一种基于差异化教学的习题生成方法和系统与流程

[0001]
本发明涉及计算机差异化辅助教学分析系统技术领域，尤其涉及一种基于差异化教学的习题生成方法和系统。


背景技术：

[0002]
每位学生的学习能力和学习类型是不同的，主要分为视觉型、听觉型和动觉型三个类别。其中，视觉型的学生喜欢近距离地通过画面形式感受课堂氛围；听觉型的学生更容易通过音频接收信息，但也很容易被其他信息干扰；动觉型的学生，比较难以长时间端坐，相对而言更为活跃。每位学生接收同样的资讯，但是每位学生的反应却不相同。面对不同类型的学生，现有的教学系统很难做到因人而异的个性化教学，也给托管机构和老师带来了极大困扰。
[0003]
每个学生都有最符合自身习惯的学习方法，因人而异的教学才能提高学生的学习效率。现有的教学模式下，并不重视差异化教学，也没有足够的资源支持差异化教学，所有学生都上着同样的课程、做着同样的试题，很难保证学习效率。然而每个学生对于不同学习形式的接受度差异巨大，一些学生习惯以文字习题的形式完成练习，一些学生擅长利用声音形式接受知识，一些学生更喜欢通过影响传媒获取知识，等等。尤其在习题方面，大家都使用统一印制的习题册，所有习题均以文字形式展现，过于单一、乏味，容易让学生感到疲乏，从而降低注意力、影响学习效率。不同的学生在不同阶段以及不同环境中对不同形式的习题有着不同的适应度，对于自己更能接受的形式的习题，学生往往能够更快地集中注意力去进行解答，并且，学生适应的习题形式还会随着时间会发生变化，而市场上现有的习题生成方法无法跟随学生的适应度进行主动的形式转变，因而难以让学生长时间保持高效学习的状态。


技术实现要素：

[0004]
本发明的主要目的在于提供一种基于差异化教学的习题生成方法，旨在解决习题形式单一无法提升学生注意力的问题。
[0005]
为实现上述目的，本发明提供的基于差异化教学的习题生成方法，应用于基于差异化教学的习题生成系统；所述基于差异化教学的习题生成系统包括主控机和学员终端；所述主控机包括习题库和习题生成器；所述学员终端包括图像处理器；所述基于差异化教学的习题生成方法，包括以下步骤：所述习题生成器根据学员信息从所述习题库中批量提取习题文字；所述习题生成器对所述习题文字进行处理，随机形成一批不同表现形式的习题，并通过所述学员终端呈现所述习题；所述学员终端采集每道所述习题的解答信息和作答过程中学员的瞳孔影像；其中，所述解答信息包括作答起止时间点；所述图像处理器分析所述解答信息和所述瞳孔影像，并形成习题表现形式与学员注意
力状态的对应序列；所述主控机根据所述对应序列调整各种表现形式的习题在下一轮习题中的占比。
[0006]
优选地，所述习题生成器根据学员信息从所述习题库中批量提取习题文字的步骤，包括：所述主控机将所述习题文字分成若干内容类型，并分别录入所述习题库的对应内容类型的子习题库中；所述主控机通过所述学员终端采集学员信息，并根据所述学员信息标记学员的类型，其中，所述学员的类型与所述子习题库的内容类型一一对应；所述习题生成器从与所述学员的类型对应的所述子习题库中提取所述习题文字。
[0007]
优选地，所述主控机通过所述学员终端采集学员信息，并根据所述学员信息标记学员的类型的步骤，包括：学员通过所述学员终端获取学员输入的所述学员信息并传输至所述主控机，其中，所述学员信息包括年级、学科成绩、练习成绩和是否在籍信息；所述主控机根据所述是否在籍信息将学员分成往期学员和本期学员；所述主控机汇总所述往期学员的所述学员信息，形成往期学员信息库，并按所述往期学员的所述学员信息将所述往期学员划分成若干种标准类型；所述主控机汇总所述本期学员的所述学员信息，形成本期学员信息库，并将所述本期学员的所述学员信息与所述标准类型进行对比，根据对比结果标记所述本期学员的类型。
[0008]
优选地，所述习题生成器对所述习题文字进行处理，随机形成一批不同表现形式的习题，并通过所述学员终端呈现所述习题的步骤，包括：所述习题生成器对批量提取出的所述习题文字随机添加表现形式，形成一批习题；所述主控机将所述习题发送至所述学员终端，所述学员终端通过显示屏和/或播放器展示所述习题。
[0009]
