本發(fā)明屬于教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于課堂學(xué)生行為分析的教學(xué)質(zhì)量評(píng)估方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著技術(shù)的進(jìn)步，多媒體教學(xué)輔助系統(tǒng)被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代教學(xué)中，使原本單調(diào)的教學(xué)更富多樣性和趣味性。長(zhǎng)期以來(lái)，關(guān)于如何跟蹤教師的授課質(zhì)量、如何深入了解學(xué)生對(duì)不同課程或同一課程不同知識(shí)點(diǎn)的興趣度以及如何掌握和比對(duì)不同教師對(duì)同一課程授課的效果，很多研究機(jī)構(gòu)和人員進(jìn)行了大量的研究工作，總體而言，這些研究工作中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要依靠抽查提問(wèn)、問(wèn)卷調(diào)查、任課教師或教學(xué)督導(dǎo)等人員進(jìn)行的隨堂觀察和主觀統(tǒng)計(jì)等方式，存在很大的隨機(jī)性和主觀性，準(zhǔn)確率低，并且統(tǒng)計(jì)過(guò)程煩瑣、費(fèi)時(shí)。當(dāng)前，尚沒(méi)有自動(dòng)、智能和高效的設(shè)備和手段用以提供大規(guī)?？陀^、量化的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，為此，設(shè)計(jì)一種智能高效的教學(xué)質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于課堂學(xué)生行為分析的教學(xué)質(zhì)量評(píng)估方法及系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)在線提供大規(guī)?？陀^、量化的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，提高教學(xué)評(píng)估的準(zhǔn)確率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于課堂學(xué)生行為分析的教學(xué)質(zhì)量評(píng)估方法，包括以下步驟：

步驟一、圖像采集模塊、聲音采集器、拾音器和電磁輻射檢測(cè)儀分別實(shí)時(shí)采集當(dāng)前授課教室內(nèi)的視頻圖像信號(hào)、授課教師的語(yǔ)音信號(hào)、教室環(huán)境噪音信號(hào)和電磁輻射量并傳送至授課計(jì)算機(jī)；

步驟二、授課計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)接收?qǐng)D像采集模塊、聲音采集器、拾音器和電磁輻射檢測(cè)儀傳送的信號(hào)并分別對(duì)其進(jìn)行處理，處理得到的數(shù)據(jù)輸出至服務(wù)器終端；

步驟三、服務(wù)器終端接收授課計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行處理，獲取評(píng)估報(bào)表并進(jìn)行教學(xué)質(zhì)量評(píng)估。

進(jìn)一步的，步驟二中，所述授課計(jì)算機(jī)的處理過(guò)程包括：

對(duì)圖像采集模塊傳送的視頻圖像信號(hào)進(jìn)行識(shí)別和統(tǒng)計(jì)處理，識(shí)別視頻圖像中面向講臺(tái)的人臉數(shù)目、處于低頭狀態(tài)的學(xué)生數(shù)目、處于非正常聽課狀態(tài)的學(xué)生數(shù)目和處于睡覺(jué)狀態(tài)的學(xué)生數(shù)目并進(jìn)行處理，獲取對(duì)應(yīng)的學(xué)生聽課率、學(xué)生低頭率、非正常聽課率和學(xué)生睡覺(jué)率并上傳至服務(wù)器終端；

實(shí)時(shí)接收拾音器傳送的教室環(huán)境噪音信號(hào)和聲音采集器采集的授課教師的語(yǔ)音信號(hào)，并對(duì)前述語(yǔ)音信號(hào)依次進(jìn)行濾波和語(yǔ)音識(shí)別，濾除語(yǔ)音信號(hào)中夾雜的環(huán)境噪音，獲取語(yǔ)音信號(hào)中授課教師講述的高頻詞匯和專業(yè)詞匯并上傳至服務(wù)器終端；

實(shí)時(shí)接收電磁輻射檢測(cè)儀傳送的手機(jī)電磁輻射量并進(jìn)行處理，獲取當(dāng)前教室內(nèi)使用移動(dòng)終端及訪問(wèn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生數(shù)量、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)使用密度和學(xué)生使用手機(jī)率并上傳至服務(wù)器終端；

識(shí)別所述授課計(jì)算機(jī)正在前臺(tái)運(yùn)行的計(jì)算機(jī)進(jìn)程屬性和當(dāng)前活動(dòng)窗口的計(jì)算機(jī)進(jìn)程屬性及文件屬性并上傳至服務(wù)器終端。

