一种互动教学系统及方法技术方案

本发明专利技术属于人工智能教育技术领域，公开了一种互动教学系统，包括学生数据采集模块、学生数据分析模块和教师反馈模块，教师反馈模块包括教师合成单元和反馈单元，教师合成单元用于生成卡通形象或真人形象参数以及相应的动作和/或表情参数，反馈单元用于根据教师合成单元的输出参数给予学生反馈。本发明专利技术可以应用在多种教学场景，如语言教学、编程教学和数学教学等。人工智能教育能够更好的实现教学效果评估和互动，实现千人千面的个性化教学。目前主流的人工智能教育方法还主要应用在辅助教学方面，未来需要人工智能承担更多或全部的教师工作，更丰富的人工智能交互手段和营造更真实的教学氛围，以降低教学成本，提高学习效率。

An Interactive Teaching System and Method

The invention belongs to the field of artificial intelligence education technology, and discloses an interactive teaching system, which includes student data acquisition module, student data analysis module and teacher feedback module. The teacher feedback module includes teacher synthesis unit and feedback unit. The teacher synthesis unit is used to generate cartoon image or real person image parameters and corresponding action and/or expression parameters, and the feedback unit is used for generating cartoon image or real person image parameters. Feedback is given to students according to the output parameters of the teacher's synthesis unit. The invention can be applied to various teaching scenarios, such as language teaching, programming teaching and mathematics teaching. Artificial intelligence education can better realize the evaluation and interaction of teaching effect and realize the individualized teaching of thousands of people. At present, the mainstream AI education methods are mainly used in assistant teaching. In the future, AI will be required to undertake more or all of the teachers'work, more abundant AI interactive means and create a more authentic teaching atmosphere in order to reduce teaching costs and improve learning efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种互动教学系统及方法
本专利技术属于人工智能教育
，具体涉及一种互动教学系统及方法。
技术介绍
随着互联网、移动通信技术的普及和发展，近年来在线教育被越来越多的人所接受，日益受到资本市场的青睐，在线教育市场份额越来越大。以目前主流的少儿英语在线一对一教学为例：通过在线学习，学生能够实现在家上课，避免了路途的奔波，节省了学生和家长的大量时间和交通成本，同时也具有较好的学习效果。但依然存在优秀教师资源稀缺，教育资源难以共享，教育成本高居不下的问题。普通家庭很难接受北美外教一对一的学费，即使是菲律宾外教，也超出了一般家庭的接受能力，较高的外教成本，也使得教育机构盈利困难。通过人工智能与教育有效的结合，可以实现模拟在线真人老师的教学效果，人工智能教师可以实时像真人一样通过表情、动作和语言表达赞许和鼓励，营造真实互动的课堂气氛，可以部分替代或全部替代真人教师实时授课，有效解决教师资源短缺及教育成本高的问题。同时也能够大大降低教学成本(全人工智能教育成本约为真人一对一教育成本的5％～10％)，能够实现真正的普惠教育，为一般收入家庭和教育落后地区提供优质、低价的教育资源。为了解决上述问题，众多机构和个人进行了较多的探索。例如申请号为201710831136.0的中国专利公开了一种基于多语种人机交互的拟人形象人工智能教学系统和方法，提出了通过真人形象语言教学视频、对真人进行拟人形象处理以获得拟人形象语言教学视频等手段，实现拟人形象人工智能教学系统。上述的人工智能教学系统和方法虽然做到了对真人形象进行处理获得拟人形象教学视频，供学生选择真人形象老师或卡通形象老师，增加了学习兴趣，但仍存在缺陷，例如：仅限于真人形象语言视频教学，需要事先录制教学视频，并在录制过程中要求被录制者穿戴信号采集器，限制了应用场景。对真人形象的拟人化处理技术复杂，面临成本高，难以普及等问题，且真人形象限制为被录制者本人。对学生的发音的评估方法为到数据库中查找是否与之匹配的记录，限制了实际应用效果和场景。缺少对于较复杂的测验形式的评估，如选择题、填空题和对话练习等。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是解决上述问题，提供一种可以模拟一对一的真人教学场景的互动教学系统。为实现第一目的所采用的技术方案是：一种互动教学系统，包括用于采集学生的交互信息的学生数据采集模块、用于对交互信息进行分析的学生数据分析模块、以及用于根据学生数据分析模块的分析结果给学生反馈的教师反馈模块，所述教师反馈模块包括教师合成单元和反馈单元，教师合成单元用于生成卡通形象或真人形象参数以及相应的动作和/或表情参数，反馈单元用于根据教师合成单元的输出参数给予学生反馈。优选地，所述反馈单元包括视频反馈单元、图像反馈单元、AR/VR反馈单元和音频反馈单元中的一种或几种；视频反馈单元用于根据教师合成单元的输出参数生成教师行为的视频文件并展现给学生；图像反馈单元用于根据教师合成单元的输出参数生成教师行为的图像文件并展现给学生；AR/VR反馈单元用于根据教师合成单元的输出参数生成教师行为的AR/VR文件并展现给学生；音频反馈单元用于根据教师合成单元的输出参数生成教师行为的音频文件并展现给学生。优选地，所述信息采集模块包括用于采集学生的照片信息和/或视频信息的视频采集单元，学生数据分析模块包括视频分析单元，视频分析单元用于根据学生的照片信息进行人脸识别以及根据学生的视频信息获得学生的表情和情绪状态。优选地，所述信息采集模块包括用于采集学生的语音信息的语音采集单元，学生数据分析模块包括语音分析单元和语义分析单元，语义分析单元用于根据学生的语音信息获得学生的意图，语音分析单元用于根据学生的语音信息判断其发音的标准性。优选地，所述信息采集模块包括用于采集学生解答测试题的结果信息的测验单元，学生数据分析模块包括结果分析单元，结果分析单元用于根据学生解答测试题的结果信息获得学生的测验结果。优选地，所述互动教学系统还包括学生激励模块，学生激励模块用于根据学生的学习效果反馈给学生奖励值。优选地，所述学生激励模块包括积分单元、晋级单元和游戏单元中的一种或几种；积分单元用于根据学生的学习效果反馈给学生积分，晋级单元用于根据学生的评测结果、学习历史为学生评级，游戏单元用于学生换取游戏道具。本专利技术的第二目的是提供一种基于上述互动教学系统的互动教学方法。为实现第二目的所采用的技术方案是：一种互动教学方法，包括以下步骤：S1、学生通过终端设备接入互动教学系统进入在线课堂；S2、学生数据采集模块实时采集学生上课的交互信息；S3、学生数据分析模块实时对交互信息进行分析，教师反馈模块根据学生数据分析模块的分析结果生成教师行为参数，并通过反馈单元进行反馈；S4、学生收到反馈，并做出相应的反应；S5、重复步骤S2-S4，直至课程结束。优选地，所述终端设备包括智能手机、平板电脑、笔记本电脑和台式电脑。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术所提供的互动教学系统及方法，利用人工智能技术通过学生数据采集模块和学生数据分析模块获取学生对教学内容的理解程度等信息、识别学生的动作、表情、语音、视频，经过综合评估后，再通过教师反馈模块做出不同的反应，如鼓励、表扬、激励、讲解等动作或者笑、生气、吃惊等表情，从而营造真实的课堂气氛，增加学习兴趣，使学生集中精力，按照预定的时间和频次学习，加深记忆和理解，充分利用人工智能的优势来提高学习效果。2、本专利技术所提供的一种互动教学系统及方法，能够为学生提供千人千面的个性化学习体验。利用学生数据分析模块，可以获得学生的情绪、课堂反馈、测验和练习结果，提供360度的评估报告，从而能够根据不同学生的特点，定制不同的学习方案(如复习课、上课频次、上课时间以及解答问题等)，从而做到因材施教，帮助学生树立信息，增强学习兴趣，改善学习效果。3、本专利技术所提供的一种互动教学系统及方法，听过学生激励模块，根据学生的学习成绩和学习历史计算应得到的奖励(如积分、经验值、积分等)，学生可以用积分进行积分展示或积分管理；或者根据评测结果和学习历史获得的经验值可获得等级晋升，学生可以进行级别的展示、徽章、皇冠等奖励的展示；或者将积分用于系统自带的养成类(宠物饲养)游戏，通过积分可以兑换宠物粮食喂养宠物，也可以兑宠物换服装和玩具等；或者在积分商城使用积分兑换礼品。从而使学生获得学习的乐趣，吸引学生按时、认真上课。4、本专利技术所提供的一种互动教学系统及方法，用人工智能实现教学实施，能够大大降低教学成本，从而降低课程售价，价格为传统一对一真人教学的5％～10％，实现面向更多来自不同经济收入家庭学生的普惠教育，具有很好的社会效益。5、本专利技术所提供的一种互动教学系统及方法，能够将已有教育资产(如教学录像、多媒体教材)进行人工智能化处理，提升教育资产的附加值。例如将公开课的视频录像进行切割，提取讲课部分，课堂交互部分用本专利技术提供的技术手段实现，从而实现真人一对一的教学效果，极大的提升学习体验。附图说明图1是本专利技术互动教学系统的原理框图。图2是本专利技术互动教学方法的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种互动教学系统，其特征在于：包括用于采集学生的交互信息的学生数据采集模块、用于对交互信息进行分析的学生数据分析模块、以及用于根据学生数据分析模块的分析结果给学生反馈的教师反馈模块，所述教师反馈模块包括教师合成单元和反馈单元，教师合成单元用于生成卡通形象或真人形象参数以及相应的动作和/或表情参数，反馈单元用于根据教师合成单元的输出参数给予学生反馈。