优选地，所述学员终端采集每道所述习题的解答信息和作答过程中学员的瞳孔影像的步骤，包括：所述学员终端的摄像头全程拍摄学员的瞳孔影像，并将所述瞳孔影像保存在所述图像处理器中；所述学员终端的计时器分别记录所述习题在所述学员终端开始展示和结束展示的时间点，并将所述作答起止时间点发送至所述图像处理器；所述图像处理器将所述时间点标记在所述瞳孔影像的时间轴上，并根据标记将所述瞳孔影像裁剪成影像片段；所述图像处理器采集所述影像片段中的瞳孔直径序列和对应的时间序列，并生成瞳孔关于时间的变化曲线；所述图像处理器将所述变化曲线发送至所述主控机。
[0010]
优选地，所述图像处理器分析所述解答信息和所述瞳孔影像，并形成习题表现形式与学员注意力状态的对应序列的步骤，包括：所述主控机获取所述影像片段中从影像起始时刻至瞳孔直径最小时刻的时长t1，并获取所述影像片段对应的习题的表现形式信息；所述主控机计算得到每种表现形式对应的所述时长t1的平均值；
所述主控机根据获取到的所述表现形式信息和所述平均值形成表现形式与平均值的对应序列。
[0011]
优选地，所述主控机根据所述对应序列调整各种表现形式的习题在下一轮习题中的占比的步骤，包括：所述主控机根据所述表现形式与平均值的对应序列，按平均值升序排列所述表现形式；所述习题生成器将最短的平均值对应的表现形式的习题在下一批试题中的占比调整为预设占比。
[0012]
优选地，所述预设占比为60%-80%。
[0013]
优选地，所述表现形式包括文字形式、音频形式、视频形式、填空形式、选择形式、问答形式、口述形式、动作表达形式和联网竞赛形式中的至少两种。
[0014]
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种基于差异化教学的习题生成系统，应用上述任一项方法的步骤；所述基于差异化教学的习题生成系统包括主控机和学员终端；所述主控机包括习题库和习题生成器；所述学员终端包括图像处理器。
[0015]
在本发明的技术方案中，首先根据每个学员的个人信息从题库中选取符合学员个性要求的习题文字，并经习题生成器处理，为习题文字赋予不同的表现形式，形成一批形式各样的习题。学员通过学员终端对这批习题进行解答，此时，利用学员终端的摄像头对学员答题过程中的瞳孔信息进行采集，根据学员解答不同类型习题时瞳孔直径的变化，能够计算出学员解答各种类型习题时进入专注状态的平均时间，由此能够判断出哪种形式的习题在本阶段更能使该学员集中注意力。习题生成器根据该结论生成下一批习题时将最适合的习题类型的比例进行上调，以提升学员答题时的注意力。相对于现有的纸质练习册或习题生成方法，本发明基于差异化教学的习题生成方法能够实时监控学员答题过程中的状态，并根据学员的现有状态及时调整习题形式以让学员始终能够获得最适合自己的习题，最大程度上实现让学员在答题过程中长期保持注意力集中的状态。
附图说明
[0016]
图1为本发明基于差异化教学的习题生成方法的流程示意图。
[0017]
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0018]
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0019]
请参阅图1，一种基于差异化教学的习题生成方法，应用于基于差异化教学的习题生成系统；所述基于差异化教学的习题生成系统包括主控机和学员终端；所述主控机包括习题库和习题生成器；所述学员终端包括图像处理器；所述基于差异化教学的习题生成方法，包括以下步骤：s10，所述习题生成器根据学员信息从所述习题库中批量提取习题文字；s20，所述习题生成器对所述习题文字进行处理，随机形成一批不同表现形式的习题，并通过所述学员终端呈现所述习题；s30，所述学员终端采集每道所述习题的解答信息和作答过程中学员的瞳孔影像；其
中，所述解答信息包括作答起止时间点；s40，所述图像处理器分析所述解答信息和所述瞳孔影像，并形成习题表现形式与学员注意力状态的对应序列；s50，所述主控机根据所述对应序列调整各种表现形式的习题在下一轮习题中的占比。
[0020]
在本发明的技术方案中，首先根据每个学员的个人信息从题库中选取符合学员个性要求的习题文字，并经习题生成器处理，为习题文字赋予不同的表现形式，形成一批形式各样的习题。学员通过学员终端对这批习题进行解答，此时，利用学员终端的摄像头对学员答题过程中的瞳孔信息进行采集，根据学员解答不同类型习题时瞳孔直径的变化，能够计算出学员解答各种类型习题时进入专注状态的平均时间，由此能够判断出哪种形式的习题在本阶段更能使该学员集中注意力。习题生成器根据该结论生成下一批习题时将最适合的习题类型的比例进行上调，以提升学员答题时的注意力。相对于现有的纸质练习册或习题生成方法，本发明基于差异化教学的习题生成方法能够实时监控学员答题过程中的状态，并根据学员的现有状态及时调整习题形式以让学员始终能够获得最适合自己的习题，最大程度上实现让学员在答题过程中长期保持注意力集中的状态。
