交互式在线教学系统及方法、教师系统以及学生系统与流程

本发明涉及数字教学领域，尤其涉及一种交互式在线教学系统及方法、教师系统以及学生系统。

背景技术：

为了适应激烈的升学竞争，作为学校课堂教学的补充，课外补习成为很多中小学生家庭的选择。而随着信息技术的发展，在线课程已经成为课外补习班的一种形式。通过在家就能够学习的在线课程，能够免除学生和家长往返于补习班的奔波劳累之苦，节省学生宝贵的学习时间和睡眠时间。但是，目前的在线教学系统大部分为单向的视频教学，教师预先录制好视频并存放于服务器后，由学生选择播放来学习。但是，这种学习方式缺乏面对面教学的现场感，一方面教师不能观察到每个学生的状态，不能通过点名回答问题来掌握授课内容的接受情况，更无法根据这种接受情况来实时调整讲课的进度，保证授课的效果。另一方面，对于学生而言，由于感受不到教师对其的关注，也无法及时反馈自己的疑难问题，容易分散注意力，导致学习效果不好。

技术实现要素：

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明的目的之一是解决现有技术中存在的问题，提供一种交互式在线教学系统及方法、教师系统以及学生系统，增强在线教学的现场感，增加教学效果。

根据本发明的一个方面，提供一种教师系统，包括：数据采集装置，用于实时获取教师讲课的视频数据；数据传送装置，用于向学生终端传送视频数据；交互装置，用于与学生终端进行交互。

根据本发明的另一个方面，提供了一种学生终端，包括：视频数据接收装置，用于实时接收来自教师系统的视频数据；播放装置，用于播放所接收的视频数据；终端图像传送装置，用于传送学生终端处的图像；终端通信装置，用于与教师系统之间进行通信。

根据本发明的又一个方面，提供了一种交互式在线教学系统，包括上述的教师系统和上述的学生终端。

根据本发明的又一个方面，提供了一种交互式在线教学方法，包括以下步骤：实时获取教师讲课的视频数据；向学生终端传送视频数据；与学生终端进行交互。

根据本发明的又一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，存储有程序代码，所述程序代码被处理器执行时实现上述方法的步骤。

根据本发明的上述方面，在交互式在线教学过程中，教师能够实时地向学生讲授课程内容，并且随时观察每个学生的动态并进行交互，从而能够最大限度地模拟现场教学的气氛，提高网络授课的效果。

通过以下结合附图对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的这些以及其他优点将更加明显。

附图说明

为了进一步阐述本发明的以上和其它优点和特征，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分。具有相同的功能和结构的元件用相同的参考标号表示。应当理解，这些附图仅描述本发明的典型示例，而不应看作是对本发明的范围的限定。在附图中：

图1是本发明的教师系统的一种实施方式的构成示意图；

图2是本发明的数据采集装置的一种实施方式的构成示意图；

图3是本发明的数据传送装置的一种实施方式的构成示意图；

图4是本发明的交互装置的一种实施方式的构成示意图；

图5是本发明的终端图像显示单元所显示的终端图像的一个例子；

图6是本发明的交互装置的另一种实施方式的构成示意图；

图7是本发明的学生终端的一种实施方式的构成示意图；

图8是本发明的交互式在线教学方法的一种实施方式的流程图；

图9是本发明的交互式在线教学方法的另一种实施方式的流程图。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本发明的一个方面的交互式在线教学系统包括教师系统和学生终端，以下分别对教师系统和学生终端进行说明。

教师系统

图1是本发明的一种实施方式的教师系统的构成示意图。如图1所示，本实施方式的教师系统包括：数据采集装置10，用于实时获取教师讲课的视频数据；数据传送装置20，用于向学生终端传送视频数据；交互装置30，用于与学生终端进行交互。

在具体实施中，为了最大程度地模拟课堂讲课的效果，让学生感觉到置身于课堂环境中，教师在专用的教室中通过直播的形式向预先登记的学生终端进行直播，通过设置在教室中的数据采集装置10，实时获得教师讲课的视频数据。

在讲课时，如同在真实的学校教室中，教师可以在讲台上一边讲授一边板书，并且在讲课的时候眼睛会直视摄制设备的镜头，采用生动的语言、丰富的表情和肢体语言等，营造讲课的现场感，从而使学生更切身地投入其中。对于物理、化学等需要做实验的实践性课程，也如同实际教学的过程，在专用教室中设置实验器材，教师一边操作一边讲授。

数据采集装置10可以是各种视频摄制设备，布置在专用教室的适当位置，实时获取教师讲课的视频数据。作为一种实施方式，如图2所示，数据采集装置10可以包括：图像处理单元101，用于获取图像并转换为图像信号；音频处理单元102，用于获取声音并转换为音频信号；合成单元103，将所述图像信号和所述音频信号合成为视频数据。

