[发明专利]物理电学实验操作电路连接自动评判方法

说明书

本发明涉及实验操作自动评判领域，物理电学实验操作电路连接自动评判方法，确定所要自动评判的物理电学实验及其所有涉及的实验器材和实验器材连接导线，并建立标准化的实验器材连接电路图，将所要自动评判的物理电学实验的实验器材表示为支路，实验器材连接导线表示为结点，将所要自动评判的物理电学实验的电路图映射为由支路和结点构成的电路几何图；通过实验人的实验器材接线柱和实验器材连接导线卡头的空间位置判断实验人的实验器材是否接入电路。

技术领域

本发明涉及实验操作自动评判领域，特别涉及一种物理电学实验操作电路连接自动评判方法。

背景技术

推行学生实验操作考试，强化学生实践操作是教育教学改革进程中学生素质教育的要求。学生实验操作技能考试需要对学生实验行为进行量化测量与评价，量化测量与评价的前提是能够正确判断学生实验操作是否正确。

基于操作步骤评判能体现学生的实验技能，但由于学生人数较多，传统的人工评判方法实施的代价比较大。而通过自动测评方法记录学生的操作过程和操作结果来考核学习者的实验操作技能，这种考核方式可以避免人工评分的缺陷，保证考核的相对客观和公正。自动测评的关键问题就是要解决自动评判方法客观准确。自动评判的方法前提是能够正确识别实验器材及其状态，实验器材识别基于深度学习的方法识别精度高。物理电学实验操作中体现学生实验技能重要操作是正确连接电路，自动评判中判断电路是否连接电路可通过判断导线和实验器材连接状态来判断电路是否连接正确，但实际电路连接过程中，导线连接因交叉、摆放无规则、无顺序等问题，利用深度学习方法很难准确的识别每一根导线连接状态，故很难直接通过导线和实验器材连接状态来自动判断实验电路是否正确连接。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何实现对学生的物理电学实验操作进行自动评判是否正确。

本发明所采用的技术方案是：物理电学实验操作电路连接自动评判方法，按如下步骤进行

步骤一、确定所要自动评判的物理电学实验及其所有涉及的实验器材和实验器材连接导线，并建立标准化的实验器材连接电路图，并确定标准化的实验器材连接导线卡头数量和实验器材接入时序；

步骤二、将所要自动评判的物理电学实验的实验器材表示为支路，实验器材连接导线表示为结点，将所要自动评判的物理电学实验的电路图映射为由支路和结点构成的电路几何图；

步骤三、通过摄像装置对实验人完成的物理电学实验过程进行拍照形成试验过程视频，对试验过程视频进行等时间间隔采样获得一系列试验结果图片，通过计算机中已经训练好的深度学习网络YOLOv5对实验人的试验结果图片进行识别，识别出实验人的物理电学实验操作实验器材及其空间位置、实验器材接线柱及其空间位置、实验器材连接导线卡头及其空间位置获得信息数据集；

步骤四、通过实验人的实验器材接线柱和实验器材连接导线卡头的空间位置判断实验人的实验器材是否接入电路，进一步判断实验人的实验器材接线柱和实验器材连接导线卡头在电路几何图结点状态、实验器材连接导线卡头数量和实验器材接入时序，并将实验人的电路几何图结点状态、实验器材连接导线卡头数量和实验器材接入时序与标准化实验器材连接电路图、实验器材连接导线卡头数量和实验器材接入时序进行对比，当无差异时，实验人的物理电学实验操作无误，当有差异时实验人的物理电学实验操作有误并给出差异点作为有误处。

步骤三中，通过计算机中已经训练好的深度学习网络YOLOv5对实验人的试验结果图片进行识别，将所有实验器材的接线点统一识别为接线柱，根据接线柱和实验器材的空间位置关系，判断属于哪一个实验器材的接线柱，判断接线柱是否与导线卡头连接，记录此接线柱状态TR（status，count，frame），TR为接线柱名称，status表示接线柱状态，status值0代表未接导线，status值1代表连接导线，count表示接线柱连接实验器材连接导线卡头数量，值为0-N，N为正整数，frame表示接线柱出现在视频序列帧数，值为0-M，M为正整数，初始化时TR（0，0，0）。