一种基于专注度的课堂辅助教学系统、设备及方法与流程

1.本发明涉及教学辅助设备领域，特别是一种基于专注度的课堂辅助教学系统、设备及方法。


背景技术：

2.现有的线下课堂教育仍然停留在老师讲解，学生被动学习的状态，在这样的教学环境下存在很多教学问题。例如学生们对知识的接受能力不一，有的学生听一遍就会，有的学生则需要反复理解，但是在课堂上，老师只讲解一遍，这样会导致学习能力较差的学生跟不上讲解的节奏；课堂讲课过程中，老师也不能准确把握每个学生在课堂中对哪些知识点更关注，不知道每个学生的困惑点在哪里；不能针对不同的学生专门调整讲课速度或多次讲解。综上，这些教学问题都会影响学生学习的效率。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于专注度的课堂辅助教学系统、设备及方法，以解决现有课堂教学中存在的影响教学效率的问题。
4.本发明采用的技术方案如下：本发明公开了一种基于专注度的课堂辅助教学系统，它包括：脑电信号采集设备，用于采集学生的脑电信号；视频采集设备，用于录制课堂教学视频；主机端，所述主机端用于接收脑电信号采集设备采集到的脑电信号，接收视频采集设备录制的课堂教学视频；所述主机端内设置有脑电信号处理模块和视频处理模块；所述脑电信号处理模块用于处理和解析将脑电信号，得到专注度指数；所述视频处理模块在专注度指数达到设定阈值后，在课堂教学视频的时间轴上做标记，并在视频采集设备停止工作后，从标记点截取预定时长的课堂教学视频并分享至学生端。
5.进一步的，所述主机端内还设置有信息处理模块；所述信息处理模块通过语音识别和图像识别的方式获取课堂教学视频中的语音信息和图文信息，然后根据语音信息和图文信息在网络搜索关联度最高的释义讲解并分享至学生端；和/或所述信息处理模块用于统计课堂教学视频在不同时间点上的标记数量和/或专注度指数，然后生成大数据分析报告并分享至教师端。
6.进一步的，所述主机端内还设置有脑电信号监控模块和设备预警模块，脑电信号监控模块实时监控脑电信号采集设备与主机端间的脑电信号传输状态和/或物理连接状态，当脑电信号传输状态和/或物理连接状态发生故障时，设备预警模块发出报警信息。
7.本发明还公开了一种基于专注度的课堂辅助教学设备，它包括：脑电信号采集模块，用于采集学生的脑电信号并发送给mcu；
视频采集模块，用于录制课堂教学视频并发送给mcu；脑电信号处理模块，用于接收mcu发送的脑电信号，并处理和解析将脑电信号，得到专注度指数；视频处理模块，在专注度指数达到设定阈值后，在课堂教学视频的时间轴上做标记，并在视频采集模块停止工作后，从标记点截取预定时长的课堂教学视频并分享至学生端。
8.进一步的，它还包括信息处理模块，所述信息处理模块通过语音识别和图像识别的方式获取课堂教学视频中的语音信息和图文信息，然后根据语音信息和图文信息在网络搜索关联度最高的释义讲解并分享至学生端；和/或所述信息处理模块用于统计课堂教学视频在不同时间点上的标记数量和/或专注度指数，然后生成大数据分析报告并分享至教师端。
9.进一步的，它还包括脑电信号监控模块和设备预警模块，脑电信号监控模块实时监控脑电信号采集模块与mcu间的脑电信号传输状态和/或物理连接状态，当脑电信号传输状态和/或物理连接状态发生故障时，设备预警模块发出报警信息。
10.本发明还公开了一种基于专注度的课堂辅助教学方法，该方法包括：录制老师课堂教学视频；获取课堂教学时学生的脑电信号；处理和解析将脑电信号，得到专注度指数；当专注度指数达到设定阈值后，在课堂教学视频的时间轴上做标记；停止录制课堂教学视频后，从标记点截取预定时长的课堂教学视频并分享至学生端。
11.进一步的，该方法还包括：通过语音识别和图像识别的方式获取课堂教学视频中的语音信息和图文信息，然后根据语音信息和图文信息在网络搜索关联度最高的释义讲解并分享至学生端。
12.进一步的，该方法还包括：统计课堂教学视频在不同时间点上的标记数量和/或专注度指数，然后生成大数据分析报告并分享至教师端。
13.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：（1）时采集学生们的脑电信号，尤其是对知识点的专注度指数，可获取学生对知识点的关注程度。
14.（2）通过视频采集设备可全程录制老师的课堂教学，作为后续学习的回顾。
15.（3）通过视频处理模块可建立基于学生脑电信号的专注度指数，进而对专注度高的知识点生成短视频并分享给相关学生反复学习。
16.（4）通过本信息处理模块，可同步分享网络上相关知识点的信息，如来历、实例、定义及释义等，形成该知识点的完整的知识网，提升学生的学习效果。
