一种在线直播教学方法
技术领域
本发明属于教育技术领域，特别涉及一种在线直播教学方法。
背景技术
目前，老师在授课时经常在线直播教学，在线直播教学的课间通常是老师在课前事先做好的课件，课时时间较长，课件内容相对较多，教师授课时课件切换的较快，学生上课时容易注意力不集中，往往跟不上教师的授课节奏，上完课后，学生只能通过课件内容复习，而课件内容很多，学生通常无法耐心看完整个课件，为了解决这个问题，现有技术中，有这样的系统，对各个页面创建索引，每个页面下，老师的授课语音转为文字，语音文本结果存储于学生端的对应页面的索引下，学生可根据自身学习需要保存语音文本，学生可根据语音文本筛选出授课的重点知识，该系统虽然能帮助学生的课后复习，但无法提高学生的复习效率，老师也无法监控学生在线上课的学习状态。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中的不足之处，提供一种在线直播教学方法，解决了现有技术中无法提高学生的复习效率及无法监控学生上课状态的技术难题，使用本发明可自动化生成课堂笔记，课堂笔记中包含了授课内容的重点知识点，方便学生的课后复习，提高学生的复习效率，又可监测学生的上课状态。
本发明的目的是这样实现的：一种在线直播教学方法，包括学生端和教师控制端，学生端设有红外感应器和学生摄像头，红外感应器感应学生是否在屏幕前的状态信息，学生摄像头拍摄屏幕前的学生图像，教室控制端控制学生摄像头的拍摄动作，学生摄像头将拍摄到的图像发送给图像分析模块，所述图像分析模块分析抓拍到的图像，分析出的不同结果的图像分别存入不同的数据库；包括以下步骤，
(1)课前准备：教师控制端和学生端分别获取课件内容，对文件的各个页面创建索引，学生摄像头拍下屏幕前的照片，将此时拍下的照片与学生证件照进行比较，若识别结果均为同一人，则将拍下的照片存入数据库一，转入步骤(2)，若有识别结果不是同一人，则将报警信息发送给教师控制端，等待教师控制端处理，同时，将拍到的识别结果不一致的图像存入数据库二；
(2)随机选定时间，随机选择若干学生，通过学生摄像头抓拍选择的学生的图像回传给教师控制端，转至步骤(4)；
(3)红外感应器感应学生是否在移动设备旁，若在或暂时不在，暂时不在的时间小于设定的时间阈值，暂不做其它动作，若不在且不在的时间不小于设定的时间阈值，学生摄像头立即抓拍当前的图像，将学生不在屏幕前的图像存入数据库二；
(4)图像分析模块根据抓拍到的图像分析学生是否处于听课状态，在听课状态的学生为优秀学生，将优秀学生的图像存入数据库三，上课是否结束，没有结束，转至步骤(2)，结束，转至步骤(7)；
(5)存储授课信息：学生端获得教师控制端发送的对一页面的操作轨迹，判断对一页面的停留时间，并截取该时间段内语音信息，转成文字，操作轨迹和转成文字的语音信息存储在对应页面的索引之下；
(6)关键字匹配：将语音文本中的关键字和电子书数据库中语句进行关键字匹配，将最符合条件的语句作为重点知识存储于所述一页面的索引下；
(7)生成课堂笔记的选择：学生端出现“课堂笔记生成”指令，若学生端选择生成，通过索引匹配各个页面对应的操作轨迹、语音文本和重点知识文本，根据匹配后的页面内容生成静态图片和可编辑文本存储至学生端页面本地，若学生端选择不生成，丢弃；
其中，步骤(2)和步骤(3)之间没有先后顺序，步骤(3)是直播教学中一直存在的步骤，电子书数据库中存储有与授课信息相对应的课程电子书，电子书数据库提供关键字检索功能。
为了进一步实现随机抓拍，所述步骤(2)中，随机抓拍的方法包括以下步骤，
(201)若为本门课程的首节课，设定学生人数n，创建一个选人数组M1＝[1，2，3，…，n]，使用random方法从选人数组M1随机产生学生随机数一，学生随机数一对应学生学号；
