[发明专利]脑科学智慧教室

说明书

本发明公开了一种脑科学智慧教室，包括学生工作站、服务器、教师工作站、远程访问端和云系统；其工作流程包括：采集被测试者原始脑电数据；获取被测试者实时的脑认知能力；获得被测试者兴趣度、吸引度、专注度、识记度四项指标；对第三步中的四项指标利用滑动时间窗方法计算其动态变化；通过数据服务器接收来自学生工作站的数据进行分析；通过网页服务器智能推送解决方案。本发明能够更客观、更直接、更实时、更科学地反映出个人或群体的专注力、认知能力、学习能力和教学与培训效果，并根据测评结果自动给予有针对性的解决方案，测评与推送过程人工干预少，简便易行，对实施者的专业要求完全控制在现有教学与培训机构可操作的范围内。

技术领域

本发明涉及智能教学领域，具体地说，涉及一种具备脑电波分析的脑科学智慧教室。

背景技术

注意(attention)是心理活动对一定对象的指向和集中。是人类有意识自觉主动地获取信息、学习知识和技能的根本手段。记忆力(memory)是识记、保持、再认识和重现客观事物所反映的内容和经验的能力。注意力与记忆力是孩子感知外部世界、学习知识的重要工具，是决定孩子沟通能力、学习能力的基础。良好的注意力以及记忆力是学习效果的重要保证。

传统的课堂上要了解学生的表现，主要是教师通过主观感觉来判断其在课堂上是否专注、是否用心听讲；有经验的教师依据主观感觉做出判断往往比较准确，但难以面面俱到的观察每一名学生，无从把握课堂上整体情况。另外，思想溜号等行为不易被发现。教学评估工作是教育质量保障体系的重要组成部分，学校为了推进教学改革，提高人才培养质量，必然重视教学评估。目前主流的方法是通过公开课同行评价和学生量表打分两种方式相结合，来收集、分析和掌握课堂教学效果。通过填表的方法，因为是事后调查分析，且评分人员受心理因素和相互关系等方面的影响，所以会降低评估分数的客观性，得到的结果不够及时，也不够直接。

在培训领域：柯克帕特里克的四层次培训评估模型占据主导地位，被理论界和业界广为采用。柯克帕特里克提出可以从四个方面评估培训效果，分别是反应层、学习层、行为层、结果层(Kirkpatrick，1994)。但是该模型在运用中仍普遍存在几个问题：1.评价主观化。2.评价节点化。3.分析整体化。神经人因学(Neuroergonomics)，通过将认知神经科学的理论技术应用于人因工效学，分析人在工作时大脑产生的反应，客观、准确、实时了解工作绩效和日常状态(Parasuraman，2003；Parasuraman＆Rizzo，2007；Parasuraman，2011)，进而帮助企业管理者合理配置人力资源和工作负荷，达到人岗匹配，更好地实现人力资源开发。脑电图(EEG/ERP)相比其它认知神经科学的研究手段，其优点在于：较好的便携性、高时间分辨率和低成本。

发明内容

本发明正是为了解决现有的依靠问卷调查评估课堂教学效果的方法存在不及时、不直接等问题，而设计的一种实时测量群体专注力、记忆力、兴趣度、吸引度、专注度、识记度并提供报告和反馈的系统，系统中包含一种能够记录人体的脑电、身体动作的可脑电设备；设备采集的信号通过计算分析，实时展示和反馈人群的兴趣度、吸引度、专注度、识记度；课上实时提醒、课后汇总课程跟踪数据对比分析；通过智能算法给学员推荐适合个体的学能训练内容，即脑科学智慧教室。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种脑科学智慧教室，包括学生工作站、服务器、教师工作站、远程访问端和云系统；脑科学智慧教室的工作流程包括以下六个步聚：

第一步：在学生工作站让被测试者穿上智能脑电设备，进入给定的认知环境或者进入实际的学习环境，通过智能脑电设备获取被测试者脑电波；脑电波在智能脑电设备中完成模数转换、数字化的脑电波通过蓝牙发送到学生工作站；

第二步：学生工作站接收来自脑电设备的数据进行分析，脑电的原始波形看似杂乱无章，通过数据服务器中的脑电波分析软件，算法将原始波形滤波，通过傅里叶变换将时域信号转换到5个频域波段上，得出能量数值；再将这些能量值按时间段的先后安放回时间轴，得到脑电各个波段随时间变化的能量数据；