本發(fā)明涉及教學(xué)質(zhì)量，尤其涉及一種ai驅(qū)動的課堂實時互動與教學(xué)質(zhì)量智能優(yōu)化系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)前的教育環(huán)境中，學(xué)生的課堂動態(tài)如學(xué)生表情、注意力集中程度等對于教學(xué)質(zhì)量和效果具有重大的影響，同時由于學(xué)生個體差異、教師教學(xué)方法等多種因素，教學(xué)質(zhì)量的評估和調(diào)控面臨著諸多挑戰(zhàn)。

2、中國專利公開號：cn114677249a公開了一種基于人工智能技術(shù)的課堂教學(xué)質(zhì)量在線持續(xù)改進系統(tǒng)，包括服務(wù)器、聽課狀態(tài)管理系統(tǒng)、教務(wù)管理終端、手機終端以及教師管理終端，系統(tǒng)依據(jù)多個攝像頭、體感傳感器識別學(xué)生的聽課狀態(tài)，統(tǒng)計學(xué)生的聽課(簽到)、遲到早退人數(shù)，統(tǒng)計學(xué)生看手機、打瞌睡、相互聊天、大聲喧嘩者的姓名、學(xué)號等，同時系統(tǒng)可以將學(xué)生聽課狀態(tài)及人數(shù)統(tǒng)計情況、授課教師的講課語速等實時顯示在講臺上的多媒體顯示屏上，動態(tài)跟蹤學(xué)生的聽課狀態(tài)，及時提醒教師采用相關(guān)互動措施或改變(改進)授課方法。由此可見，所述基于人工智能技術(shù)的課堂教學(xué)質(zhì)量在線持續(xù)改進系統(tǒng)存在以下問題：

3、容易增大學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，導(dǎo)致對知識點的理解不夠深入，從而降低學(xué)習(xí)體驗，同時教師無法針對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，實時調(diào)整教學(xué)策略，影響教學(xué)效果。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為此，本發(fā)明提供一種ai驅(qū)動的課堂實時互動與教學(xué)質(zhì)量智能優(yōu)化系統(tǒng)及方法，用以克服現(xiàn)有技術(shù)中容易增大學(xué)習(xí)壓力導(dǎo)致知識理解不夠深入，同時教師無法針對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況實時調(diào)整教學(xué)策略的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種ai驅(qū)動的課堂實時互動與教學(xué)質(zhì)量智能優(yōu)化系統(tǒng)，包括：

3、隨堂測試終端，其用以識別定位關(guān)鍵點位置，根據(jù)位置向量之間的夾角確定學(xué)生狀態(tài)，根據(jù)教師的語音文本檢索涉及的知識點，按照初始試題數(shù)量根據(jù)涉及的知識點生成隨堂測驗試題；

4、分析評估模塊，其與所述隨堂測試終端相連，分為檢測階段和評估階段，用以在檢測階段記錄上課時長并檢測確定的學(xué)生狀態(tài)時長，在評估階段按照初始檢測周期評估學(xué)生是否符合課堂專注條件，對學(xué)生進行數(shù)據(jù)化評分，根據(jù)符合課堂專注條件的學(xué)生人數(shù)占比判定課堂當(dāng)前的學(xué)習(xí)隱患類型；

5、互動策略模塊，其與所述分析評估模塊相連，用以根據(jù)學(xué)習(xí)隱患類型確定對應(yīng)的教學(xué)互動策略，根據(jù)數(shù)據(jù)化評分的波動情況評估學(xué)生狀態(tài)是否穩(wěn)定執(zhí)行第一調(diào)節(jié)指令或執(zhí)行第二調(diào)節(jié)指令，或，針對不符合注意力集中程度的學(xué)生執(zhí)行第三調(diào)節(jié)指令；

6、反饋優(yōu)化模塊，其與所述隨堂測試終端相連，用以確定所述隨堂測驗試題的記憶難度系數(shù)對應(yīng)調(diào)節(jié)試題數(shù)量和試題類型占比，根據(jù)試題類型判斷學(xué)生的記憶吸收程度和理解程度相應(yīng)生成教學(xué)質(zhì)量優(yōu)化參考，根據(jù)試題類型的答題結(jié)果調(diào)節(jié)判定課堂專注條件和注意力集中程度的標準占比。

