一种基于教案和预设问题库的在线自动授课及交互系统
技术领域
本发明属于计算机技术领域，更进一步，属于使用计算机技术实现对学生进行在线无真人教师存在的授课。本发明可以广泛应用与各种学科的在线教学课堂，极大的缩减教师资源的开销，同时降低时间的局限性。
背景技术
随着在线教育的发展，越来越多的人在网络上使用网页或者移动端进行网上课程的学习。因此，教师资源和聘请教师进行教学所需的费用成为了相关企业需要考虑的内容。虽然可以通过录制教学视频来替代教师讲课的过程，通过AI进行试卷和作业的批改，但是课堂提问等与学生互动的环节仍然需要教师。为了节约师资成本，考虑将与学生进行互动的教师使用计算机程序所替代，结合使用教学视频来达到课堂彻底的无教师化，这无疑可以大幅降低成本，并且能够提升同时进行的课程的数量，使其不再受限于老师的数目。
现有专利CN108615425A公开了一种在线教育中的交互方式，其包括教学端、中继端和若干学生端，教学端与学生端通过互联网相互通信，学生端用于在授课时输入问题或答案，学生端包括处理模块、标签模块和提交模块，教学端包括通信模块、触发模块、控制模块和提示模块，学生端将问题提交至中继端，当教学端的触发条件达到后，中继端将问题提交到教学端，教学端供教师选择问题并通过中继端将问题发送至所有的学生端，学生端供学生提交问题的答案。该交互方式的不足在于，仍然需要真人教师进行提问，对学生问题的判定及反馈等操作，无法节约教师成本并局限于教师数目。
现有专利CN108564502A公开了一种互动式教学系统，其包括：管理平台对若干老师具体要求进行匹配，上课中能达到两位老师的优势互补，提高了教学水平。老师能经图片及视频接收单元接收学生提出的问题，并给于解答。授课中，两个分别处于远端的老师能进行教学切换，更好满足教学需要。该教学系统存在的不足是，教学以及互动均需要真人教师进行，会严重局限于教师的数目。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足。并针对，在现实情境下的在线课堂除了授课过程，还包括会发生老师向学生提问环节，而且根据提问内容的不同以及学生的回答情况，教师会有多种处理学生解答的方法这一情况。提供一直解决方案，解决使用计算机模拟在线课堂上老师真实的还原课堂情景：需要以一个多种策略，多种选择的处理流程去模拟课堂提问的所发生的可能情况，并且将反馈以真实的声音传递给学生这一问题。
实现本发明的技术思路是：对每堂课去预设教案（PPT及教师录音或录像）、若干问题/练习点。每个问题/练习点有预设的一组问题及答案以及相应的说明和强调，通过文本联合语言的形式组织问题/练习点的内容。上课时按照本课程播放预设教案进行授课教学，当进行到一个问题/练习点时激活交互程序，开始师生交互环节，交互时以模拟程序模拟教师行为，包括：根据当前教室中学生列表随机抽取学生回答问题，针对学生回答对对学生进行不同反馈。反馈使用语音形式播放给学生。
本发明所述的一种基于教案和预设问题库的在线自动授课及交互系统，该系统包括：
教案播放及控制模块，用于存储全部教案内容，并决定要向学生端播放的教案以及到预设课堂交互环节时激活互动环节处理模块并切换配合交互过程的教案。
互动环节处理模块，用于预处理并存储全部问题/练习点内容。以及在交互环节开始后程序根据设置的流程模拟教师课堂交互中的行为与学生进行交互。
学生端，用于播放教案播放及控制模块选定的教案视频内容，获取并向学生播放互动环节处理模块所要向学生反馈的一切语音和接收学生的语音回答并将其传给互动环节处理模块。
本发明与现有的技术相比具有以下优点
实现在线教学过程中无真人教师的存在，并在无真人教师存在的情况下，除了能完整的进行课程教学，同时依然可以给予学生一个真实的准确的问答交互过程，给予学生真实的课堂体验。由此大幅节约了教师成本，并使得课堂数目不在局限于教师的数量。
附图说明
图1为该系统架构。
图2为该授课交互系统的上课流程，图中：模块一为教案播放控制系统，模块二为课堂交互环节处理系统。
图3为课堂交互环节模块在进行并处理交互时所依据的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述。
