CN209842639U - 课堂学习效率分析*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开课堂学习效率分析***，包括设置在教室内的多个探测模块和主控盒，所述探测模块与主控盒电连接；所述探测模块包括高清摄像头、热释红外探测器，所述主控盒包括外壳，所述外壳内设有图像采集模块、红外光谱信号采集模块、人脸表情识别模块、人体动作形态识别模块、信息存储模块、算法处理模块、课程表模块、控制模块、短信发送模块和电源模块。本***能监测学生的课堂学习效率，将***得到的学生课堂学习效率和学生上课存在的主要问题等数据，通过短信模块发送给任课老师，为授课教师及时了解和改进自己的教学提供了帮助。
Description
技术领域
本实用新型涉及课堂学习效率分析***。
背景技术
一般情况下，对于学生课堂学习效果的考察是通过课后作业、一系列的考试等来判断的，但是这些手段都有着相应的不确定性，无法获知学生课堂上的学习状态和学习效率。另外如何深入了解学生对不同课程或同一课程不同知识点的兴趣程度以及如何掌握和比对不同教师对同一课程的授课效果等课堂效果信息，很多研究机构和人员进行了大量的研究和工作。通常情况下，这些研究工作中的基础数据主要依靠抽查提问、问卷调查、任课教师或教学督导人员进行随堂观察和主观统计等方式进行，其存在较大的随机性、主观性，准确率较低，统计过程繁琐，效率较低。
申请号为CN201520879502.6的中国专利公开的一种学生课堂表现综合考评设备，包括主体、人脸识别装置、监测装置和警示装置；主体采用现有课桌制成，包括桌面、侧板、底板、背板、支脚和控制传输装置；人脸识别装置设置在桌面一角并嵌入桌内；监测装置包括光监测板、信号监测器和音量监测器；警示装置设置在桌面上；人脸识别装置和监测装置均与警示装置和控制传输装置相连接。本设备采用现有课桌制成其主体，通过人脸识别装置考察学生出勤及是否按规定入座的情况，并通过监测装置监控学生的课堂表现情况，当学生课堂表现不佳时，警示装置予以警告。但是该设备需要安卓到每个学生的课桌，不仅占用了过多的空间资源，成本较高，而且安装在每个学生课桌势必会影响学生的学习状态。另外对于学生课堂上的学习状态和学习效率不能进行有效监测。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供了课堂学习效率分析***，用于监测学生的课堂学习效率。
为实现上述目的，本实用新型通过以下方案实现：课堂学习效率分析***，包括设置在教室内的多个探测模块和主控盒，所述探测模块与主控盒电连接；
所述探测模块包括高清摄像头、热释红外探测器，所述高清摄像头，用于捕捉学生上课图像信息；所述热释红外探测器，用于探测人体红外辐射信息；
所述主控盒包括外壳，所述外壳内设有图像采集模块、红外光谱信号采集模块、人脸表情识别模块、人体动作形态识别模块、信息存储模块、算法处理模块、课程表模块、控制模块、短信发送模块和电源模块。
所述图像采集模块输入端与高清摄像头电连接，用于实时采集高清摄像头传来的图像信息，所述图像采集模块输出端与人脸表情识别模块电连接，所述人脸表情识别模块与控制模块电连接；
所述红外光谱信号采集模块输入端与所述热释红外探测器电连接，用于实时采集由热释红外探测器传来的红外辐射信息，所述红外光谱信号采集模块输出端与人体动作形态识别模块电连接，所述人体动作形态识别模块与控制模块电连接；
所述信息存储模块与控制模块电连接，用于存储识别到的人脸表情信息和人体动作信息；
所述算法处理模块与控制模块电连接，用于计算学生学习效率；
所述短信发送模块与控制器模块电连接，用于将得到的学生课堂学习效率等数据发送给此次课的任课老师；
所述控制模块与课程表模块输出端电连接，用于接收学生课表。
所述图像采集模块、红外光谱信号采集模块、人脸表情识别模块、人体动作形态识别模块、信息存储模块、算法处理模块、课程表模块、控制模块、短信发送模块分别与电源模块电连接。
所述外壳内设有网卡模块，所述课程表模块通过网卡模块连接上位机，用于接收到上位机传来的学生课表和授课老师的信息。
所述探测模块为四个。
所述热释红外探测器的前端配置有菲涅尔透镜。
本实用新型的有益效果为：结构合理，高清摄像头和热释红外探测器的分区能够更加清晰和准确的识别出学生的面部表情和动作形态；
将人脸表情识别和人体动作形态识别结合起来作为学生课堂学习效率算法的数据来源使得计算的结果可靠；
