一种智能物联网校园背包

摘要

本发明提出了一种智能物联网校园背包，包括背包本体和设于背包上的中心处理器，以及分别与所述中心处理器连接的信息采集模块、数据分析模块、语音播报模块、智能问答模块、数据存储模块、显示屏；本发明的校园背包可对课堂教学语音信息进行分析，提取每节课堂上的关键知识点和与所述关键知识点对应的课堂教学语音片段、章节片段并匹配出推荐习题；可通过语音播报的方式播放当天的每门课的关键知识点对应的课堂教学语音片段、对应的教材中的章节片段，通过语音智能问答的方式播放每个关键知识点匹配出的推荐习题并获取学生答案。本发明的背包可帮助有需要的学生在课外或上下学途中回顾课堂教学内容、巩固课堂知识点。

说明书

技术领域

本发明涉及学习用品领域，特别涉及一种智能物联网校园背包。

背景技术

背包作为学生必不可少的学习用品，学生一般随身携带，传统的背包，配备简单的拉链，只能起到基本的收纳功能，功能单一。

对大部分学生来说，教师的课堂实际教学是学生学习知识的首要途径，教师授课时往往以教材为依据按照先后顺序进行知识点细分讲解，往往还包括对每个知识点的拓展认知讲解、关联知识点讲解、对应的例题讲解、考点解析等，这些都是课本或教材所没有的。而且课堂上每个老师的每节课的侧重知识点、授课进度与知识点掌握要求都不同。学生课后或放学后需要及时巩固当天知识点，因此教师的课堂实际教学对学生课后巩固知识点至关重要。然而现在课堂上尤其是中小学课堂上基本不允许使用手机等电子设备，无法随时随地回顾课堂教学、巩固知识点，巩固知识点的途径只能通过课本或练习题。

现在学生普遍课业繁重，很多学生会利用上学和放学的时间学习，比如在上学、放学途中通过手机、课本、打印稿等学习，然而这些方式在乘车或步行上学途中多有不便且存在安全隐患，导致无法高效利用上学放学途中的时间强化学习。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种智能物联网校园背包，可自主分析教师的课堂教学内容、提取关键知识点、进行关键知识点播报及相关知识点习题推荐，解决现有背包功能单一、无法帮助学生随时随地巩固课堂知识点的问题。

本发明公开一种智能物联网校园背包包括背包本体和设于背包上的中心处理器，以及分别与所述中心处理器连接的信息采集模块、数据分析模块、语音播报模块、智能问答模块、数据存储模块、显示屏；

所述数据存储模块中预先存储有各科教材及各科习题库；

所述信息采集模块包括音频采集器，用于根据学生课表时段采集课堂教学语音信息，按照科目和课表时段分段保存；

所述数据分析模块用于对采集到的课堂教学语音信息进行语音分析，提取每节课堂上的关键知识点和与所述关键知识点对应的课堂教学语音片段；根据所述关键知识点确定对应的教材中的章节片段；根据所述关键知识点从所述习题库中匹配出推荐习题；

所述语音播报模块用于播放当天的每门课的关键知识点对应的课堂教学语音片段、对应的教材中的章节片段；

所述智能问答模块用于通过问答的方式播放每个关键知识点匹配出的推荐习题并获取学生答案，根据答案正确率判断学生各个知识点的掌握情况，筛选出学生的薄弱知识点，发出提醒，并针对薄弱知识点重新推荐习题；

所述中心处理器用于接收信息采集模块采集到的数据并发送至数据分析模块，获取数据分析模块的分析结果并发送至语音播报模块、智能问答模块或显示屏。

优选的，所述数据分析模块具体包括：

知识点提取单元：将课堂教学语音信息转换成文本，分段统计关键词词频，确定单个关键知识点及对应的文本范围；

语音片段截取单元：根据关键知识点的文本范围确定对应的语音信息时段，截取出对应语音片段；

章节内容确定单元：将关键知识点的对应的文本范围与教材中对应的章节知识点比对，确定并获取所述关键知识点对应的章节知识点片段；

习题推荐单元：根据所述关键知识点及对应的文本范围，从数据存储模块的习题库中匹配出对应的习题并作为推荐习题；

数据打包单元：按照科目列表、每科目对应的关键知识点列表、每个关键知识点对应的语音片段、每个关键知识点对应的章节知识点内容、每个关键知识点对应的推荐习题进行分层级排列，将分层级排列的数据打包发送给显示屏。