進(jìn)一步的，步驟二中，所述授課計(jì)算機(jī)通過(guò)通信模塊與服務(wù)器終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，所述通信模塊包括基于有線以太網(wǎng)的以太網(wǎng)模塊、基于zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的zigbee無(wú)線模塊、wifi模塊和藍(lán)牙模塊。

進(jìn)一步的，包括授課計(jì)算機(jī)、圖像采集模塊、聲音采集器、拾音器、電磁輻射檢測(cè)儀、通信模塊和服務(wù)器終端，所述通信模塊集成于授課計(jì)算機(jī)內(nèi)，所述圖像采集模塊、聲音采集器、拾音器和電磁輻射檢測(cè)儀分別與授課計(jì)算機(jī)輸入端相連，授課計(jì)算機(jī)輸出端與服務(wù)器終端相連并通過(guò)通信模塊與服務(wù)器終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

進(jìn)一步的，所述圖像采集模塊包括若干個(gè)高清攝像頭，用于實(shí)時(shí)拍攝授課教室內(nèi)所有學(xué)生的課堂行為表現(xiàn)并傳送至授課計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

進(jìn)一步的，還包括電源模塊，所述電源模塊采用若干組可充電鋰電池，所述電源模塊與授課計(jì)算機(jī)、圖像采集模塊、聲音采集器、拾音器和電磁輻射檢測(cè)儀相連。

進(jìn)一步的，所述服務(wù)器終端設(shè)有一個(gè)，每個(gè)所述授課教室內(nèi)均設(shè)置若干個(gè)圖像采集模塊、聲音采集器、拾音器和電磁輻射檢測(cè)儀，每個(gè)所述授課教室內(nèi)還設(shè)有一個(gè)授課計(jì)算機(jī)，每個(gè)所述授課教室內(nèi)的圖像采集模塊、聲音采集器、拾音器和電磁輻射檢測(cè)儀均連接至其內(nèi)授課計(jì)算機(jī)輸入端，所有授課計(jì)算機(jī)輸出端均與服務(wù)器終端相連。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明公開了一種基于課堂學(xué)生行為分析的教學(xué)質(zhì)量評(píng)估方法及系統(tǒng)，通過(guò)圖像采集模塊、聲音采集器、拾音器和電磁輻射檢測(cè)儀分別實(shí)時(shí)采集授課教室內(nèi)的視頻信號(hào)、授課教師的語(yǔ)音信號(hào)、教室環(huán)境噪音信號(hào)和電磁輻射量并傳送至授課計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，處理得到的數(shù)據(jù)通過(guò)通信模塊輸出至服務(wù)器終端進(jìn)行下一步處理，獲取用于教學(xué)質(zhì)量評(píng)估的評(píng)估報(bào)表。本發(fā)明提供的基于課堂學(xué)生行為分析的教學(xué)質(zhì)量評(píng)估方法及系統(tǒng)，按照課表、課程、授課內(nèi)容、班級(jí)和授課教師等不同分類形式生成對(duì)應(yīng)的評(píng)估報(bào)表，實(shí)時(shí)在線跟蹤課堂上教師授課質(zhì)量和學(xué)生聽課質(zhì)量，提供客觀、量化和全面的課堂“授”的質(zhì)量與“受”的效果的綜合評(píng)估，為授課教師事后了解和改進(jìn)所授內(nèi)容以及學(xué)校跟蹤教學(xué)質(zhì)量提供量化的數(shù)據(jù)指標(biāo)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)硬件方框圖；

圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1-2所示，一種基于課堂學(xué)生行為分析的教學(xué)質(zhì)量評(píng)估方法，包括以下步驟：

步驟一、通過(guò)圖像采集模塊、聲音采集器、拾音器和電磁輻射檢測(cè)儀分別實(shí)時(shí)采集當(dāng)前授課教室內(nèi)的視頻圖像信號(hào)、授課教師的語(yǔ)音信號(hào)、教室環(huán)境噪音信號(hào)和電磁輻射量并分別傳送至授課計(jì)算機(jī)；

步驟二、授課計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)接收?qǐng)D像采集模塊、聲音采集器、拾音器和電磁輻射檢測(cè)儀傳送的信號(hào)并分別對(duì)其進(jìn)行處理，處理得到的數(shù)據(jù)通過(guò)通信模塊輸出至服務(wù)器終端進(jìn)行下一步處理；

步驟三、服務(wù)器終端接收授課計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行處理，獲取評(píng)估報(bào)表并進(jìn)行教學(xué)質(zhì)量評(píng)估。

在授課教室內(nèi)，授課教師通過(guò)授課計(jì)算機(jī)進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，步驟二中，在正常教學(xué)時(shí)間內(nèi)，授課計(jì)算機(jī)的處理過(guò)程包括：