将***得到的学生课堂学习效率和学生上课存在的主要问题等数据，通过短信模块发送给任课老师，为授课教师及时了解和改进自己的教学提供了帮助。
附图说明
下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：
图1为本实用新型的***场景布置示意图。
图2为主控盒内部结构示意图。
其中：1-一区高清摄像头和热释红外探测器，2-二区高清摄像头和热释红外探测器，3-三区高清摄像头和热释红外探测器，4-四区高清摄像头和热释红外探测器，5-主控盒，6-主控盒进线口，7-图像采集模块，8-红外光谱信号采集模块，9-人脸表情识别模块，10-人体动作形态识别模块，11-信息存储模块，12-算法处理模块，13-课程表模块，14-控制模块、15-探测模块，16-短信发送模块，17-电源模块，18-网卡模块，19-外壳。
具体实施方式
如图1所示，课堂学习效率分析***，包括设置在教室内的多个探测模块15和主控盒5，所述探测模块15与主控盒5电连接；
所述探测模块15包括高清摄像头、热释红外探测器，所述高清摄像头，用于捕捉学生上课图像信息；所述热释红外探测器，用于探测人体红外辐射信息；
所述主控盒5包括外壳19，所述外壳19内设有图像采集模块7、红外光谱信号采集模块8、人脸表情识别模块9、人体动作形态识别模块10、信息存储模块11、算法处理模块12、课程表模块13、控制模块14、短信发送模块16和电源模块17。
所述图像采集模块7输入端与高清摄像头电连接，用于实时采集高清摄像头传来的图像信息，所述图像采集模块7输出端与人脸表情识别模块9电连接，所述人脸表情识别模块9与控制模块14电连接；
所述红外光谱信号采集模块8输入端与所述热释红外探测器电连接，用于实时采集由热释红外探测器传来的红外辐射信息，所述红外光谱信号采集模块8输出端与人体动作形态识别模块10电连接，所述人体动作形态识别模块10与控制模块14电连接；
所述信息存储模块11与控制模块14电连接，用于存储识别到的人脸表情信息和人体动作信息；
所述算法处理模块12与控制模块14电连接，用于计算学生学习效率；
所述短信发送模块16与控制器模块电连接，用于将得到的学生课堂学习效率等数据发送给此次课的任课老师；
所述控制模块14与课程表模块13输出端电连接，用于接收学生课表。
所述图像采集模块7、红外光谱信号采集模块8、人脸表情识别模块9、人体动作形态识别模块10、信息存储模块11、算法处理模块12、课程表模块13、控制模块14、短信发送模块16分别与电源模块17电连接。
所述外壳19内设有网卡模块18，所述课程表模块13通过网卡模块18连接上位机，用于接收到上位机传来的学生课表和授课老师的信息。
所述探测模块15为四个。如图1所示，探测模块15安装在教室的四个区域，从各个角度对学生上课状态进行监测。四部高清摄像头捕捉到的学生上课图像信息和四部配置有菲涅尔透镜的热释红外探测器探测到的人体红外辐射信息通过电线传到主控盒。
所述热释红外探测器的前端配置有菲涅尔透镜。菲涅尔透镜的作用体现在2个方面：一是将人体辐射会聚到热释红外探测器的敏感表面，从而扩大探测器的探测范围；二是利用透镜中各个微小透镜间不连续的光学透射特性，保证人射到探测器表面的是动态变化的红外辐射信号。
新学期开始时，先通过上位机将学生课表和授课老师的手机号码信息通过网卡模块18传给课程表模块13；上课时间一到，热释红外探测器、高清摄像头及主控盒5中的图像采集模块7、红外光谱信号采集模块8启动，高清摄像头实时捕捉学生上课图像信息，热释红外探测器实时探测人体的红外辐射信息；图像采集模块7用于实时采集高清摄像头传来的图像信息，红外光谱信号采集模块8采集由热释红外探测器传来的红外辐射信息；人脸表情识别模块9和人体动作形态识别模块10对人脸表情和人体动作进行识别，信息存储模块11对整节课的识别到的人脸表情信息和人体动作信息进行存储；算法处理模块12计算出该堂课的学生学习效率，短信发送模块16将得到的学生课堂学习效率和学生上课的主要问题发送给此次课的任课老师。
热释电红外(PIR)信息的人体动作识别基本原理为:运动人体发出的红外辐射中包含着与人体动作形态相关的特征信息,该信息可以被热释电红外传感器有效探测,并输出相应的模拟信号。通过对该模拟信号的分析和处理,就可以从中提取出人体不同动作状态下的特征信息,从而实现对人体的不同动作进行分类识别的目的。
实施例：
图像采集模块7采用基于FPGA的图像采集模块。
红外光谱信号采集模块8采用韩国FALINK的ECON-16-N3传感器信号采集模块。
