在线学习系统及方法与流程

本发明涉及在线教育领域，具体涉及一种在线学习系统及方法。

背景技术：

随着信息技术的发展，在线学习系统发展迅速。现有的在线学习系统仅包括一个供课件或者教学视频播放的视频设备以及用来将课件或者教学视频进行传输的网络设备。现在的在线学习系统实质上只是将传统的教育从线下发展到线上，但依然没有能够改变教学的本质，依然是教师通过 “黑板” 来讲课，变化无非就是从教师搬到了网络视频。然而，这种从线下直接搬到线上的学习系统仅适用于那些操作性不强，只需要听课、做题的学科。对于那些操作性较强的学科，现有的在线学习系统并不能够满足其教学的需求。

软件学习就是一个操作性十分强的学科类别。学习者不仅需要学懂理论知识，还要能够实际编写代码，并让这些代码在软件中仿真运行出所需要的结果。因为涉及到软件的具体应用，现在的软件学习全部都是在线下进行学习。学习者必须到指定的地方去学习，并在安装了专业软件的计算机上进行代码仿真操作。这样固定地点的线下学习方式，对于居住在不同地方且需要朝九晚五的上班族带来出行和时间上的不便。

而现在没有专门针对软件学习的在线学习系统，究其原因，是专业软件的安装和版权问题。首先，专业软件的安装，需要计算机满足一定的硬件条件，而通过网络进行线上学习的学习者的计算机硬件条件差异较大， 并不是所有学习者的计算机都能够安装所要用的专业软件。其次，是软件的版权问题。一个正版软件的使用权限是有限的，且价格昂贵，如果要在每个学习者的计算机上都装上一个正版软件，则将大大提高在线学习系统的运营成本，且不利于在线学习系统的运营规模扩大。

为了既能够享受在线学习不受学习地点的限制，又能够通过在线学习系统进行软件代码仿真练习，现在急需一种专门针对软件在线学习的在线学习系统及方法。

此外，现有的在线学习系统的教学视频和课件的播放都是按照同一个速度进行，并没有考虑到学习者的实际接收情况。对于软件学习这样难度较大的学习内容，如果不考虑每个人的实际接收情况，而无差别地进行教学，则会给不适合该进度教学的学习者带来极其不好的体验和学习效果。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提供了一种专门针对软件在线学习的在线学习系统。

为达到以上目的，提供如下方案：

方案一：本方案中的在线学习系统，包括依次连接的网络收发模块、中央处理模块、选择模块、软件服务器和结果存储模块；

所述网络收发模块，用于接收包括输入代码信息在内的学习者输入信息，用于发送包括仿真结果在内的系统反馈信息；

所述软件服务器，包括多个安装有专业软件的软件服务模块，每个软件服务模块均用来供输入代码信息进行仿真运算并输出仿真结果；

所述结果存储模块，接收并存储仿真结果；

所述中央处理模块，接收网络收发模块传递来的包括输入代码信息在内的学习者输入信息；将输入代码信息传输给选择模块；接收结果存储模块中的仿真结果，并将包括仿真结果在内的系统反馈信息传递给网络收发模块；

所述选择模块，根据软件服务器中软件服务模块运行状态选择空闲的软件服务模块，将输入代码信息传递给空闲的软件服务模块。

系统原理：

在线学习系统在运行时，通过网络收发模块接收学习者通过自己的计算机向在线学习系统输入的包括输入代码在内的学习者输入信息。中央处理模块接收学习者输入信息，并将输入代码信息分离出来传递给选择模块。选择模块根据软件服务器中各个软件服务模块的运行状态，选择空闲的软件服务模块，将该输入代码信息传递给选定的空闲的软件服务模块。软件服务模块在接收到输入代码信息后，按照该输入代码信息进行仿真运行，并将仿真结果传递给结果存储模块进行存储。中央处理模块从结果存储模块中提取对应的仿真结果，并将包括该仿真结果在内的系统反馈信息传递给网络收发模块。网络收发模块将接收到系统反馈信息传递给学习者的计算机。

有益效果：

1.本发明不需要学习者的计算机单独安装专业软件，学习者只需要通过计算机将代码信息输入，则软件服务器会按照这个输入代码信息进行仿真运算并将仿真结果传递给学习者的计算机。学习者能够通过本发明进行软件在线学习及操作，避免了一定要去安装了专业软件的计算机上进行定点学习的问题，也有效解决了现有的在线学习系统无法进行软件仿真运行的问题。

2.本发明通过选择模块，可以及时选择空闲的软件服务模块进行输入代码信息仿真。因为学习者在线学习的时间并不一样，同一时间内学习的人数并不会很多，仿真运算的计算量也不会集中在同一个时间。整个在线学习系统仅需要几个安装了专业软件的软件服务模块，就能够通过选择模块时间上的交错选择，来满足所有学习者的需求。有效降低了在线学习系统的经营管理成本。

