[发明专利]基于面部表情识别的课堂教学效果评价系统

说明书

本发明公开了一种基于面部表情识别的课堂教学效果评价系统。本发明通过实时分析课堂上的视频，提取出课堂上学生的面部表情，统计分析出学生在课堂上的理解度、活跃度、疑惑度和活跃时间指标信息供教师了解学生的心理状态，学生对该知识点的掌握程度，使教师采取相应的教学调控手段，提高课堂的教学质量；自动分析教师的课堂表情状态，统计出教师的课堂表情指标，提供教学管理人员考核教师的课堂情感依据。记录下师生的课堂表情，并统计分析出师生的课堂表情指标，该指标作为课堂教学评估的一项参考指标具有全面性、客观性。统计出目标课程在各个学校的课堂教学效果，以供课程改革作为参考。用户通过本发明的技术方案，能使教师和教学管理人员更能贯彻以学生为主的教学理念。

[技术领域]

本发明涉及一种基于面部表情识别的课堂教学效果评价系统，可通过识别课堂上师生的面部表情判断出课堂的教学效果，属于计算机控制技术领域。

[背景技术]

随着教学方式的不断改革，对课堂教学的要求越来越多，传统的教学手段和教学管理方式已远远不能满足目前课程教学的需求，因此需要不断地添加现代化的教学手段和教学管理方式。随着计算机技术和网络的飞跃发展，电子教室教学、多媒体教学等利用前沿技术的教育形式越来越受到人们的关注。近几年人脸表情识别技术也在突飞猛进地发展，开始在社会生活中发挥越来越重要的作用，不同程度地应用到了辅助教学中。课堂中的人脸表情识别技术就是让计算机对课堂上的师生面部表情进行获取、识别和响应，以帮助教师和学生在和谐、愉快的交互模式下完成目标任务。目前课堂教学在教、学、课堂教学评估、课程改革研究等方面存在如下缺点：(一)在教的方面，教学管理人员只是在某个时间段考核教师的课堂表现，这样不能全面真正地反映教师的平时课堂表情表现。而学生参与教师评价的制度，存在很大的主观性，有些教师存在无原则地取悦学生现象，同时也很难了解到教师平时在课堂上的教学表情。这些都不利于教师科学地改进课堂教学。(二)在学的方面，由于教师在课堂上教学主要采用观察学生和提问学生的方式与学生互动，教师的主要精力在教学上，而教师的个人精力有限，不能照顾到整个班级每个学生在整节课的课堂表现，会造成信息传递和反馈的片面性和滞后性，对学生情绪缺乏全面地关注，教师不能了解所有学生的听课情况并进行有效监督。(三)在课堂教学评估方面，一般教学管理人员通过调查获得课堂教学师生的表情态度结论，这样耗时耗力，该评估结论也存在片面性、主观性。(四)在课程改革研究方面，很难统计出目标课程在全国所有学校的教学效果，缺乏对目标课程的教学效果的全局数据，不能有效推进课程改革。

目前对面部表情的识别一般应用在娱乐领域，比如申请号/专利号201110205035.5，它公开了基于面部表情识别的电脑系统，在网络互动中通过面部表情识别提高电脑的娱乐性。然而在教育领域，面部表情识别技术还没有得到很好的应用。

[发明内容]

本发明的目的就是为了克服上述现有课堂教学的不足，提供一种基于面部表情识别的课堂教学效果评价系统，把学生上课时的面部表情归纳为理解、疑惑、不想听课，把学生上课时的面部表情归纳为愉悦和冷淡。通过摄像头采集课堂上师生的面部表情视频，统计出师生课堂上的表情变化，以提高课堂教学质量，推进课程改革。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于面部表情识别的课堂教学效果评价系统，其包括：视频监控模块、关键帧提取模块、图像处理模块、统计分析模块。

所述的视频监控模块，采用3台固定摄像头安装方式，其中1台监控讲台上的教师，另外2台监控台下左右两边的学生，避免目标的遮挡。通过该模块对摄像头的参数进行调整，能对教室无盲区、图像清晰地拍摄，视频信号通过网络传输到服务器。

所述的关键帧提取模块提取出课堂教学视频中某个时刻的帧，并把帧转成224×224×3大小的图像。

所述的图像处理模块包括图像噪声过滤单元、人脸的检测和提取单元、表情特征提取单元和人脸表情识别单元。

所述的图像噪声过滤单元过滤掉关键帧图像的噪声。