基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估方法、系统、装置和存储介质

技术领域

本发明涉及教学培训技术领域，尤其是一种基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估方法、系统、装置和存储介质。

背景技术

教学姿态及表情应用技能是传递教学信息的重要方式，是师范生教学基本技能训练的重要组成部分。准确地分析师范生的教学姿态及表情应用技能，有利于师范生对自身肢体语言及表情语言应用方式进行改进，对于帮助师范生及时调整教学姿态及表情应用，训练和提升教学基本技能水平，具有重要意义。

目前的师范生教学姿态及表情应用技能训练，是基于教学法教师个人打分的方式，无法发挥师范生过程性数据的价值。从教师个人的角度进行分析判断，主观性强，不能客观真实地反映出师范生的教学姿态及表情应用技能水平。系统缺少无法跟踪记录教学过程和训练过程的数据，师范生通过系统获取的分析结果以分数成绩为主，无法根据系统分析结果进行有针对性的训练和提升。

发明内容

针对目前的师范生教学姿态及表情应用技能训练中，进行切换会占用目标切片的资源等技术问题，本发明的目的在于提供一种基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统。

一方面，本发明实施例包括一种基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统，包括：

教学片段录制模块；所述教学片段录制模块用于拍摄师范生的教学过程，录制教学片段；

教学片段信息描述模块；所述教学片段信息描述模块用于设置所述教学片段的基本信息；

技能参数模块；所述技能参数模块用于根据所述基本信息，对所述教学片段进行教学姿态及表情识别，获得教学姿态及表情应用技能分析结果；

云端服务器；所述云端服务器用于为所述教学片段录制模块、所述教学片段信息描述模块和所述技能参数模块提供数据处理支持。

进一步地，所述对所述教学片段进行教学姿态及表情识别，获得教学姿态及表情应用技能分析结果，包括：

对所述教学片段进行教学姿态识别，获得姿态时间序列图、姿态变化次数图和各姿态时间占比图。

进一步地，所述对所述教学片段进行教学姿态及表情识别，获得教学姿态及表情应用技能分析结果，包括：

对所述教学片段进行表情识别，获得表情时间序列图、表情变化次数图和各表情时间占比图。

进一步地，所述基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统还包括：

诊断报告模块；所述诊断报告模块用于对所述教学姿态及表情应用技能分析结果进行可视化输出；

输出模块；所述输出模块用于根据用户类型设定输出格式，以所述输出格式输出所述教学姿态及表情应用技能分析结果；

登录与注册模块；所述登录与注册模块用于获取不同类型的用户信息，根据所述用户信息登录或注册所述基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统。

进一步地，所述基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统还包括：

教学引导模块；所述教学引导模块用于获取标准技能参数，根据所述标准技能参数生成标准教学动作形象；所述标准教学动作形象用于引导师范生进行动作。

进一步地，所述根据所述标准技能参数生成标准教学动作形象，包括：

从所述教学片段中，提取师范生的形象参数；

根据所述形象参数，生成所述标准教学动作形象的造型；

根据所述标准技能参数，生成所述标准教学动作形象的动作。

进一步地，所述根据所述标准技能参数生成标准教学动作形象，还包括：

随机改变所述标准技能参数；

根据改变后的所述标准技能参数，生成所述标准教学动作形象的动作。

另一方面，本发明实施例还包括一种基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估方法，所述基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估方法包括：

用于拍摄师范生的教学过程，录制教学片段，将所述教学片段上传至云端服务器；

设置所述教学片段的基本信息，将所述基本信息上传至云端服务器；

由云端服务器根据所述基本信息，对所述教学片段进行教学姿态及表情识别，获得教学姿态及表情应用技能分析结果。

另一方面，本发明实施例还包括一种计算机装置，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储至少一个程序，所述处理器用于加载所述至少一个程序以执行实施例中的基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估方法。

另一方面，本发明实施例还包括一种存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行实施例中的基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估方法。

