一種基于腦電波采集的課堂教學監(jiān)測方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于腦電波采集的課堂教學監(jiān)測方法及系統(tǒng)，主要監(jiān)測課堂教學中學生腦電波的波動情況，為講課教師提供學生聽課中真實客觀的反應。
【背景技術(shù)】
[0002]從相關文獻資料可知，人類的心理活動變化與自身的腦電波變化存在一定的關聯(lián)，學習過程也是如此。人在專心學習、注意力集中時，大腦頻率處于α波(頻率范圍8-13ΗΖ)，此時腦波比較平穩(wěn)，是人們學習與思考的最佳腦波狀態(tài)。當學習興奮，或精神緊張時，大腦頻率處于β波(頻率范圍14Hz以上)，此時腦波頻率變快，幅度加大，適當?shù)摩虏▽ψ⒁饬μ嵘约罢J知行為的發(fā)展有積極作用，但持續(xù)時間較短，且易疲勞。當學習疲勞、精神松弛時，大腦頻率處于Θ波(頻率范圍4-8Ηζ )，此時腦波整體比較雜亂，且頻率逐漸變慢，人的意識逐漸渙散，身體深沉放松，此時對觸發(fā)深沉記憶、強化長期記憶等幫助極大。
[0003]在課堂教學中，教師在講課的同時，通常會觀察學生的反應，并根據(jù)實際情況調(diào)整自己的教學方法與方式，從而達到較好的教學效果。如何觀察學生的反應，教學經(jīng)驗豐富的教師可以通過學生的面部表情以及肢體動作來大致判斷。但這是一種主觀判定，會因教師和學生的個體差異受到影響，加上班級學生數(shù)量普遍偏多，教師教學水平高低不一，很難及時準確把握整個班級的教學情況。另外，目前對于教師課堂教學評價主要是通過隨堂聽課來獲得，由于是主觀評定，與真實的教學效果存在著一定的偏差。
[0004]如果在教學過程中，及時采集學生腦電波信息，將學生的專注度和放松度量化，就可以為教師觀察學生的反應提供重要的輔助手段，并為教學效果評價提供重要的客觀數(shù)據(jù)支持。而目前腦電波感應器的微型化和低成本化，使這種手段變得容易實現(xiàn)。
[0005]現(xiàn)有文獻中，公開了一些利用腦電波感應器幫助學習和訓練的系統(tǒng)，如:中國發(fā)明專利申請CN 103736284 A公開了一種腦電智能釣魚玩具，使用腦電波傳感器采集腦電波，并計算注意力指數(shù)，根據(jù)注意力指數(shù)的變化來控制釣具釣魚。中國發(fā)明專利申請CN104147796 A公開了一種腦電智能泡泡機玩具，使用腦電波傳感器采集腦電波，并計算注意力指數(shù)，根據(jù)注意力指數(shù)的變化來吹出泡泡。上述兩個發(fā)明專利是利用腦電波感應器，采用玩具形式來訓練提高操作者大腦的注意力，并沒有提出利用腦電波信息為教學過程提供幫助的方法和系統(tǒng)。
[0006]中國實用新型專利CN 203242184 U公開了一種無線移動學習的遠程虛擬教師系統(tǒng)，通過采集腦電波、皮溫和脈搏信息送至遠端管理平臺，根據(jù)分析比對完成對學習者的管理與監(jiān)督。該實用新型主要是用于幫助學習者了解自身在學習過程中的學習效果，以提高學習者自主學習的效率。該專利實際使用對象為學習者，未提出以教師為使用對象的信息，也未公開如何通過采集分析腦電波數(shù)據(jù)為教師的課堂教學提供輔助和評價的方法或系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決課堂教學中教師無法及時客觀獲取學生的學習狀況，本發(fā)明提出了一種基于腦電波采集的課堂教學監(jiān)測方法及系統(tǒng)，通過實時獲取被檢測學生的腦電波數(shù)據(jù)，成為教師教課的重要輔助工具。
[0008]本發(fā)明的課堂教學監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)方案如下:
該系統(tǒng)包括用于腦電波感應與傳輸?shù)牟杉K端、用于構(gòu)建無線局域網(wǎng)絡的無線路由器、用于存儲腦電波數(shù)據(jù)的服務器、用于為講課教師提供分析數(shù)據(jù)的監(jiān)測終端和用于記錄課堂情況的網(wǎng)絡攝像器。
