基于可穿戴設(shè)備的教育應(yīng)用案例分析

黃川

摘 要 當(dāng)代科技發(fā)展迅猛，可穿戴設(shè)備逐漸成為人類日常生活中必不可缺的一部分。由深圳宏智力科技開發(fā)的BrainLink智能頭箍是一款基于生物反饋原理的腦電波設(shè)備，通過該設(shè)備可實(shí)時(shí)獲取測試對(duì)象的腦電數(shù)據(jù)。文章通過該公司提供的基于.net平臺(tái)的腦電波SDK開發(fā)套件，研究一種面向教育教學(xué)領(lǐng)域的windows應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 可穿戴設(shè)備；腦電波；BrainLink；.net平臺(tái)

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2018）222-0090-02

可穿戴設(shè)備正在成為當(dāng)下最火的話題。隨著教育信息化與數(shù)字化的發(fā)展，傳統(tǒng)校園教學(xué)也發(fā)生了翻天覆地的變化，教育部門在教育信息化軟硬件資源建設(shè)方面政策的實(shí)施，極大地促進(jìn)了各院校建設(shè)自身教育信息化體系的節(jié)奏。

如何將可穿戴設(shè)備引入校園是當(dāng)下可穿戴教育領(lǐng)域研究的前沿方向。在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域，通過檢測人體大腦發(fā)出的不同腦電波，可識(shí)別人腦在不同環(huán)境刺激下作出的不同反應(yīng)。由深圳宏智力科技有限公司開發(fā)的BrainLink意念力頭箍[ 1 ]，可有效鍛煉大腦自控力，同時(shí)也可通過下載不同平臺(tái)的相關(guān)應(yīng)用軟件連接此設(shè)備來查看大腦的活動(dòng)狀態(tài)。

1 腦電波概述

人類的諸多情感活動(dòng)，如感受、思考、動(dòng)作行為都離不開大腦的支配，這些活動(dòng)都與大腦每時(shí)每刻的狀態(tài)和功能密切相關(guān)，在進(jìn)行各種活動(dòng)時(shí)會(huì)不停產(chǎn)生大腦“放電”現(xiàn)象。腦電波英文簡稱EEG，是大腦活動(dòng)時(shí)，腦皮質(zhì)細(xì)胞群之間形成的電位差，從而在大腦皮質(zhì)的細(xì)胞外產(chǎn)生電流，它記錄大腦活動(dòng)時(shí)的電波變化[2]。

2 BrainLink意念頭箍

2.1 BrainLink介紹

BrainLink智能頭箍是由深圳市宏智力科技有限公司研發(fā)的產(chǎn)品，其佩戴方便，可以通過藍(lán)牙4.0無線連接手機(jī)、電腦等終端設(shè)備。

在該款設(shè)備中，它能讓你通過連接手機(jī)或者電腦即時(shí)了解您的大腦狀態(tài)，比如是否專注、緊張、放松或者疲勞，同時(shí)也可以通過自發(fā)調(diào)節(jié)個(gè)人集中度與放松度傳送至手機(jī)或電腦，實(shí)現(xiàn)奇妙的“意念力控制”。

2.2 工作原理及流程

BrainLink采用與傳統(tǒng)醫(yī)療腦電波傳感器不同的dry sensor傳感器裝置，其不需要涂抹任何傳導(dǎo)膠質(zhì)，只需要與大腦前額皮膚接觸就可以感測腦電波。

測試者佩戴后，設(shè)備接收人體腦電信號(hào)，并經(jīng)過內(nèi)置傳感器過濾，通過芯片分析得出可讀參數(shù)，然后通過藍(lán)牙模塊將信號(hào)傳遞至終端設(shè)備。

2.3 集中度與放松度

在該款設(shè)備對(duì)腦電波的測量中，有兩項(xiàng)參數(shù)最為重要，一為集中度參數(shù)，二為放松度參數(shù)。這兩項(xiàng)參數(shù)的數(shù)據(jù)范圍均為1-100，數(shù)據(jù)值表示用戶的注意力集中程度和放松程度。集中度參數(shù)指示了使用者當(dāng)前專注度，而放松度則表示使用者當(dāng)前的平靜度與放松程度，其反映了測試者的精神狀態(tài)。兩個(gè)參數(shù)的數(shù)據(jù)值越高，表示越專注或精神越放松。

