一种多屏互动教学系统及方法与流程

本发明涉及多媒体教学领域，尤其涉及一种多屏互动教学系统及方法。

背景技术：

随着科技的发展，教育行业也在不断改革，从最初的黑板上板书，到后来的课件投影，再到现在的网络辅助教学，教师的教学方式正越来越便捷、高效。

但主流的网络辅助教学，教师只是将课件推送给学生，再将课件投放在屏幕上进行授课，这样的授课方式，教学系统还是停留在讲课的功能上，教师并不能知道学生的学习情况。

为解决这一问题，中国专利cn103345855b公布了一种用于教学的投影切换系统和投影切换方法，包括服务器、教师终端、学生终端和投影模块，其中，教师终端通过有线网络的方式连入投影模块，在投影仪上显示授课内容，需要进行学员学习状态(或作业)抽查时，学生终端通过无线网络连入投影模块，在投影模块上显示自己的终端内容。

该专利解决了教师不能及时了解学生的学习情况的问题，但该方法的操作效率较低，需要教师终端先退出，再让学生终端接入；如果需要抽查几名学生的学习情况，仅在投影切换的操作上就会消耗不少时间。

技术实现要素：

本发明针对现有网络辅助教学不能高效了解学生学习情况的问题，提供了一种多屏互动教学系统及方法。

本发明提供的基础方案为：

一种多屏互动教学系统，包括教学管理平台、教师终端、学生终端、投影模块和服务器；

所述服务器与所述教学管理平台连接；所述教学管理平台包括教学资源管理模块和用户权限管理模块；所述教学资源管理模块包括课件管理单元，所述课件管理单元用于存放教师的课件；所述用户管理模块包括权限管理单元和用户分组单元；所述权限管理单元用于对所述教师终端及所述学生终端进行权限配置；所述用户分组单元用于按照班级为单位将学生终端和对应的教师终端进行分组形成班级群组；一个教师终端对应多个班级群组；

所述教师终端按照班级群组查看该组学生终端的显示情况；所述教师终端获取学生终端的显示画面发送至投影模块进行显示。

基础方案工作原理及有益效果：

获得授课权限后，上课时，教师终端可以查看学生终端的内容，了解其学习情况，能够很方便的了解学生的学习情况；教师终端也可以将学生终端的内容投放到投影模块上，便于随堂作业的针对性讲解，且操作方便，不用教师终端退出后再让学生终端进行投放，提高了操作效率。

进一步，所述教师终端通过向权限管理单元提出认证请求获得授课权限；所述授课权限包括在教学资源模块上传课件以及查看与其同一班级群组学生终端的显示画面；所述学生终端通过向权限管理单元提出认证请求获得学习权限；所述学习权限包括从所述课件管理单元上下载对应教师终端上传的课件。

通过对教师终端和学生终端的权限设置，有利于对课件的上传和下载。

进一步，所述教师终端通过向权限管理单元提出申请审批合格后获得共享权限；所述共享权限，包括查看及下载其他教师终端上传的课件。

获得共享权限后，教师不仅可以管理自己的课件，还可以查看、下载其他教师的课件，便于相互交流，如某位教师的某些课时上得非常有水平，同学科的教师在获得共享权限后，可以对该教师的课件进行下载学习，提升自我能力。

进一步，所述教学资源管理模块还包括视频管理单元，用于存放教师的授课视频；所述教师终端获得授课权限后，可以上传自己的授课视频；所述教师终端获得共享权限后，可查看及下载其他教师的授课视频。

设置视频管理单元后，教师之间的交流、学习手段更加丰富，并且，和阅读课件相比，观看视频可以更为全面的了解其余教师的授课技巧。

进一步，所述教学资源管理模块还包括用于搜索教师课件及授课视频的搜索单元，所述视频管理单元包括用于在视频下方进行留言的留言版块。

通过搜索单元，方便教师及学生查找需要的资料。加入留言版块后，授课教师通过别的教师的留言反馈，可以知道自己的优缺点；同时，留言者也可以将自己的疑惑发表在留言版块下，授课教师可以进行解答，加深学习交流。