3.本发明有效解决了现在没有专门针对软件在线学习的问题。

方案二：进一步，所述网络收发模块接收学习者通过摄像头拍摄的面部表情图片，并将面部表情图片实时传递给中央处理模块；所述中央处理模块接收面部表情图片，判断面部表情图片反映的学习者学习接收程度，通过学习者学习接收程度控制系统反馈信息中的教学视频及课件的播放速度。

学习者在学习时，其面部表情可以很明显地反映学习者在学习时对所学内容的接收程度。通过摄像头拍摄到学习者在学习时的面部表情。中央处理模块接收并提取面部表情图片的信息，判断学习者对正在讲解的视频及课件的接受程度。中央处理模块根据学习者学习的接受程度，控制教学视频及课件的播放速度。如果学习者接受度低，认为该部分内容较难，则放慢播放速度。如果学习者接受度较高，认为该部分内容较简单，则加快播放速度。

方案三：进一步，所述中央处理模内设置有预先存储有多种表情图像的表情库和用来将系统反馈信息进行传输速度控制的速度控制模块；所述速度控制模块包括多个播放速度；每个表情像均与一个播放速度对应。

中央处理模块将接收到的面部表情图片与表情库中的表情图像进行对比，当面部表情图片与表情图像相似时，判断该面部表情图片与该表情图像表达的接受度相同，选择该表情图像对应的播放速度传递给网络收发模块。网络收发模块根据播放速度进行教学视频及课件的传输播放，使学习者看到的播放速度能够根据学习者表现出来的接收难易程度进行调节。

方案四：进一步，所述中央处理模块通过对比学习者的眉间距离、眉毛上翘弧度、嘴角弯曲方向以及嘴角弯曲弧度等因素来判断面部表情图片与表情图像是否相似。

当面部表情图片与表情图像中的眉间距离、眉毛上翘弧度、嘴角弯曲方向以及嘴角弯曲弧度等因素相差越小，面部表情图片与表情图像越相似，两者表现出的表情信息越相近。由此得到的表情图像对应的播放速度才更加适合学习者此时的学习接收程度。

方案五：进一步，还包括设置在学习者计算机上的定位摄像头；所述定位摄像头上设置有始终使摄像头正对学习者脸部的对中装置。

通过对中装置可以使摄像头始终正对学习者脸部，拍摄出来的面部表情图片更加有利于中央处理模块进行分析。

方案六：进一步，所述对中装置包括设置在摄像头周向位置的至少三个均匀分布的位移传感器，设置在摄像头底部可以使摄像头自由移动和转动的电动机，以及分别与位移传感器和电动机连接的微控制器；所述位移传感器通过检测学习者鼻头的部分来确定摄像头的中心位置。

因为鼻头是人脸部上最突出的部分，摄像头位于脸部的正前方，摄像头上的位移传感器能够检测到距离摄像头最近的位置，即鼻头位置。以鼻头位置为中心，让均匀分布在摄像头周向位置的位移传感器距离鼻头处于相同距离时，此时摄像头正对人脸部。当各个位移传感器到鼻头的距离不相等时，微控制器控制电动机正向或者反向转动，使摄像头移动到正对人脸部的位置。

本发明还提供了一种在线学习方法，包括以下步骤：

步骤一，调节摄像头，使摄像头正对学习者脸部，摄像头拍摄下学习者在学习时的面部表情图片并传递到网络收发模块中；

步骤二，学习者通过键盘将包括输入代码信息在内的学习者输入信息传递给网络收发模块；

步骤三，网络收发模块接收面部表情图片和包括输入代码信息在内的学习者输入信息并传递给中央处理模块；

步骤四，中央处理模块接收学习者输入信息，并将输入代码信息分离出来传递给选择模块；同时，中央处理模块将接收到的面部表情图片与预先存储在表情库中的表情图像进行相似性判断；

步骤五，中央处理模块提取与面部表情图片最相近的表情图像，将该表情图像对应在速度控制模块中的播放速度传递给网络收发模块；网络收发模块根据接收到的播放速度进行教学视频及课件的传输播放；

步骤六，选择模块根据软件服务器中各个软件服务模块的运行状态，选择空闲的软件服务模块；选择模块将接收到的输入代码信息传递给选定的空闲的软件服务模块；

步骤七，软件服务模块在接收到输入代码信息后，按照该输入代码信息进行仿真运行，并将仿真结果传递给结果存储模块进行存储；

步骤八，中央处理模块从结果存储模块中提取对应的仿真结果，并将包括该仿真结果在内的系统反馈信息传递给网络收发模块；网络收发模块将接收到系统反馈信息传递给学习者的计算机。

