本发明涉及远程在线教学领域，特别是涉及一种远程在线教学学生状态确定方法及系统。
背景技术：
在互联网、计算机/移动通信终端、实时聊天软件系统等技术的支持下，通过构建多用户实时在线交互群的方式有效解决了恶劣天气条件下中小学“停课不停学”的问题。但由于教学环境的变化、交互技术条件的约束等，教师和学生之间的课堂互动仍显得不充分，尤其是教师难以掌握学生的实时课堂学习状态。
目前教师了解学生的课堂学习状态的方式多为在教师的电脑显示屏上显示所有在线学习的学生的实时视频，通过视频观察学生的学习状态，然而教师的显示屏大小有限，教师在上课时的精力有限，无法全面了解每一位学生的学习状态。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种远程在线教学学生状态确定方法及系统，能够辅助教师更加全面地了解学生的在线学习状态。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种远程在线教学学生状态确定方法，包括：
获取眼动跟踪仪按预设频率采集的学生眼睛坐标；
根据所述眼睛坐标和对应的采集时刻计算学生眼睛的注视时长和扫视时长；
根据所述注视时长和所述扫视时长确定学生处于走神状态、烦躁状态或认真听讲状态。
可选的，所述获取眼动跟踪仪按预设频率采集的学生眼睛坐标，具体包括：
获取课堂开始时刻眼动跟踪仪采集的学生的初始时刻眼睛坐标；每个眼动跟踪仪对应一个学生，每个眼动跟踪仪均设置在对应学生的正前方；
获取眼动跟踪仪按预设频率实时采集的学生的当前时刻眼睛坐标。
可选的，所述根据所述眼睛坐标和对应的采集时刻计算学生眼睛的注视时长和扫视时长，具体包括：
根据当前时刻眼睛坐标和初始时刻眼睛坐标计算学生的当前相对初始时刻眼动距离；
根据当前时刻眼睛坐标和上一时刻眼睛坐标计算学生的当前相对上一时刻眼动距离；
判断当前相对初始时刻眼动距离是否低于眼动距离下限，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果表示当前相对初始时刻眼动距离小于眼动距离下限，则在上一时刻得到的上一时刻注视时长的基础上增加一个数据采集时间间隔作为当前注视时长；初始时刻的注视时长为0；
若所述第一判断结果表示当前相对初始时刻眼动距离大于或等于所述眼动距离下限，则将当前注视时长置为0；
判断当前相对上一时刻眼动距离是否大于眼动距离上限，得到第二判断结果；
若所述第二判断结果表示当前相对上一时刻眼动距离大于眼动距离上限，则在上一时刻得到的上一时刻扫视时长的基础上增加一个数据采集时间间隔作为当前扫视时长；
若所述第二判断结果表示当前相对上一时刻眼动距离小于或等于所述眼动距离上限，则将当前扫视时长置为0。
可选的，所述根据所述注视时长和所述扫视时长确定学生处于走神状态、烦躁状态或认真听讲状态，具体包括：
判断所述当前注视时长是否超出预设注视时长，得到第三判断结果；所述预设注视时长大于0；
若所述第三判断结果表示当前注视时长大于或等于所述预设注视时长，则确定学生处于走神状态；
若所述第三判断结果表示当前注视时长小于所述预设注视时长，则判断所述当前扫视时长是否超出预设扫视时长，得到第四判断结果；所述预设扫视时长大于0；
若所述第四判断结果表示当前扫视时长大于或等于所述预设扫视时长，则确定学生处于烦躁状态；
若所述第四判断结果表示当前扫视时长小于所述预设扫视时长，则确定学生处于认真听讲状态。
可选的，在所述获取课堂开始时刻眼动跟踪仪采集的学生的初始时刻眼睛坐标之前，还包括：
对所述眼动跟踪仪进行校准。
本发明还公开了一种远程在线教学学生状态确定系统，包括：
获取模块，用于获取眼动跟踪仪按预设频率采集的学生眼睛坐标；
眼动时长计算模块，用于根据所述眼睛坐标和对应的采集时刻计算学生眼睛的注视时长和扫视时长；
状态确定模块，用于根据所述注视时长和所述扫视时长确定学生处于走神状态、烦躁状态或认真听讲状态。
可选的，所述获取模块，具体包括：
初始坐标获取单元，用于获取课堂开始时刻眼动跟踪仪采集的学生的初始时刻眼睛坐标；每个眼动跟踪仪对应一个学生，每个眼动跟踪仪均设置在对应学生的正前方；