图像处理单元101可以是各种相机等，获得教师讲课的图像数据。音频处理单元102包括麦克风等吸音设备，获得教师讲课的声音数据。合成单元103，将图像数据和音频数据合成为视频数据，达到“同期声”的效果。这些单元都可以实现为固化的电路，也可以通过软件模块来实现。

数据传送装置20将数据采集装置10获取的视频数据传送给至少一个学生终端。由于原始视频数据存储空间大并且传输占用带宽大，因此优选地，如图3所示，数据传送装置20包括数据压缩单元201和数据传送单元202。数据压缩单元201例如采用h.264标准或h.265标准，对原始的视频数据进行编码压缩，降低视频大小和占用带宽，满足实时传输的需求。数据传送单元202将压缩后的视频数据发送到学生终端。

在一边通过数据采集装置10录制教师讲课的视频数据，一边通过数据传送装置20传送给学生终端的同时，教师通过交互装置30与学生终端之间进行交互。如图4所示，本发明一个实施方式的交互装置30包括：终端图像显示单元301，用于显示来自学生终端的图像；终端选择单元302，用于选择至少一个学生终端；通信单元303，用于与所选择的学生终端之间进行通信。

终端图像显示单元301可以是设置于专用教室中的、放置在便于教师操作位置处的显示屏，显示学生的图像。图5中示出终端图像显示单元301所显示内容的一个例子，其中的头像1～8代表了作为示例的8个事先登记的学生图像。

作为一种优选的实施方式，如图6所示，交互装置30还包括终端图像接收单元304，用于实时地接收在学生终端处通过摄像头等获得的学生图像，通过图像终端图像显示单元301显示。教师一边讲课一边通过终端图像显示单元301观察学生的状态，包括学生是否在认真听讲，是否有走神、打瞌睡的情况，或者有是否希望与教师进行交互的动作等。

当教师要向某个学生提问、请其回答问题时，或者当教师发现某个学生的状态不佳、需要提醒时，通过终端选择单元302来选择相应的学生终端。可以通过多种方式来进行学生终端的选择，作为一个例子，可以通过鼠标点击或手指触摸图5中的学生头像区域来进行。可以为每个学生终端赋予一个终端标记，可以采用序列号的形式，例如图5中的1、2、3、…8，也可以是学生的姓名。当某个学生终端被终端选择单元302选择后，通信单元303根据所选择的学生终端的终端标记，与相应的学生终端之间进行通信。

通信单元303与相应的学生终端之间的通信可以包括提醒消息的发送和来自学生终端的消息的接收等。提醒消息包括预设的例如“不要走神、认真听课。”、“有没有没听懂的？”、“请你来回答问题”等等。来自学生终端的消息的接收包括对上述问题的答复，也包括学生终端主动发起的问题的提问等。

通过本发明的上述实施方式的教师系统，教师能够观察到每个学生的状态并给予提醒，并且能够通过点名回答问题等来掌握授课内容的接受情况，从而学生能够感受到教师对其的关注，也能够及时反馈自己的疑难问题，这样能够最大程度地获得如同现场教学一样的授课效果。

学生系统

图7是本发明的学生终端的一种实施方式的构成示意图。如图7所示，本实施方式的学生终端包括：视频数据接收装置40，用于实时接收来自教师系统的视频数据；播放装置50，用于播放所接收的视频数据；终端图像传送装置60，用于传送学生终端处的图像；终端通信装置70，用于与教师系统之间进行通信。

通过视频数据接收装置40和播放装置50，学生能够实时学习教师讲授的内容。通过终端图像传送装置60，学生终端处的图像被传送给教师系统。例如通过学生终端处设置的摄像头获得学生的图像，并将该图像实时传送给教师系统，以显示在教师系统的终端图像显示单元301上，从而教师可以观察学生的状态。

终端通信装置70可以是麦克风、扬声器等，当学生有问题想提问时，可以通过终端通信装置70与教师系统之间进行音频通话，也可以接受来自教师系统的提问或提醒。

优选地，学生终端还包括视频解压装置，用于在所接收的视频数据是压缩视频数据的情况下，将该压缩视频数据进行解压，播放装置50播放解压后的视频数据。

交互式在线教学方法

本发明的另一个方面提供一种交互式在线教学方法，如图8所示，在步骤s810中，实时获取教师讲课的视频数据。视频数据可以通过布置在专用教室的适当位置处的各种视频摄制设备来获取。

在步骤s820中，向学生终端传送所获取的视频数据，由于原始视频数据存储空间大并且传输占用带宽大，因此优选地例如采用h.264标准或h.265标准，对原始的视频数据进行编码压缩，降低视频大小和占用带宽，满足实时传输的需求，并将压缩后的视频数据发送到学生终端。

