本發(fā)明涉及智能示教機(jī)系統(tǒng)，具體涉及一種基于智能模型的實(shí)驗(yàn)考試示教機(jī)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在中學(xué)理化生實(shí)驗(yàn)課程中，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式存在以下幾個(gè)主要不足：

2、1、在實(shí)驗(yàn)課上，一名教師需同時(shí)關(guān)注多名學(xué)生的操作,很容易疏忽某些學(xué)生的不規(guī)范動(dòng)作，從而使學(xué)生產(chǎn)生并形成錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)操作習(xí)慣。

3、2、實(shí)驗(yàn)過程考核評(píng)分主觀性較強(qiáng)，目前實(shí)驗(yàn)課的評(píng)分主要依賴于教師的主觀判斷，缺乏客觀量化的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

4、3、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)考試大多采用固定的題庫，新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)工作量很大，且題庫內(nèi)容固定之后難以修改，缺乏智能化輔助支持。

5、4、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，學(xué)生主要通過老師的實(shí)驗(yàn)操作示范或者錄制好的實(shí)驗(yàn)視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)，模式單一，缺乏互動(dòng)性，無法對(duì)于實(shí)驗(yàn)針對(duì)性學(xué)習(xí)，難以適應(yīng)個(gè)性化學(xué)習(xí)，限制了實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的探索性和靈活性。

6、因此，有必要提出一種基于智能模型的實(shí)驗(yàn)考試示教機(jī)系統(tǒng)，可設(shè)計(jì)和優(yōu)化新實(shí)驗(yàn)，同時(shí)可以批閱實(shí)驗(yàn)給出判分，節(jié)省了大量評(píng)分工作，并提高系統(tǒng)的評(píng)分準(zhǔn)確率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種基于智能模型的實(shí)驗(yàn)考試示教機(jī)系統(tǒng)，可設(shè)計(jì)和優(yōu)化新實(shí)驗(yàn)，且過程自動(dòng)化，簡(jiǎn)單化；同時(shí)可以批閱實(shí)驗(yàn)給出判分，節(jié)省了大量評(píng)分工作，并提高系統(tǒng)的評(píng)分準(zhǔn)確率，提供了實(shí)驗(yàn)考試結(jié)果的精細(xì)化分析，提高教師實(shí)驗(yàn)授課的效率和演示效果。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：該基于智能模型的實(shí)驗(yàn)考試示教機(jī)系統(tǒng)包括虛實(shí)交互實(shí)驗(yàn)指引模塊、視覺算法模塊、得分點(diǎn)智能轉(zhuǎn)義模塊和邏輯判斷模塊，所述虛實(shí)交互實(shí)驗(yàn)指引模塊與視覺算法模塊形成雙向數(shù)據(jù)連接；所述邏輯判斷模塊與所述視覺算法模塊形成雙向數(shù)據(jù)連接；所述得分點(diǎn)智能轉(zhuǎn)義模塊與所述實(shí)驗(yàn)評(píng)分條件庫形成數(shù)據(jù)連接；所述虛實(shí)交互實(shí)驗(yàn)指引模塊用于提供實(shí)時(shí)互動(dòng)的實(shí)驗(yàn)操作指引；所述視覺算法模塊用于對(duì)實(shí)驗(yàn)操作全要素的分析和建模，獲得視覺識(shí)別結(jié)果；所述得分點(diǎn)智能轉(zhuǎn)義模塊用于通過自然語言處理技術(shù)，將教師用自然語言描述的實(shí)驗(yàn)評(píng)分要求轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化的評(píng)分條件，實(shí)現(xiàn)了新實(shí)驗(yàn)得分點(diǎn)條件生成的智能化；所述邏輯判斷模塊用于根據(jù)結(jié)構(gòu)化的實(shí)驗(yàn)得分點(diǎn)判斷標(biāo)準(zhǔn)對(duì)視覺算法模塊輸出的識(shí)別結(jié)果進(jìn)行邏輯判斷，給出最終的分?jǐn)?shù)評(píng)估和文字評(píng)語。