(202)设定一次抓拍的学生数量为j，使用random方法随机产生j个不同的学生随机数一；
(203)随机选择时间时，根据预选取抓拍的时间点进行抓拍；
为了进一步保证抓拍时间不重复，所述步骤(203)中，预选取抓拍的时间点包括以下步骤，
(203a)每次选取以一节课为单位，一节课为i分钟，创建一个包含1～t定的时间数组T，设定标签p＝0；
(203b)p’＝p+1；
(203c)若p’≤p设，每判断符合条件后，将p加1，通过random方法选取一个时间随机数，若时间随机数不在时间数组中，则重新选取，若存在，给时间随机数加上标签p，除去时间数组不大于时间随机数的数，返回步骤(203b)；若p’＞p设，预选取抓拍的时间点结束；
其中，p设为设定的抓拍的时间点的阈值。
为了实现学生不在屏幕前的计数，所述步骤(3)中，还包括课程进行时红外感应计数步骤，抓拍到的图像对应的学生学号为i，
(301)令ki＝0；
(302)抓拍一次后，红外感应抓拍图像的次数ki’＝ki+1；
(303)距离上次抓拍的时间t≥t设，且红外感应器还是未感应到屏幕前的人体热源时，将ki加1，返回步骤(302)；t<t设时，红外感应抓拍图像的次数不变；
其中，1≤i≤n。
为了进一步计算出随机抓拍的次数，随机抓拍时，抓拍到的图像对应的学生学号为i’，步骤(202)和步骤(203)之间还包括以下步骤，
(202a)令ki’m＝0；
(202b)图像分析模块将抓拍到的图像进行分析，若该学生为优秀学生随机抓拍图像的次数ki’m”＝ki’m-1；若ki’m”＜0，令ki’m”＝0；若不是优秀学生，转至步骤(202c)；
(202c)抓拍图像的次数ki’m”＝ki’m+1；
(202d)每抓拍一次，将ki’m加1，返回步骤(202b)；
其中，1≤i’≤n，ki’m为第m节课下学号为i’的学生被抓拍到的次数，本节课上完后，学生学号i对应的总的抓拍图像的次数ki’m”’＝ki’m”+ki”。
为了进一步提高监控的公平公正性，步骤(201)中，若不是本门课程的首节课，则转至步骤(201a)，
(201a)设置一个随机抓拍图像的次数集合L，
(201b)令
(201c)设置一个随机抓拍图像的第二次数集合L’,
L’＝{k1m1”’，k21”’，…，ki’m1”’，…，knm1”’}，将集合中的ki’m1”’称为权重值；
(201d)计算得到随机抓拍图像的第三次数集合L”，
为了防止学生的权重过大导致一直被抽中的现象发生，所述步骤(202c)和步骤(202d)之间还包括以下步骤，若ki’”≤k设，则转至步骤(202d)，若ki’”>k设，令ki’”＝0，返回步骤(202a)；其中，k设为设定的抓拍次数阈值。
为了提取处语音文本中的关键字，所述步骤(6)中，在关键字匹配前提取语音文本中的关键字，具体过程为，
(601a)将对应索引下的中文文本进行分词处理，过滤掉每个小文本中无用的词汇，将过滤后的若干个小文本内容组成文本数据集；
(602a)进行权重计算TFIDF(a,th)，
TFIDF(a,th)＝TF(a,th)×IDF(th)；
(603a)根据计算出来的权重值进行降序排序；
(604a)将降序排序后的关键字进行编号，语音文本关键字按照编号依次数集存储于语音文本关键字数据库中；
其中，文本数据集表示为a(t1,t2,…,tn’)，TF(a,th)表示分词后的特征词th在总文本中出现的次数，1≤h≤n’，IDF(th)表示反文档率，M表示文本数据集总的文本数，DF(th)表示在文本数据集中出现特征词ti的文本个数。
为了进一步实现语音文本中的关键字和电子书数据库中语句的关键字匹配，所述步骤(6)中，语音文本中的关键字和电子书数据库中语句进行关键字匹配的具体过程为，