17.（5）通过本信息处理模块，可生成大数据分析报告分享至授课老师，进一步了解本次课堂教学的专注度分布和指数，从而为有效调整课堂教学提供数据基础。
附图说明
18.图1 为课堂辅助教学系统的原理图；图2 为课堂辅助教学设备的原理图；图3为实施例3中的方法流程图；图4为实施例4中的方法流程图。
具体实施方式
19.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
20.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
21.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
22.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
24.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.实施例1如图1所示，本发明公开了一种基于专注度的课堂辅助教学系统，它包括：脑电信号采集设备，用于采集学生的脑电信号；视频采集设备，用于录制课堂教学视频；主机端，所述主机端用于接收脑电信号采集设备采集到的脑电信号，接收视频采集设备录制的课堂教学视频；所述主机端内设置有脑电信号处理模块和视频处理模块；所述脑电信号处理模块用于处理和解析将脑电信号，得到专注度指数；所述视频处理模块在专注度指数达到设定阈值后，在课堂教学视频的时间轴上做标记，并在视频采集设备停止工作后，从标记点截取预定时长的课堂教学视频并分享至学
生端。
26.由于上述方案，通过视频采集设备能够将课堂教学过程进行录制，便于学生后续重复观看；当学生遇到不会的知识点时，总是会更为认真的去听讲，从而专注度指数会提高；通过脑电信号采集设备，采集学生的脑电信号；当专注度指数达到某一阈值时，通过视频处理模块在视频时间轴上标记，然后从标记点截取预定时长的课堂教学视频并分享至学生端；这样能够让学生更有针对性的去回看视频而不是整个视频全部看完，这样更利于提高学习效率，同时，该方式也解决了老师不能准确把握每个学生在课堂中对哪些知识点更关注，不知道每个学生的困惑点在哪里，无法针对性施教的问题。
27.进一步的，所述主机端内还设置有信息处理模块；所述信息处理模块通过语音识别和图像识别的方式获取课堂教学视频中的语音信息和图文信息，然后根据语音信息和图文信息在网络搜索关联度最高的释义讲解并分享至学生端；和/或所述信息处理模块用于统计课堂教学视频在不同时间点上的标记数量和/或专注度指数，然后生成大数据分析报告并分享至教师端。
28.在教学过程中，学生们对知识融会贯通能力的不足，出于好奇心的作用，学生对知识点背后的为什么总是存在探知心理，但是课堂上仅仅是知识点的灌输，缺乏对知识点来历、实例等的学习，导致对知识点很难融会贯通。而在上述方案中，由于信息处理模块的存在，能够使学生很好的获取知识点背后的信息，便于学生加强对知识点的理解，便于将知识点融会贯通，提高学习效率。在上述方案中，信息处理模块，还可以生成成大数据分析报告分享至授课老师，进一步了解本次课堂教学的专注度分布和指数，从而为有效调整课堂教学提供数据基础。
29.进一步的，所述主机端内还设置有脑电信号监控模块和设备预警模块，脑电信号监控模块实时监控脑电信号采集设备与主机端间的脑电信号传输状态和/或物理连接状态，当脑电信号传输状态和/或物理连接状态发生故障时，设备预警模块发出报警信息。
30.由于脑电信号监控模块和设备预警模块的存在，能够有效的保证系统正常稳定运行。
31.本发明的课堂辅助教学系统，在实际使用时，脑电信号采集设备可根据学生的数量来配置，使得主机端可连接一个或多个脑电信号采集设备并接收一个或多个脑电信号；所述脑电信号采集设备为穿戴式头环，所述穿戴式头环包括与头部适配的弧形头环本体以及设于所述弧形头环本体上的电极，所述弧形头环本体内集成有与所述电极依次相连的滤波放大电路和模数转换器；所述视频采集设备为高清摄像头，所述视频采集设备可以设置一个或多个，分布在教室的不同位置；所述主机端可以是电脑、平板或其他智能移动设备；脑电信号采集设备和视频采集设备可以通过无线、蓝牙或其他连接方式与主机端相连。所述学生端和教师端均为学生和老师分别持有的手机端app。
32.使用时，主机端控制视频采集设备开启，全程录制老师的课堂教学视频。学生们佩戴头环，实时采集孩子们的脑电信号并反馈至主机端，主机端内的脑电信号监控模块实时监控脑电信号的传输与连接等物理状态，如发生连接障碍则通过设备预警模块进行报警，提醒用户调试校正设备。脑电信号处理模块实时接收学生们的脑电信号，并通过内置的特定的专注度算法获取学生们的专注度指数。当学生遇到不会的知识点时，总是会更为认真