优选的，所述知识点提取单元具体包括：

语音转换子单元：将课堂教学语音信息进行去噪处理后转换成文本；

知识点提取子单元：逐句载入所述文本，每载入一个语句，对所述语句进行分词、去停用词及口语化词汇过滤处理，记录每个词语的对应位置并逐句统计每个词语的词频；逐句统计各个词语的词频变化率，设置变化率阈值，取词频变化率最大且大于等于所述变化率阈值的语句作为截断点，通过截断点将完整文本划分成多个段落；提取每个段落的关键词作为关键知识点，将对应的段落作为关键知识点的文本范围。

优选的，所述知识点提取子单元中，所述提取每个段落的关键词作为关键知识点具体为：

采用TF-IDF算法计算各个段落中每个词语的权重

根据词语的对应位置确定各个段落中每个词语的位置权重ω

计算各个词语的综合权重w＝αω

取综合权重最大的词语作为对应段落的关键知识点。

优选的，所述习题推荐单元具体包括：

提取各个关键知识点对应的文本范围的关键词及综合权重组成特征向量；

以所述关键知识点为关键词从所述习题库中检索出第一习题集，提取第一习题集中各道习题的关键词及综合权重组成特征向量；

针对每一个关键知识点，计算对应的文本范围的特征向量与第一习题集中各道题的特征向量之间的余弦相似度，根据余弦相似度对各道题降序排列，组成推荐列表，得到各关键知识点对应的推荐习题。

优选的，所述背包还包括与所述中心处理器连接的蓝牙连接模块，所述蓝牙连接模块用于与蓝牙耳机或外部终端设备连接。

优选的，所述信息采集模块还包括红外感知模块和超声波测距模块。

本发明的相对于现有技术具有以下有益效果：

1)本发明通过书包采集课堂实际教学的语音信息，分析课堂语音信息确定关键知识点，根据关键知识点确定对应的文本范围和章节片段，并截取对应的语音片段，通过语音播报的方式帮助有需要的学生随时随地回顾课堂教学、巩固知识点，为学生碎片化学习提供便利；

2)采用TF-IDF权重与位置权重结合的方式进行关键知识点提取以及对应的特征向量提取，根据关键知识点对应的文本范围进行习题推荐，贴合课堂实际教学，根据教师实际授课的关键知识点进行习题推荐，防止一般推荐方法造成推荐习题超纲或不贴合教师课堂实际教学等问题，提高习题推荐准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的智能物联网校园背包结构示意图；

图2为本发明数据分析模块处理流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提出一种智能物联网校园背包，包括背包本体和设于背包本体上的中心处理器200，以及分别与所述中心处理器200连接的信息采集模块300、数据分析模块400、蓝牙连接模块500、语音播报模块600、智能问答模块700、数据存储模块800、显示屏900；

所述中心处理器200用于接收信息采集模块300采集到的数据并发送至数据分析模块400，获取数据分析模块的分析结果并发送至语音播报模块600、智能问答模块700或显示屏900。

所述数据存储模块800中预先存储有各科教材及各科习题库；

所述信息采集模块300包括音频采集器，用于根据学生课表时段采集课堂教学语音信息，按照科目和课表时段命名并分段保存；

所述数据分析模块400用于对采集到的课堂教学语音信息进行语音分析，提取每节课堂上的关键知识点和与所述关键知识点对应的课堂教学语音片段；根据所述关键知识点确定对应的教材中的章节片段；根据所述关键知识点从所述习题库中匹配出推荐习题；所述数据分析模块400具体包括：

知识点提取单元：将课堂教学语音信息转换成文本，分段统计关键词词频，确定单个关键知识点及对应的文本范围；所述知识点提取单元具体包括：

语音转换子单元：将课堂教学语音信息进行去噪处理后转换成文本；

知识点提取子单元：逐句载入所述文本，每载入一个语句，对所述语句进行分词、去停用词及口语化词汇过滤处理，记录每个词语的对应位置并逐句统计每个词语的词频；逐句统计各个词语的词频变化率，设置变化率阈值，取词频变化率最大且大于等于所述变化率阈值的语句作为截断点，通过截断点将完整文本划分成多个段落；提取每个段落的关键词作为关键知识点，将对应的段落作为关键知识点的文本范围。由于教师讲课时往往一个时段只讲一个知识点，以该知识点为中心细分解析，关键知识点还会反复强调，往往还包括对每个知识点的拓展认知讲解、关联知识点讲解、对应的例题讲解、考点解析等，每个知识点讲解透彻后才会进入下一个知识点，因此每个知识点讲解时使用的高频词汇不同，进入下一个知识点时，部分词语的词频变化率会发生变化，因此可以逐句统计的词频变化率，新载入的语句中词频变化率最大且大于等于所述变化率阈值的语句作为截断点，来判断是否进入下一个知识点，通过截断点将完整文本划分成多个段落，每一个段落对应一个知识点。