所述教学管理平台还包括投票模块，所述教师终端获得授课权限后可发起投票，并指定对应班级的学生终端进行不记名投票。

通过投票模块的设置，需要统计(如干部竞选)时，教师可将选项公布在投票模块上并发起投票，便于实时统计。

进一步，所述教师终端包括教师中央处理器以及分别与教师中央处理器连接的教师收发模块、教师输入模块和存储该学科知识点的数据库；所述数据库内存储有知识点数据表，所述知识点数据表包括多个知识点编号以及与知识点编号一一对应的知识点内容；

所述教师输入模块包括用于拍摄黑板内容的摄像头以及用于录取教师上课内容的拾音器；所述教师中央处理器实时接收拾音器传递来的音频内容并转换为文本格式形成课堂内容文本；所述课堂内容文本以句子为单位，将每个句子分词为由多个词文本组成的课堂词集合；教师中央处理器将课堂词集合实时传递给学生终端；

教师终端通过教师输入模块将教师当前课堂所讲的课件传递给教师中央处理器，教师中央处理器将课件及摄像头拍摄的黑板内容一起作为显示内容发送给学生终端。

教师终端通过教师输入模块选择学生终端当前显示的课件内容。通过这样的方式，能够使学生终端的显示内容与教师的讲课节奏同步。

进一步，所述学生终端包括学生中央处理器以及与之电连接的学生显示屏；学生中央处理器内设置有用于表示该学生各个知识点掌握程度的难度等级表；所述难度等级表对应每个知识点编号设置有关键词集合，关键词集合中的每个关键词对应一个难度系数，该关键词集合对应的所有难度系数形成难度系数集合；学生中央处理器通过对比当前课堂词集合和所有知识点的关键词集合，确定与当前课堂词集合最相近的目标关键词集合；学生中央处理器提取并识别目标关键词集合对应的难度系数集合，当难度系数集合中的某些难度系数超出指定范围时，学生中央处理器将教师终端传递给学生终端的显示内容以全屏形式显示在学生显示屏上。

通过这样的方式，当学生终端接收到教师终端实时发送的课堂词集合后，学生中央处理器会将课堂词集合与该学生终端的所有关键词集合进行对比，匹配出最接近的关键词集合以及难度等级表中与关键词集合所对应的难度系数集合(难度系数表示学生学习对应关键词的掌握情况，如1级为掌握，2级为似懂非懂，3级为不懂)，当学生中央处理器识别出该难度系数集合中的某些难度系数超出指定范围(即对该难度系数对应的关键词的掌握情况不理想)时，学生中央处理器将接收到的教师终端的内容以全屏的形式进行显示。

这样的学习方式，更加具有针对性，学生对于自己还未掌握的知识点可以进行针对性的学习，对于已经掌握的知识点，则可以选择跟着教师进行再次复习或者自己进行习题练习。由于每个学生的学习能力不同，本系统可以对每个学生进行课堂实时提醒，让其自己合理安排学习内容的同时，也不会错过还未掌握的知识点的学习。

本发明还提供一种多屏互动教学方法，包括以下步骤：

s1教师终端、学生终端在权限管理单元进行身份认证；教师终端向权限管理单元申请共享权限；

s2教师终端身份认证后获得授课权限,用户分组单元将其加入同科目的教师群组以及授课班级的班级群组；学生身份认证后获得学习权限，用户分组单元将其加入班级群组；

s3获得授课权限的教师终端向课件管理单元上传课件；获得学习权限的学生终端，在课件管理单元上下载班级群组内授课教师上传的课件；

s4获得共享权限的教师终端在课件管理单元上查看并下载其他教师上传的课件；

s5上课时，获得授课权限的教师终端查看班级群组内学生终端的显示画面，并将其投放到投影模块上。

通过该方法，能够利用教师终端和学生终端使课堂教学更加方便，有利于教学质量的提高。同时，因为分组设置，有利于包括课件等学习资料的传送和获取，有利于授课教师对该组学生学习情况的检查。