(601b)设一个空数组，用于存储匹配值；
(602b)将模式串与主串进行关键字匹配，从第一个字符开始，如果字符匹配失败则令匹配值为0，向右挪动一个字符，继续匹配；如果字符匹配成功转步骤(603b)；
(603b)从字符匹配成功的第一个字符开始，令匹配值为0，继续匹配下一个字符，成功则令匹配值自增1，不成功则转步骤(604b)；
(604b)如果与主串中的第N个字符匹配失败，比较第(N-1)个字符和已匹配过的所有字符，如果已经出现过，记该第(N-1)个字符在模式串中的对应部分匹配值为m’，在模式串中初次出现的字符位置对应部分匹配值为n”，则令模式串整体向右移动(m’-n”)个字符，转至步骤(606b)；如果未出现过，转至步骤(605b)；
(605b)模式串向右移动一个字符，返回步骤(602b)；
(606b)若匹配成功，记录关键字在同一主串中出现的次数为j’，第一次匹配成功时，j’为1，后面每匹配成功1次，j’自增1，转至步骤(607b)，若匹配不成功且模式串的最后一个的字符位置与主串中最后一个字符的位置对应时，匹配结束，该主串不作为重点知识点；
(607b)模式串的最后一个的字符位置与主串中最后一个字符的位置对应时，匹配结束，该主串作为候选重点知识点；否则，模式串整体向右移动一个字符，返回步骤(603b)；
其中，N为不小于2的自然数，主串为电子书数据库中的文本单独语句，模式串为语音文本关键字数据库中的关键字，与语音文本中的关键字匹配成功的若干候选重点知识点中，匹配成功次数j’最大的对应的候选重点知识点作为最符合条件的语句。
为了进一步提高关键字匹配效率，所述步骤(604a)中，将编号≤k的对应的关键字存储在语音文本关键字数据库中，k为设定的数量阈值。
本发明中，老师在在线直播教学时，自动将直播教学的语音信息转化为文本信息，同时，将老师授课过程中反复讲的知识存为重点知识点，重点知识点存入重点知识点文本，方便学生复习时根据重点知识点有目的的学习，提高学习效率；同时，采用随机抓拍的方法监控学生的听课状态，计算量小，公平公正，认真听课的学生被认为优秀学生，计算出的抓拍次数小，下次抓拍优秀学生的概率小，不在电脑面前的学生被抓拍的概率最大，加大对不认真上课学生的监控，更加公平公正，提高监控效果，方便教师课后对学生的管理，了解学生的上课状态；可应用于在线直播教学中。
附图说明
图1为本发明中教学时生成课堂笔记方法的流程框图。
图2位本发明中随机抓拍的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
如图1所示的一种在线直播教学方法，包括学生端和教师控制端，学生端设有红外感应器、学生摄像头和数据存储模块，红外感应器感应学生是否在屏幕前的状态信息，学生摄像头拍摄屏幕前的学生图像，教室控制端控制学生摄像头的拍摄动作，学生摄像头将拍摄到的图像发送给图像分析模块，所述图像分析模块分析抓拍到的图像，分析出的不同结果的图像分别存入不同的数据库，数据存储模块包括数据库一、数据库二、数据库三、数据库四和电子书数据库，数据库四中存放有学生证件照，电子书数据库中存储有与授课信息相对应的课程电子书，电子书数据库提供关键字检索功能；包括以下步骤，
(1)课前准备：教师控制端和学生端分别获取课件内容，对文件的各个页面创建索引，学生摄像头拍下屏幕前的照片，将此时拍下的照片与学生证件照进行比较，若识别结果均为同一人，则将拍下的照片存入数据库一，转入步骤(2)，若有识别结果不是同一人，则将报警信息发送给教师控制端，等待教师控制端处理，同时，将拍到的识别结果不一致的图像存入数据库二；
(2)随机选定时间，随机选择若干学生，通过学生摄像头抓拍选择的学生的图像回传给教师控制端，转至步骤(4)；
