专利名称：触控式智能课桌教学系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于信息技术服务领域，特别涉及ー种具有人机交互和师生互动的智能化电子课桌教学系统。
背景技术：
传统教学中的课桌仅仅是ー张冰冷的木桌或铁桌，仅供学生放置书本和文具，功能単一，无法交互，不能激发学生学习的积极性。目前市面上出现了大量电子课桌，很多电子课桌只是简单等于课桌+电脑，多媒体课件等教育资源都是为教师教学使用的，只有教师能操作，学生只能在下面被动接受，师生交互性差；并且对学生的情感、注意力等信息获取不够，不能处理学习过程中学生的情感状态信息。学生长时间听课后会产生疲倦、反感情緒，注意力分散，导致学习效率降低。学生情感状态信息的获取在教学过程中是至关重要的，且常常被忽视。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种触控式智能课桌教学系统，触控操作，简单易用，交互性强，可充分调动学生的积极性，大幅提升教学效果，显著改善教学质量。一种触控式智能课桌教学系统，包括教师机、交換器和多个学生机，教师机通过交换器连接多个学生机；学生机包括学生主机、第一压カ传感器、第一触控屏、摄像头和第一网络通讯模块，第一压カ传感器设置在第一触控屏下表面，学生主机连接第一压カ传感器、摄像头和第一网络通讯模块，第一网络通讯模块连接交換机；教师机包括教师主机、第二压カ传感器、第二触控屏、输入设备和第二网络通讯模块，第二压カ传感器设置在第二触控屏下表面，教师主机连接第二压カ传感器、输入设备和第二网络通讯模块，第二网络通讯模块连接交換机。进ー步地，所述交换机、学生机和教师机构成星型结构的有线网络。进ー步地，所述第一、ニ网络通讯模块采用RJ45网络接ロ。本实用新型的优点和特点体现在以下几个方面:(I)人机交互性強。学生通过手指就能和课桌进行交互。在课桌上手写时，课桌能实现书写笔迹粗细随书写カ度变化，可用于书法练习。此外课桌系统还能获取学生当前的注意力集中状态和疲劳程度，人机交互性強。(2)师生互动性好。教学过程中，每个学生都能在教师教学中进行相应操作，和教师进行互动，学生參与性強。(3)网络化。本实用新型中的学生机和教师机形成了星型网络，不仅能传输课桌的控制信号，还可以传输文字、视频、音频等多媒体信息。(4)应用简単。本实用新型充分考虑用户使用的便利性，配有触控屏，用户操作简単，系统软件界面友好，普通人员稍加培训即可熟练使用。
图1为本实用新型的总体结构图；图2为学生机结构图；图3为教师机结构图；图4为本实用新型实例的教学系统运行步骤图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进ー步的详细说明。本系统包括教师机、交換器和多个学生机，教师机端通过交換器连接多个学生机，所述的学生机和教师机采用典型的以太网星形连接，通过有线方式连接到交換机上。教师机通过相应的教学软件控制下面的学生机，让所有的学生机显示教师机的画面,也可以在教师机上监控某个学生机的画面。同时各学生机实时地将当前学生的注意力集中状况和疲劳状态的识别信息发送给教师机，在教师机上进行汇总。教师机的处理能力、存储能力和通信能力相对比较强，不仅安装有集学生信息管理、学生机监控、课件播放与制作等功能于一身的教学软件，还保存有大量的课件、音视频等资源。教师机可以控制下面的学生机，即让所有的学生机同时显示教师机的显示画面，也可以在教师机上监控某一台学生机的显示画面；教师可以在教师机上书写问题让指定的学生在自己的学生机上作答，全体同学都可观看其出题及解答过程，也可以由学生在学生机上提出问题，教师在教师机上进行讲解，其过程同样是全体同学可观看；教师机可作为资源服务器，每个学生都可以自由访问教师机上存储的课件、文档、视频等多媒体资源；对于典型教案可以存盘，方便以后教学调用，也可以让学生将显示画面存盘方便自己重温复习。学生机安装有与教师机的教学软件相配套的学生端软件。学生机通过摄像头实时拍摄学生的图像，并进行人脸跟踪，选用静态图像分析识别情感。系统实现时采用抓拍形式，设定相应的快门速度，采用一定间隔时间来检测人脸的有无与人眼的开闭频率，通过ー定运算后判断当前学生的情感状态，并传送至教师机进行汇总。教师机根据当前学生的疲劳状况和注意力集中状况对当前教学活动做出相应调整，如果目前学生普遍比较疲劳，可暂停几分钟，拨放一段轻松的音乐或者动画。在读取书写力度信息时采取数字滤波的方法以减少噪声的干扰。获取学生情感状态时采用了电机控制、目标跟踪、人脸检测、人眼检测和注意力检测等算法。本实用新型还可用于桌面会议系统、远程教学等场合。下面通过借助实施例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。实例为某次教师在教室讲授一堂数学课完整过程，大致分为开始上课教师讲授、学生提问、教师出题、学生作答、教师讲解和下课休息。如图1所示，本实用新型由若干个学生主机端C(i) (i = 1，...，N)、交換机和教师机端组成。学生机C(i)和教师机构成ー个星型结构的有线网络。共有N个学生，每个学生使用一台学生机，学生机一方面接受教师机的控制，显示教师机指定的画面；另一方面实时捕捉学生的情感状态信息，并传送给教师机；在答题和提问环节学生，将书写的答案发送给教师机。教师机则监控下面的学生机，接收和处理学生机发来的答案和情感状态信息。如图2所示，本实用新型中的学生主机端包括压カ传感器1.1、触控屏1.3、摄像头