通过本方法，不仅可以使学习者在线上进行软件学习，还能在线上进行代码仿真。学习者的计算机上虽然没有安装专用软件，但所做的操作与安装了专业软件完全一样，还避免了购买专业软件以及为了安装专业软件而购买升级计算机配置。此外，本方法通过监控学习者在学习时的面部表情，来控制呈现给学习者的教学视频及课件的播放速度，使学习者能够根据自身的学习情况享受到与自己学习接受程度相匹配的播放速度。这样，在学习者觉得难的地方，能够通过较慢的播放速度来充分理解知识点；在学习者觉得较简单的部分，能够快速获得知识点，避免浪费时间。

附图说明

图1为本发明实施例的结构框图。

图2为本发明实施例中的摄像头以及对中装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：网络收发模块1、中央处理模块2、选择模块3、软件服务器4、结果存储模块5、表情库6、速度控制模块7、摄像头8、位移传感器9、第一电动机10、第二电动机11。

实施例基本如附图1所示：本实施例中的在线学习系统，包括依次通过导线连接的网络收发模块1、中央处理模块2、选择模块3、软件服务器4和结果存储模块5；

网络收发模块1，采用现在通用的网络信息接收及发送设备，用于接收包括输入代码信息、输入的作业信息、登录信息、教学视频及课件选择信息等等信息在内的学习者输入信息，用于发送包括仿真结果、作业答案、选择的教学视频及课件等等信息在内的系统反馈信息；

软件服务器4，包括多个安装有专业软件的软件服务模块，每个软件服务模块均用来供输入代码信息进行仿真运算并输出仿真结果；这里的软件服务器4模块可以是一台单独服务器，也可以是一台服务器上具有计算功能的运算模块，均采用现在通用的服务器或者运算模块，只要能够安装所需要学习的专业软件进行运行即可。

结果存储模块5，接收并存储仿真结果；结果存储模块5可以是内置在中央处理模块2中的一个存储单元，也可以是与中央处理模块2连接的一个独立的存储芯片。

中央处理模块2，接收网络收发模块1传递来的包括输入代码信息在内的学习者输入信息；将输入代码信息传输给选择模块3；接收结果存储模块5中的仿真结果，并将包括仿真结果在内的系统反馈信息传递给网络收发模块1；中央处理模块2可以直接采用一个安装有中央处理芯片的中央处理服务器，也可以直接采用一个中央处理芯片，如Intel Core i7-6950X。

选择模块3，根据软件服务器4中软件服务模块运行状态选择空闲的软件服务模块，将输入代码信息传递给空闲的软件服务模块；选择模块3可以是虚拟设置在中央处理模块2中选择单元，也可以是诸如单片机等独立的能够完成选择功能的现有元器件。

网络收发模块1接收学习者通过摄像头8拍摄的面部表情图片，并将面部表情图片实时传递给中央处理模块2；中央处理模块2接收面部表情图片，判断面部表情图片反映的学习者学习接收程度，通过学习者学习接收程度控制系统反馈信息中的教学视频及课件的播放速度。

学习者在学习时，其面部表情可以很明显地反映学习者在学习时对所学内容的接收程度。通过摄像头8拍摄到学习者在学习时的面部表情。中央处理模块2接收并提取面部表情图片的信息，判断学习者对正在讲解的视频及课件的接受程度。中央处理模块2根据学习者学习的接受程度，控制教学视频及课件的播放速度。如果学习者接受度低，认为该部分内容较难，则放慢播放速度。如果学习者接受度较高，认为该部分内容较简单，则加快播放速度。

中央处理模内设置有预先存储有多种表情图像的表情库6和用来将系统反馈信息进行传输速度控制的速度控制模块7；速度控制模块7包括多个播放速度；每个表情像均与一个播放速度对应。

中央处理模块2将接收到的面部表情图片与表情库6中的表情图像进行对比，当面部表情图片与表情图像相似时，判断该面部表情图片与该表情图像表达的接受度相同，选择该表情图像对应的播放速度传递给网络收发模块1。网络收发模块1根据播放速度进行教学视频及课件的传输播放，使学习者看到的播放速度能够根据学习者表现出来的接收难易程度进行调节。

中央处理模块2通过对比学习者的眉间距离、眉毛上翘弧度、嘴角弯曲方向以及嘴角弯曲弧度等因素来判断面部表情图片与表情图像是否相似。

当面部表情图片与表情图像中的眉间距离、眉毛上翘弧度、嘴角弯曲方向以及嘴角弯曲弧度等因素相差越小，面部表情图片与表情图像越相似，两者表现出的表情信息越相近。由此得到的表情图像对应的播放速度才更加适合学习者此时的学习接收程度。