在步骤s830中，与学生终端进行交互，例如提醒学生注意听讲、向学生提问或回答学生提出的问题等。

优选地，在本发明的一种实施方式的交互式在线教学方法中，如图9所示，与学生终端进行交互的步骤s830如下进行。

在步骤s910中，显示学生终端的图像。学生终端的图像既可以是事先登记的学生图像，也可以是实时地接收到的、在学生终端处通过摄像头等获得的学生图像。教师一边讲课一边观察学生的状态，包括学生是否在认真听讲，是否有走神、打瞌睡的情况，或者有是否希望与教师进行交互的动作等。

在步骤s920中，选择至少一个学生终端。可以通过点击所显示的终端图像来选择。

在选择了学生终端之后，在步骤s930中，与所选择的学生终端之间进行通信。这种通信可以包括提醒消息的发送和来自学生终端的消息的接收等。提醒消息包括预设的例如“不要走神、认真听课。”、“有没有没听懂的？”、“请你来回答问题”等等。来自学生终端的消息的接收包括对上述问题的答复，也包括学生终端主动发起的问题的提问等。

根据本发明的交互式在线教学方法，教师能够实时地向学生讲授课程内容，并且随时观察每个学生的动态并进行交互，从而能够最大限度地模拟现场教学的气氛，克服单向网络授课枯燥单调、学生缺乏参与感和被关注感的问题，提高网络授课的效果，同时克服现场授课浪费时间和精力的缺陷。

综上所述，本发明提供了如下技术方案：

1、一种教师系统，包括：

数据采集装置，用于实时获取教师讲课的视频数据；

数据传送装置，用于向学生终端传送视频数据；

交互装置，用于与学生终端进行交互。

2、根据技术方案1所述的教师系统，其特征在于，所述交互装置包括：

终端图像显示单元，用于显示学生终端的图像；

终端选择单元，用于选择至少一个学生终端；

通信单元，用于与所选择的学生终端之间进行通信。

3、根据技术方案2所述的教师系统，其特征在于，

每个学生终端被赋予一个终端标记，通信单元根据终端选择单元所选择的学生终端的终端标记，与相应的学生终端之间进行通信。

4、根据技术方案1-3中任意一项所述的教师系统，其特征在于，所述交互装置还包括：

终端图像接收单元，用于接收来自学生终端的图像。

5、根据技术方案2-4中任意一项所述的教师系统，其特征在于，

所述通信单元与学生终端之间的通信包括提醒消息的发送和来自学生终端的消息的接收。

6、根据技术方案1-5中任意一项所述的教师系统，其特征在于，所述数据采集装置包括：

图像处理单元，用于获取图像并转换为图像信号；

音频处理单元，用于获取声音并转换为音频信号；

合成单元，将所述图像信号和所述音频信号合成为视频数据。

7、根据技术方案1-6中任意一项所述的教师系统，其特征在于，所述数据传送装置包括：

视频压缩单元，对视频数据进行压缩；和

数据传送单元，将压缩后的视频数据发送到学生终端。

8、一种学生终端，包括：

视频数据接收装置，用于实时接收来自教师系统的视频数据；

播放装置，用于播放所接收的视频数据；

终端图像传送装置，用于传送学生终端处的图像；

终端通信装置，用于与教师系统之间进行通信。

9、根据技术方案8所述的学生终端，其特征在于，还包括：

视频解压装置，用于在所接收的视频数据是压缩视频数据的情况下，将该压缩视频数据进行解压，

所述播放装置播放解压后的视频数据。

10、一种交互式在线教学系统，包括技术方案1～7中任一项所述的教师系统和技术方案8或9所述的学生终端。

11、一种交互式在线教学方法，包括以下步骤：

实时获取教师讲课的视频数据；

向学生终端传送视频数据；

与学生终端进行交互。

12、如技术方案11所述的交互式在线教学方法，其特征在于，与学生终端进行交互的步骤包括：

显示学生终端的图像；

选择至少一个学生终端；

与所选择的学生终端之间进行通信。

13、一种计算机可读存储介质，存储有程序代码，所述程序代码被处理器执行时实现根据技术方案11或12所述方法的步骤。

而且，本发明还提出了一种由机器可读取的指令代码构成的程序产品。所述指令代码由处理器读取并执行时，可执行上述根据本发明实施方式的方法。

相应地，存储有上述机器可读取的指令代码的存储介质，以及包含所述存储介质以及运行所述存储介质上的所述指令代码的处理器的计算设备，也包括在本发明的公开中。所述存储介质包括但不限于软盘、光盘、磁光盘、存储卡、存储棒等等。

以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。并且，在本发明的结构中，各部件是可以分解和/或重新组合的，这些分解和/或重新组合应该视为本发明的等效方案。