1、授課計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)接收?qǐng)D像采集模塊連續(xù)拍攝的視頻圖像并對(duì)其進(jìn)行識(shí)別和統(tǒng)計(jì)處理，獲取當(dāng)前授課教室內(nèi)所有學(xué)生的聽課情況，識(shí)別和統(tǒng)計(jì)處理的過(guò)程包括如下步驟：識(shí)別連續(xù)視頻圖像中面向講臺(tái)或教室前方的人臉數(shù)目、處于低頭狀態(tài)的學(xué)生數(shù)目、處于非正常聽課狀態(tài)的學(xué)生數(shù)目和處于睡覺(jué)狀態(tài)的學(xué)生數(shù)目并進(jìn)行處理，獲取對(duì)應(yīng)的學(xué)生聽課率、學(xué)生低頭率、非正常聽課率和學(xué)生睡覺(jué)率并上傳至服務(wù)器終端，通過(guò)授課計(jì)算機(jī)對(duì)連續(xù)的視頻圖像進(jìn)行處理，便于統(tǒng)計(jì)在一定時(shí)間內(nèi)學(xué)生的聽課狀態(tài)，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性；

2、授課計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)接收拾音器傳送的教室環(huán)境噪音信號(hào)和聲音采集器采集的授課教師的語(yǔ)音信號(hào)，授課計(jì)算機(jī)根據(jù)該教室環(huán)境噪音信號(hào)對(duì)前述語(yǔ)音信號(hào)依次進(jìn)行濾波和語(yǔ)音識(shí)別，濾除語(yǔ)音信號(hào)中夾雜的環(huán)境噪音信號(hào)，獲取語(yǔ)音信號(hào)中授課教師在課堂講述中出現(xiàn)的高頻詞匯和專業(yè)詞匯及其出現(xiàn)頻率并傳送至服務(wù)器終端，濾波處理有助于提高語(yǔ)音識(shí)別的準(zhǔn)確率，同時(shí)教室環(huán)境噪音信號(hào)還經(jīng)由授課計(jì)算機(jī)處理后得到不同的環(huán)境噪音等級(jí)并傳送至服務(wù)器終端，用于評(píng)估當(dāng)前授課教室內(nèi)的環(huán)境噪音情況，作為后續(xù)教學(xué)質(zhì)量評(píng)估的參考依據(jù)；

3、授課計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)接收電磁輻射檢測(cè)儀采集的電磁輻射量并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和校正處理，處理得到的數(shù)據(jù)傳送至服務(wù)器終端，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和校正處理的目的是為了更準(zhǔn)確地分析出當(dāng)前課堂上使用手機(jī)等智能移動(dòng)終端并且訪問(wèn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生量級(jí)，獲取當(dāng)前教室內(nèi)使用手機(jī)等移動(dòng)終端及訪問(wèn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生數(shù)量、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)使用密度得到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)使用密度并通過(guò)與授課教室內(nèi)的學(xué)生總數(shù)的比值獲取學(xué)生使用手機(jī)率并傳送至服務(wù)器終端；

4、授課計(jì)算機(jī)追蹤識(shí)別其內(nèi)正在前臺(tái)運(yùn)行的計(jì)算機(jī)進(jìn)程并將識(shí)別到的進(jìn)程名稱上傳至服務(wù)器終端，授課計(jì)算機(jī)還追蹤識(shí)別當(dāng)前活動(dòng)窗口的計(jì)算機(jī)進(jìn)程屬性和文件屬性等數(shù)據(jù)信息并上傳至服務(wù)器終端，計(jì)算機(jī)進(jìn)程屬性包括進(jìn)程名稱、類型、運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、顯示內(nèi)容和顯示內(nèi)容中的高頻詞匯及專業(yè)詞匯，授課教師在選擇office文檔進(jìn)行授課時(shí)，當(dāng)前活動(dòng)窗口為office進(jìn)程，授課計(jì)算機(jī)對(duì)其顯示屏的顯示內(nèi)容進(jìn)行文字識(shí)別并統(tǒng)計(jì)文字中出現(xiàn)的高頻詞匯和專業(yè)詞匯，該識(shí)別和統(tǒng)計(jì)過(guò)程持續(xù)進(jìn)行，以便更加準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)分析出前述高頻詞匯和專業(yè)詞匯；授課教師選擇視頻或音頻文檔進(jìn)行授課時(shí)，當(dāng)前活動(dòng)窗口是視頻或音頻播放進(jìn)程，授課計(jì)算機(jī)對(duì)所播放的視頻文件屬性進(jìn)行收集并傳送至服務(wù)器終端進(jìn)行下一步處理，視頻文件屬性包括視頻文件名稱、視頻標(biāo)題、視頻版權(quán)和視頻播放時(shí)長(zhǎng)等屬性信息，授課計(jì)算機(jī)也會(huì)對(duì)所播放的音頻文件屬性進(jìn)行收集并傳送至服務(wù)器終端進(jìn)行下一步處理，音頻文件屬性包括音頻文件名稱、音頻標(biāo)題、音頻版權(quán)和音頻播放時(shí)長(zhǎng)等屬性信息。