本发明的有益效果是：实施例中的基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统，对教学片段进行教学姿态及表情识别，形成师范生教学姿态及表情应用技能的分析结果，可以避免从教学法教师个人的角度主观判断打分，从而能够更加客观真实地反映师范生教学姿态及表情应用技能水平，使得师范生能够根据系统分析结果进行有针对性训练和提升。

附图说明

图1为实施例中基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统的结构图；

图2和图3为实施例中诊断报告模块的输出结果示意图；

图4为实施例中输出模块输出的报告具体样式示意图。

具体实施方式

本实施例中，参照图1，基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统包括教学片段录制模块、教学片段信息描述模块、技能参数模块、诊断报告模块、输出模块、登录与注册模块、教学引导模块和云端服务器等模块。

本实施例中，云端服务器支持用户通过互联网注册和登录系统平台，用于存储与处理基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统的相关数据。云端服务器可以为教学片段录制模块、教学片段信息描述模块、技能参数模块、诊断报告模块、输出模块、登录与注册模块和教学引导模块等各模块提供云端数据支持，因此教学片段录制模块、教学片段信息描述模块、技能参数模块、诊断报告模块、输出模块、登录与注册模块和教学引导模块等模块可以组成客户端。

本实施例中，登录与注册模块，根据不同用户角色获取特定相关信息，上传用户信息至云端服务器，用以呈现和导出不同用户角色所需要的分析结果和报告。用户分析依据用户角色分为学生、教师、院系主任、教务管理人员，其中学生用户信息包括学号、姓名、年级专业、入学年份、手机号、学业状态、电子邮箱，教师用户信息包括工号、姓名、手机号、学院、专业、电子邮箱，院系主任用户信息包括工号、姓名、手机号、学院/系、电子邮箱，教务管理人员包括工号和姓名。

用户通过登录与注册模块注册账号并登录后，可以使用基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统中其他模块的功能。如果用户未通过登录与注册模块注册或登录，可以禁止用户使用基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统中其他模块的功能，或者仅允许用户使用基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统中部分模块的功能。

本实施例中，教学片段信息描述模块用于获取学生用户设置的教学片段基本信息，上传教学片段基本信息至云端服务器，其中教学片段基本信息包括学科、学段、课型、技能维度、教材版本等。具体地，学段包括小学、初中、高中，学科涵盖中小学所涉及的全部学科，如包括语文、数学、英语、信息技术/信息科技、音乐、美术等，课型包括新授课、活动课、复习课、实验课等。

本实施例中，教学片段录制模块与教学片段信息描述模块相关联，根据用户设置的教学片段基本信息，录制师范生的教学过程视频或上传已有教学片段至云端服务器，获得教学片段，上传后的教学片段可通过用户端进行视频回放。其中用户端采用Web浏览器基于内置的WebRTC技术采集音视频的编码信息，并通过SDP会话协议与WebRTC网关服务器建立会话，在WebRTC网关服务器上通过FFMpeg流失视频处理工具将音视频转换后推送到支持SMTP协议的流媒体服务器上，视频片段视频时长要求为15分钟以内，视频帧率可选30帧/秒和25帧/秒，视频图像分辨率可选1080i和1080p。

本实施例中，技能参数模块通过云端服务器，对教学片段进行教学姿态及表情识别，提取师范生的教学姿态及表情应用的课堂数据，并结合师范生教学姿态及表情应用技能参数进行教学片段分析，得出数据分析结果，并与技能参数标准进行匹配。

本实施例中，技能参数模块对教学片段进行教学姿态及表情识别，从而获得教学片段的每一帧中，师范生所做出的教学姿态以及面部表情。其中，教学姿态可以细分为肩部平稳状态、腿部直立状态、教学姿态变化频率等类型，面部表情可以细分为表情变化分布、表情极性分布等类型。技能参数模块对每一帧的教学姿态以及面部表情进行统计，从而获得姿态时间序列图、姿态变化次数图、各姿态时间占比图、表情时间序列图、表情变化次数图和各表情时间占比图等内容，作为教学姿态及表情应用技能分析结果。