当前坐标获取单元，用于获取眼动跟踪仪按预设频率实时采集的学生的当前时刻眼睛坐标。
可选的，所述眼动时长计算模块，具体包括：
第一距离计算单元，用于根据当前时刻眼睛坐标和初始时刻眼睛坐标计算学生的当前相对初始时刻眼动距离；
第二距离计算单元，用于根据当前时刻眼睛坐标和上一时刻眼睛坐标计算学生的当前相对上一时刻眼动距离；
第一判断单元，用于判断当前相对初始时刻眼动距离是否低于眼动距离下限，得到第一判断结果；
注视时长叠加单元，用于若所述第一判断结果表示当前相对初始时刻眼动距离小于眼动距离下限，则在上一时刻得到的上一时刻注视时长的基础上增加一个数据采集时间间隔作为当前注视时长；初始时刻的注视时长为0；
注视时长重置单元，用于若所述第一判断结果表示当前相对初始时刻眼动距离大于或等于所述眼动距离下限，则将当前注视时长置为0；
第二判断单元，用于判断当前相对上一时刻眼动距离是否大于眼动距离上限，得到第二判断结果；
扫视时长叠加单元，用于若所述第二判断结果表示当前相对上一时刻眼动距离大于眼动距离上限，则在上一时刻得到的上一时刻扫视时长的基础上增加一个数据采集时间间隔作为当前扫视时长；
扫视时长重新单元，用于若所述第二判断结果表示当前相对上一时刻眼动距离小于或等于所述眼动距离上限，则将当前扫视时长置为0。
可选的，所述状态确定模块，具体包括：
第三判断单元，用于判断所述当前注视时长是否超出预设注视时长，得到第三判断结果；所述预设注视时长大于0；
走神状态确定单元，用于若所述第三判断结果表示当前注视时长大于或等于所述预设注视时长，则确定学生处于走神状态；
第四判断单元，用于若所述第三判断结果表示当前注视时长小于所述预设注视时长，则判断所述当前扫视时长是否超出预设扫视时长，得到第四判断结果；所述预设扫视时长大于0；
烦躁状态确定单元，用于若所述第四判断结果表示当前扫视时长大于或等于所述预设扫视时长，则确定学生处于烦躁状态；
认真听讲状态确定单元，用于若所述第四判断结果表示当前扫视时长小于所述预设扫视时长，则确定学生处于认真听讲状态。
可选的，该系统还包括：
校准模块，用于对所述眼动跟踪仪进行校准。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明通过眼动跟踪仪采集眼动数据，判断眼睛是否长期不动或长期频繁转动，从而分析学生处于走神状态、烦躁状态或认真听讲状态，实现了对学生学习状态的实时监测，从而能够辅助教师更加全面地了解学生的在线学习状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明远程在线教学学生状态确定方法实施例所采用的在线学习装置的装置结构图；
图2为本发明远程在线教学学生状态确定方法实施例的方法流程图；
图3为本发明远程在线教学学生状态确定方法实施例中的注视时长和扫视时长计算方法流程图；
图4为本发明远程在线教学学生状态确定方法实施例中的学生状态确定过程的方法流程图；
图5为本发明远程在线教学学生状态确定系统的系统结构图。
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。
本发明的目的是提供一种远程在线教学学生状态确定方法及系统，能够辅助教师更加全面地了解学生的在线学习状态。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明远程在线教学学生状态确定方法实施例所采用的在线学习装置的装置结构图。
参见图1，该在线学习装置包括个人计算机、眼动跟踪仪、具有摄像功能的教学计算机。所述个人计算机和所述眼动跟踪仪的数量均为多个；每个个人计算机对应一位学生，每个个人计算机的输入端均连接一个眼动跟踪仪，多个个人计算机均通过网络与具有摄像功能的教学计算机连接；所述具有摄像功能的教学计算机为教师使用的计算机，用于对教师的教学内容进行实时拍摄并发送到各个个人计算机中。每个眼动跟踪仪设置在对应的学生的正前方，对准学生的面部。每个个人计算机具有内置麦克风或接入外置麦克风，学生通过支持多用户群交互的实时聊天软件系统收看收听教师的实时授课。在教学过程中每个眼动跟踪仪将采集的数据发送到对应的个人计算机中，个人计算机根据采集的数据判断学生的学习状态，并将学习状态上传到具有摄像功能的教学计算机中供教师查看。
