一种基于脑电波采集的课堂教学监测方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于脑电波采集的课堂教学监测方法及系统，主要监测课堂教学中学生脑电波的波动情况，为讲课教师提供学生听课中真实客观的反应。
【背景技术】
[0002]从相关文献资料可知，人类的心理活动变化与自身的脑电波变化存在一定的关联，学习过程也是如此。人在专心学习、注意力集中时，大脑频率处于α波(频率范围8-13ΗΖ)，此时脑波比较平稳，是人们学习与思考的最佳脑波状态。当学习兴奋，或精神紧张时，大脑频率处于β波(频率范围14Hz以上)，此时脑波频率变快，幅度加大，适当的β波对注意力提升以及认知行为的发展有积极作用，但持续时间较短，且易疲劳。当学习疲劳、精神松弛时，大脑频率处于Θ波(频率范围4-8Ηζ )，此时脑波整体比较杂乱，且频率逐渐变慢，人的意识逐渐涣散，身体深沉放松，此时对触发深沉记忆、强化长期记忆等帮助极大。
[0003]在课堂教学中，教师在讲课的同时，通常会观察学生的反应，并根据实际情况调整自己的教学方法与方式，从而达到较好的教学效果。如何观察学生的反应，教学经验丰富的教师可以通过学生的面部表情以及肢体动作来大致判断。但这是一种主观判定，会因教师和学生的个体差异受到影响，加上班级学生数量普遍偏多，教师教学水平高低不一，很难及时准确把握整个班级的教学情况。另外，目前对于教师课堂教学评价主要是通过随堂听课来获得，由于是主观评定，与真实的教学效果存在着一定的偏差。
[0004]如果在教学过程中，及时采集学生脑电波信息，将学生的专注度和放松度量化，就可以为教师观察学生的反应提供重要的辅助手段，并为教学效果评价提供重要的客观数据支持。而目前脑电波感应器的微型化和低成本化，使这种手段变得容易实现。
[0005]现有文献中，公开了一些利用脑电波感应器帮助学习和训练的系统，如:中国发明专利申请CN 103736284 A公开了一种脑电智能钓鱼玩具，使用脑电波传感器采集脑电波，并计算注意力指数，根据注意力指数的变化来控制钓具钓鱼。中国发明专利申请CN104147796 A公开了一种脑电智能泡泡机玩具，使用脑电波传感器采集脑电波，并计算注意力指数，根据注意力指数的变化来吹出泡泡。上述两个发明专利是利用脑电波感应器，采用玩具形式来训练提高操作者大脑的注意力，并没有提出利用脑电波信息为教学过程提供帮助的方法和系统。
[0006]中国实用新型专利CN 203242184 U公开了一种无线移动学习的远程虚拟教师系统，通过采集脑电波、皮温和脉搏信息送至远端管理平台，根据分析比对完成对学习者的管理与监督。该实用新型主要是用于帮助学习者了解自身在学习过程中的学习效果，以提高学习者自主学习的效率。该专利实际使用对象为学习者，未提出以教师为使用对象的信息，也未公开如何通过采集分析脑电波数据为教师的课堂教学提供辅助和评价的方法或系统。
【发明内容】
[0007]为解决课堂教学中教师无法及时客观获取学生的学习状况，本发明提出了一种基于脑电波采集的课堂教学监测方法及系统，通过实时获取被检测学生的脑电波数据，成为教师教课的重要辅助工具。
[0008]本发明的课堂教学监测系统的技术方案如下:
该系统包括用于脑电波感应与传输的采集终端、用于构建无线局域网络的无线路由器、用于存储脑电波数据的服务器、用于为讲课教师提供分析数据的监测终端和用于记录课堂情况的网络摄像器。
[0009]其采集终端包括脑波感应器、微处理器模块、WIFI模块，其中:微处理器模块通过脑波感应器获取被采集学生的脑电波数据，经过处理组帧后，经WIFI模块从无线局域网送至服务器。服务器运行有数据转换处理模块，将采集终端上传的脑波数据解析并存入数据库中。监测终端经局域网从服务器的数据库中获取并显示各采集终端的脑波数据，为讲课教师实时提供被采集学生脑电波的个体波动信息和整体波动信息。网络摄像器安装于课堂的多个位置，记录教师和被采集学生教与学的过程；网络摄像器的记录时间与所述服务器系统时间同步。
[0010]其个体波动信息包括被采集学生课堂上专注度指数和放松度指数的变化情况，并显示在监测终端的软件界面上；当某个被采集学生的所述专注度指数低于设定下限值，将显示该学生注意力不集中的警示；当某个被采集学生的所述放松度指数低于设定下限值，将显示该学生过于紧张的警示；当某个被采集学生的所述放松度指数高于设定上限值，将显示该学生过于放松的警示。
[0011]其整体波动信息为所有被采集学生课堂上专注度均值和放松度均值的曲线图，显示在监测终端的软件界面上；当专注度均值低于设定下限值，将显示学生整体注意力不集中的警示；当放松度均值低于设定下限值，将显示学生整体过于紧张的警示；当放松度均值高于设定上限值，将显示学生整体过于放松的警示。
[0012]本发明实时存储并显示被测个体与整体的脑电波相关指数异常的情况，为教师及时了解学生思维情况提供了客观数据支持。系统采用无线局域网组建网络，还具备了组网灵活和采集便捷的特点。
【附图说明】
[0013]图1为本发明的课堂教学监测系统整体架构示意图。
【具体实施方式】
[0014]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
[0015]本发明的课堂教学监测系统的整体架构示意图如图1所示，包括用于脑电波感应与传输的采集终端、用于构建无线局域网络的无线路由器、用于存储脑电波数据的服务器、用于为讲课教师提供分析数据的监测终端和用于记录课堂情况的网络摄像器。
[0016]其中，采集终端包括脑波感应器、微处理器模块、WIFI模块，微处理器模块通过脑波感应器获取被采集学生的脑电波数据，经过处理组帧后，经WIFI模块从无线局域网送至服务器。服务器则运行有数据转换处理模块，将采集终端上传的脑波数据解析并存入数据库中。而监测终端经局域网从服务器的数据库中获取并显示各采集终端的脑波数据，为讲课教师实时提供被采集学生脑电波的个体波动信息和整体波动信息。网络摄像器安装于课堂的多个位置，记录教师和被采集学生教与学的过程。此外，网络摄像器的记录时间与所述服务器系统时间同步。
[0017]在课堂教学开始前，启动教室的无线局域网络，全部或部分学生佩戴移动式采集终端并开始采集，启动网络摄像器并对准这些被测试学生和讲课教师，服务器上开启数据转换处理模块，讲课教师打开教师电脑中的监测终端软件，完成系统启动准备工作。
[0018]目前的脑电波传感器可以直接提取被测试者的α波、β波和Θ波的能量值，并依据这些信息自动分析获得量化的专注度指数和放松度指数，其判定精确度较高，但对脑电波信号质量要求较高。
[0019]在采集的脑电波信号质量稍差，无法实现自动分析时，可采用预先采集一