3、采用上述技術(shù)方案，通過虛實(shí)交互實(shí)驗(yàn)指引模塊、視覺算法模塊、得分點(diǎn)智能轉(zhuǎn)義模塊、邏輯判斷模塊，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)準(zhǔn)備階段，教師從題庫中選擇所需實(shí)驗(yàn)發(fā)布，如果題庫中沒有的實(shí)驗(yàn)，教師可以準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，得分點(diǎn)智能轉(zhuǎn)義模塊將教師直接輸入的文本和實(shí)驗(yàn)評(píng)分條件庫中現(xiàn)有的得分點(diǎn)判斷條件進(jìn)行智能匹配，生成實(shí)驗(yàn)得分點(diǎn)判斷標(biāo)準(zhǔn)，從而形成新的實(shí)驗(yàn)；教師可以選擇發(fā)布實(shí)驗(yàn)練習(xí)或?qū)嶒?yàn)考試，在實(shí)驗(yàn)練習(xí)和考試階段，視覺算法模塊都可以識(shí)別實(shí)驗(yàn)器材和理解學(xué)生的操作，并形成智能識(shí)別結(jié)果；在練習(xí)階段，虛實(shí)交互實(shí)驗(yàn)指引模塊結(jié)合智能識(shí)別結(jié)果輔助指導(dǎo)學(xué)生練習(xí)實(shí)驗(yàn)；在考試階段，邏輯判斷模塊結(jié)合智能識(shí)別結(jié)果對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行實(shí)時(shí)智能評(píng)分。該基于智能模型的實(shí)驗(yàn)考試示教機(jī)系統(tǒng)使用了了目標(biāo)檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)跟蹤、行為識(shí)別、自然語言處理、知識(shí)圖譜等多種人工智能算法，涵蓋了從實(shí)驗(yàn)智能創(chuàng)建、學(xué)生實(shí)操輔導(dǎo)到考試自動(dòng)評(píng)判的全流程，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的智能化升級(jí)，提高了教學(xué)效率和客觀性，為創(chuàng)新注入新動(dòng)能。

4、優(yōu)選地，該基于智能模型的實(shí)驗(yàn)考試示教機(jī)系統(tǒng)還包括學(xué)生端和教師端，所述教師端與所述得分點(diǎn)智能轉(zhuǎn)義模塊形成通信連接；所述學(xué)生端與所述邏輯判斷模塊形成通信連接。

5、優(yōu)選地，采用該基于智能模型的實(shí)驗(yàn)考試示教機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行示教的方法，具體包括以下步驟：

6、s1：教師端創(chuàng)建新實(shí)驗(yàn)，輸入實(shí)驗(yàn)描述文本，并發(fā)布實(shí)驗(yàn)考試或發(fā)布實(shí)驗(yàn)練習(xí)至學(xué)生端；

7、s2：所述視覺算法模塊進(jìn)行智能識(shí)別，得到識(shí)別結(jié)果；在練習(xí)階段，所述視覺算法模塊將所述識(shí)別結(jié)果發(fā)送至學(xué)生端即輸出給虛實(shí)交互實(shí)驗(yàn)指引模塊，所述虛實(shí)交互實(shí)驗(yàn)指引模塊進(jìn)行行為指引和糾正；或在考試階段，所述視覺算法模塊將所述識(shí)別結(jié)果發(fā)送至邏輯判分模塊，所述邏輯判分模塊則給出最終評(píng)分。

8、優(yōu)選地，所述步驟s1中所述教師端創(chuàng)建新實(shí)驗(yàn)，輸入實(shí)驗(yàn)描述文本后通過得分點(diǎn)智能轉(zhuǎn)義模塊將輸入內(nèi)容自動(dòng)轉(zhuǎn)義成實(shí)驗(yàn)評(píng)分條件庫中現(xiàn)有的得分點(diǎn)判斷條件，然后組裝成新的實(shí)驗(yàn)，具體步驟為：所述教師端通過輸入自然語言描述的實(shí)驗(yàn)信息；得分點(diǎn)語義識(shí)別模塊使用自然語言處理算法將輸入實(shí)驗(yàn)信息自動(dòng)轉(zhuǎn)義，生成得分點(diǎn)判斷條件；并形成初步評(píng)分方案；同時(shí)提供可視化編輯界面，供教師端檢查并完善修改。