高清摄像头采用锐尔威视的型号为RER-USB3MP03H的usb摄像头。
热释红外探测器采用基于热释电红外传感器RE200B和菲涅尔透镜8001-1的热释红外探测器。
人脸表情识别模块9采用基于百度AI人脸检测与分析***的人脸表情识别软件模块。
人体动作形态识别模块10采用基于百度AI人体分析***的人体动作形态识别软件模块。
信息存储模块11采用Campbell的型号为CFM100的CF卡模块。
算法处理模块12采用Altera公司StraTIx II系列的FPGA芯片EP2S90F1508C3 。
课程表模块13 采用基于微控制器STM32F107VCT6的课程表模块。控制器模块14采用ST/意法的STM32F107VCT6单片机芯片。
短信发送模块16采用捷麦通信的G100短信模块。
电源模块17采用广州爱浦电子 ac/dc电源模块WA3-220S05A3，输入电压：85-265Vac，输出电压：5,9,12,24,±5,±9,±12,±24Vdc。
网卡模块18采用TP-Link 的TG-3269C/TG-3269E 1000M自适应PCI/PCI-E台式机千兆网卡。
Claims (6)
1.课堂学习效率分析***，其特征在于：包括设置在教室内的多个探测模块（15）和主控盒（5），所述探测模块（15）与主控盒（5）电连接；
所述探测模块（15）包括高清摄像头、热释红外探测器，所述高清摄像头，用于捕捉学生上课图像信息；所述热释红外探测器，用于探测人体红外辐射信息；
所述主控盒（5）包括外壳（19），所述外壳（19）内设有图像采集模块（7）、红外光谱信号采集模块（8）、人脸表情识别模块（9）、人体动作形态识别模块（10）、信息存储模块（11）、算法处理模块（12）、课程表模块（13）、控制模块（14）、短信发送模块（16）和电源模块（17）。
2.根据权利要求1所述的课堂学习效率分析***，其特征在于：所述图像采集模块（7）输入端与高清摄像头电连接，用于实时采集高清摄像头传来的图像信息，所述图像采集模块（7）输出端与人脸表情识别模块（9）电连接，所述人脸表情识别模块（9）与控制模块（14）电连接；
所述红外光谱信号采集模块（8）输入端与所述热释红外探测器电连接，用于实时采集由热释红外探测器传来的红外辐射信息，所述红外光谱信号采集模块（8）输出端与人体动作形态识别模块（10）电连接，所述人体动作形态识别模块（10）与控制模块（14）电连接；
所述信息存储模块（11）与控制模块（14）电连接，用于存储识别到的人脸表情信息和人体动作信息；
所述算法处理模块（12）与控制模块（14）电连接，用于计算学生学习效率；
所述短信发送模块（16）与控制器模块电连接，用于将得到的学生课堂学习效率等数据发送给此次课的任课老师；
所述控制模块（14）与课程表模块（13）输出端电连接，用于接收学生课表。
3.根据权利要求1所述的课堂学习效率分析***，其特征在于：所述图像采集模块（7）、红外光谱信号采集模块（8）、人脸表情识别模块（9）、人体动作形态识别模块（10）、信息存储模块（11）、算法处理模块（12）、课程表模块（13）、控制模块（14）、短信发送模块（16）分别与电源模块（17）电连接。
4.根据权利要求1所述的课堂学习效率分析***，其特征在于：所述外壳（19）内设有网卡模块（18），所述课程表模块（13）通过网卡模块（18）连接上位机，用于接收到上位机传来的学生课表和授课老师的信息。
5.根据权利要求1所述的课堂学习效率分析***，其特征在于：所述探测模块（15）为四个。
6.根据权利要求1所述的课堂学习效率分析***，其特征在于：所述热释红外探测器的前端配置有菲涅尔透镜。
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|---|---|---|---|---|
| CN111243354A (zh) * | 2020-03-12 | 2020-06-05 | 江苏安全技术职业学院 | 一种多功能大学英语教学管理*** |
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| CN112923972A (zh) * | 2021-01-27 | 2021-06-08 | 苏州凌世智能科技有限公司 | 作业监测方法、手环以及用户端 |
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