本發(fā)明屬于管理教學(xué)信息領(lǐng)域，具體地說，涉及一種基于數(shù)字孿生的管理教學(xué)信息處理方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著信息技術(shù)的發(fā)展，教育領(lǐng)域正在逐步向數(shù)字化和智能化方向轉(zhuǎn)型，催生了更多基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)創(chuàng)新。然而，傳統(tǒng)的教學(xué)模式往往面臨著個(gè)性化不足、難以實(shí)時(shí)反饋和缺乏精確數(shù)據(jù)支持的諸多挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)課堂中，教師主要依靠經(jīng)驗(yàn)和直覺來(lái)進(jìn)行教學(xué)，難以實(shí)時(shí)了解每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和需求，導(dǎo)致無(wú)法實(shí)施針對(duì)性教學(xué)和動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，尤其是難以在教學(xué)過程中快速響應(yīng)學(xué)生的即時(shí)問題和學(xué)習(xí)瓶頸。此外，雖然在線教育平臺(tái)的普及為學(xué)生提供了豐富的學(xué)習(xí)資源和靈活的學(xué)習(xí)方式，但由于缺乏對(duì)學(xué)習(xí)過程的精細(xì)化管理和個(gè)性化支持，無(wú)法根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和理解情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果仍然參差不齊。這種一刀切的教學(xué)方式往往忽視了學(xué)生的個(gè)體差異，無(wú)法有效滿足不同學(xué)習(xí)者的需求，因而難以充分發(fā)揮教育的潛力和效能。

2、有鑒于此特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于數(shù)字孿生的管理教學(xué)信息處理方法及系統(tǒng)，解決了上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用技術(shù)方案的基本構(gòu)思是：

3、一種基于數(shù)字孿生的管理教學(xué)信息處理方法，包括以下步驟：

4、通過互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)獲取學(xué)生的多模態(tài)數(shù)據(jù)并對(duì)獲取的多模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理，構(gòu)建初始的數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型；

5、使用數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型分析學(xué)生的學(xué)習(xí)特征和當(dāng)前狀態(tài)并根據(jù)分析結(jié)果生成多個(gè)個(gè)性化學(xué)習(xí)內(nèi)容，針對(duì)不同學(xué)生的需求調(diào)整教學(xué)資源和內(nèi)容；

6、在教學(xué)過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)數(shù)據(jù)并基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型進(jìn)行更新；

7、根據(jù)更新后的數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型，構(gòu)建學(xué)生的個(gè)性化知識(shí)圖譜并利用知識(shí)圖譜優(yōu)化學(xué)習(xí)內(nèi)容和路徑；

8、對(duì)每個(gè)個(gè)性化學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)影響權(quán)重分析，計(jì)算其對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響權(quán)重并根據(jù)權(quán)重分析結(jié)果，優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑和教學(xué)內(nèi)容的順序；

9、基于前序和當(dāng)前課程的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行智能教學(xué)分析，識(shí)別出學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)和高錯(cuò)誤率部分，然后將分析結(jié)果反饋給教師，幫助教師調(diào)整后續(xù)教學(xué)內(nèi)容和策略。

10、可選的，構(gòu)建初始的數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型時(shí)，首先，對(duì)獲取得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和預(yù)處理，并將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為能夠反映學(xué)生學(xué)習(xí)行為的關(guān)鍵指標(biāo)，然后，對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行篩選和評(píng)估，接著，將經(jīng)過篩選和評(píng)估的數(shù)據(jù)整合為數(shù)據(jù)集并將數(shù)據(jù)集分為訓(xùn)練集、測(cè)試集，然后選擇決策樹建立數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型，在數(shù)字孿生模型建立完成后通過訓(xùn)練集對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練并調(diào)整數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型的參數(shù)和結(jié)構(gòu)，在模型訓(xùn)練完成后，使用測(cè)試集對(duì)數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型進(jìn)行驗(yàn)證，最后，將經(jīng)過驗(yàn)證和優(yōu)化的模型部署到互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)中。