(3)红外感应器感应学生是否在移动设备旁，若在或暂时不在，暂时不在的时间小于设定的时间阈值，暂不做其它动作，若不在且不在的时间不小于设定的时间阈值，学生摄像头立即抓拍当前的图像，将学生不在屏幕前的图像存入数据库二；
(4)图像分析模块根据抓拍到的图像分析学生是否处于听课状态，在听课状态的学生为优秀学生，将优秀学生的图像存入数据库三，上课是否结束，没有结束，转至步骤(2)，结束，转至步骤(7)；
(5)存储授课信息：学生端获得教师控制端发送的对一页面的操作轨迹，判断对一页面的停留时间，并截取该时间段内语音信息，转成文字，操作轨迹和转成文字的语音信息存储在对应页面的索引之下；
(6)关键字匹配：将语音文本中的关键字和电子书数据库中语句进行关键字匹配，将最符合条件的语句作为重点知识存储于所述一页面的索引下；
(7)生成课堂笔记的选择：学生端出现“课堂笔记生成”指令，若学生端选择生成，通过索引匹配各个页面对应的操作轨迹、语音文本和重点知识文本，根据匹配后的页面内容生成静态图片和可编辑文本存储至学生端页面本地，若学生端选择不生成，丢弃；
其中，步骤(2)和步骤(3)之间没有先后顺序，步骤(3)是直播教学中一直存在的步骤。
为了进一步实现随机抓拍，所述步骤(2)中，随机抓拍的方法包括以下步骤，
(201)若为本门课程的首节课，设定学生人数n，创建一个选人数组M1＝[1，2，3，…，n]，使用random方法从选人数组M1随机产生学生随机数一，学生随机数一对应学生学号；
(202)设定一次抓拍的学生数量为j，使用random方法随机产生j个不同的学生随机数一；
(203)随机选择时间时，根据预选取抓拍的时间点进行抓拍；
为了进一步保证抓拍时间不重复，所述步骤(203)中，预选取抓拍的时间点包括以下步骤，
(203a)每次选取以一节课为单位，一节课为i分钟，创建一个包含1～t定的时间数组T，设定标签p＝0；
(203b)p’＝p+1；
(203c)若p’≤p设，每判断符合条件后，将p加1，通过random方法选取一个时间随机数，若时间随机数不在时间数组中，则重新选取，若存在，给时间随机数加上标签p，除去时间数组不大于时间随机数的数，返回步骤(203b)；若p’＞p设，预选取抓拍的时间点结束；
其中，p设为设定的抓拍的时间点的阈值。
为了实现学生不在屏幕前的计数，所述步骤(3)中，还包括课程进行时红外感应计数步骤，抓拍到的图像对应的学生学号为i，
(301)令ki＝0；
(302)抓拍一次后，红外感应抓拍图像的次数ki’＝ki+1；
(303)距离上次抓拍的时间t≥t设，且红外感应器还是未感应到屏幕前的人体热源时，将ki加1，返回步骤(302)；t<t设时，红外感应抓拍图像的次数不变；
其中，1≤i≤n。
为了进一步计算出随机抓拍的次数，随机抓拍时，抓拍到的图像对应的学生学号为i’，步骤(202)和步骤(203)之间还包括以下步骤，
(202a)令ki’m＝0；
(202b)图像分析模块将抓拍到的图像进行分析，若该学生为优秀学生随机抓拍图像的次数ki’m”＝ki’m-1；若ki’m”＜0，令ki’m”＝0；若不是优秀学生，转至步骤(202c)；
(202c)抓拍图像的次数ki’m”＝ki’m+1；
(202d)每抓拍一次，将ki’m加1，返回步骤(202b)；
其中，1≤i’≤n，ki’m为第m节课下学号为i’的学生被抓拍到的次数，本节课上完后，学生学号i对应的总的抓拍图像的次数ki’m”’＝ki’m”+ki”。
为了进一步提高监控的公平公正性，步骤(201)中，若不是本门课程的首节课，则转至步骤(201a)，
(201a)设置一个随机抓拍图像的次数集合L，
(201b)令
(201c)设置一个随机抓拍图像的第二次数集合L’,
L’＝{k1m1”’，k21”’，…，ki’m1”’，…，knm1”’}，将集合中的ki’m1”’称为权重值；