的去听讲，从而专注度指数会提高。当专注度指数达到某一阈值时，通过视频处理模块在视频时间轴上标记，如01号学生对15分30秒的课堂讲解专注度指数较高；02号学生对20分30秒的课堂讲解专注度指数较高；当课堂教学结束后，视频处理模块根据视频时间轴标记，分别截取预定时长的短视频，如3分钟时长，并对相关的学生进行视频分享，供学生课后反复观看学习。信息处理模块通过语音识别技术和图像识别技术获取视频中的关键词，提取知识点内容，在网络搜索关联度最高的释义讲解，一并分享给相关的学生。同时，生成本次课堂教学的大数据分析报告，汇总学生专注度较高的知识点，通过手机端app分享的方式反馈授课老师，进而让老师后续更有针对性的调整课堂教学。
33.实施例2如图2所示，本发明还公开了一种基于专注度的课堂辅助教学设备，它包括：脑电信号采集模块，用于采集学生的脑电信号并发送给mcu；视频采集模块，用于录制课堂教学视频并发送给mcu；脑电信号处理模块，用于接收mcu发送的脑电信号，并处理和解析将脑电信号，得到专注度指数；视频处理模块，在专注度指数达到设定阈值后，在课堂教学视频的时间轴上做标记，并在视频采集模块停止工作后，从标记点截取预定时长的课堂教学视频并分享至学生端。
34.进一步的，它还包括信息处理模块，所述信息处理模块通过语音识别和图像识别的方式获取课堂教学视频中的语音信息和图文信息，然后根据语音信息和图文信息在网络搜索关联度最高的释义讲解并分享至学生端；和/或所述信息处理模块用于统计课堂教学视频在不同时间点上的标记数量和/或专注度指数，然后生成大数据分析报告并分享至教师端。
35.进一步的，它还包括脑电信号监控模块和设备预警模块，脑电信号监控模块实时监控脑电信号采集模块与mcu间的脑电信号传输状态和/或物理连接状态，当脑电信号传输状态和/或物理连接状态发生故障时，设备预警模块发出报警信息。
36.本实施例和实施例1中公开的课堂辅助教学系统在工作原理上相似，其不同之处在于本实施例的课堂辅助教学设备将各功能模块集成在了一个设备上，例如课堂辅助教学设备可以设置成佩戴头环，其所有功能模块都设置在头环内，这样便于使用和携带；而不像实施例1中脑电信号采集设备、视频采集设备和主机端均是独立的设备均需要单独购买、安装设置或携带。
37.实施例3如图3所示，本发明还公开了一种基于专注度的课堂辅助教学方法，该方法包括：录制老师课堂教学视频；获取课堂教学时学生的脑电信号；处理和解析将脑电信号，得到专注度指数；当专注度指数达到设定阈值后，在课堂教学视频的时间轴上做标记；停止录制课堂教学视频后，从标记点截取预定时长的课堂教学视频并分享至学生端。
38.进一步的，通过语音识别和图像识别的方式获取课堂教学视频中的语音信息和图
文信息，然后根据语音信息和图文信息在网络搜索关联度最高的释义讲解并分享至学生端。
39.进一步的，统计课堂教学视频在不同时间点上的标记数量和/或专注度指数，然后生成大数据分析报告并分享至教师端。
40.通过上述方法，可以帮助老师了解学生们对知识点的专注度指数，可获取学生对知识点的关注程度。录制老师的课堂教学，可作为后续学习的回顾。基于学生脑电信号的专注度指数，进而对专注度高的知识点生成短视频并分享给相关学生反复学习，便于针对性的学习，进而提高学习效率。同时，根据视频中的图文信息，语音信息，进行网络搜索，同步分享网络上相关知识点的信息，如来历、实例、定义及释义等，形成该知识点的完整的知识网，能够进一步的提升学生的学习效果。将大数据分析报告分享至授课老师，进一步了解本次课堂教学的专注度分布和指数，从而为有效调整课堂教学提供数据基础。
41.实施例4如图4所示，本发明还公开了一种基于专注度的课堂辅助教学方法，该方法包括：录制老师课堂教学视频；获取课堂教学时学生的脑电信号；处理和解析将脑电信号，得到专注度指数；当专注度指数达到设定阈值后，在课堂教学视频的时间轴上做标记；停止录制课堂教学视频后，从标记点截取预定时长的课堂教学视频并分享至学生端。
42.进一步的，通过语音识别和图像识别的方式获取课堂教学视频中的语音信息和图文信息，然后根据语音信息和图文信息在网络搜索关联度最高的释义讲解并分享至学生端；或统计课堂教学视频在不同时间点上的标记数量和/或专注度指数，然后生成大数据分析报告并分享至教师端。
43.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。