在进行在线学习之前，教师需要通过互联网等渠道将在线课程的时间、内容、预计课程时长、授课教师等课程信息进行公布。教师端和学生端需要在课程开始之前将需要使用的在线学习装置连接好，并确保互联网接入正常且通畅。在开启在线学习装置之后，教师端和学生端均需要开启麦克风、设置确定预设频率和校准眼动跟踪仪。其中预设频率f一般设置在100hz～200hz之间。
图2为本发明远程在线教学学生状态确定方法实施例的方法流程图。
参见图2，该远程在线教学学生状态确定方法，包括：
步骤201：获取眼动跟踪仪按预设频率采集的学生眼睛坐标。具体包括：
获取课堂开始时刻眼动跟踪仪采集的学生的初始时刻眼睛坐标；每个眼动跟踪仪对应一个学生，每个眼动跟踪仪均设置在对应学生的正前方；获取眼动跟踪仪按预设频率f实时采集的学生的当前时刻眼睛坐标。
由于每个时刻均采集了眼睛坐标，可以得到学生的眼动行为数据d。以学生1为例，则得到的学生1的眼动行为数据表示为
其中d1为学生1的眼动行为数据，ts为初始时刻，x1(ts)、
步骤202：根据所述眼睛坐标和对应的采集时刻计算学生眼睛的注视时长和扫视时长。
图3为本发明远程在线教学学生状态确定方法实施例中的注视时长和扫视时长计算方法流程图。
参见图3，该步骤202中计算学生眼睛的注视时长和扫视时长的具体过程为：
步骤2021：根据当前时刻眼睛坐标和初始时刻眼睛坐标计算学生的当前相对初始时刻眼动距离。
以学生1为例：
若当前时刻为
若当前时刻为
步骤2022：根据当前时刻眼睛坐标和上一时刻眼睛坐标计算学生的当前相对上一时刻眼动距离；
以学生1为例：
若当前时刻为
若当前时刻为
步骤2023：判断当前相对初始时刻眼动距离是否低于眼动距离下限εl，得到第一判断结果；
步骤2024：若所述第一判断结果表示当前相对初始时刻眼动距离小于眼动距离下限，则在上一时刻得到的上一时刻注视时长的基础上增加一个数据采集时间间隔作为当前注视时长；初始时刻的注视时长为0。
步骤2025：若所述第一判断结果表示当前相对初始时刻眼动距离大于或等于所述眼动距离下限，则将当前注视时长置为0。
以学生1为例对步骤2024和步骤2025进行详细说明：
在初始时刻ts时，注视时长g1(ts)＝0。
若当前时刻为
若当前时刻为
步骤2026：判断当前相对上一时刻眼动距离是否大于眼动距离上限εh，得到第二判断结果；
步骤2027：若所述第二判断结果表示当前相对上一时刻眼动距离大于眼动距离上限，则在上一时刻得到的上一时刻扫视时长的基础上增加一个数据采集时间间隔作为当前扫视时长；
步骤2028：若所述第二判断结果表示当前相对上一时刻眼动距离小于或等于所述眼动距离上限，则将当前扫视时长置为0。
以学生1为例对步骤2027和步骤2028进行详细说明：
在初始时刻ts时，扫视时长m1(ts)＝0。
若当前时刻为
若当前时刻为
步骤203：根据所述注视时长和所述扫视时长确定学生处于走神状态、烦躁状态或认真听讲状态。
图4为本发明远程在线教学学生状态确定方法实施例中的学生状态确定过程的方法流程图。
参见图4，该步骤203中根据所述注视时长和所述扫视时长确定学生处于走神状态、烦躁状态或认真听讲状态，具体包括：
步骤2031：判断所述当前注视时长是否超出预设注视时长，得到第三判断结果；所述预设注视时长大于0；所述预设注视时长可以为3分钟。
步骤2032：若所述第三判断结果表示当前注视时长大于或等于所述预设注视时长，则确定学生处于走神状态；
步骤2033：若所述第三判断结果表示当前注视时长小于所述预设注视时长，则判断所述当前扫视时长是否超出预设扫视时长，得到第四判断结果；所述预设扫视时长大于0；所述预设扫视时长可以为3分钟。
步骤2034：若所述第四判断结果表示当前扫视时长大于或等于所述预设扫视时长，则确定学生处于烦躁状态；
步骤2035：若所述第四判断结果表示当前扫视时长小于所述预设扫视时长，则确定学生处于认真听讲状态。