[0021]
不仅如此，所述基于差异化教学的习题生成系统还包括教师终端；所述教师终端包括输入器，教师能够通过输入器将习题文字输入所述题库或修改、删除所述题库中的习题文字。
[0022]
优选地，所述基于差异化教学的习题生成方法，还包括以下步骤：s60，将答题情况发送至所述教师终端，并形成答题分析报告。
[0023]
优选地，所述将答题情况发送至所述教师终端，并形成答题分析报告的步骤，包括：s61，答题结束时，所述主控机将包括答题总量、答题总时长、答题总正确率、各道题的学员答案和各道题的答题时长中至少一项答题情况发送至所述教师终端；s62，所述教师终端分类统计所述主控机发送的所述答题情况，将统计结果与往期统计结果进行对比并绘制形成变化趋势图。
[0024]
教师通过对所述变化趋势图，能够清楚地知道每位学员现阶段的学习状态以及学习状态的变化趋势，以调整教学方案以帮助学员进行更为有效地学习。
[0025]
优选地，所述根据学员信息从习题库中提取对应的习题文字的步骤，包括：s11，所述主控机将所述习题文字分成若干内容类型，并分别录入所述习题库的对应内容类型的子习题库中；s12，所述主控机通过所述学员终端采集学员信息，并根据所述学员信息标记学员的类型，其中，所述学员的类型与所述子习题库的内容类型一一对应；s13，所述习题生成器从与所述学员的类型对应的所述子习题库中提取所述习题文字。
[0026]
优选地，所述采集学员信息，并根据所述学员信息标记学员的类型的步骤，包括：s12a，学员通过所述学员终端获取学员输入的所述学员信息并传输至所述主控机；s12b，所述主控机根据所述是否在籍信息将学员分成往期学员和本期学员；s12c，所述主控机汇总所述往期学员的所述学员信息，形成往期学员信息库，并按所述往期学员的所述学员信息将所述往期学员划分成若干种标准类型；s12d，所述主控机汇总所述本期学员的所述学员信息，形成本期学员信息库，并将所述
本期学员的所述学员信息与所述标准类型进行对比，根据对比结果标记所述本期学员的类型。
[0027]
其中，所述学员信息包括年级、学科成绩、练习成绩和是否在籍信息。
[0028]
通过收集、分析所述往期学员的信息，能够将学员按共性划分成若干标准类型。例如，通过往期学员启用本发明前的各学科初试成绩、利用本发明完成相同题量后的各学科成绩，能够计算出不同学员的成绩提升效率，再通过对所述成绩提升效率相同或相近的学员的初始成绩进行统计，找出这类学生初始成绩中的共性，分为一个标准类型。统计本期学员的初试成绩，并将本期学员的初试成绩与标准类型中的初试成绩进行比较，将初始成绩相同或相近的本期学员划归进对应的标准类型。通过分析每种标准类型中的往期学员的联系情况能够知道哪些习题文字更有利于提升成绩，从而在本期学员的习题生成过程中优先选取对应的习题文字。
[0029]
优选地，所述对所述习题文字进行处理随机形成不同表现形式的习题，并通过所述学员终端呈现所述习题的步骤，包括：s21，所述习题生成器对批量提取出的所述习题文字随机添加表现形式，形成一批习题；s22，所述主控机将所述习题发送至所述学员终端，所述学员终端通过显示屏和/或播放器展示所述习题。
[0030]
优选地，每批所述习题的数量为15-25道。
[0031]
优选地，第一批所述习题的表现形式为5-8种，且每种表现形式的占比均为10%-25%。
[0032]
优选地，所述通过所述学员终端采集每道所述习题包括作答起止时间点的解答信息，以及作答过程中学员的瞳孔影像的步骤，包括：s31，所述学员终端的摄像头全程拍摄学员的瞳孔影像，并将所述瞳孔影像保存在所述图像处理器中；s32，所述学员终端的计时器分别记录所述习题在所述学员终端开始展示和结束展示的时间点，并将所述作答起止时间点发送至所述图像处理器；s33，所述图像处理器将所述时间点标记在所述瞳孔影像的时间轴上，并根据标记将所述瞳孔影像裁剪成影像片段；s34，所述图像处理器采集所述影像片段中的瞳孔直径序列和对应的时间序列，并生成瞳孔关于时间的变化曲线；s35，所述图像处理器将所述变化曲线发送至所述主控机。