服務(wù)器終端采集每個(gè)授課計(jì)算機(jī)上傳的數(shù)據(jù)信息并對(duì)其進(jìn)行處理得到評(píng)估報(bào)表，通過(guò)內(nèi)置的顯示器進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示并保存于其內(nèi)的存儲(chǔ)模塊內(nèi)，用于實(shí)時(shí)訪問(wèn)前述評(píng)估報(bào)表信息，還可連接打印設(shè)備進(jìn)行在線打印，服務(wù)器終端不斷調(diào)用和讀寫存儲(chǔ)模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)信息，便于用戶隨時(shí)調(diào)取和查看。

通過(guò)服務(wù)器終端獲取評(píng)估報(bào)表的處理過(guò)程包括以下步驟：

服務(wù)器終端接收每個(gè)授課計(jì)算機(jī)上傳的數(shù)據(jù)信息，包括：授課計(jì)算機(jī)的序列號(hào)、數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間、學(xué)生聽課率、學(xué)生低頭率、非正常聽課率、學(xué)生睡覺(jué)率、教室環(huán)境噪音信號(hào)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)使用密度、學(xué)生使用手機(jī)率、授課教師講述的高頻詞匯及專業(yè)詞匯、計(jì)算機(jī)進(jìn)程屬性、文件屬性和計(jì)算機(jī)進(jìn)程的高頻詞匯及專業(yè)詞匯，通過(guò)服務(wù)器終端將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換生成對(duì)應(yīng)的評(píng)估報(bào)表，可實(shí)現(xiàn)按照課表、課程、授課內(nèi)容、班級(jí)和授課教師等用戶需要的不同分類形式生成對(duì)應(yīng)的評(píng)估報(bào)表，實(shí)現(xiàn)了跟蹤課堂上教師授課質(zhì)量和學(xué)生聽課質(zhì)量的自動(dòng)化和智能化，能夠提供客觀、量化和全面的課堂“授”的質(zhì)量與“受”的效果的綜合評(píng)估，為授課教師事后了解和改進(jìn)所授內(nèi)容以及學(xué)校跟蹤教學(xué)質(zhì)量提供量化的數(shù)據(jù)指標(biāo)，進(jìn)而為教學(xué)內(nèi)容改革和教學(xué)質(zhì)量的評(píng)估提供決策支持。

如圖1-2所示，一種基于課堂學(xué)生行為分析的教學(xué)質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)，包括電源模塊、授課計(jì)算機(jī)、圖像采集模塊、聲音采集器、拾音器、電磁輻射檢測(cè)儀、通信模塊和服務(wù)器終端，通信模塊集成于授課計(jì)算機(jī)內(nèi)，授課計(jì)算機(jī)與鍵盤輸入模塊相連，用于接收鍵盤輸入模塊鍵入的鍵碼信息并保存于授課計(jì)算機(jī)內(nèi)置的存儲(chǔ)器中，圖像采集模塊、聲音采集器、拾音器、電磁輻射檢測(cè)儀和電源模塊分別與授課計(jì)算機(jī)的輸入端相連，授課計(jì)算機(jī)的輸出端通過(guò)通信模塊與服務(wù)器終端相連，通過(guò)服務(wù)器終端遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)所有授課教室內(nèi)的教學(xué)情況，服務(wù)器終端設(shè)有一個(gè)，每個(gè)授課教室內(nèi)均安裝一個(gè)授課計(jì)算機(jī)和一個(gè)電源模塊，每個(gè)授課計(jì)算機(jī)具有固定且唯一的序列號(hào)，用于區(qū)分各授課教室的教學(xué)質(zhì)量，每個(gè)授課教室內(nèi)還分別設(shè)置若干個(gè)圖像采集模塊、聲音采集器、拾音器和電磁輻射檢測(cè)儀，每個(gè)授課教室內(nèi)的所有圖像采集模塊、聲音采集器、拾音器、電磁輻射檢測(cè)儀和電源模塊分別與該授課教室內(nèi)的授課計(jì)算機(jī)輸入端相連，所有授課計(jì)算機(jī)輸出端均與服務(wù)器終端相連，授課計(jì)算機(jī)包括信號(hào)處理模塊和用于信息存取的存儲(chǔ)器，授課計(jì)算機(jī)還與鍵盤輸入模塊相連，用于接收鍵盤輸入模塊鍵入的鍵碼信息并保存于存儲(chǔ)器內(nèi)，授課計(jì)算機(jī)通過(guò)設(shè)置于其內(nèi)的信號(hào)處理模塊實(shí)時(shí)接收?qǐng)D像采集模塊、聲音采集器、拾音器和電磁輻射檢測(cè)儀傳送的信號(hào)并分別對(duì)其進(jìn)行處理，處理得到的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器終端，服務(wù)器終端接收并對(duì)其進(jìn)行處理得到評(píng)估報(bào)表并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和保存，便于用戶通過(guò)評(píng)估報(bào)表完成教學(xué)質(zhì)量評(píng)估，電源模塊與授課計(jì)算機(jī)、圖像采集模塊、聲音采集器、拾音器和電磁輻射檢測(cè)儀相連，電源模塊采用若干組可充電鋰電池，電源模塊還可直接接入市電進(jìn)行充電和供電，服務(wù)器終端采用獨(dú)立的電源進(jìn)行供電，服務(wù)器終端內(nèi)置作為備用電源的可充電鋰電池組，服務(wù)器終端還可直接接入市電進(jìn)行充電和供電。