进一步，在s3中，获得授课权限的教师终端向视频管理单元上传授课视频；在s4中，获得共享权限的教师终端在视频管理单元上查看及下载其他教师上传的授课视频。

进一步，在s4获得共享权限的教师终端在授课视频下方留言，授课教师进行回复；

在s3中，获得学习权限的学生终端可以搜索授课教师的课件；s4中，获得共享权限的教师终端可以搜索教师的课件及授课视频。

附图说明

图1为本发明一种多屏互动教学系统及方法实施例一的逻辑框图；

图2为本发明一种多屏互动教学系统及方法实施例一的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

具体实施过程如下：

如图1所示，本发明提供了一种多屏互动教学系统，包括教学管理平台、服务器、教师终端、学生终端和投影模块。

本实施例中的服务器为阿里云4核8g云服务器，教学管理平台与服务器连接，教学管理平台包括教学资源管理模块、用户管理模块和投票模块。

教学资源管理模块包括课件管理单元、视频管理单元和搜索单元；课件管理单元用于按学科分类存放教师的课件；视频管理单元用于按学科分类存放教师的授课视频。

用户管理模块包括权限管理单元和用户分组单元，权限管理单元用于对平台的用户进行权限配置，用户分组单元用于对学生终端及教师终端进行分组；

学生终端在权限管理单元进行用户实名认证，包括所在班级，认证成功后默认拥有学习权限，同时，用户分组单元将其添加入对应的班级群组中。

教师终端在权限管理单元进行用户实名认证，包括授课班级及教授科目，认证成功后默认拥有授课权限，同时，用户分组单元将其添加入授课的班级群组以及教学科目的教师群组。

本实施例中认证的审核方式为人工审核，用户进行认证时，需填写完整的教学或学习资料，并上传个人照片，由人工进行审核。

拥有学习权限的学生，可以在课件管理单元上下载对应授课教师的教学课件进行学习。

拥有授课权限的教师终端，可以在课件管理单元上传自己的教学课件，还可以在视频管理单元上传自己的授课视频，授课视频可以是教师自己录制，也可以是教师上公开课时由学校录制。

同时，拥有授课权限的教师，可以通过教师终端查看班级群组内的学生终端的画面，查看其画面是否与授课进度同步，以此来了解学生的学习状态，是在认真听课还是在走神开小差。教师终端还可以将查看的画面在投影模块上进行投放，本实施例中的投影模块为电子白板，型号为鸿合i583-94寸，电子白板不仅能进行投影操作，还能用智能笔进行书写，便于板书和思路讲解。讲解作业时，教师终端将抽查的学生终端的画面在投影模块上进行投放，再配合电子白板的智能笔进行涂画讲解即可。

现有的教学方式，教师在进行作业讲解时，需要教师退出投影模块的投放，再让学生进行投放。和现有技术相比，本系统在进行作业讲解时的效率得到了提高。如果讲解作业的学生的数量较多，仅在作业的投影操作上就能够节约不少的时间，若在投影流程上浪费时间，很可能出现拖堂现象。如果能充分利用上课时间，就能减少拖堂现象，学生下课时就能放松上课时紧绷的神经。现在学生的学习任务越来越重，劳逸结合才能更好的提高学习效率。

教师终端可以向权限管理单元申请共享权限，本实施例中共享权限的申请方式为推荐方式，申请教师需要三位同科目教师进行联名推荐，满足条件即可通过申请。由于存在同科目教师群组，教师共享权限的申请条件较为容易通过。这种申请方式，可以加强教师之间的交流，教师之间更能够了解彼此的优劣势，取长补短、共同进步。

拥有共享权限的教师终端，可以在课件管理单元上查看及下载别的教师的课件。大多数教师都有自己擅长的领域，当教师在某几章节的备课不是很理想时，可以借鉴其他教师的课件进行学习，教师之间通过这种资源共享和相互学习，能够提高整体的教学质量。拥有共享权限的教师终端，还可以在视频管理单元上查看及下载别的教师的授课视频，和课件相比，视频的观感更为直观，学习的效果更好。

现阶段，教师之间的主要的交流方式还是线下研讨会，这样的方式流程化程序较多，效率不高，且每个教师的情况不同，擅长和薄弱的地方也有差异，研讨会由于形式及时间的关系，教师并不能很好的展示自己的特长，也不能对薄弱的环节进行针对性学习。