7、進一步地，所述隨堂測試終端包括若干學(xué)習(xí)前端模塊和教學(xué)語音模塊，

8、學(xué)習(xí)前端模塊，其與所述隨堂測試終端相連，包括檢測模式和測驗?zāi)Ｊ?，檢測模式用以收集學(xué)生人臉圖像定位圖像中的人臉采集人臉數(shù)據(jù)，測驗?zāi)Ｊ接靡燥@示所述隨堂測試終端確定的試題；

9、教學(xué)語音模塊，其與所述隨堂測試終端相連，用以收集并放大教師語音。

10、進一步地，所述隨堂測試終端根據(jù)人臉數(shù)據(jù)計算頭部與水平線的夾角，將其與設(shè)定的角度閾值對比確定對應(yīng)的學(xué)生處于抬頭狀態(tài)或低頭狀態(tài)；

11、所述分析評估模塊檢測符合課堂專注條件的學(xué)生人數(shù)占比，將其與設(shè)定的專注比對比，確定課堂當(dāng)前學(xué)習(xí)隱患類型為隱性學(xué)習(xí)隱患類型，或顯性學(xué)習(xí)隱患類型；

12、所述課堂專注條件為抬頭狀態(tài)的時長與上課時長的時長占比大于第一標準占比。

13、進一步地，所述分析評估模塊在分析階段按照初始檢測周期將確定的學(xué)習(xí)隱患類型輸出至互動策略模塊，所述互動策略模塊根據(jù)學(xué)習(xí)隱患類型生成對應(yīng)教學(xué)互動策略；

14、若當(dāng)前學(xué)習(xí)隱患類型為隱性學(xué)習(xí)隱患類型，則所述互動策略模塊確定教學(xué)互動策略為根據(jù)若干數(shù)據(jù)化評分的波動情況確定學(xué)生狀態(tài)是否穩(wěn)定，執(zhí)行對應(yīng)調(diào)節(jié)指令；

15、若當(dāng)前學(xué)習(xí)隱患類型為顯性學(xué)習(xí)隱患類型，則所述互動策略模塊確定教學(xué)互動策略為針對不符合注意力集中程度的學(xué)生執(zhí)行第三調(diào)節(jié)指令，生成提問互動的參考信息。

16、進一步地，所述互動策略模塊根據(jù)若干數(shù)據(jù)化評分的平均評分計算方差值確定數(shù)據(jù)化評分的波動情況，

17、若方差值大于等于標準方差，則所述互動策略模塊判定數(shù)據(jù)化評分的波動情況較大學(xué)生狀態(tài)不穩(wěn)定，執(zhí)行第一調(diào)節(jié)指令，生成小組討論參考提醒；

18、若方差值小于標準方差，則所述互動策略模塊判定數(shù)據(jù)化評分的波動情況較小學(xué)生狀態(tài)穩(wěn)定，執(zhí)行第二調(diào)節(jié)指令，生成隨堂測驗參考提醒。

19、所述互動策略模塊判定不符合注意力集中程度的條件為，低頭狀態(tài)的時長與上課時長的時長占比大于第二標準占比，或偏頭狀態(tài)的時長與抬頭時長的時長占比大于第三標準占比。

20、進一步地，所述隨堂測試終端實時檢測教師的教學(xué)語速，將教師的語音轉(zhuǎn)化為文本按照初始試題數(shù)量生成隨堂測驗試題，隨堂測驗試題包括基礎(chǔ)題和思維拓展題；

21、所述隨堂測試終端根據(jù)文本內(nèi)容檢索涉及的知識點按照基礎(chǔ)試題數(shù)量生成基礎(chǔ)題，或提取文本內(nèi)容關(guān)鍵字在試題庫中按照拓展試題數(shù)量匹配思維拓展題；

22、所述隨堂測試終端自動評閱隨堂測驗試題的答題結(jié)果，生成評閱報告，評閱報告包括每一道題目和每一個選項的正確率，以及教學(xué)質(zhì)量優(yōu)化參考。

23、進一步地，反饋優(yōu)化模塊檢測所述隨堂測試終端檢索的知識點數(shù)量以及任一知識點對應(yīng)的教學(xué)時長和難度標簽，實時計算記憶難度系數(shù)；

24、所述反饋優(yōu)化模塊根據(jù)記憶難度系數(shù)和標準系數(shù)評估知識點掌握程度生成教學(xué)質(zhì)量優(yōu)化參考，或，調(diào)節(jié)試題數(shù)量和試題類型占比。

25、進一步地，所述反饋優(yōu)化模塊根據(jù)基礎(chǔ)題的基礎(chǔ)正確率判斷學(xué)生的記憶吸收程度是否合格，根據(jù)思維拓展題的拓展正確率判斷學(xué)生的理解程度確定是否生成知識點教學(xué)時長參考值，或生成教學(xué)速度參考值；