授課計(jì)算機(jī)通過(guò)通信模塊與服務(wù)器終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，本發(fā)明不限定授課計(jì)算機(jī)與服務(wù)器終端之間的數(shù)據(jù)傳輸方式，可采用有線和/或無(wú)線通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通信模塊包括基于有線以太網(wǎng)的以太網(wǎng)模塊、基于zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的zigbee無(wú)線模塊、wifi模塊和藍(lán)牙模塊，均可通過(guò)市購(gòu)獲得，實(shí)用性高，采用無(wú)線通訊方式有助于減少布線，降低評(píng)估成本。

圖像采集模塊包括若干個(gè)安裝于授課教室內(nèi)的高清攝像頭，用于實(shí)時(shí)拍攝當(dāng)前授課教室內(nèi)所有學(xué)生的課堂行為表現(xiàn)并將拍攝的視頻圖像信號(hào)傳送至授課計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，圖像采集模塊的安裝位置需確保拍攝到每張面朝講臺(tái)或教室前方的人臉，聲音采集器用于采集當(dāng)前授課教師的語(yǔ)音信號(hào)并將其傳送至授課計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，聲音采集器安裝于授課教師經(jīng)常活動(dòng)的區(qū)域，包括講臺(tái)和黑板，聲音采集器還可可拆卸式安裝于授課教師的衣物上，拾音器用于采集教室內(nèi)的環(huán)境噪音并將采集到的噪音信號(hào)傳送至授課計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，拾音器與聲音采集器的安裝原則相反，拾音器安裝于教室內(nèi)遠(yuǎn)離授課教師活動(dòng)范圍的區(qū)域，可設(shè)置于遠(yuǎn)離講臺(tái)和黑板的墻角，電磁輻射檢測(cè)儀用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)教室內(nèi)的手機(jī)電磁輻射量并將其傳送至授課計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

本發(fā)明不限定每個(gè)授課教室內(nèi)安裝的圖像采集模塊、聲音采集器、拾音器和電磁輻射檢測(cè)儀的數(shù)目，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活選擇。