所述提取每个段落的关键词作为关键知识点具体为：

采用TF-IDF算法计算各个段落中每个词语的权重

根据词语的对应位置确定各个段落中每个词语的位置权重ω

计算各个词语的综合权重w＝αω

取综合权重最大的词语作为对应段落的关键知识点。

语音片段截取单元：根据关键知识点的文本范围确定对应的语音信息时段，截取出对应语音片段；

章节内容确定单元：将关键知识点的对应的文本范围与教材中对应的章节知识点比对，确定并获取所述关键知识点对应的章节知识点片段；

习题推荐单元：根据所述关键知识点及对应的文本范围，从数据存储模块的习题库中匹配出对应的习题并作为推荐习题；所述习题推荐单元具体包括：

提取各个关键知识点对应的文本范围的关键词及综合权重组成特征向量；

以所述关键知识点为关键词从所述习题库中检索出第一习题集，提取第一习题集中各道习题的关键词及综合权重组成特征向量；

针对每一个关键知识点，计算对应的文本范围的特征向量与第一习题集中各道题的特征向量之间的余弦相似度，根据余弦相似度对各道题降序排列，组成推荐列表，得到各关键知识点对应的推荐习题。通过该方式得到的推荐列表可贴合教师课堂实际教学的知识点，防止推荐的习题超纲或与课堂实际教学内容不符。

数据打包单元：按照科目列表、每科目对应的关键知识点列表、每个关键知识点对应的语音片段、每个关键知识点对应的章节知识点内容、每个关键知识点对应的推荐习题进行分层级排列，将分层级排列的数据打包发送给显示屏900。

如图2所示为对某一科目的课堂语音信息进行数据分析的示意图。课程结束后，书包将数据分析模块的分析结果通过分层级排列的方式显示在显示屏上，所述显示屏为触摸屏，学生通过触摸点击的方式选取想要学习的科目、关键知识点及对应的课堂语音片段章节知识点片段或推荐习题进行语音播报或智能问答或者直接采用自动顺序播放的方式进行学习。

所述语音播报模块600用于播放当天的每门课的关键知识点对应的课堂教学语音片段、对应的教材中的章节片段；

所述智能问答模块700用于通过问答的方式播放每个关键知识点匹配出的推荐习题并获取学生答案，根据答案正确率判断学生各个知识点的掌握情况，筛选出学生的薄弱知识点，保存薄弱知识点并向显示屏发出提醒，将薄弱知识点重新发送至数据分析模块，数据分析模块400的习题推荐单元针对薄弱知识点重新推荐习题，帮助学生强化学习，全面掌握知识点。

所述蓝牙连接模块500用于与蓝牙耳机或外部终端设备连接。当环境嘈杂、语音播报不宜外放时可通过蓝牙耳机进行播报。同时蓝牙连接模块500还可与外部终端设备比如手机、平板、电脑等连接，方便放学后进行当天各科目课程总结、课堂回顾、知识点复习及做推荐习题。

所述信息采集模块300中还包括红外感知模块、超声波测距模块在黑暗路段或夜行时的危险路段，利用红外传感技术，感知身后是否有人，如果有人，再通过超声波测距技术测出身后人员与背包的距离，当距离4米时开始绿灯提示、3米时黄灯提示、2米时红灯提示，防止被危险人员尾随跟踪。

本发明提出了一种智能物联网校园背包，可自主分析教师的课堂教学内容、提取关键知识点、进行关键知识点播报及相关知识点习题推荐，通过语音播报的方式帮助有需要的学生随时随地回顾课堂教学、巩固知识点；本发明采用TF-IDF权重与位置权重结合的方式进行关键知识点提取以及对应的特征向量提取，根据关键知识点对应的文本范围进行习题推荐，贴合课堂实际教学，根据教师实际授课的关键知识点进行习题推荐，防止一般推荐方法造成推荐习题超纲或不贴合教师课堂实际教学等问题，提高习题推荐准确度，帮助学生利用课余时间或上下学时间快速掌握教师课堂上讲解的知识点。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。