本实施例中，在获得教学姿态及表情应用技能分析结果数据之后，由诊断报告模块对教学姿态及表情应用技能分析结果进行可视化输出。可视化输出的结果如图2和图3所示，其中图2展示了肢体状态(肩部总体状态、腿部总体状态)、教学姿态变化频率等教学姿态，图3展示了表情变化分布、表情类型(无表情、正向表情、负向表情)等表情应用技能分析结果，图2和图3共同展示了可视化的教学姿态及表情应用技能分析结果。

除了图2和图3中所示的形式外，诊断报告模块还可以以折线图、饼状图、时间轴分布等形式可视化展示教学姿态及表情应用技能分析结果。

本实施例中，输出模块根据用户类型设定输出格式，以输出格式输出教学姿态及表情应用技能分析结果。具体地，如果用户类型为学生，那么输出模块设定的输出格式为个人报告；如果用户类型为教师用户和院系主任，那么输出模块设定的输出格式为群体报告；如果用户类型为教务管理人员，那么输出模块设定的输出格式为学校报告。输出模块可以根据不同用户需求，输出个人、群体或学校报告，呈现学生教学技能中教学姿态和表情的画像特征，进行不同群体对比分析，并向学生用户提供建议。本实施例中，输出模块输出的报告具体样式如图4所示。

本实施例中，教学引导模块获取标准技能参数，根据标准技能参数生成标准教学动作形象；标准教学动作形象用于引导师范生进行动作。

具体地，教学引导模块可以是显示屏，在使用基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统时，将教学引导模块设置在师范生能够正常看到的位置。教学引导模块可以从数据库中读取标准技能参数，其中标准技能参数可以是教师进行与教学片段的基本信息所示同类型的教学活动时，标准的动作参数(例如四肢关键点的空间坐标、关节弯曲角度、面部关键点的坐标等)。教学引导模块可以根据标准技能参数，生成相应动作的动画人物形象，得到标准教学动作形象，从而使得师范生在看到教学引导模块中的标准教学动作形象后，能够模仿标准教学动作形象进行教学，有利于提高对师范生的教育效果。

本实施例中，教学引导模块运行时可以执行以下步骤：

P1.从教学片段中，提取师范生的形象参数；

P2.根据形象参数，生成标准教学动作形象的造型；

P3.根据标准技能参数，生成标准教学动作形象的动作。

步骤P1中，教学引导模块运行面部特征提取算法，从教学片段截取出的关键帧中，识别出师范生的面部特征、身形特征等数据作为形象参数。

步骤P2中，教学引导模块运行AI换装算法，根据步骤P1获得的形象参数，生成标准教学动作形象的造型，即标准教学动作形象显示出来后，其造型与师范生的真人造型接近。

步骤P3中，教学引导模块根据标准技能参数，生成相应动作的动画人物形象。

通过执行步骤P1-P3，教学引导模块可以将做出标准教学动作和表情的动画人物形象呈现给师范生，使得师范生能够在看到“自己”做出的标准教学动作和表情，有利于师范生进行学习标准教学动作和表情，纠正自己身体做出的教学动作和表情，有利于提高对师范生的教育效果。

本实施例中，由于教学片段是连续的多帧，因此步骤P1-P3是不断多次循环执行的。教学引导模块可以对从数据库中获得的标准技能参数进行随机改变，具体地，随机改变可以是随机地选择在执行某一次步骤P1-P3时，对这一次步骤P1-P3所使用的标准技能参数的值进行改变；也可以是指将标准技能参数的值改为一个随机值。这样，教学引导模块将在执行某一次步骤P1-P3时，在步骤P3中，根据改变后的标准技能参数，生成标准教学动作形象的动作，这样显示出来的“标准教学动作形象”所做出的教学姿势和表情就不是标准技能参数本身的教学姿势和表情，而是一种“错误”的教学姿势和表情，从而能够在标准教学动作形象做出连贯的教学姿势和表情时，插入“错误”的教学姿势和表情。

