆。通过手机进行回放，学生可以自主安排学习时间和地点，提高学习效率和灵活性。

通过以上步骤，智慧课堂交互***能够实现教师和学生之间的实时互动和交流，提供个性化的学习支持和评估，同时也方便学生进行离线学习和复习。这种***可以提升教学效果，促进学生的主动参与和深入理解。

通过本申请的技术方案，通过集成多种技术手段和方法的交互式教学平台，旨在最大化提高教师教学效率、学生学习能力和自主学习的激发，促进学生与教师之间的有效互动和沟通。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种智慧课堂交互***，其特征在于：包括教师端、云服务器和学生端，所述教师端包括教学计算机和安装在教学计算机上的教学管理单元，所述学生端包括移动终端和安装在移动终端上的学习单元，所述云服务器上设置有云端数据库、智能白板模块、智能评估模块、视频录制及回放模块，

所述云端数据库用于对教师教学过程中的内容进行存储，所述智能白板模块用于对教学过程中教师教学或学生问答内容进行显示，所述智能评估模块用于对学生提交的内容进行分析判断，评估正确率及完成时间、难易程度等指标，为学生和老师提供个性化课程推荐和改进建议，所述视频录制及回放模块用于对课堂教学过程进行录制，并在学生离线学习时进行回放，加强自主学习和深化理解。

2.根据权利要求1所述的智慧课堂交互***，其特征在于：所述教学计算机包括电脑与电脑连接的触控显示器、投影仪和摄像机，通过教学管理单元匹配各个硬件的通信，触控显示器用于显示智能白板模块的全屏内容，并通过触控和手写输入方式，在智能白板模块中进行书写和讲解，投影仪能够对教学过程中的所有数据进行显示。

3.根据权利要求2所述的智慧课堂交互***，其特征在于：所述学习单元包括与智能白板模块连接的显示单元、交互单元和提交问题单元，同时还包括与视频录制及回放模块连接的视频选择及观看单元，所述移动终端包括带有摄像头的手机和用于生理监测的智能手环。

4.根据权利要求1所述的智慧课堂交互***，其特征在于：所述云端数据库具有所有学生、老师提交的问题和答案信息进行实时上载至云端，随时随地查询的功能，学生及时收到老师的提问和回答，并可以在智能白板模块上实时展示。

5.根据权利要求1所述的智慧课堂交互***，其特征在于：所述智能白板模块包括教师书写区域和学生问答区域。

6.根据权利要求3所述的智慧课堂交互***，其特征在于：所述智能评估模块包括感官评测单元和智能化评估单元，所述感官评测单元收录所有学生在课堂上表现的情绪、注意力、表达能力等进行感知和分析，实现对学生情感状态的自动化测评，从而帮助教师更好地掌握学生的学习状态，及时发现问题并采取相应的教学策略；

所述智能化评估单元通过对学生在课堂上发言、回答问题、与他人合作等方面的表现进行评估，生成学生对应的综合评价及建议，帮助教师更加准确地了解学生的学习成果和存在的问题，及时调整教学方式。

7.根据权利要求6所述的智慧课堂交互***，其特征在于：所述感官评测单元包括面部表情识别模块、声音分析模块和生理信号检测模块，

面部表情识别模块为通过计算机视觉和深度学习技术，对学生在课堂上面部表情进行实时监测和分析，以识别出学生的情感状态；

声音分析模块为将声音信号转换为数字信号，并利用语音分析技术，对学生的语音进行识别和分析，以评估其发音、速度、流畅度、重音等重要参数；

生理信号检测模块为利用智能手环对学生生理信号进行采集和处理，包括心率、呼吸频率、皮肤电反应等，并分析学生的情感状态。

8.根据权利要求6所述的智慧课堂交互***，其特征在于：所述智能化评估单元包括自然语言处理模块、机器学习和数据挖掘模块和决策支持模块，

自然语言处理模块为基于自然语言处理技术对学生在课堂上的语言行为进行语义和上下文分析，以评估学生的语文表达能力和口头表达能力；

机器学习和数据挖掘模块为通过对学生的学习数据进行提取、处理、分析和挖掘，生成学生的学习模型，并进行相关的评估和预测；

决策支持模块为预设学生模型，根据生成的学生学习模型对学生的学习状态进行分析和预测，生成相应的学习反馈和建议，并帮助教师决定适当的教学策略。

9.一种智慧课堂交互***的方法，其特征在于：其步骤为：

(1)教师通过触控显示器进行教案的显示，并通过智能白板模块讲教学内容显示到所有学生的手机上；

(2)在进行教学过程中，教师可以通过触控显示器进行内容输入和手写，其相关内容能够实时反应在智能白板模块上，并传输到所有学生端；

(3)学生在听课过程中，能够通过手机进行学生，同时能够与老师交互，提交问题、参与讨论；

(4)在教学过程中，云服务器中集成观感测评单元及智能化评估单元能够对学生学习状态以及学生提交的内容进行分析和判断，智能评估正确率及完成时间、难易程度等指标，为学生和老师提供个性化课程推荐和改进建议；

(5)在教学完成后，通过视频录制与回放单元，将整节课的内容存储到云数据库中；

(6)在学生离线学习时，能够通过手机进行回放，加强自主学习和深化理解。

10.根据权利要求9所述的智慧课堂交互***的方法，其特征在于：

根据步骤(1)，教师可以触控显示器展示教案，包括文字、图片、图表等内容，通过智能白板模块，教师可以将教学内容实时传输到所有学生的手机上，学生可以通过手机随时查看教师展示的内容，不再受限于课堂的位置和视线；

根据步骤(2)，教师可以通过触控显示器进行内容输入，包括文字、公式等，也可以进行手写，包括书写笔记、画图等，此处的操作能够实时反映在智能白板模块上，并传输到所有学生的手机上，确保学生能够看到教师的实时讲解和演示；

根据步骤(3)，学生通过手机进行学习，查看教师展示的内容，同时与教师进行实时交流，学生可以通过手机提交问题，教师可以及时回答，此外，学生还可以参与讨论，发表自己的观点和意见，与教师和其他同学进行互动；

根据步骤(4)，云服务器中集成了观感测评单元和智能化评估单元，用于对学生的学习状态和学习表现进行分析和评估，观感测评单元可以分析学生的情感状态，包括注意力集中程度、情绪状态等，帮助教师更好地了解学生的学习状态；智能化评估单元可以评估学生的学习表现，包括正确率、完成时间、难易程度等指标，为学生和教师提供个性化的课程推荐和改进建议，帮助学生提高学习效果，帮助教师进行针对性教学；

根据步骤(5)，教学完成后，***会将整节课的内容通过视频录制与回放单元进行存储，使得学生可以在需要的时候通过手机进行课程回放，加强自主学习和深化理解，学生可以随时回顾教学内容，巩固学习成果；

根据步骤(6)，学生可以在离线学习或课后，通过手机进行课程回放，能够随时随地回顾教学内容，加强对知识的理解和记忆，通过手机进行回放，学生可以自主安排学习时间和地点，提高学习效率和灵活性。