本系统通过共享权限的设置，教师可以针对自己的薄弱环节，在教学资源管理模块上查找该环节能力突出的教师的课件进行下载学习，还能够查找该教师的授课视频进行观摩学习，看该教师是用怎样的方式将课件的内容用于授课的。通过这样的方式，教师可以较好的完善自己的薄弱环节，为学生提供更好的授课质量。

视频管理单元设置有留言版块，在观看完视频资源后，教师可以在对应的视频下方进评价行留言，或者将自己的疑惑进行留言；授课的教师在看到留言后可以知道自己的授课中的优缺点，同时可以对带疑惑的留言进行解答；其他教师看到留言单元的疑惑及解答后，对授课视频时的吸收效果也会更好。

课件管理单元由于同时面向学生，教师的负面留言可能会对学生造成不好的影响，因此留言单元版块单独设置在视频管理单元内。

教学资源管理模块中的搜索单元，让教师在查找需要的资源时更加高效，输入课程内容或教师名字的关键词即可。本实施例中搜索后的排序包括下载量排序和留言量排序，可以选择根据授课视频的下载量或留言量进行降序排列，课件管理单元默认所有课件的留言量均为零，搜索后按下载量降序排列。

搜索单元让学生在查找授课教师的课件也能够更高效，输入关键词“教师名字+科目+教学章节”即可。

教学管理平台的投票模块，拥有授课权限的教师可以在投票模块上发起投票，并指定某个班级群组内的学生进行不记名投票。

设置投票模块后，在遇到意见分歧，需要数据统计时，可以通过不记名投票的方式来解决。比如，教师对下节课的内容安排有疑惑，是讲解新课传授新知识、作业讲解进行阶段性测试，这时就可以发起投票，并指定对应班级的学生进行投票，根据投票结果来确定下节课的内容。

不记名投票的方式，让学生在某些投票(如干部竞选)时没有顾忌，可以完全按照自己的意愿来投票。

如图2所示，本实施例还包括一种多屏互动教学方法，包括：

s1教师终端、学生终端在权限管理单元进行身份认证；教师终端向权限管理单元申请共享权限；

s2教师终端获得授课权限后,用户分组单元将其加入同科目的教师群组以及授课班级的班级群组；学生终端获得学习权限，用户分组单元将其加入班级群组；

s3获得授课权限的教师终端向课件管理单元上传课件，向视频管理单元上传授课视频；获得学习权限的学生终端，在课件管理单元上，搜索并下载班级群组内授课教师的课件；

s4获得共享权限的教师终端在课件管理单元上搜素、查看及下载其他教师的课件，在视频管理单元上搜素、查看及下载其他教师授课视频；

s32获得共享权限的教师终端在授课视频下方留言，授课教师进行回复；

s5上课时，获得授课权限的教师终端查看班级群组内学生终端的画面，并将其投放到投影模块上；

s51获得授课权限的教师在投票模块上发起投票，并指定对应班级群组的学生终端进行不记名投票。

实施例二

与实施例一相比，不同的是，一种多屏互动教学系统中的教师终端包括：

教师中央处理器，用于进行数据处理；

教师收发模块，用于和学生终端进行数据传输；

教师输入模块，用于采集教师的授课信息；教师输入模块包括摄像头及拾音器，摄像头用于拍摄黑板内容，拾音器用于录取教师语音授课内容；

教师显示屏，用于显示学生终端的画面内容，用于显示教师上传课件内容；

数据库，用于存储教师教授的学科的所有知识点，该知识点可以是文本格式、音频格式或者视频格式；数据库内存储有知识点数据表，知识点数据表包括多个知识点编号，以及与知识点编号一一对应的知识点内容；

切换单元，用于切换学生终端的显示画面，教师可以根据当前的教学重点，调整学生终端的显示画面为课件内容或摄像头拍摄的黑板内容。切换单元可以直接用键盘等器件，通过不同的键来切换教师终端发送给学生终端的显示内容，利用现有技术使学生终端的显示内容与教师正在教授的内容同步，使教师通过教师终端能够合理控制教学节奏，使学生能够通过学生终端达到提高课堂学习质量的目的。