通过使标准教学动作形象做出“错误”的教学姿势和表情，能够考察师范生是否具有发现“错误”的教学姿势和表情的能力，即基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统具有了考察师范生对教学姿势和表情认知能力的功能。

本实施例中，基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统具有以下特点：

(1)构建了基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统结构，用于基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估的系统用户端可通过云端服务器、登录与注册模块、教学片段信息描述模块、教学片段录制与上传模块、技能参数模块、诊断报告模块、输出模块及教学引导模块，形成一体化完整的基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估和诊断过程，学生、教师、院系主任、教务管理人员通过用户段即可了解师范生个体及群体、阶段及过程性的教学姿态及表情应用技能水平，满足不同用户需求。

(2)系统数据处理采用了云服务方式，基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统中通过云端服务器，支持用户通过互联网注册和登录系统平台，存储与处理基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统的相关数据，提高了基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估的效率。

(3)系统技能参数分析的实施方法，依据技能参数指标识别、处理和分析师范生教学片段信息数据，将数据处理结果与技能参数标准比对分析，并在诊断报告模块可视化呈现师范生教学姿态及表情应用数据的分析结果。

(4)系统分析结果和报告更加注重师范生的技能提升，结合学生教学姿态及表情应用技能的数据分析结果，从各技能参数指标角度为学生提出有针对性的改进建议，有助于师范生在自主训练中持续提升教学姿态及表情应用技能水平。

(5)可以改善现有技术中从教学法教师个人的角度主观判断打分，不能客观真实反映师范生教学姿态及表情应用技能水平，以及师范生无法根据系统分析结果进行有针对性训练和提升的问题。

本实施例中，基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统的使用方法，同时也可视为基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统运行时所执行的流程，包括以下步骤：

S1.注册并登录系统平台，选择用户类型，完善用户信息；

S2.描述教学片段基本信息，填写教学片段所属学段、学科、课型和教材版本，选择要分析和训练的技能维度，技能维度包括教学姿态技能维度和表情应用技能维度；

S3.录制或上传教学片段，选择教学片段提供的方式，包括录制教学片段和上传已有教学片段，其中录制教学片段需要设置参数、开启摄像、试录、确认录制、回放和保存；

S4.得出诊断报告，用户针对师范生教学姿态及表情应用技能实际情况，结合技能参数标准作对比，寻找差距，同时对基于过程或群体的技能提升情况有客观的认识，学生可查看个人报告，包括本次报告、阶段性报告和全过程报告，教师和院系主任可查看群体报告，包括基于学科的报告、基于班级的报告、基于专业的报告、部分学生的报告，教务管理人员用户可查看学校报告，包括院系报告和整校报告；

S5.输出诊断报告，根据不同用户需求，输出个人、群体或学校报告，其中面向学生提供个人报告，包括师范生教学姿态及表情应用技能画像、技能发展趋势和技能建议指导，面向教师和院系主任提供群体报告，包括群体师范生教学姿态及表情应用技能画像和群体技能对比分析，面向教务管理人员提供学校报告，包括院系师范生教学姿态及表情应用技能画像和整校报告。

通过执行步骤S1-S5，能够运行和使用本实施例中的基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统，从而实现基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统的技术效果。

可以通过编写执行本实施例中的基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估方法的计算机程序，将该计算机程序写入至存储介质或者计算机装置中，当计算机程序被读取出来运行时，执行本实施例中的基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估方法，从而实现与实施例中的基于云服务的教学姿态及表情应用技能评估系统相同的技术效果。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本公开中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本公开各组成部分的相互位置关系来说的。在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。此外，除非另有定义，本实施例所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本实施例说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本实施例所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。本实施例所提供的任何以及所有实例或示例性语言(“例如”、“如”等)的使用仅意图更好地说明本发明的实施例，并且除非另外要求，否则不会对本发明的范围施加限制。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本实施例描述的过程的操作，除非本实施例另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本实施例描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本实施例所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。

计算机程序能够应用于输入数据以执行本实施例所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。