11、可選的，基于數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型分析學(xué)生的學(xué)習(xí)特征和當(dāng)前狀態(tài)并根據(jù)分析結(jié)果生成多個(gè)個(gè)性化學(xué)習(xí)內(nèi)容，針對(duì)不同學(xué)生的需求調(diào)整教學(xué)資源和內(nèi)容的步驟為：

12、使用數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析識(shí)別出學(xué)生的學(xué)習(xí)特征和當(dāng)前學(xué)習(xí)狀態(tài)，判斷其對(duì)當(dāng)前教學(xué)內(nèi)容的理解程度，然后基于獲取的學(xué)生學(xué)習(xí)特征和當(dāng)前狀態(tài)的分析結(jié)果確定每個(gè)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求；

13、根據(jù)確定的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，生成多個(gè)個(gè)性化學(xué)習(xí)內(nèi)容，而在生成個(gè)性化學(xué)習(xí)內(nèi)容后調(diào)整相對(duì)應(yīng)的教學(xué)資源和內(nèi)容，最后將個(gè)性化學(xué)習(xí)內(nèi)容和調(diào)整后的教學(xué)資源推送給學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)并在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中持續(xù)監(jiān)測(cè)學(xué)生的進(jìn)度和表現(xiàn)，根據(jù)實(shí)時(shí)反饋對(duì)個(gè)性化內(nèi)容進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整和優(yōu)化。

14、可選的，在教學(xué)過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)數(shù)據(jù)并基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型進(jìn)行更新的步驟為：

15、在教學(xué)過程中通過互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)實(shí)時(shí)收集學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)數(shù)據(jù)并根據(jù)新的數(shù)據(jù)對(duì)原有的特征進(jìn)行更新，然后使用更新后的特征數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型的參數(shù)，最后，經(jīng)過動(dòng)態(tài)更新后的數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型會(huì)根據(jù)學(xué)生的最新學(xué)習(xí)狀態(tài)生成新的個(gè)性化學(xué)習(xí)建議和反饋并監(jiān)測(cè)學(xué)生對(duì)這些調(diào)整的反應(yīng)。

16、可選的，根據(jù)更新后的數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型，構(gòu)建學(xué)生的個(gè)性化知識(shí)圖譜并利用知識(shí)圖譜優(yōu)化學(xué)習(xí)內(nèi)容和路徑的步驟為：

17、從更新后的數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型中提取出與學(xué)生學(xué)習(xí)過程相關(guān)的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)和學(xué)習(xí)關(guān)系，并計(jì)算每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的初始重要性得分ki，然后根據(jù)提取的知識(shí)點(diǎn)和學(xué)習(xí)關(guān)系，構(gòu)建學(xué)生的初步知識(shí)圖譜，在構(gòu)建了初步知識(shí)圖譜之后，根據(jù)更新后的數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型，利用公式對(duì)知識(shí)圖譜進(jìn)行個(gè)性化調(diào)整并利用個(gè)性化調(diào)整后的知識(shí)圖譜優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容和路徑，在學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)的過程中，持續(xù)監(jiān)測(cè)學(xué)生的進(jìn)度和表現(xiàn)并根據(jù)實(shí)時(shí)反饋進(jìn)一步動(dòng)態(tài)調(diào)整知識(shí)圖譜和學(xué)習(xí)路徑，其中，ki′為知識(shí)點(diǎn)i在個(gè)性化調(diào)整后的重要性得分。ki為更新后的數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型中知識(shí)點(diǎn)i的初始重要性得分。λ1為基礎(chǔ)權(quán)重，控制初始重要性得分在調(diào)整過程中的影響程度。ri為與知識(shí)點(diǎn)i有直接學(xué)習(xí)關(guān)系的知識(shí)點(diǎn)集合。wij為知識(shí)點(diǎn)j對(duì)知識(shí)點(diǎn)i的學(xué)習(xí)關(guān)系權(quán)重，反映了j對(duì)i的影響程度。kj為知識(shí)點(diǎn)j的重要性得分。μ為學(xué)習(xí)進(jìn)度反饋系數(shù)，控制學(xué)習(xí)進(jìn)度反饋對(duì)知識(shí)點(diǎn)重要性調(diào)整的影響。fi為學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中針對(duì)知識(shí)點(diǎn)i的學(xué)習(xí)進(jìn)度反饋，η為錯(cuò)誤率調(diào)整系數(shù)，反映學(xué)生錯(cuò)誤反饋對(duì)知識(shí)點(diǎn)重要性調(diào)整的影響。qi為學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中針對(duì)知識(shí)點(diǎn)i的錯(cuò)誤率。

