[发明专利]一种用于课堂教学质量分析系统

说明书

本发明提供了一种用于课堂教学质量分析系统，包括数据采集单元、图像处理单元、课堂考勤单元、表情统计单元、教学质量评估单元、与数据库系统。数据采集单元用于采集学生人脸特征图形和人脸表情图形；图像处理单元对采集到人图特征图形和人脸表情图形进行处理；课堂考勤单元根据人脸特征图形和得出班级的考勤状态；表情统计单元根据人脸表情图形得到学生的听课状态；教学质量评估单元根据学生的听课状态对教学质量进行评估。本发明通过采集学生的表情数据和人脸特征信息，客观评价学生的听课状态，对长时间出现异常情绪的学生进行心理预警，还可以对学生课堂中的表情数据进行实时监测和分析，对教学质量做出客观的评价。

技术领域

本发明属于教学领域，涉及一种用于课堂教学质量分析系统。

背景技术

随着互联网的普及和社会信息化程度的提高，传统的教育行业正在经历教学方式和学习方式的巨大变革。在线学习具有很大的空间自由度，可以很好的迎合当下大环境对于人员聚集的限制。但是，在线教育所产生的问题也不容忽视，最为显著的问题就是师生距离的增大，导致教师无法掌握学生实时的真实情况，从而导致教学质量的下降。

同时，现有的教学评价体系往往忽视了表情数据的重要意义。表情数据的归纳也可以反应个人的心理状态。梅拉宾法则指出，个人的情感表露，有一半以上来自其面部表情。 因此，针对于采集到的面部表情数据，进行有组织的整理，就显得尤其的重要。而现在并没有将表情数据应用到教学质量的评估上。

发明内容

1.所要解决的技术问题：

如果应用表情数据对教学质量进行评估。

2.技术方案：

为了解决以上问题，本发明提供了一种用于课堂教学质量分析系统，包括数据采集单元、图像处理单元、课堂考勤单元、表情统计单元、教学质量评估单元、学生心理预警单元、客户端程序与数据库系统。其中，所述数据采集单元用于采集学生人脸特征图形和人脸表情图形；所述图像处理单元对采集到人图特征图形和人脸表情图形进行处理；课堂考勤单元根据图像处理单元处理后的人脸特征图形和数据库中的学生人脸进行比对，得出班级的考勤状态；表情统计单元对接受到人脸表情图形和数据库中的各种表情进行比对，得到学生的听课状态；教学质量评估单元根据学生的听课状态对教学质量进行评估，各个单元间使用无线通信连接，通过消息队列通信，最终将数据存入数据库中，再通过前端可视化展现到网页上。

优选的，所述数据采集单元包含两台高清网络摄像头，安装在教室两边的顶部，清晰准确的采集学生人脸特征数据作为课堂考勤的凭证，同时两台高清网络摄像头实时观测课堂情况采集人脸表情图形并传输到图像处理单元。

优选的，所述图像处理单元包含一张专用图像处理器，安装在教师用课堂管理电脑中，所述图像处理单元对图像具体的处理方法为：首选图像预处理，将图像的分辨率调整成为识别所需要的分辨率，然后再将图像转换为灰度图片，然后再将预处理过的图像传入人脸检测器，得到图像中所有人脸的位置信息，再将这些位置信息和图像一并传入表情识别神经网络的降维模块，然后将图调整至48×48的尺寸，之后进行基于卷积神经网络的表情识别，第一层卷积操作分为两层，先使用深度为32，边长为1的卷积核做步长为1的卷积，再连续两次使用深度为64，边长为3的卷积核做步长为1的卷积，再做一次边长为2的最大池化，结束第一层的操作，第二层是两个深度为64，边长分别为3和5的卷积核，做步长为1的卷积，再做一次边长为2的最大池化。最后使用Flatten拉直，连续两层全连接网络，随机丢去一半的神经元防止过拟合，输出预测结果，完成对图像的处理。

优选的，所述课堂考勤单元包括前端可视化页面和后端Web项目框架，分别与图像处理单元通讯连接；与后台学生基本信息数据库和学生人脸信息数据库通过无线局域网连接。

优选的，所述表情统计单元分别与图像处理单元通讯连接，与学生课堂信息数据库、学生基本信息数据库通过无线局域网连接，用于统计学生的听课状态，将关注于学生在课堂中的情绪变化，以得出学生的专注度变化。