26、其中若基礎(chǔ)正確率和拓展正確率小于標準正確率，則所述反饋優(yōu)化模塊根據(jù)標準正確率、基礎(chǔ)正確率和拓展正確率增大第一標準占比，減小第二標準占比和第三標準占比，調(diào)節(jié)判定課堂專注條件和注意力集中程度的判定標準。

27、一種ai驅(qū)動的課堂實時互動與教學(xué)質(zhì)量智能優(yōu)化方法，包括：

28、收集學(xué)生人臉圖像定位圖像中的人臉采集人臉數(shù)據(jù)，根據(jù)人臉數(shù)據(jù)相應(yīng)判斷學(xué)生抬頭低頭情況確定學(xué)生狀態(tài)；

29、根據(jù)學(xué)生狀態(tài)評估學(xué)生是否符合課堂專注條件，對學(xué)生進行數(shù)據(jù)化評分，根據(jù)符合課堂專注條件的學(xué)生人數(shù)占比判定課堂當(dāng)前的學(xué)習(xí)隱患類型；

30、根據(jù)學(xué)習(xí)隱患類型確定對應(yīng)的教學(xué)互動策略為根據(jù)數(shù)據(jù)化評分的波動情況評估學(xué)生狀態(tài)是否穩(wěn)定執(zhí)行對應(yīng)調(diào)節(jié)指令生成小組討論或隨堂測驗的參考提醒，或，針對不符合注意力集中程度的學(xué)生生成提問互動的參考信息；

31、將教師的語音轉(zhuǎn)化為文本檢索涉及的知識點，在隨堂測驗時按照初始試題數(shù)量生成隨堂測驗試題，結(jié)束后輸出答題結(jié)果生成評閱報告；

32、確定所述隨堂測驗試題的記憶難度系數(shù)對應(yīng)調(diào)節(jié)試題數(shù)量和試題類型占比；

33、根據(jù)試題類型判斷學(xué)生的記憶吸收程度和理解程度相應(yīng)生成教學(xué)質(zhì)量優(yōu)化參考；

34、根據(jù)試題類型的答題結(jié)果調(diào)節(jié)判定課堂專注條件和注意力集中程度的判定標準。

35、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明基于監(jiān)測數(shù)據(jù)生成實時互動策略，若發(fā)現(xiàn)學(xué)生注意力下降，自動推送互動問題、組織小組討論，根據(jù)學(xué)生回答情況，智能調(diào)整后續(xù)教學(xué)內(nèi)容的深度與進度，能夠活躍課堂氛圍，增強師生互動提升教學(xué)質(zhì)量；通過實時分析課堂動態(tài)中的學(xué)生表情、注意力集中程度等，自動調(diào)整教學(xué)節(jié)奏組織互動環(huán)節(jié)，促進學(xué)生積極參與課堂讓教學(xué)更具針對性與高效性；同時系統(tǒng)記錄每次互動效果與學(xué)生學(xué)習(xí)成果，診斷教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，知識點掌握薄弱、學(xué)習(xí)興趣下降，提供個性化診斷分析和優(yōu)化建議反饋給教師，教師可據(jù)此進一步優(yōu)化教學(xué)方法與互動策略，實現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)提升。

36、進一步地，課堂學(xué)習(xí)狀態(tài)是指學(xué)生在課堂上集中注意力、全神貫注于學(xué)習(xí)任務(wù)的程度，目前課堂學(xué)習(xí)狀態(tài)依賴教師的主觀觀察或?qū)W生的自我報告，主觀性強不夠精準；本系統(tǒng)通過學(xué)生面前對應(yīng)的學(xué)習(xí)前端模塊對學(xué)生進行人臉識別，相應(yīng)判斷學(xué)生抬頭低頭情況，進一步根據(jù)學(xué)生狀態(tài)評估學(xué)生是否符合課堂專注條件，根據(jù)符合課堂專注條件的學(xué)生人數(shù)確定課堂當(dāng)前的學(xué)習(xí)隱患類型，包括處于低頭狀態(tài)的學(xué)生人數(shù)較多的顯性學(xué)習(xí)隱患以及表面符合課堂專注條件的學(xué)生人數(shù)較多但需要進一步分析的隱形學(xué)習(xí)隱患，為后續(xù)生成對應(yīng)的教學(xué)互動策略提供基礎(chǔ)，同時通過符合條件的學(xué)生人數(shù)確定學(xué)習(xí)隱患類型的這種方式避免了學(xué)習(xí)前端模塊因設(shè)備或?qū)W生行為的原因檢測不到人臉數(shù)據(jù)導(dǎo)致學(xué)生基數(shù)發(fā)生變化對學(xué)習(xí)隱患類型的評估標準產(chǎn)生不良影響，從而提高了評估課堂狀態(tài)的準確性和適應(yīng)性。