[0033]
优选地，所述分析所述解答信息和所述瞳孔影像，并形成习题表现形式与学员注意力状态的对应序列的步骤，包括：s41，所述主控机获取所述影像片段中从影像起始时刻至瞳孔直径最小时刻的时长t1，并获取所述影像片段对应的习题的表现形式信息；s42，所述主控机计算得到每种表现形式对应的所述时长t1的平均值；s43，所述主控机根据获取到的所述表现形式信息和所述平均值形成表现形式与平均值的对应序列。
[0034]
优选地，所述根据所述对应序列调整各种表现形式的习题在下一轮习题中的占比
的步骤，包括：s51，所述主控机根据所述表现形式与平均值的对应序列，按平均值升序排列所述表现形式；s52，所述习题生成器将最短的平均值对应的表现形式的习题在下一批试题中的占比调整为预设占比。
[0035]
所述最短的平均值对应的表现形式表征学员面对该表现形式的题目时能够以最快速度进入专注状态。通过增加该表现形式的题目占比，能够从整体上提升学员的答题效率。
[0036]
优选地，所述预设占比为60%-80%。
[0037]
由于在答题的过程中，学员的专注力往往会随着时间的推移发生改变，在长时间面对同一表现类型的习题时，学员可能产生疲劳感，从而降低专注程度。我们将留出的20%-40%的题量用于生成其他表现形式的习题穿插在每批习题中，丰富习题的类型，减缓学员产生疲劳感，达到提升答题过程中的专注时长的目的。同时，由于学员在答题过程中会对不同表现形式的习题的专注程度发生改变，当侦测到使学员的注意力集中速度优于本批次的所述最短的平均值对应的表现形式的习题出现，在下一批次的习题中，将改变最优表现形式。
[0038]
优选地，所述表现形式包括文字形式、音频形式、视频形式、填空形式、选择形式、问答形式、口述形式、动作表达形式和联网竞赛形式中的至少两种。
[0039]
所述音频形式的习题是利用文字识别系统读取所述习题文字，并通过语音转换器将所述习题文字生成新的音频文件。所述视频形式的习题是利用文字识别系统读取所述习题文字，并通过视频处理软件将所述习题文字添加进预录的视频背景影片中，形成新的视频文件。所述口述形式，是指学员通过口述形式回答问题，所述学员终端采集、识别学员的口述音频信息后转化成文字传输至所述主控机用以判断对错。
[0040]
优选地，所述表现形式能够通过叠加形成新的表现形式。例如所述音频形式、所述填空形式和所述口述形式进行叠加生成的习题表现形式将是通过播放器朗诵以填空题的形式出现的习题文字，学员听题后口述答案，所述收音器将所述学员口述的答案发送至所述主控机以判断对错。
[0041]
优选地，由于学员在答题过程中的注意力很难一直处于集中状态，可能在进入注意力集中阶段后又因外界干扰导致注意力分散。通过对学员瞳孔直径最大状态的保持时长进行分析，可以得知学员在答题过程中是否出现注意力分散的情况。因此，对影像片段中的瞳孔直径变化进行深度分析：在学员进入瞳孔直径最大状态后，并在习题在所述学员终端结束展示前的时间段内，记录瞳孔直径缩小8%的次数，该阶段每次出现的瞳孔缩小都反映出学员的注意力出现了分散情况，通过统计该次数，就能知道答题过程中学员注意力分散的次数。
[0042]
为了实现以上目的，本发明还提供一种基于差异化教学的习题生成系统，应用以上任一项方法的步骤。所述基于差异化教学的习题生成系统包括主控机和学员终端；所述主控机包括习题库和习题生成器；所述学员终端包括图像处理器。
[0043]
其中，所述习题库用于存储习题文字；所述习题生成器用于处理所述习题文字；所
述图像处理器用于处理影像。
[0044]
优选地，所述学员终端还包括用于采集学员瞳孔信息的摄像头、用于采集环境声音的收音器、用于呈现画面的显示屏、用于发声的播放器、用于记录习题展示时间点的计时器。
[0045]
优选地，所述播放器根据所述收音器获取的环境声音的音量调节收音器音量的大小。
[0046]
优选地，所述学员终端还包括反相器；所述反相器根据所述收音器获取的环境声音生成反向声波冲抵环境音；优选地，所述学员终端还包括光线感应器；所述显示屏通过所述光线感应器获取的环境亮度调节屏幕亮度。
[0047]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。