9、優(yōu)選地，所述步驟s1中教師端從實(shí)驗(yàn)評(píng)分條件庫中的多個(gè)判斷條件篩選，組裝成得分點(diǎn)，形成新的實(shí)驗(yàn)，或教師端直接輸入得分點(diǎn)的自然語言描述，得分點(diǎn)語義識(shí)別模塊可以將輸入內(nèi)容自動(dòng)轉(zhuǎn)義成實(shí)驗(yàn)評(píng)分條件庫中現(xiàn)有的得分點(diǎn)判斷條件，然后組裝成新的實(shí)驗(yàn)；其中所述實(shí)驗(yàn)信息包括實(shí)驗(yàn)主題、預(yù)期操作步驟、注意事項(xiàng)；使用所述自然語言處理算法包括詞向量、知識(shí)圖譜、語言模型；對(duì)輸入的所述實(shí)驗(yàn)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)義具體為：對(duì)實(shí)驗(yàn)信息進(jìn)行詞法、句法、語義分析，識(shí)別并提取出關(guān)鍵的評(píng)分要素，關(guān)鍵的評(píng)分要素包括操作步驟、順序、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；再將提取的評(píng)分要素與實(shí)驗(yàn)評(píng)分條件庫中的條件進(jìn)行匹配，從而生成得分點(diǎn)判斷條件。

10、優(yōu)選地，在所述步驟s2中所述視覺算法模塊進(jìn)行智能識(shí)別得到識(shí)別結(jié)果的具體為：基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)視頻中進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)，精準(zhǔn)識(shí)別出實(shí)驗(yàn)器材、學(xué)生手部和桌面環(huán)境；結(jié)合運(yùn)動(dòng)跟蹤算法，穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)在視頻中的運(yùn)動(dòng)軌跡和操作軌跡；例如跟蹤鉤碼，砝碼的移動(dòng)，固定跟蹤某個(gè)試劑瓶的位置；使用行為識(shí)別算法，如3d卷積網(wǎng)絡(luò)，對(duì)學(xué)生的具體實(shí)驗(yàn)操作動(dòng)作進(jìn)行識(shí)別，比如玻璃棒攪拌、移動(dòng)游碼，滴管滴定等，得到識(shí)別結(jié)果。

11、優(yōu)選地，在所述步驟s2中在練習(xí)階段，所述虛實(shí)交互式操作指引模塊提供實(shí)時(shí)互動(dòng)的實(shí)驗(yàn)操作指引的具體步驟為：首先調(diào)取標(biāo)準(zhǔn)操作流程資源庫，獲取當(dāng)前實(shí)驗(yàn)的分解圖示和視頻；再在示教機(jī)屏幕疊加顯示實(shí)時(shí)視頻畫面和虛擬分解圖示；再利用視覺算法模塊精準(zhǔn)跟蹤和識(shí)別學(xué)生的實(shí)操行為；再將實(shí)操行為與虛擬范例進(jìn)行對(duì)比，若發(fā)現(xiàn)偏差則立即給出糾正提示；直至操作完全符合要求才自動(dòng)切換至下一步驟；循環(huán)上述引導(dǎo)過程，確保學(xué)生掌握規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作流程。

12、優(yōu)選地，在所述步驟s2中所述虛實(shí)交互式操作指引模塊還結(jié)合視覺算法模塊指引學(xué)生找到各個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器的規(guī)范操作區(qū)儀器在桌面放置的位置；具體步驟為：首先利用視覺算法模塊對(duì)常見實(shí)驗(yàn)臺(tái)面鏡頭進(jìn)行分析，將自動(dòng)識(shí)別出操作臺(tái)面的大小和位置；再根據(jù)學(xué)生選擇的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，給出恰當(dāng)?shù)膬x器布局方案，在示教機(jī)觸摸屏上，使用虛擬圖示標(biāo)識(shí)出各儀器理想擺放的具體區(qū)域，指導(dǎo)學(xué)生有序高效地進(jìn)行操作臺(tái)布置；若實(shí)驗(yàn)中沒有將儀器放在合適的位置，則將給出提示直到儀器放在虛擬圖示區(qū)域中。