18、可選的，對(duì)知識(shí)圖譜個(gè)性化調(diào)整時(shí)，首先，根據(jù)數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型分析的學(xué)生特征突出顯示學(xué)生掌握較好的知識(shí)點(diǎn)，標(biāo)記出學(xué)生需要加強(qiáng)的薄弱環(huán)節(jié)，根據(jù)知識(shí)圖譜中知識(shí)點(diǎn)的先后關(guān)系和學(xué)生的掌握程度重新排列學(xué)習(xí)內(nèi)容的順序。

19、收集與學(xué)生學(xué)習(xí)過程相關(guān)的數(shù)據(jù)，然后從數(shù)據(jù)中提取出能夠反映學(xué)生學(xué)習(xí)效果的特征，根據(jù)提取的特征，利用公式計(jì)算每個(gè)個(gè)性化學(xué)習(xí)內(nèi)容對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響權(quán)重，最后，在計(jì)算出每個(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容的影響權(quán)重wi后對(duì)所有學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行排序，優(yōu)先級(jí)高的內(nèi)容排在前面，其中，wi為學(xué)習(xí)內(nèi)容i的影響權(quán)重，ti為學(xué)生在學(xué)習(xí)內(nèi)容i上的學(xué)習(xí)時(shí)間，tavg為學(xué)生在所有學(xué)習(xí)內(nèi)容上的平均學(xué)習(xí)時(shí)間，ci為學(xué)生在學(xué)習(xí)內(nèi)容i上的點(diǎn)擊次數(shù)ctotal為學(xué)生在所有學(xué)習(xí)內(nèi)容上的總點(diǎn)擊次數(shù)，si為學(xué)生在學(xué)習(xí)內(nèi)容i上的答題正確率，ei為學(xué)生在學(xué)習(xí)內(nèi)容i上的錯(cuò)誤題目率，smax為學(xué)生在所有學(xué)習(xí)內(nèi)容中最高的答題正確率，α，β，γ為權(quán)重系數(shù)，用于調(diào)整各特征對(duì)總權(quán)重的影響程度，且α+β+γ＝1。

20、可選的，收集學(xué)生在前序課程和當(dāng)前課程中的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，然后對(duì)獲取的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，生成用于教學(xué)分析的關(guān)鍵指標(biāo)，接著，對(duì)提取的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，識(shí)別出學(xué)習(xí)中的難度系數(shù)di和錯(cuò)誤率ei，其中，難度系數(shù)ei和錯(cuò)誤率ei分別通過式(1)和式(2)計(jì)算得到，在完成分析后，將分析結(jié)果整理為詳細(xì)的教學(xué)反饋報(bào)告，最后將生成的反饋報(bào)告發(fā)送給教師，教師根據(jù)這些分析結(jié)果調(diào)整后續(xù)的教學(xué)內(nèi)容和策略；