實(shí)施例1

如圖1-2所示，一種基于課堂學(xué)生行為分析的教學(xué)質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)，包括電源模塊、授課計(jì)算機(jī)、圖像采集模塊、聲音采集器、拾音器、電磁輻射檢測(cè)儀、通信模塊和服務(wù)器終端，通信模塊集成于授課計(jì)算機(jī)內(nèi)，授課計(jì)算機(jī)與鍵盤輸入模塊相連，用于接收鍵盤輸入模塊鍵入的鍵碼信息并保存于授課計(jì)算機(jī)內(nèi)置的存儲(chǔ)器中，圖像采集模塊、聲音采集器、拾音器、電磁輻射檢測(cè)儀和電源模塊分別與授課計(jì)算機(jī)的輸入端相連，授課計(jì)算機(jī)的輸出端與服務(wù)器終端相連，通過(guò)服務(wù)器終端遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)所有授課教室內(nèi)的教學(xué)情況，服務(wù)器終端設(shè)有一個(gè)，每個(gè)授課教室內(nèi)均安裝一個(gè)授課計(jì)算機(jī)和一個(gè)電源模塊，每個(gè)授課計(jì)算機(jī)具有固定且唯一的序列號(hào)，用于區(qū)分各授課教室的教學(xué)質(zhì)量，每個(gè)授課教室內(nèi)的圖像采集模塊、聲音采集器、拾音器和電磁輻射檢測(cè)儀分別設(shè)置一個(gè)，每個(gè)授課教室內(nèi)的所有圖像采集模塊、聲音采集器、拾音器、電磁輻射檢測(cè)儀和電源模塊分別與該授課教室內(nèi)的授課計(jì)算機(jī)輸入端相連，所有授課計(jì)算機(jī)輸出端均通過(guò)通信模塊與服務(wù)器終端相連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，授課計(jì)算機(jī)包括信號(hào)處理模塊和用于信息存取的存儲(chǔ)器，授課計(jì)算機(jī)還與鍵盤輸入模塊相連，用于接收鍵盤輸入模塊鍵入的鍵碼信息并保存于存儲(chǔ)器內(nèi)，授課計(jì)算機(jī)通過(guò)信號(hào)處理模塊實(shí)時(shí)接收?qǐng)D像采集模塊、聲音采集器、拾音器和電磁輻射檢測(cè)儀傳送的信號(hào)并分別對(duì)其進(jìn)行處理，處理得到的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器終端，服務(wù)器終端接收并對(duì)其進(jìn)行處理得到評(píng)估報(bào)表并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和保存，便于用戶通過(guò)評(píng)估報(bào)表完成教學(xué)質(zhì)量評(píng)估，電源模塊與授課計(jì)算機(jī)、圖像采集模塊、聲音采集器、拾音器和電磁輻射檢測(cè)儀相連，電源模塊采用若干組可充電鋰電池，電源模塊還可直接接入220v交流市電進(jìn)行充電和供電，服務(wù)器終端采用獨(dú)立的電源進(jìn)行供電，服務(wù)器終端內(nèi)置作為備用電源的可充電鋰電池組，服務(wù)器終端還可直接接入220v交流市電進(jìn)行充電和供電。

授課計(jì)算機(jī)通過(guò)通信模塊與服務(wù)器終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通信模塊采用基于zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的zigbee無(wú)線模塊，zigbee無(wú)線模塊采用ti公司的zigbeecc2530芯片，可通過(guò)市購(gòu)獲得，實(shí)用性高，采用無(wú)線通訊方式有助于減少布線，降低評(píng)估成本。

授課計(jì)算機(jī)安裝于講臺(tái)上，圖像采集模塊包括兩個(gè)對(duì)稱安裝于授課教室正前方墻壁的高清攝像頭，可通過(guò)市購(gòu)獲得，用于實(shí)時(shí)拍攝所有學(xué)生的課堂行為表現(xiàn)并將拍攝到的視頻圖像傳送至授課計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，圖像采集模塊的安裝位置需確保拍攝到每張面朝講臺(tái)或黑板的人臉，聲音采集器用于采集當(dāng)前授課教師的語(yǔ)音信號(hào)并將其傳送至授課計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，聲音采集器可拆卸式安裝于授課教師的衣物上，拾音器用于采集教室內(nèi)的環(huán)境噪音信號(hào)并傳送至授課計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，拾音器與聲音采集器的安裝原則相反，拾音器設(shè)置于遠(yuǎn)離講臺(tái)和黑板的墻角，電磁輻射檢測(cè)儀用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)教室內(nèi)的手機(jī)電磁輻射量并將其傳送至授課計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

一種基于課堂學(xué)生行為分析的教學(xué)質(zhì)量評(píng)估方法，包括以下步驟：

步驟一、通過(guò)圖像采集模塊、聲音采集器、拾音器和電磁輻射檢測(cè)儀分別實(shí)時(shí)采集當(dāng)前授課教室內(nèi)的視頻圖像信號(hào)、授課教師的語(yǔ)音信號(hào)、教室環(huán)境噪音信號(hào)和電磁輻射量并分別傳送至授課計(jì)算機(jī)；

步驟二、授課計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)接收?qǐng)D像采集模塊、聲音采集器、拾音器和電磁輻射檢測(cè)儀傳送的信號(hào)并分別對(duì)其進(jìn)行處理，處理得到的數(shù)據(jù)通過(guò)通信模塊輸出至服務(wù)器終端進(jìn)行下一步處理；

步驟三、服務(wù)器終端接收授課計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行處理，獲取評(píng)估報(bào)表并進(jìn)行教學(xué)質(zhì)量評(píng)估。

