[发明专利]基于眼动和人脸表情范式的学生学习状态评估系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于眼动和人脸表情范式的学生学习状态评估系统及方法，以解决现有学生学习状态评估方法无法获取学生真实状态的问题。该系统包括任务呈现模块、眼动数据采集装置、人脸表情采集装置、分析融合模块以及学习状态评估模块。任务呈现模块用于在显示屏上呈现学习状态测试实验的任务；眼动数据采集装置采集学生的眼动数据；人脸表情采集装置采集学生的人脸图像数据；分析融合模块用于统计分析得到学生的眼动指标和表情指标，并将眼动指标和表情指标融合为空间特征向量，通过决策树进行分类计算，得到推理能力、情绪状态、专注状态三方面的评估结果；学习状态评估模块根据三方面的评估结果按照重要程度加权求得学习状态评估分数。

技术领域

本发明涉及学生学习状态评估领域，具体涉及一种基于眼动和人脸表情范式的学生学习状态评估系统及方法。

背景技术

学生是学习的“主体”，学生“主动探究、主动建构新知”是认知和教学的规律。但无论公开课还是观摩课抑或“常态课”，观摩的老师，教研员或管理者，大多更关注课堂上的老师，对执教老师的评价占据着教学评价的主要位置。几乎很少见到从学生课堂学习状态的评价角度来评价老师的“教”。因此，要把目光投向教学评价应该注视的方向——学生学习状态。这样的评价视角是相对更科学的，体现了新的教学理念。

传统学生学习状态评估的方法有问卷调查、访谈以及观察等，然而很多学生由于各种原因往往不愿意配合或者故意隐瞒心理状态，无法获取学生真实的状态，因此需要一种学生无意识的采集系统对学生学习状态进行全面评估，为教学评估提供新的视角。

发明内容

本发明的目的是解决现有学生学习状态评估方法无法获取学生真实状态的问题，而提供一种基于眼动和人脸表情范式的学生学习状态评估系统及方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于眼动和人脸表情范式的学生学习状态评估系统，其特殊之处在于：包括任务呈现模块、眼动数据采集装置、人脸表情采集装置、分析融合模块以及学习状态评估模块；

所述任务呈现模块用于在显示屏上呈现学习状态测试实验的任务；所述学习状态测试实验包括推理能力测试实验、情绪状态测试实验、专注状态测试实验；

所述眼动数据采集装置包括朝向学生脸部的眼动追踪仪，用于采集学生在实验过程中的眼动数据；

所述人脸表情采集装置包括朝向学生脸部的摄像头，用于采集学生在实验过程中的人脸图像数据；

所述分析融合模块包括眼动数据分析单元、人脸表情分析单元、眼动和表情融合单元；

所述眼动数据分析单元根据采集到的眼动数据统计分析得到推理能力测试实验、情绪状态测试实验、专注状态测试实验的眼动指标；

所述人脸表情分析单元对采集到的人脸图像数据进行表情分类，并统计分析得到推理能力测试实验、情绪状态测试实验、专注状态测试实验的表情指标；

所述眼动和表情融合单元用于将推理能力测试实验的眼动指标和表情指标、情绪状态测试实验的眼动指标和表情指标、专注状态测试实验的眼动指标和表情指标分别融合为一个空间特征向量，并通过决策树对空间特征向量进行分类计算，得到推理能力、情绪状态、专注状态三方面的评估结果；

所述学习状态评估模块根据推理能力、情绪状态、专注状态三方面的评估结果，按照重要程度加权求得学生的学习状态评估分数。

进一步地，所述推理能力测试实验具体为在显示屏上呈现一个不完整图形和包含图形缺失部分的多个选项，需要学生从多个选项中选出图形缺失部分；

所述情绪状态测试实验具体为在显示屏上呈现分布有多个图片的画面，所述多个图片分别反映不同类型情绪，供学生观看；

所述专注状态测试实验具体为在显示屏上播放老师讲授课件的视频，供学生观看。