[發明專利]基于學習行為的智能科技教學系統及控制方法

在審

• 申請號: 202010441433.6
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111429044A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 王飛躍;劉希未;羅紀龍;宮曉燕;荊思鳳;唐瑛;熊剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/20;G06N20/00;G09B5/02
• 代理公司: 北京市恒有知識產權代理事務所(普通合伙) 11576
• 代理人: 郭文浩;尹文會

本發明屬于智能教學領域，具體涉及了一種基于學習行為的智能科技教學系統及控制方法，旨在解決現有科技教學系統對學生綜合測評效果不佳，導致課程和教學推薦建議難以滿足要求的問題。本發明包括：數據采集與存儲子系統，采集學習者視頻并提取行為特征以及采集每個元件在學習過程中的移動信息后進行信息存儲；數據分析與處理子系統，對信息進行數據降維后計算學習者各科技素質測評結果，并生成可視化的圖形、圖表，通過推薦機制生成課程及教學方法建議。本發明綜合視頻數據和物聯網數據，結合學習認知行為的測評模型，對學習者知識水平、思維能力、科技素養進行綜合評價，通過推薦機制為教學者和學習者提供教學和學習推薦，支持科技教育的個性化。

技術領域

本發明屬于智能教學領域，具體涉及了一種基于學習行為的智能科技教學系統及控制方法。

背景技術

隨著國家新一代人工智能發展戰略和教育綜合改革的推進，產學研各界積極投入，掀起了全民科技教育的大潮，校內校外各類科技類課程和教育裝備大量推出。特別是針對中小學生的人工智能啟蒙教育最為火熱，這使得學生學習到了基礎科技知識、鍛煉了動手實踐能力，并磨練出了解決問題的思維能力。然而，當前良莠不齊的教學設備與教學課程也凸顯出科技教育測評標準的缺失，如何有效評價科技教育對學生綜合素養的提升作用，制定個性化培養方案，是一個亟待解決的問題。

在科技教育領域，傳統評測學生綜合素養的方法是統計學生的紙質或計算機考試試卷，對學生各方面的素質和能力進行多個維度方向的綜合評判，得到可視化的結果。然而，由于試題測試時間和內容有限，使得這種方法不能全面反映學生的知識、能力和素養。同時，考試僅能代表結果性評價，不能深層展示學習過程的動手實踐和思維技能，由考試所體現出的短期教學的效果，難以反映學生的綜合知識水平和素質能力結構，更不能預測學生的發展潛力和未來優勢。

近年來，隨著機器學習和深度學習技術的重大突破，計算機在視覺處理、圖像處理、語音識別等多種應用場景均取得超越人類的能力。基于視頻的學習行為識別技術已經開始應用到智能在線教育平臺、智慧教室、智能監考等方面，并取得顯著效果。然而，視頻行為識別對于遮擋、快速移動等行為會出現識別不準確或者錯誤的情況，所以僅僅依靠視頻行為識別技術開展學生綜合測評效果不佳。

發明內容

為了解決現有技術中的上述問題，即現有科技教學系統對學生的學習過程數據采集不全，從而導致綜合測評效果不佳及個性化教學策略和學習策略推薦難以滿足需求的問題，本發明提供了一種基于學習行為的智能科技教學系統，該智能科技教學系統包括數據采集與存儲子系統和數據分析與處理子系統；

所述數據采集與存儲子系統，用于采集學習者視頻行為信息并提取行為特征，通過設置于學習者學習過程元件中的接觸式傳感器，獲取每個元件在學習過程中的移動信息，并存儲提取的學習者視頻行為信息對應的行為特征以及每個元件在學習過程中的移動信息；

所述數據分析與處理子系統，用于對所述學習者視頻行為信息對應的行為特征以及每個元件在學習過程中的移動信息進行數據降維，并計算學習者各科技素質測評結果后，生成可視化的圖形、圖表；還用于根據可視化的學習者各科技素質測評結果，通過推薦機制生成課程及教學方法建議。

在一些優選的實施例中，所述數據采集與存儲子系統包括視頻信息采集單元、視頻行為提取單元、模塊移動信息采集單元、學習行為數據存儲單元；

所述視頻信息采集單元，用于采集學習者視頻行為信息；

所述視頻行為提取單元，基于所述視頻信息采集單元采集的學習者視頻行為信息，通過基于深度學習的方法提取行為特征；

所述模塊移動信息采集單元，通過設置于學習者學習過程元件中的接觸式傳感器，獲取每個元件在學習過程中的移動信息；

所述學習行為數據存儲單元，用于存儲提取的學習者視頻行為信息對應的行為特征以及每個元件在學習過程中的移動信息。