[0009]其采集終端包括腦波感應器、微處理器模塊、WIFI模塊，其中:微處理器模塊通過腦波感應器獲取被采集學生的腦電波數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理組幀后，經(jīng)WIFI模塊從無線局域網(wǎng)送至服務器。服務器運行有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理模塊，將采集終端上傳的腦波數(shù)據(jù)解析并存入數(shù)據(jù)庫中。監(jiān)測終端經(jīng)局域網(wǎng)從服務器的數(shù)據(jù)庫中獲取并顯示各采集終端的腦波數(shù)據(jù)，為講課教師實時提供被采集學生腦電波的個體波動信息和整體波動信息。網(wǎng)絡攝像器安裝于課堂的多個位置，記錄教師和被采集學生教與學的過程；網(wǎng)絡攝像器的記錄時間與所述服務器系統(tǒng)時間同步。
[0010]其個體波動信息包括被采集學生課堂上專注度指數(shù)和放松度指數(shù)的變化情況，并顯示在監(jiān)測終端的軟件界面上；當某個被采集學生的所述專注度指數(shù)低于設定下限值，將顯示該學生注意力不集中的警示；當某個被采集學生的所述放松度指數(shù)低于設定下限值，將顯示該學生過于緊張的警示；當某個被采集學生的所述放松度指數(shù)高于設定上限值，將顯示該學生過于放松的警示。
[0011]其整體波動信息為所有被采集學生課堂上專注度均值和放松度均值的曲線圖，顯示在監(jiān)測終端的軟件界面上；當專注度均值低于設定下限值，將顯示學生整體注意力不集中的警示；當放松度均值低于設定下限值，將顯示學生整體過于緊張的警示；當放松度均值高于設定上限值，將顯示學生整體過于放松的警示。
[0012]本發(fā)明實時存儲并顯示被測個體與整體的腦電波相關指數(shù)異常的情況，為教師及時了解學生思維情況提供了客觀數(shù)據(jù)支持。系統(tǒng)采用無線局域網(wǎng)組建網(wǎng)絡，還具備了組網(wǎng)靈活和采集便捷的特點。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的課堂教學監(jiān)測系統(tǒng)整體架構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0014]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。
[0015]本發(fā)明的課堂教學監(jiān)測系統(tǒng)的整體架構(gòu)示意圖如圖1所示，包括用于腦電波感應與傳輸?shù)牟杉K端、用于構(gòu)建無線局域網(wǎng)絡的無線路由器、用于存儲腦電波數(shù)據(jù)的服務器、用于為講課教師提供分析數(shù)據(jù)的監(jiān)測終端和用于記錄課堂情況的網(wǎng)絡攝像器。
[0016]其中，采集終端包括腦波感應器、微處理器模塊、WIFI模塊，微處理器模塊通過腦波感應器獲取被采集學生的腦電波數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理組幀后，經(jīng)WIFI模塊從無線局域網(wǎng)送至服務器。服務器則運行有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理模塊，將采集終端上傳的腦波數(shù)據(jù)解析并存入數(shù)據(jù)庫中。而監(jiān)測終端經(jīng)局域網(wǎng)從服務器的數(shù)據(jù)庫中獲取并顯示各采集終端的腦波數(shù)據(jù)，為講課教師實時提供被采集學生腦電波的個體波動信息和整體波動信息。網(wǎng)絡攝像器安裝于課堂的多個位置，記錄教師和被采集學生教與學的過程。此外，網(wǎng)絡攝像器的記錄時間與所述服務器系統(tǒng)時間同步。
[0017]在課堂教學開始前，啟動教室的無線局域網(wǎng)絡，全部或部分學生佩戴移動式采集終端并開始采集，啟動網(wǎng)絡攝像器并對準這些被測試學生和講課教師，服務器上開啟數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理模塊，講課教師打開教師電腦中的監(jiān)測終端軟件，完成系統(tǒng)啟動準備工作。
[0018]目前的腦電波傳感器可以直接提取被測試者的α波、β波和Θ波的能量值，并依據(jù)這些信息自動分析獲得量化的專注度指數(shù)和放松度指數(shù)，其判定精確度較高，但對腦電波信號質(zhì)量要求較高。
[0019]在采集的腦電波信號質(zhì)量稍差，無法實現(xiàn)自動分析時，可采用預先采集一