教师收发模块、教师输入模块、教师显示屏均与教师中央处理器电连接。

学生终端包括：

学生收发模块，用于和教师终端进行数据传输；

学生中央处理器，用于进行数据处理；

学生输入模块，用于进行信息输入；

学生存储模块，用于存储学生学习的所有知识点的关键词集合，以及难度等级表；难度等级表，用于记录学生对知识点中各关键词的掌握情况；难度等级表，包括知识点编号以及对应每个知识点的关键词集合和难度系数集合。关键词集合包括多个用来表征该知识点的关键词。难度系数集合对应关键词集合中的每个关键词进行难度等级划分。本实施例中，难度等级具体分为3个等级：1级为掌握，2级为似懂非懂，3级为不懂；通过对每个关键词的难度等级划分，使学生对该知识点编号对应的知识点内容，能够被关键词集合对应的难度系数集合表示出其掌握的学习程度。简言之，每个关键词对应的该知识点内的某一个学习内容，通过难度系数表示学生的学习情况，而对于整个知识点，通过难度系数集合形成的向量表示学生的学习情况。

对于难度系数可以通过平时的作业或者考试的形式的对错记录获取并实时更新，例如对于该知识点编号对应的知识点，在第一个关键词对应的内容上，可以通过迄今为止考过该内容的题目数量与该学生此类题目的错误数量，用错误数量除以总题目数量，再乘以十或者一百，取整数，得到该关键词对应的难度系数。具体难度系数的算法也可以采用其他设置。对于未学过的知识点，其所有难度系数设置为最高难度的初始值，对应本实施例，即所有难度系数设置为3。

学生显示屏，学生显示屏包括双界面显示及全屏显示两种模式。一般情况下，学生显示屏处于双界面显示，其中一个显示界面为学生操作界面，另一个界面为教师终端显示界面。

学生收发模块、学生输入模块、学生显示屏和学生存储模块均与学生中央处理器电连接。

本实施例中，学生显示屏的初始模式为双界面模式，该技术为现有技术，如弹幕直播网站中中间播放视频，右边(或左边)进行弹幕输入及弹幕显示。

初始状态时，学生显示屏的右半屏显示的是教师的授课内容，教师中央处理器将课件及摄像头拍摄的黑板内容一起作为显示内容发送给学生终端后，学生显示屏的右半屏进行显示，教师终端的切换模块可以控制学生显示屏右半屏的显示内容(显示黑板内容或课件内容)；

学生显示屏的左半屏显示的是学生操作界面，界面内容为随堂习题，也可以为笔记记录版块或其他学生可以自主操作的模块。

本实施例中的教师终端与学生终端均为平板电脑，型号为华为平板m3。

在授课时，拾音器对教师的声音进行录取并生成音频传输给教师中央处理器，教师中央处理器在将该音频转换为文本格式，该技术为现有技术，本实施例中采用的是科大讯飞股份有限公司的讯飞输入法的技术。

这个文本记录了当前教师教课的内容，此文本以句子为单位，每个句子分词为由多个词文本组成的课堂词集合，词文本表示教师授课中知识点的关键词，课堂词合集，即是当前实时授课内容的知识点的关键词合集。

生成当前课堂词集合后，教师中央处理器将当前课堂词集合发送给学生终端，学生终端接收到当前课堂词集合后，学生中央处理器将当前课堂词集合与学生终端内存储的所有知识点的关键词集合进行分析比对，分析出当前课堂词集合所述知识点，并对学生终端对该知识点的掌握情况进行识别。

如果难度系数表内关于该知识点包含的所有关键词的难度系数均为1级(掌握)，则表明学生对该知识点已经完全掌握，学生在老师讲解该知识点时，可以自己合理的安排学习内容。此时，学生显示屏还是保持初始的双界面模式，学生可以选择跟着老师复习并在左半屏记录复习心得，也可以在左半屏进行对应的随堂练习。

如果难度系数表内该知识点包含的关键词中，有难度系数为2级(似懂非懂)或3级(不懂)的关键词，则表明学生对该知识点并未完全掌握，此时，学生中央处理器强制将学生显示屏右半屏的显示内容(授课内容)进行全屏显示，以此来提醒学生该知识点(关键词)还没有掌握，请跟着老师认真学习。

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。