[发明专利]一种课堂实时监测与评估系统及其工作方法、创建方法

说明书

本发明提供一种课堂实时监测与评估系统，包括依次连接的视频采集模块、数据调度模块、图像分析模块、结果统计模块；数据调度模块包括第一存储器和一先入先出队列子模块；图像分析模块包括一基于YOLO网络的行为表情分析网络模型，该行为表情分析网络模型包括若干个流水设置的网络层、用以存储每个网络层输出结果的两个第二存储器、以及YOLO输出层；YOLO输出层分别与最后一级网络层、结果统计模块连接，用以将输出结果传输至结果统计模块；结果统计模块对其中的异常行为进行统计分析。本发明能够实时显示学生的听课表现，能帮助教师随时掌握学生的情况，及时提醒听课走神的学生、更改教学方式、调整教学方案，切实提高教学质量。

技术领域

本发明涉及智慧教育领域，具体而言涉及一种课堂实时监测与评估系统及其工作方法、创建方法。

背景技术

课堂教学是人才培养过程中进行理论知识传授最基本、最重要的环节，其质量的优劣对人才培养的质量有着直接的影响。实践表明，课堂效果监测与评估对于提高课堂教学质量，评价教师课堂教学，辅助教师了解学生学习情况、更新教学内容、调整教学方案、改进教学方法有着积极的促进作用。

传统教学模式里，常见的课堂效果评价分为现场观察评价、监视监听评价、录像评价、量表评价等，一般用于对教师的评价；而教师了解学生的方式则主要通过作业或者测验，滞后性比较大。

发明内容

本发明目的在于提供一种课堂实时检测和评估系统，能够实时显示学生的听课表现，能帮助教师随时掌握学生的情况，及时提醒听课走神的学生、更改教学方式、调整教学方案，切实提高教学质量。

为达成上述目的，本发明提出一种课堂实时监测与评估系统，所述课堂实时监测与评估系统为一FPGA系统，包括依次连接的视频采集模块、数据调度模块、图像分析模块、结果统计模块；

所述视频采集模块用以实时采集教室内的视频图像，将采集的视频图像解析成若干帧后依次发送至数据调度模块；

所述数据调度模块包括至少一个第一存储器和一先入先出队列子模块，数据调度模块将接收到的图像帧发送至第一存储器，经过先入先出队列依次进入图像分析模块进行图像分析；

所述图像分析模块包括一基于YOLO网络的行为表情分析网络模型，该行为表情分析网络模型包括若干个流水设置的网络层、用以存储每个网络层输出结果的两个第二存储器、以及用以输出分析结果的YOLO输出层；

每个所述网络层包括对应设置的卷积层与池化层，卷积层和池化层的输出结果交替写入两个第二存储器中，以实现乒乓操作；

所述行为表情分析网络模型隔层之间的启动切换由握手信号决定，即：由握手信号启动的卷积层和池化层交替地从两个第二存储器中读取数据，进行处理后发送至下一级网络层；

所述YOLO输出层分别与最后一级网络层、结果统计模块连接，用以将输出结果传输至结果统计模块；

所述结果统计模块接收图像分析模块发送的分析结果，对其中的异常行为进行统计分析。

进一步的实施例中，所述第一存储器为同步动态随机存储器；

所述第二存储器为静态随机存取存储器。

进一步的实施例中，所述池化层为最大池化层。

进一步的实施例中，所述数据调度模块与图像分析模块之间设置有一图像调整模块，用以接收数据调度模块输出的图像，缩放后发送至两个第二存储器中供网络层调用。

进一步的实施例中，所述行为表情分析网络模型还具有一权重设置模块，用以设置网络层的卷积核权重。

基于前述课堂实时监测与评估系统，本发明还提及一种课堂实时监测与评估系统的工作方法，所述工作方法包括：