(201d)计算得到随机抓拍图像的第三次数集合L”，
为了防止学生的权重过大导致一直被抽中的现象发生，所述步骤(202c)和步骤(202d)之间还包括以下步骤，若ki’”≤k设，则转至步骤(202d)，若ki’”>k设，令ki’”＝0，返回步骤(202a)；其中，k设为设定的抓拍次数阈值。
为了提取处语音文本中的关键字，所述步骤(6)中，在关键字匹配前提取语音文本中的关键字，具体过程为，
(601a)将对应索引下的中文文本进行分词处理，过滤掉每个小文本中无用的词汇，将过滤后的若干个小文本内容组成文本数据集；
(602a)进行权重计算TFIDF(a,th)，
TFIDF(a,th)＝TF(a,th)×IDF(th)；
(603a)根据计算出来的权重值进行降序排序；
(604a)将降序排序后的关键字进行编号，将编号≤k的对应的关键字按照编号依次存储在语音文本关键字数据库中；
其中，文本数据集表示为a(t1,t2,…,tn’)，TF(a,th)表示分词后的特征词th在总文本中出现的次数，1≤h≤n’，IDF(th)表示反文档率，M表示文本数据集总的文本数，DF(th)表示在文本数据集中出现特征词ti的文本个数；，k为设定的数量阈值。
为了进一步实现语音文本中的关键字和电子书数据库中语句的关键字匹配，所述步骤(6)中，语音文本中的关键字和电子书数据库中语句进行关键字匹配的具体过程为，
(601b)设一个空数组，用于存储匹配值；
(602b)将模式串与主串进行关键字匹配，从第一个字符开始，如果字符匹配失败则令匹配值为0，向右挪动一个字符，继续匹配；如果字符匹配成功转步骤(603b)；
(603b)从字符匹配成功的第一个字符开始，令匹配值为0，继续匹配下一个字符，成功则令匹配值自增1，不成功则转步骤(604b)；
(604b)如果与主串中的第N个字符匹配失败，比较第(N-1)个字符和已匹配过的所有字符，如果已经出现过，记该第(N-1)个字符在模式串中的对应部分匹配值为m’，在模式串中初次出现的字符位置对应部分匹配值为n”，则令模式串整体向右移动(m’-n”)个字符，转至步骤(606b)；如果未出现过，转至步骤(605b)；
(605b)模式串向右移动一个字符，返回步骤(602b)；
(606b)若匹配成功，记录关键字在同一主串中出现的次数为j’，第一次匹配成功时，j’为1，后面每匹配成功1次，j’自增1，转至步骤(607b)，若匹配不成功且模式串的最后一个的字符位置与主串中最后一个字符的位置对应时，匹配结束，该主串不作为重点知识点；
(607b)模式串的最后一个的字符位置与主串中最后一个字符的位置对应时，匹配结束，该主串作为候选重点知识点；否则，模式串整体向右移动一个字符，返回步骤(603b)；
其中，N为不小于2的自然数，主串为电子书数据库中的文本单独语句，模式串为语音文本关键字数据库中的关键字，与语音文本中的关键字匹配成功的若干候选重点知识点中，匹配成功次数j’最大的对应的候选重点知识点作为最符合条件的语句。
本发明中，老师在在线直播教学时，自动将直播教学的语音信息转化为文本信息，同时，将老师授课过程中反复讲的知识存为重点知识点，重点知识点存入重点知识点文本，方便学生复习时根据重点知识点有目的的学习，提高学习效率；同时，采用随机抓拍的方法监控学生的听课状态，计算量小，公平公正，认真听课的学生被认为优秀学生，计算出的抓拍次数小，下次抓拍优秀学生的概率小，不在电脑面前的学生被抓拍的概率最大，加大对不认真上课学生的监控，更加公平公正，提高监控效果，方便教师课后对学生的管理，了解学生的上课状态；可应用于在线直播教学中。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