参照图1，本发明系统分三部分组成。教案播放及控制模块负责决定要向学生端播放的教案以及到预设课堂交互环节时激活互动环节处理模块并切换配合交互过程的教案。互动环节处理模块会通过预设问题库存储模块预处理并存储全部问题/练习点内容，并且在当交互启动时，课堂交互模块从预设问题库存储模块中选择问题/练习点内容，以预设语音提问给学生，然后通过语音识别服务识别学生的语音回答，将识别后的信息通过交互模块中的答案匹配系统进行比对，然后根据答案结果进行给予学生不同语音的反馈。学生端负责播放教案播放及控制模块选定的教案视频，获取并向学生播放互动环节处理模块所要向学生反馈的一切语音和接收学生的回答语音并将其传给互动环节处理模块。
图2为上课流程，参照图2，当开始上课时，教案播放及控制模块的程序先播放教案视频，到课堂交互环节时启动交互程序进行交互，交互过程结束后通过已播放教案视频的长度与教案视频总长度进行对比，判定课程是否结束，若未结束则继续播放未完的教案视频，重复上述过程。
图1中预设问题库存储模块以如下方式存储预设问题/练习点以及与其配套的答案及反馈内容。
在系统投入应用前，首先要依据课程内容准备问题/练习点的内容。按课程名设立不同的文件夹，而每个文件夹下就存储着与该节课程相关的问题/练习点。一个问题/练习点不仅有一组可能的问题及相应的答案，还有与该问题有关的在学生回答不上来的时候给予的提示以及学生回答正确后可能会进行的追加提问以及该问题/练习点中包含的需要强调的重点知识点。上述问题/练习点内容以“文本-语音对”模式进行存储，即将一个问题/练习点内容分为文本信息内容和语音信息内容两种形式进行存储，一个问题/练习点的文本内容和语音内容便成一对。两者以相同的文件名表示（文件后缀当然不同），命名方式为内容所属（根问题，提示，追问，强调点等）加问题编号，如：问题2.txt即表示预设的问题2的文本内容，而提示2.txt就是对问题2可能会进行的提示的文本内容。在存储为文本信息内容时，若是有答案的内容（如提问，追问等），文本信息存储该内容与答案的拼接，用于跟学生的回答进行匹配验证学生回答的正确性，同时预设相应的语音，以该文件名+“_an”表示。而无答案的内容（如需要强调的重点）则只存储该内容。
图1中课堂交互模块的交互程序依据图3流程进行交互环节，具体如下。
步骤1：从学生名单随机选取一人进行问答交互，从预设问题中抽选一个根问题，用预设脚本语音向其提问。
步骤2：依据学生是否回答进行下一步，若回答转步骤3；若为回答转步骤4。
步骤3：当学生长时间未应答时，系统询问学生是否能接收到提问，若此时学生有任何回答，均认为其可以收到，但不知道如何回答，从预设跟提问问题有关的提示中随机选择一个，然后用对应的预设脚本语音对学生进行提示。若学生仍未有作答，则换一个人回答问题。
步骤4：对于收到的学生回答，使用图1中有所示的语音识别服务将语音回答转化为文本信息，然后依据问题的类型选择不同的答案正误判别方式，将学生回答与预设正确答案进行对比，若学生回答正确，则进行步骤5；若学生回答错误则进行步骤6。
步骤5：系统会根据是否有预设的追问来选择是否进行追问或对学生进行表扬，若进行追问，则从预设追问中选择一个向学生进行追问，然后转到步骤4。否则进行步骤7。（注：当进行追问时，若学生仍答错就不再进行提示和换人而是直接给答案，即进行步骤8。若答对就不再进行追问进行步骤9）。
步骤6：系统会随机选择换一个人进行回答或者进行提示或直接给出正确答案。若选择换人，则转步骤1。若选择提示，则从预设提示中选择一个向学生进行提示，然后转步骤4。否则进行步骤8。
注：提示时，若答错可能换人或直接给出答案，而不预设关于提示的提示再对学生进行提示。由于答错而进行换人时，在一个根问题的问答过程中只换一次人。
步骤7：对学生进行表扬和夸奖，转步骤10。
步骤8：直接对学生给出问题的正确答案，转步骤10。
步骤10：对提问内容的重点知识点有个强调讲解，然后结束问答。
答案的比对使用正则比对与语义比对相结合的方式，保证对学生回答正误的准确判断。在进行问答交互时，交互程序按照每一个交互点的类型（如提问，提示，追问等）结合根问题编号在预设问题库存储模块相应课程文件夹中查找相应预设文本和预设语音内容，预设文本内容用来程序处理时使用，而给予学生的反馈均为预设语音信息。以上述流程完成自动化授课中以程序模拟课堂问答的交互过程。