在确定学生状态后，上传到具有摄像功能的教学计算机中；当有学生处于走神状态或烦躁状态时，在具有摄像功能的教学计算机的显示屏上显示对应学生的信息，例如将该学生的状态条显示为红色并靠前显示，并提醒教师对该学生进行提问，学生通过麦克风作答，教师可以根据作答状况提醒学生注意学习状态，从而提高教学互动。
图5为本发明远程在线教学学生状态确定系统的系统结构图。
参见图5，该远程在线教学学生状态确定系统，包括：
校准模块501，用于对所述眼动跟踪仪进行校准。
获取模块502，用于获取眼动跟踪仪按预设频率采集的学生眼睛坐标；
眼动时长计算模块503，用于根据所述眼睛坐标和对应的采集时刻计算学生眼睛的注视时长和扫视时长；
状态确定模块504，用于根据所述注视时长和所述扫视时长确定学生处于走神状态、烦躁状态或认真听讲状态。
所述获取模块502，具体包括：
初始坐标获取单元，用于获取课堂开始时刻眼动跟踪仪采集的学生的初始时刻眼睛坐标；每个眼动跟踪仪对应一个学生，每个眼动跟踪仪均设置在对应学生的正前方；
当前坐标获取单元，用于获取眼动跟踪仪按预设频率实时采集的学生的当前时刻眼睛坐标。
所述眼动时长计算模块503，具体包括：
第一距离计算单元，用于根据当前时刻眼睛坐标和初始时刻眼睛坐标计算学生的当前相对初始时刻眼动距离；
第二距离计算单元，用于根据当前时刻眼睛坐标和上一时刻眼睛坐标计算学生的当前相对上一时刻眼动距离；
第一判断单元，用于判断当前相对初始时刻眼动距离是否低于眼动距离下限，得到第一判断结果；
注视时长叠加单元，用于若所述第一判断结果表示当前相对初始时刻眼动距离小于眼动距离下限，则在上一时刻得到的上一时刻注视时长的基础上增加一个数据采集时间间隔作为当前注视时长；初始时刻的注视时长为0；
注视时长重置单元，用于若所述第一判断结果表示当前相对初始时刻眼动距离大于或等于所述眼动距离下限，则将当前注视时长置为0；
第二判断单元，用于判断当前相对上一时刻眼动距离是否大于眼动距离上限，得到第二判断结果；
扫视时长叠加单元，用于若所述第二判断结果表示当前相对上一时刻眼动距离大于眼动距离上限，则在上一时刻得到的上一时刻扫视时长的基础上增加一个数据采集时间间隔作为当前扫视时长；
扫视时长重新单元，用于若所述第二判断结果表示当前相对上一时刻眼动距离小于或等于所述眼动距离上限，则将当前扫视时长置为0。
所述状态确定模块504，具体包括：
第三判断单元，用于判断所述当前注视时长是否超出预设注视时长，得到第三判断结果；所述预设注视时长大于0；
走神状态确定单元，用于若所述第三判断结果表示当前注视时长大于或等于所述预设注视时长，则确定学生处于走神状态；
第四判断单元，用于若所述第三判断结果表示当前注视时长小于所述预设注视时长，则判断所述当前扫视时长是否超出预设扫视时长，得到第四判断结果；所述预设扫视时长大于0；
烦躁状态确定单元，用于若所述第四判断结果表示当前扫视时长大于或等于所述预设扫视时长，则确定学生处于烦躁状态；
认真听讲状态确定单元，用于若所述第四判断结果表示当前扫视时长小于所述预设扫视时长，则确定学生处于认真听讲状态。
本发明的方法及系统具有以下技术效果：
(1)本发明通过眼动跟踪仪采集眼动数据，判断眼睛是否长期不动或长期频繁转动，从而分析学生处于走神状态、烦躁状态或认真听讲状态，实现了对学生学习状态的实时监测，从而能够辅助教师更加全面地了解学生的在线学习状态。
(2)本发明中教学互动的起点为教师提问，与面对面教学组织实施过程中的传统教学方式更加类似，无需要求学生必须是积极的，也无需学生对于自身的学习状态能够做出实时、较准确的评估，在教学互动中使教师更具有主动权。
(3)本发明中通过分析学生的实时眼动数据特征判断学生的在线学习状态，无需学生以相同机会拥有非主画面且无需教师查看每个学生的视频画面即可了解每个学生的学习状态，方便实用且可操作性强。
(4)本发明中应用的眼动数据属于能够反映个体实时认知及情绪状态变化的客观数据，教师依据该数据做出的提问时机及对象选择决策更加准确和科学，有利于提高在线学习的课堂教学效果。
对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。