【技术特征摘要】
1.一种互动教学系统，其特征在于：包括用于采集学生的交互信息的学生数据采集模块、用于对交互信息进行分析的学生数据分析模块、以及用于根据学生数据分析模块的分析结果给学生反馈的教师反馈模块，所述教师反馈模块包括教师合成单元和反馈单元，教师合成单元用于生成卡通形象或真人形象参数以及相应的动作和/或表情参数，反馈单元用于根据教师合成单元的输出参数给予学生反馈。2.根据权利要求1所述的互动教学系统，其特征在于：所述反馈单元包括视频反馈单元、图像反馈单元、AR/VR反馈单元和音频反馈单元中的一种或几种；视频反馈单元用于根据教师合成单元的输出参数生成教师行为的视频文件并展现给学生；图像反馈单元用于根据教师合成单元的输出参数生成教师行为的图像文件并展现给学生；AR/VR反馈单元用于根据教师合成单元的输出参数生成教师行为的AR/VR文件并展现给学生；音频反馈单元用于根据教师合成单元的输出参数生成教师行为的音频文件并展现给学生。3.根据权利要求1或2所述的互动教学系统，其特征在于：所述信息采集模块包括用于采集学生的照片信息和/或视频信息的视频采集单元，学生数据分析模块包括视频分析单元，视频分析单元用于根据学生的照片信息进行人脸识别以及根据学生的视频信息获得学生的表情和情绪状态。4.根据权利要求1或2所述的互动教学系统，其特征在于：所述信息采集模块包括用于采集学生的语音信息的语音采集单元，学生数据分析模块包括语音分析单元和...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文，毕晓冬，
申请(专利权)人：周文，毕晓冬，
类型：发明
国别省市：广东,44