基于視頻關(guān)鍵幀的課堂學(xué)生狀態(tài)具體實(shí)現(xiàn)方法

孫元　姜楠　戴宏

摘要：本論文針對(duì)學(xué)生上課期間的視頻數(shù)據(jù)，提取學(xué)生上課期間的姿態(tài)、面目表情等視頻關(guān)鍵幀信息進(jìn)行分析，進(jìn)而得到客觀的學(xué)生上課期間的學(xué)習(xí)狀態(tài)，根據(jù)這些客觀的數(shù)據(jù)，可以分析出授課教師授課期間或者部分授課時(shí)間或者某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的絕大部分學(xué)生的表現(xiàn)，進(jìn)而可以利用分析結(jié)果提醒教師繼續(xù)沿用或者改進(jìn)授課方式、方法，最終達(dá)到更好的授課效果。

關(guān)鍵詞：課堂教學(xué)；視頻；關(guān)鍵幀；實(shí)現(xiàn)

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）40-0097-03

目前很多研究人員利用多種方法進(jìn)行課堂教學(xué)效果研究，比如：劉謹(jǐn)老師發(fā)表的“高校學(xué)生評(píng)價(jià)教師課堂教學(xué)效果的分析”針對(duì)近年來高校學(xué)生評(píng)價(jià)教師課堂教學(xué)成果工作中呈現(xiàn)出的不足進(jìn)行研究分析，在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的對(duì)策[1]；郭曄紅老師發(fā)表的“高校教師發(fā)展?fàn)顩r與課堂教學(xué)效果關(guān)系分析”提出運(yùn)用教學(xué)改革政策激勵(lì)高校教師發(fā)展，鼓勵(lì)教師全身心投入教育教學(xué)的策略，為提升高校課堂教學(xué)效果及質(zhì)量提供理論依據(jù)[2]；鄭金山老師發(fā)表的“高校教師課堂教學(xué)效果評(píng)估模型研究”應(yīng)用層次分析法的思想，合理簡化其步驟，方便快捷地計(jì)算評(píng)價(jià)對(duì)象的權(quán)重，并運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法構(gòu)建了評(píng)估模型[3]。由于以上的方法多為主觀數(shù)據(jù)獲得，所以效果有待商榷。本文首先獲取學(xué)生課堂的視頻數(shù)據(jù)，然后針對(duì)該視頻數(shù)據(jù)按照算法進(jìn)行相應(yīng)的關(guān)鍵幀提取，再依據(jù)該關(guān)鍵幀所具有的學(xué)生姿態(tài)信息以及學(xué)生的面目表情信息判斷學(xué)生是否在課堂上認(rèn)真聽講，進(jìn)而用以覺得教師在課堂上是否需要改動(dòng)自己的教學(xué)方法、方式。下面就給出相應(yīng)的總體框架以及相關(guān)的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)和說明。

一、圖1是提取學(xué)生課堂姿態(tài)以及面目表情總體框架

二、針對(duì)該框架的具體實(shí)現(xiàn)

1.將學(xué)生的姿態(tài)信息以及面部表情狀態(tài)入庫：視頻數(shù)據(jù)提取的關(guān)鍵幀中包括認(rèn)真聽講和不認(rèn)真聽講的信息，其中認(rèn)真聽講的姿態(tài)中包括：舉手、端正坐姿、面部直視攝像頭；不認(rèn)真聽講姿態(tài)包括：低頭（看不到面部正面信息）、看手機(jī)（提取手機(jī)桌面位置，有時(shí)為傾斜的，有時(shí)在桌面的；同時(shí)面部與端正時(shí)成30度以上夾角，即頭發(fā)比臉部在正面顯示的區(qū)域較多）、睡覺（正面關(guān)鍵幀中只有頭發(fā)，紋理一致）、長時(shí)間寫字不抬頭（在多次提取關(guān)鍵幀中處于同一姿態(tài)，同時(shí)保持頭發(fā)部位朝向黑板，可以提取出手拿筆寫的姿態(tài)）、同學(xué)兩兩之間側(cè)頭交頭接耳（學(xué)生面部信息只有70%左右，臉部正面方向不是朝向攝像頭位置）等。

在該算法中除了上課的姿態(tài)信息之外，還包括學(xué)生面部信息的處理，比如針對(duì)學(xué)生五官的耳眼口鼻等器官，其中能夠確定為認(rèn)真聽講的面部信息有睜眼、眉間舒展等；沒有認(rèn)真聽講或者感覺該知識(shí)點(diǎn)有問題的面部信息包括皺眉、閉眼、用手支撐頭部并眼部斜視等。下面給出學(xué)生上課姿態(tài)以及面目表情的數(shù)據(jù)庫表以及相應(yīng)的數(shù)值信息。其中表一至表四分別是學(xué)生姿態(tài)標(biāo)準(zhǔn)庫、學(xué)生姿態(tài)標(biāo)準(zhǔn)庫解釋、學(xué)生面目表情標(biāo)準(zhǔn)庫以及學(xué)生面目表情標(biāo)準(zhǔn)庫解釋。

2.在標(biāo)準(zhǔn)庫建立完成之后，利用同樣的提取特征算法，將不同圖像中的學(xué)生姿態(tài)以及面目表情信息進(jìn)行提取后與標(biāo)準(zhǔn)庫中的比對(duì)，進(jìn)而進(jìn)行聚類，由于篇幅所限，具體方法另行介紹。

三、總結(jié)

本論文主要給出了上課過程中提取學(xué)生課堂姿態(tài)以及面目表情總體框架，同時(shí)也給出了學(xué)生的姿態(tài)以及相關(guān)面目表情信息的數(shù)據(jù)庫表，這樣就可以應(yīng)用相關(guān)圖像處理的方法進(jìn)行學(xué)生上課狀態(tài)信息的對(duì)比以及分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉謹(jǐn).高校學(xué)生評(píng)價(jià)教師課堂教學(xué)效果的分析[J].知識(shí)經(jīng)濟(jì)，2018，（2）116，118.

[2]郭曄紅.高校教師發(fā)展?fàn)顩r與課堂教學(xué)效果關(guān)系分析[J].甘肅高師學(xué)報(bào)2017，22（05）：32-34.

[3]鄭金山.高校教師課堂教學(xué)效果評(píng)估模型研究[J].齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，（09）.