專注度參數(shù)與放松度參數(shù)的輸出頻率均為1Hz，即每秒分別輸出一次數(shù)據(jù)，有利于使用者實(shí)時(shí)檢測。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)需求背景

在對(duì)中小學(xué)課堂教學(xué)質(zhì)量的調(diào)研中，發(fā)現(xiàn)通過學(xué)生注意力的集中程度可客觀的反應(yīng)課堂教學(xué)質(zhì)量的高低[4]。好的教學(xué)方式能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的注意力，使其穩(wěn)定在高集中度水平。本系統(tǒng)結(jié)合深圳宏智力研發(fā)的智能頭箍，開發(fā)了一種監(jiān)測學(xué)生腦電波的應(yīng)用，通過監(jiān)測學(xué)生的腦電波形以及集中度情況，反映了學(xué)生的上課注意力。

3.2 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)的開發(fā)依賴神念科技提供的ThinkGear SDK開發(fā)套件，通過調(diào)用提供的ThinkGear.dll與ThinkGearNET.dll動(dòng)態(tài)鏈接庫連接設(shè)備與藍(lán)牙終端。在SDK眾多參數(shù)中，其中Attention（集中度）與Meditation（放松度）為系統(tǒng)主要信號(hào)數(shù)據(jù)參考。

3.2.1 軟件環(huán)境

操作系統(tǒng)：Windows 7 Ultimate 64bit

編程環(huán)境與語言：Microsoft Visual Studio2012編譯器，在.NET平臺(tái)，基于Winform的C#編程語言。

3.2.2 硬件環(huán)境

測試設(shè)備：BrainLink意念頭箍CPU：Inter？ Core？ I5-4200M CPU @ 2.5GHZ 2.5GHZ

內(nèi)存：8GB

3.3 系統(tǒng)模型與設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)由3部分組成：程序主界面、繪圖顯示以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

1）界面設(shè)計(jì)：采用winform窗口組件，同時(shí)搭配其他組件如文本框、按鈕組件等共同設(shè)計(jì)。

2）繪圖設(shè)計(jì)：采用chart表格模型完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示繪圖，直觀易懂。

3）數(shù)據(jù)保存：由相關(guān)文件操作的API函數(shù)組成，其功能將實(shí)時(shí)顯示的繪圖數(shù)據(jù) 保存至txt格式文件。當(dāng)需要這些文件時(shí)，只需要將這些歷史數(shù)據(jù)重新導(dǎo)入至表格，則會(huì)重繪這些歷史數(shù)據(jù)。

3.4 程序模塊以及功能演示

該系統(tǒng)分為以下幾個(gè)功能模塊：

1）端口選擇：用于搜尋電腦藍(lán)牙連接端口。當(dāng)設(shè)備與電腦相連時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)搜索端口。

6）清空曲線：該功能將重置曲線繪制，清空數(shù)據(jù)圖。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)通過對(duì)腦電波的研究，著力于探索課堂教育教學(xué)和腦電波監(jiān)測之間的聯(lián)系，在應(yīng)用上還存在一些不足之處，如界面的設(shè)計(jì)還不足美觀，同時(shí)該程序只能在同一時(shí)間適配一臺(tái)智能頭箍，尚且無法實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)測量，因此后期收集數(shù)據(jù)工作量較大。但通過學(xué)生腦電波的狀態(tài)，不僅反映了學(xué)生上課的認(rèn)真程度，同時(shí)也從側(cè)面反映出課堂教學(xué)方式的重要性，即好的教學(xué)方式能更好地使學(xué)生投入學(xué)習(xí)狀態(tài)，注意力也更集中。

參考文獻(xiàn)

[1]鄧超.BrainLink：大腦解放雙手[J].創(chuàng)業(yè)家，2013（8）.

[2]袁蔣偉，吳伊自.腦電波的統(tǒng)計(jì)特性[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（理學(xué)版），2007（1）.

[3]李揚(yáng).新一代智能終端-可穿戴設(shè)備[J].高科技與產(chǎn)業(yè)化，2013（10）.

[4]劉靜.試論多媒體教學(xué)對(duì)提高學(xué)生注意力的影響[J].中國教育技術(shù)裝備，2014（7）：17-18.