(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211128419.6 (22)申请日 2022.09.16 (71)申请人 江苏海事职业技术学院 地址 211170 江苏省南京市江宁区格致路 309 (72)发明人 陈营营　吕太之　李智涛　 (74)专利代理 机构 南京源古知识产权代理事务 所(普通合伙) 32300 专利代理师 马晓辉 (51)Int.Cl. G06Q 50/20(2012.01) G06Q 10/06(2012.01) G06V 40/16(2022.01) G06V 10/82(2022.01) G06V 10/77(2022.01)G06N 3/04(2006.01) (54)发明名称 一种用于 课堂教学质量分析系统 (57)摘要 本发明提供了一种用于课堂教学质量分析 系统， 包括数据采集单元、 图像处理单元、 课堂考 勤单元、 表情统计单元、 教学质量评估单元、 与数 据库系统。 数据采集单元用于采集学生人脸特征 图形和人脸表情图形； 图像处理单元对采集到人 图特征图形和人脸表情图形进行处理； 课堂考勤 单元根据人脸特征图形和得出班级的考勤状态； 表情统计单元根据人脸表情图形得到学生的听 课状态； 教学质量评估单元根据学生的听课状态 对教学质量进行评估。 本发明通过采集学生的表 情数据和人脸特征信息， 客观评价学生的听课状 态， 对长时间出现异常情绪的学生进行心理预 警， 还可以对 学生课堂中的表情数据进行实时监 测和分析， 对教学质量做出客观的评价。 权利要求书2页 说明书4页 CN 115423660 A 2022.12.02 CN 115423660 A 1.一种用于课堂教学质量分析系统， 其特征在于： 包括数据采集单元、 图像处理单元、 课堂考勤单元、 表情统计单元、 教学质量评估单元、 学生心理预警单元、 客户端程序与数据 库系统， 其中， 所述数据采集单元用于采集学生人脸特征图形和人脸表情图形； 所述图像处 理单元对采集到人图特征图形和人脸表情图形进 行处理； 课堂考勤单元根据图像处理单元 处理后的人脸特征图形和数据库中的学生人脸进行比对， 得出班级的考勤状态； 表情统计 单元对接受到人脸表情图形和数据库中的各种表情进行比对， 得到学生的听课状态； 教学 质量评估单元根据学生的听课状态对教学质量进行评估， 各个单元间使用无线通信连接， 通过消息队列通信， 最终将数据存 入数据库中， 再通过 前端可视化展现到网页上。 2.如权利要求1所述的用于课堂教学质量分析系统， 其特征在于： 所述数据采集单元包 含两台高清网络摄像头， 安装在教室两边的顶部， 清晰准确的采集学生人脸特征数据作为 课堂考勤的凭证， 同时两台高清网络摄像头实时观测课堂情况采集人脸表情图形并传输到 图像处理单元。 3.如权利要求1所述的用于课堂教学质量分析系统， 其特征在于： 所述图像处理单元包 含一张专用图像处理器， 安装在教师用课堂管理电脑中， 所述图像处理单元对图像具体的 处理方法为： 首选图像预 处理， 将图像的分辨率调整成为识别所需要的分辨率， 然后再将图 像转换为灰度图片， 然后再将预处理过 的图像传入人脸检测器， 得到图像中所有人脸的位 置信息， 再将这些位置信息和图像一并传入表情识别神经网络的降维模块， 然后将图调整 至48×48的尺寸， 之后进 行基于卷积神经网络的表情识别， 第一层卷积操作分为两层， 先使 用深度为32， 边长为1的卷积核做步长为1的卷积， 再连续两次使用深度为64， 边长为3的卷 积核做步长为 1的卷积， 再做一次边长为2的最大池化， 结束第一层的操作， 第二层是两个深 度为64， 边长分别为3和5的卷积核， 做步长为1的卷积， 再做一次边长为2的最大池化， 最后 使用Flatten拉直， 连续两层全连接网络， 随机丢去一半的神经元防止过拟合， 输出预测结 果， 完成对图像的处 理。 4.如权利要求1 ‑3任一项所述的用于课堂教学质量分析系统， 其特征在于： 所述课堂考 勤单元包括前端 可视化页面和 后端Web项目框架， 分别与图像处理单元通讯连接； 与后台学 生基本信息数据库和学生人脸信息数据库通过 无线局域网连接 。 5.如权利要求1 ‑3任一项所述的用于课堂教学质量分析系统， 其特征在于： 所述表情统 计单元分别与图像处理单元通讯连接， 与学生课堂信息数据库、 学生基本信息数据库通过 无线局域网连接， 用于统计学生的听课状态， 将关注于学生在课堂中的情绪变化， 以得出学 生的专注度变化。 6.如权利要求1 ‑3任一项所述的用于课堂教学质量分析系统， 其特征在于： 所述教学质 量评估单元分别与表情统计单元通讯连接， 与教师基本信息数据库， 学生课堂数据库通过 无线局域网连接， 用于统计分析 学生课堂表情数据， 并且 对教师教学质量做客观评价。 7.如权利要求1 ‑3任一项所述的用于课堂教学质量分析系统， 其特征在于： 所述学生心 理预警单元分别与 表情统计单元和图像处理单元通讯相连， 与学生基本信息数据库和学生 课堂信息数据库通过无线局 域网相连， 用于实时观测学生课堂上 的状态， 并且重点关注于 长时间出现异常情绪的学生， 及时将有关情况通知相关负责人。 8.如权利要求1 ‑3任一项权利要求所述的用于课堂教学质量分析系统， 其特征在于： 所 述客户端程序分别与课堂考勤 单元、 表情统计单元、 教学质量评估单元、 学生心理预警单元权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115423660 A 2和数据库相连， 所述客户端程序包含浏览器页面、 终端机版本应用与 移动应用端应用， 负责 与用户的交互、 向用户提供注册界面、 登陆界面、 查询界面、 编辑界面、 表情管理界面、 心理 预警查询界面以及对应的功能。 9.如权利要求8所述的用于课堂教学质量分析系统， 其特征在于： 所述客户端程序部署 在教学专用服务器上， 并且发布在教学局域网中， 实现浏览器Web端、 终端机版本应用和移 动应用端应用并发访问。 10.如权利要求1 ‑3任一项权利要求所述的用于课堂教学质量分析系统， 其特征在于： 所述课堂考勤单元、 表情统计单元、 教学质量评估单元与学生心理预警单元之间有很强的 相关性， 集成在同一个Web程序中。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115423660 A 3