在授課教室內(nèi)，授課教師通過(guò)授課計(jì)算機(jī)進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，步驟二中，在正常教學(xué)時(shí)間內(nèi)，授課計(jì)算機(jī)的處理過(guò)程包括：

1、每個(gè)授課教室內(nèi)的授課計(jì)算機(jī)接收與其相連的圖像采集模塊實(shí)時(shí)連續(xù)拍攝的視頻圖像并對(duì)其進(jìn)行識(shí)別和統(tǒng)計(jì)處理，獲取當(dāng)前授課教室內(nèi)所有學(xué)生的聽課情況并傳送至服務(wù)器終端，識(shí)別和統(tǒng)計(jì)處理的過(guò)程包括：識(shí)別具有清晰人臉特征且面向教室前方或講臺(tái)的學(xué)生數(shù)量，通過(guò)其與授課教室內(nèi)應(yīng)到學(xué)生總數(shù)的比值獲得學(xué)生聽課率；根據(jù)連續(xù)的視頻圖像識(shí)別頭頂與人臉面部特征的比例，得到當(dāng)前處于低頭狀態(tài)的學(xué)生數(shù)量，通過(guò)其與授課教室內(nèi)應(yīng)到學(xué)生總數(shù)的比值獲得學(xué)生低頭率；根據(jù)連續(xù)的視頻圖像識(shí)別處于低頭狀態(tài)且頭部以下區(qū)域有強(qiáng)于周圍光照亮光的學(xué)生數(shù)目，得到當(dāng)前處于非正常聽課狀態(tài)的學(xué)生數(shù)量，通過(guò)其與授課教室內(nèi)應(yīng)到學(xué)生總數(shù)的比值獲得學(xué)生的非正常聽課率；根據(jù)連續(xù)的視頻圖像識(shí)別具有上半身輪廓但無(wú)完整人臉特征且在連續(xù)的視頻圖像中保持相對(duì)靜止的學(xué)生數(shù)目，進(jìn)而得到當(dāng)前處于睡覺(jué)狀態(tài)的學(xué)生數(shù)量，通過(guò)其與授課教室內(nèi)應(yīng)到學(xué)生總數(shù)的比值獲得學(xué)生睡覺(jué)率；隨后將處理得到的學(xué)生聽課率、學(xué)生低頭率、非正常聽課率和學(xué)生睡覺(jué)率等信息傳送至服務(wù)器終端進(jìn)行下一步處理；

2、授課計(jì)算機(jī)接收拾音器實(shí)時(shí)采集的教室環(huán)境噪音信號(hào)和聲音采集器實(shí)時(shí)采集的授課教師的語(yǔ)音信號(hào)，隨后授課計(jì)算機(jī)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)中夾雜的教室環(huán)境噪音進(jìn)行濾波處理，濾除夾雜的環(huán)境噪音，隨后授課計(jì)算機(jī)對(duì)濾波后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別，獲取授課教師在課堂講述中出現(xiàn)的高頻詞匯和專業(yè)詞匯及其出現(xiàn)頻率并傳送至服務(wù)器終端，濾波處理有助于提高語(yǔ)音識(shí)別的準(zhǔn)確率，同時(shí)教室環(huán)境噪音信號(hào)還經(jīng)由授課計(jì)算機(jī)處理后得到不同的環(huán)境噪音等級(jí)并傳送至服務(wù)器終端，用于評(píng)估當(dāng)前授課教室內(nèi)的環(huán)境噪音情況，作為后續(xù)教學(xué)質(zhì)量評(píng)估的參考依據(jù)；

3、授課計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)接收電磁輻射檢測(cè)儀采集的手機(jī)電磁輻射量并對(duì)其處理，獲取當(dāng)前教室內(nèi)使用手機(jī)和訪問(wèn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的學(xué)生數(shù)量，得到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)使用密度并通過(guò)其與授課教室內(nèi)應(yīng)到學(xué)生總數(shù)的比值獲取學(xué)生使用手機(jī)率并傳送至服務(wù)器終端；