13、優(yōu)選地，在所述步驟s2中在考試階段，所述邏輯判分模塊結(jié)構(gòu)化的實(shí)驗(yàn)得分點(diǎn)判斷標(biāo)準(zhǔn)對(duì)視覺算法模塊輸出的識(shí)別結(jié)果進(jìn)行邏輯判斷，給出最終的分?jǐn)?shù)評(píng)估和文字評(píng)語；具體步驟為：首先獲取該基于智能模型的實(shí)驗(yàn)考試示教機(jī)系統(tǒng)中設(shè)定的實(shí)驗(yàn)評(píng)分條件，再將視覺模塊識(shí)別出的學(xué)生操作行為與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則進(jìn)行匹配；最后基于規(guī)則判斷對(duì)不符合項(xiàng)進(jìn)行扣分，分析各個(gè)評(píng)分維度的完成情況，計(jì)算得出總分?jǐn)?shù)結(jié)果，并根據(jù)錯(cuò)誤內(nèi)容給出建議反饋。

14、優(yōu)選地，在所述步驟s2中在考試階段時(shí)系統(tǒng)中設(shè)定的實(shí)驗(yàn)評(píng)分條件包括操作順序、完成質(zhì)量、操作規(guī)范性和安全性，所述實(shí)驗(yàn)評(píng)分條件的設(shè)定為系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的或教師端通過得分點(diǎn)智能轉(zhuǎn)義模塊生成的。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果為：該基于智能模型的實(shí)驗(yàn)考試示教機(jī)系統(tǒng)通過虛實(shí)交互實(shí)驗(yàn)指引模塊、視覺算法模塊、得分點(diǎn)智能轉(zhuǎn)義模塊、邏輯判斷模塊在實(shí)驗(yàn)教學(xué)準(zhǔn)備階段，教師從題庫中選擇所需實(shí)驗(yàn)發(fā)布，如果題庫中沒有的實(shí)驗(yàn)，教師可以準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，得分點(diǎn)智能轉(zhuǎn)義模塊將教師直接輸入的文本和實(shí)驗(yàn)評(píng)分條件庫中現(xiàn)有的得分點(diǎn)判斷條件進(jìn)行智能匹配，生成實(shí)驗(yàn)得分點(diǎn)判斷標(biāo)準(zhǔn)，從而形成新的實(shí)驗(yàn)；教師可以選擇發(fā)布實(shí)驗(yàn)練習(xí)或?qū)嶒?yàn)考試，在實(shí)驗(yàn)練習(xí)和考試階段，視覺算法模塊都可以識(shí)別實(shí)驗(yàn)器材和理解學(xué)生的操作，并形成智能識(shí)別結(jié)果；在練習(xí)階段，虛實(shí)交互實(shí)驗(yàn)指引模塊結(jié)合智能識(shí)別結(jié)果輔助指導(dǎo)學(xué)生練習(xí)實(shí)驗(yàn)；在考試階段，邏輯判斷模塊結(jié)合智能識(shí)別結(jié)果對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行實(shí)時(shí)智能評(píng)分。該基于智能模型的實(shí)驗(yàn)考試示教機(jī)系統(tǒng)使用了了目標(biāo)檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)跟蹤、行為識(shí)別、自然語言處理、知識(shí)圖譜等多種人工智能算法，涵蓋了從實(shí)驗(yàn)智能創(chuàng)建、學(xué)生實(shí)操輔導(dǎo)到考試自動(dòng)評(píng)判的全流程，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的智能化升級(jí)，提高了教學(xué)效率和客觀性，為創(chuàng)新注入新動(dòng)能。