[发明专利]一种基于面部表情识别的课堂教学评估系统

权利要求书

1.一种基于面部表情识别的课堂教学评估系统，其特征在于，包括监控模块、人脸监测模块、表情库、数据库、数据分析模块、计时单元、成绩获取模块、处理器、显示模块、存储模块、数据交互单元和教师互动端；

其中，所述教师互动端包括分控制器、提示模块、显示器、输入模块和记录单元；

其中，所述监控模块由设置在教室内的若干摄像头构成，用于获取教室内上课时的实时影像资料，所述数据库存储有班级所有学生的人脸总资料和课程信息；人脸总资料为该班级所有学生的人脸资料；课程信息为课程和对应教师；

所述监控模块用于将影像资料传输到人脸监测模块；

其中，所述表情库预存有学生的听课表情库，所述听课表情库包括大于一定数量的听课时的两大类表情样本；两大类表情样本具体为：

A：积极听课类，积极听课类表情为理解表情和倾听表情；

A1：理解表情为学生听懂课程的普遍反应，当学生理解了当前内容或者自身能够积极的参与到教学活动中，如回答问题和参与讨论中的情况时会流露出理解表情，采集大于一定数量的表情样本形成样本库；

A2：倾听表情为学生在听课时的正常表情，当学生对教学内容感兴趣，愿意听老师讲课时，会流露出倾听的表情，采集大于一定数量的表情样本形成样本库；

B：消极听课类，消极听课类表情包括疑惑表情和抗拒表情；

B1：疑惑表情为学生对教学内容未理解且存在疑问时，会流露出疑问表情；

B2：抗拒表情为学生觉得教学内容过于困难超出自己的认知水平的、过于简单的或对学习内容不感兴趣时，会流露出抗拒表情；

所述人脸监测模块还用于在上课阶段结合表情库以及计时单元对影像资料进行学生专注度进行分析，具体分析步骤如下：

步骤一：获取到所有学生的实时表情；

步骤二：将学生的实时表情与表情库进行比对；

步骤三：获取到每个学生在课程上出现理解表情、倾听表情、疑惑表情和抗拒表情各自表情的时间占比；具体获取步骤为：

S1：获取任一学生；

S2：并选定任一门课程；

S3：获取该课程的总课程时间；

S4：获取该学生对应该门课程出现理解表情的理解时间，将理解时间除以总课程时间得到理解表情出现的理解时间占比；

S5：获取该学生对应该门课程出现倾听表情的倾听时间，将倾听时间除以总课程时间得到倾听表情出现的倾听时间占比；

S6：获取该学生对应该门课程出现疑惑表情的疑惑时间，将疑惑时间除以总课程时间得到疑惑表情出现的疑惑时间占比；

S7：获取该学生对应该门课程出现抗拒表情的抗拒时间，将抗拒时间除以总课程时间得到抗拒表情出现的抗拒时间占比；

S8：选定下一门课程重复步骤S3-S7，直至获取该学生所有课程出现的各类表情的时间占比；

S9:选定下一学生重复步骤S2-S8直至获取所有学生在所有课程上出现的各类表情的时间占比；

SS1：将理解时间占比标记为Qij,，i＝1...m，j＝1...n；Qij表示为对应学生i在课程j时的理解时间占比；

SS2：将倾听时间占比标记为Pij,，i＝1...m，j＝1...n；Pij表示为对应学生i在课程j时的倾听时间占比；

SS3：将疑惑时间占比标记为Hij,，i＝1...m，j＝1...n；Hij表示为对应学生i在课程j时的疑惑时间占比；

SS4：将抗拒时间占比标记为Kij,，i＝1...m，j＝1...n；Kij表示为对应学生i在课程j时的抗拒时间占比；

所述人脸监测模块用于将学生各表情时间占比Qij、Pij、Hij和Kij传输到数据分析模块；所述数据分析模块用于结合Qij、Pij、Hij和Kij对教师课堂教学做统计，统计步骤如下：

步骤一：获取到Qij、Pij、Hij和Kij；

步骤二：因为上课出现疑惑时间和抗拒时间对教师上课质量影响不同，故在此处加入修正值来计算不同课程对应教师的消极教学率W1j；利用公式i＝1...m，j＝1...n，X1+X2＝1，其中X2X1，且X1和X2均为预设值；计算得到课程j对应的教师的消极教学率W1j；

步骤三：因为上课出现倾听时间和理解时间对教师上课质量影响不同，故在此处加入修正值来计算不同课程对应教师的积极教学率W2j；利用公式i＝1...m，j＝1...n；X1X2，X1+X2＝1，且X1和X2均为预设值；计算得到课程j对应的教师的积极教学率W2j；

所述数据分析模块用于将消极教学率W1j和积极教学率W2j传输到处理器，所述处理器用于将消极教学率W1j和积极教学率W2j传输到显示器和存储模块，所述显示器用于实时显示消极教学率W1j和积极教学率W2j，所述存储模块用于根据消极教学率W1j和积极教学率W2j结合对应教师将二者数据融合形成教学记录并实时存储。