1.4、网络通讯模块1.5和主机1.2，触控屏模块1.3用于学生操作学生机，采用红外屏，压カ传感器模块1.1在手写时获取书写的力度信息，摄像头1.4用于拍摄学生的画面，并传送给主机1.2，主机1.2对其进行人脸识别、人眼识别、注意力识别，在此基础上进行学生四种情感状态的判断，即正常学习状态、开小差状态、瞌睡状态、离开状态，如果学生人脸偏移角度较大，通过控制摄像头上的电机调整拍摄角度，网络通讯模块1.5采用RJ45网络接ロ，用于和教师机进行通信。如图3所示，本实用新型中的教师机由触控屏模块2.1、压カ传感器模块2.4、主机
2.2、鼠标键盘2.3和网络通讯模块2.5组成。触控屏模块2.1，压カ传感器模块2.4，网络模块2.5功能同学生机，不再累述，鼠标键盘2.3用于辅助教师快速输入和操作。教师机安装有強大的教学软件，能播放各种多媒体课件，监控学生机画面和分析学生的情感状态信息等。图4为本实用新型实例的智能教学系统运行步骤图。其运行步骤如下:( I)开始上课时，教师打开教师机，学生打开学生机，教师机根据当前学生机的开机状况判断今天学生的出勤情況。(2)教师打开课件，教师机开始控制学生机，所有学生的显示画面与教师机保持一致，学生一边听教师讲课，一边用在各自的学生机上圈点涂画的方法做笔记，此时不会对教师机和其他学生机的显示画面产生影响。(3)教师ー边授课一边接收学生机发来的学生情感状态信息。如果发现某个学生疲劳或者注意力长时间不集中，教师机可发送ー个警告信息给相应学生机。如果发现很多学生出现该情况，表明学生产生了厌烦情緒，教师要考虑让学生休息一下或者调整ー下讲课的内容和方式。(4)讲完ー个知识点后进入自由提问环节，学生对不明确或者不理解部分进行提问，教师进行讲解。(5) —个知识点讲解完毕后教师向学生布置选择题，学生将答案发送到教师机上。教师机自动对答题正误情况进行汇总，根据答题正确率分析学生的知识掌握情况，如果学生掌握不好，教师需进ー步讲解。(6)教师讲完ー个章节后开始布置有一定综合性的解答题，教师可以指定让其中几个同学进行解答，并将书写过程播放给其他学生观看。学生解答完后教师先对学生的解答情况进行点评，根据学生的掌握情况决定哪些知识点还需进一部讲解。讲解完毕后立刻统计已理解和未理解学生人数，然后做下ー步决策。(7)课间休息阶段，课桌播放眼保健操的音乐，提示学生开始做眼保健操。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种触控式智能课桌教学系统，其特征在干，包括教师机、交換器和多个学生机，教师机通过交換器连接多个学生机； 学生机包括学生主机、第一压カ传感器、第一触控屏、摄像头和第一网络通讯模块，第一压カ传感器设置在第一触控屏下表面，学生主机连接第一压カ传感器、摄像头和第一网络通讯模块，第一网络通讯模块连接交換机； 教师机包括教师主机、第二压カ传感器、第二触控屏、输入设备和第二网络通讯模块，第二压カ传感器设置在第二触控屏下表面，教师主机连接第二压カ传感器、输入设备和第ニ网络通讯模块，第二网络通讯模块连接交換机。
2.根据权利要求1所述的触控式智能课桌教学系统，其特征在于，所述交换机、学生机和教师机构成星型结构的有线网络。
3.根据权利要求1或2所述的触控式智能课桌教学系统，其特征在于，所述第一、ニ网络通讯模块采用RJ45网络接ロ。
专利摘要本实用新型提供了一种触控式智能课桌教学系统，包括教师机、交换器和多个学生机；学生机包括学生主机、第一压力传感器、第一触控屏、摄像头和第一网络通讯模块，第一压力传感器设置在第一触控屏下表面，学生主机连接第一压力传感器、摄像头和第一网络通讯模块，第一网络通讯模块连接交换机；教师机包括教师主机、第二压力传感器、第二触控屏、输入设备和第二网络通讯模块，第二压力传感器设置在第二触控屏下表面，教师主机连接第二压力传感器、输入设备和第二网络通讯模块，第二网络通讯模块连接交换机。本实用新型能够让老师和学生在教学中进行交互操作，互动性好，操作方便，可充分调动学生的积极性，大幅提升教学效果。
文档编号G09B5/14GK202948595SQ201220604118
公开日2013年5月22日 申请日期2012年11月15日 优先权日2012年11月15日
发明者戴志诚, 韩兵, 刘三女牙, 杨宗凯 申请人:华中师范大学