4、授課計(jì)算機(jī)追蹤識(shí)別其內(nèi)正在前臺(tái)運(yùn)行的計(jì)算機(jī)進(jìn)程并將識(shí)別到的該進(jìn)程名稱傳輸至服務(wù)器終端；授課計(jì)算機(jī)還追蹤識(shí)別當(dāng)前活動(dòng)窗口的計(jì)算機(jī)進(jìn)程屬性和文件屬性并上傳至服務(wù)器終端，計(jì)算機(jī)進(jìn)程屬性包括進(jìn)程名稱、類型、運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、顯示內(nèi)容和顯示內(nèi)容中的高頻詞匯及專業(yè)詞匯，當(dāng)授課教師采用office中的word、powerpoint、excel等文檔進(jìn)行授課時(shí)，當(dāng)前活動(dòng)窗口分別對(duì)應(yīng)word、powerpoint、excel進(jìn)程，授課計(jì)算機(jī)對(duì)word、powerpoint、excel文檔的顯示內(nèi)容進(jìn)行文字識(shí)別，并統(tǒng)計(jì)文檔中出現(xiàn)的高頻詞匯和專業(yè)詞匯，該識(shí)別和統(tǒng)計(jì)過(guò)程持續(xù)進(jìn)行，以便更加準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)出上述高頻詞匯和專業(yè)詞匯，提高準(zhǔn)確度，當(dāng)授課教師選擇視頻或音頻文檔進(jìn)行授課過(guò)程中，當(dāng)前活動(dòng)窗口是視頻或音頻播放進(jìn)程，授課計(jì)算機(jī)則對(duì)所播放的視頻文件屬性進(jìn)行收集并傳送至服務(wù)器終端進(jìn)行下一步處理，視頻文件屬性包括視頻文件名稱、視頻標(biāo)題、視頻版權(quán)和視頻播放時(shí)長(zhǎng)等進(jìn)程屬性，授課計(jì)算機(jī)也會(huì)對(duì)所播放的音頻文件屬性進(jìn)行收集并傳送至服務(wù)器終端進(jìn)行下一步處理，音頻文件屬性包括音頻文件名稱、音頻標(biāo)題、音頻版權(quán)和音頻播放時(shí)長(zhǎng)等進(jìn)程屬性；

當(dāng)前授課教室內(nèi)的應(yīng)到學(xué)生總數(shù)可通過(guò)預(yù)先人工錄入或經(jīng)由學(xué)校的教務(wù)管理系統(tǒng)讀取，用戶可預(yù)先通過(guò)與授課計(jì)算機(jī)相連的鍵盤輸入模塊錄入當(dāng)前授課教室內(nèi)的應(yīng)到學(xué)生總數(shù)并保存于授課計(jì)算機(jī)內(nèi)置的存儲(chǔ)器中，授課計(jì)算機(jī)可不斷調(diào)用和讀取存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)信息。

服務(wù)器終端用于采集每個(gè)授課計(jì)算機(jī)上傳的數(shù)據(jù)信息并對(duì)其進(jìn)行處理得到評(píng)估報(bào)表，通過(guò)內(nèi)置的顯示器進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示并保存于其內(nèi)的存儲(chǔ)模塊內(nèi)，還可連接打印設(shè)備進(jìn)行在線打印，服務(wù)器終端不斷調(diào)用和讀寫存儲(chǔ)模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)信息，便于用戶隨時(shí)調(diào)取和查看。

服務(wù)器終端獲取評(píng)估報(bào)表的處理過(guò)程包括以下步驟：

服務(wù)器終端無(wú)線接收每個(gè)授課計(jì)算機(jī)上傳的數(shù)據(jù)信息，包括：授課計(jì)算機(jī)的序列號(hào)、數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間、學(xué)生聽課率、學(xué)生低頭率、非正常聽課率、學(xué)生睡覺(jué)率、教室環(huán)境噪音信號(hào)及其等級(jí)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)使用密度、學(xué)生使用手機(jī)率、授課教師講述的高頻詞匯及專業(yè)詞匯、計(jì)算機(jī)進(jìn)程屬性、文件屬性和計(jì)算機(jī)進(jìn)程的高頻詞匯及專業(yè)詞匯，通過(guò)服務(wù)器終端將前述數(shù)據(jù)信息匯總轉(zhuǎn)換生成對(duì)應(yīng)的評(píng)估報(bào)表，可實(shí)現(xiàn)按照課表、課程、授課內(nèi)容、班級(jí)和授課教師等用戶需要的不同分類形式生成對(duì)應(yīng)的評(píng)估報(bào)表，實(shí)現(xiàn)了跟蹤課堂上教師授課質(zhì)量和學(xué)生聽課質(zhì)量的自動(dòng)化和智能化，能夠提供客觀、量化和全面的課堂“授”的質(zhì)量與“受”的效果的綜合評(píng)估，為授課教師事后了解和改進(jìn)所授內(nèi)容以及學(xué)校跟蹤教學(xué)質(zhì)量提供量化的數(shù)據(jù)指標(biāo)，進(jìn)而為教學(xué)內(nèi)容改革和教學(xué)質(zhì)量的評(píng)估提供決策支持。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。