37、進一步地，在表面上大部分學(xué)生符合課堂專注條件時，教師往往難以察覺課堂中存在的學(xué)習(xí)隱患，本發(fā)明在當(dāng)前學(xué)習(xí)隱患類型為隱性學(xué)習(xí)隱患類型時，根據(jù)數(shù)據(jù)化評分的波動情況評估學(xué)生狀態(tài)的波動，狀態(tài)波動不穩(wěn)定的時候需要討論來活躍課堂氛圍，狀態(tài)波動穩(wěn)定的時候可以進行隨堂測驗，生成對應(yīng)的對教師的參考提醒，改善課堂氛圍和學(xué)習(xí)效果，避免不良的課堂氛圍導(dǎo)致學(xué)生注意力不集中從而影響學(xué)習(xí)效果；同時由于不同學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和注意力集中能力存在差異，在當(dāng)前學(xué)習(xí)隱患類型為容易察覺到的顯性學(xué)習(xí)隱患類型時，根據(jù)每位學(xué)生的注意力集中程度生成提問互動參考提醒，有效改善課堂參與度和學(xué)習(xí)效果。

38、進一步地，現(xiàn)有教學(xué)模式中教師需要根據(jù)教案計劃針對隨堂測驗自行準備，往往只能在固定的教學(xué)節(jié)點中進行測驗，且無法實時根據(jù)學(xué)生的測試結(jié)果評估知識掌握程度反饋教學(xué)質(zhì)量；本發(fā)明根據(jù)分析評估的當(dāng)前學(xué)習(xí)隱患類型和狀態(tài)波動確定需要隨堂測驗的測驗時間節(jié)點，在學(xué)生狀態(tài)穩(wěn)定即注意力最集中的時間節(jié)點進行隨堂測驗，確保學(xué)生對知識的掌握更加牢固提高學(xué)習(xí)效果，優(yōu)化教師的教學(xué)節(jié)奏使教學(xué)內(nèi)容分配更加合理鞏固課堂知識點，自動化批改提高教學(xué)評估的效率和公平性，生成包括每一道題目和每一個選項的正確率的評閱報告，輔助教師針對性的對隨堂測試的試題進行講解；同時根據(jù)檢索到的教學(xué)內(nèi)容涉及的知識點數(shù)量調(diào)節(jié)隨堂測驗的試題數(shù)量，靈活調(diào)整測驗內(nèi)容與時間，并通過將隨堂測驗試題分為基礎(chǔ)題和思維拓展題，為后續(xù)評估學(xué)生對于知識點的記憶吸收程度和思維理解程度提供基礎(chǔ)，反映教師的教學(xué)質(zhì)量。

39、進一步地，教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵在于評估學(xué)生對于知識點的吸收記憶理解程度本發(fā)明通過反饋優(yōu)化模塊對生成的隨堂測驗進行檢測，根據(jù)知識點數(shù)量和對應(yīng)的難度標簽以及教學(xué)時長評估試題的記憶難度系數(shù)調(diào)節(jié)試題數(shù)量和試題類型占比，避免隨堂測驗占據(jù)太多的教學(xué)時長；在不同的記憶難度下根據(jù)基礎(chǔ)題判斷學(xué)生的記憶吸收程度，根據(jù)思維拓展題判斷學(xué)生的理解程度，根據(jù)學(xué)生的記憶吸收程度提醒教師注意教學(xué)速度，根據(jù)學(xué)生的理解程度確定是否提醒教師注意該知識點分配的教學(xué)時長，避免掌握程度較高的知識點占據(jù)太多的教學(xué)時長；同時根據(jù)試題的基礎(chǔ)正確率和拓展正確率反映教學(xué)內(nèi)容難度，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容難度調(diào)節(jié)判定課堂專注條件和注意力集中程度的判定標準，在教學(xué)內(nèi)容難度較大時更需要學(xué)生處于抬頭狀態(tài)以及注意力集中，提高判定課堂類型隱患采取相應(yīng)策略和注意力集中程度的適應(yīng)性和準確性。