21、

22、式中，di為知識(shí)點(diǎn)i的難度系數(shù)，ti為學(xué)生在知識(shí)點(diǎn)i上的平均學(xué)習(xí)時(shí)間，tavg為所有知識(shí)點(diǎn)的平均學(xué)習(xí)時(shí)間，ni為知識(shí)點(diǎn)i的總練習(xí)次數(shù)，ntotal為所有知識(shí)點(diǎn)的總練習(xí)次數(shù)，δ，∈為權(quán)重系數(shù)，用于調(diào)整學(xué)習(xí)時(shí)間和練習(xí)次數(shù)對(duì)難度系數(shù)的影響，且δ+∈＝1，ei為知識(shí)點(diǎn)i的錯(cuò)誤率，wi為學(xué)生在知識(shí)點(diǎn)i上的練習(xí)權(quán)重，si為學(xué)生在知識(shí)點(diǎn)i上的答題正確率。

23、一種基于數(shù)字孿生的管理教學(xué)信息處理系統(tǒng)，其特征在于，包括：

24、數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊用于通過互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)獲取學(xué)生的多模態(tài)數(shù)據(jù)并對(duì)獲取的多模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理；

25、數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型構(gòu)建模塊，數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型構(gòu)建模塊用于利用數(shù)據(jù)采集模塊構(gòu)建初始的數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型；

26、個(gè)性化學(xué)習(xí)內(nèi)容生成模塊，個(gè)性化學(xué)習(xí)內(nèi)容生成模塊根據(jù)數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型分析學(xué)生的學(xué)習(xí)特征和當(dāng)前狀態(tài)，為學(xué)生生成個(gè)性化學(xué)習(xí)內(nèi)容，并根據(jù)需求調(diào)整教學(xué)資源和內(nèi)容；

27、實(shí)時(shí)監(jiān)控與模型更新模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)控與模型更新模塊負(fù)責(zé)在教學(xué)過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，并基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新；

28、個(gè)性化知識(shí)圖譜構(gòu)建與優(yōu)化模塊，個(gè)性化知識(shí)圖譜構(gòu)建與優(yōu)化模塊根據(jù)更新后的數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型，構(gòu)建學(xué)生的個(gè)性化知識(shí)圖譜，并利用知識(shí)圖譜優(yōu)化學(xué)習(xí)內(nèi)容和路徑；

29、學(xué)習(xí)影響權(quán)重分析與路徑優(yōu)化模塊，學(xué)習(xí)影響權(quán)重分析與路徑優(yōu)化模塊用于對(duì)每個(gè)個(gè)性化學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)影響權(quán)重分析，計(jì)算其對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響權(quán)重，并優(yōu)化學(xué)習(xí)路徑和教學(xué)內(nèi)容順序；

30、智能教學(xué)分析與反饋模塊，智能教學(xué)分析與反饋模塊用于根據(jù)前序和當(dāng)前課程的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行智能教學(xué)分析，識(shí)別出學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)和高錯(cuò)誤率部分，并將分析結(jié)果反饋給教師。

31、采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果，當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以下所述的所有優(yōu)點(diǎn)：

32、本發(fā)明能夠根據(jù)數(shù)字孿生學(xué)習(xí)模型構(gòu)建個(gè)性化知識(shí)圖譜，通過分析知識(shí)點(diǎn)之間的先后關(guān)系和學(xué)習(xí)依賴，精準(zhǔn)識(shí)別出學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在的知識(shí)盲點(diǎn)和薄弱環(huán)節(jié)。利用這些信息，可以進(jìn)一步優(yōu)化學(xué)習(xí)路徑和內(nèi)容的呈現(xiàn)順序，以確保學(xué)生能夠按照最適合的學(xué)習(xí)順序掌握各個(gè)知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)每個(gè)個(gè)性化學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)影響權(quán)重分析，計(jì)算其對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的實(shí)際影響，并根據(jù)這些分析結(jié)果，優(yōu)先安排那些對(duì)提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果最為關(guān)鍵的內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)。通過這樣的優(yōu)化和調(diào)整，不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，還能有效地提升整體的學(xué)習(xí)效果，幫助學(xué)生更有針對(duì)性地解決學(xué)習(xí)難點(diǎn)。

33、下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。