如图2所示，在线学习系统还包括设置在学习者计算机上的定位摄像头8；定位摄像头8上设置有始终使摄像头8正对学习者脸部的对中装置。

通过对中装置可以使摄像头8始终正对学习者脸部，拍摄出来的面部表情图片更加有利于中央处理模块2进行分析。

对中装置包括设置在摄像头8周向位置的四个均匀分布的位移传感器9，设置在摄像头8底部可以使摄像头8自由移动和转动的电动机，以及分别与位移传感器9和电动机连接的微控制器；位移传感器9通过检测学习者鼻头的部分来确定摄像头8的中心位置。对中装置有一个呈倒T字形的支撑架，这个支撑架包括一个横板和一个竖板，横板上和竖板上均开有条形轨道。竖板上安装有支撑住摄像头8且可沿着竖板的条形轨道上下滑动第一电动机10。竖板的底端安装有将竖板连接到横板上的第二电动机11。第二电动机11穿过横板上的条形轨道，带动竖板连同竖板上的摄像头8沿着横板上的条形轨道进行水平位移。通过第一电动机10和第二电动机11可以使摄像头8进行上、下、左、右移动，方便将摄像头8调整到正对人脸部的位置。

因为鼻头是人脸部上最突出的部分，摄像头8位于脸部的正前方，摄像头8上的位移传感器9能够检测到距离摄像头8最近的位置，即鼻头位置。以鼻头位置为中心，让均匀分布在摄像头8周向位置的位移传感器9距离鼻头处于相同距离时，此时摄像头8正对人脸部。当各个位移传感器9到鼻头的距离不相等时，微控制器控制电动机正向或者反向转动，使摄像头8移动到正对人脸部的位置。

在线学习系统在运行时，通过网络收发模块1接收学习者通过自己的计算机向在线学习系统输入的包括输入代码在内的学习者输入信息。中央处理模块2接收学习者输入信息，并将输入代码信息分离出来传递给选择模块3。选择模块3根据软件服务器4中各个软件服务模块的运行状态，选择空闲的软件服务模块，将该输入代码信息传递给选定的空闲的软件服务模块。软件服务模块在接收到输入代码信息后，按照该输入代码信息进行仿真运行，并将仿真结果传递给结果存储模块5进行存储。中央处理模块2从结果存储模块5中提取对应的仿真结果，并将包括该仿真结果在内的系统反馈信息传递给网络收发模块1。网络收发模块1将接收到系统反馈信息传递给学习者的计算机。

本实施例的在线学习方法，包括以下步骤：

步骤一，调节摄像头8，使摄像头8正对学习者脸部，摄像头8拍摄下学习者在学习时的面部表情图片并传递到网络收发模块1中；

步骤二，学习者通过键盘将包括输入代码信息在内的学习者输入信息传递给网络收发模块1；

步骤三，网络收发模块1接收面部表情图片和包括输入代码信息在内的学习者输入信息并传递给中央处理模块2；

步骤四，中央处理模块2接收学习者输入信息，并将输入代码信息分离出来传递给选择模块3；同时，中央处理模块2将接收到的面部表情图片与预先存储在表情库6中的表情图像进行相似性判断；

步骤五，中央处理模块2提取与面部表情图片最相近的表情图像，将该表情图像对应在速度控制模块7中的播放速度传递给网络收发模块1；网络收发模块1根据接收到的播放速度进行教学视频及课件的传输播放；

步骤六，选择模块3根据软件服务器4中各个软件服务模块的运行状态，选择空闲的软件服务模块；选择模块3将接收到的输入代码信息传递给选定的空闲的软件服务模块；

步骤七，软件服务模块在接收到输入代码信息后，按照该输入代码信息进行仿真运行，并将仿真结果传递给结果存储模块5进行存储；

步骤八，中央处理模块2从结果存储模块5中提取对应的仿真结果，并将包括该仿真结果在内的系统反馈信息传递给网络收发模块1；网络收发模块1将接收到系统反馈信息传递给学习者的计算机。

通过本方法，不仅可以使学习者在线上进行软件学习，还能在线上进行代码仿真。学习者的计算机上虽然没有安装专用软件，但所做的操作与安装了专业软件完全一样，还避免了购买专业软件以及为了安装专业软件而购买升级计算机配置。此外，本方法通过监控学习者在学习时的面部表情，来控制呈现给学习者的教学视频及课件的播放速度，使学习者能够根据自身的学习情况享受到与自己学习接受程度相匹配的播放速度。这样，在学习者觉得难的地方，能够通过较慢的播放速度来充分理解知识点；在学习者觉得较简单的部分，能够快速获得知识点，避免浪费时间。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。