物聯(lián)網(wǎng)的智能學(xué)習(xí)輔助系統(tǒng)研究

摘要：當(dāng)今時(shí)代，設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能學(xué)習(xí)輔助系統(tǒng)，用以輔助學(xué)生學(xué)習(xí)，是時(shí)代發(fā)展的必然需求。該類系統(tǒng)應(yīng)包含硬件與軟件，分為智能手環(huán)、手機(jī)APP及電腦客戶端。并能夠通過心率監(jiān)測學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，通過行為動(dòng)作分析反應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)作，通過APP幫助學(xué)生制定學(xué)習(xí)計(jì)劃。應(yīng)用該類系統(tǒng)，應(yīng)該起到有效輔助學(xué)生開展學(xué)習(xí)活動(dòng)、提升學(xué)習(xí)質(zhì)量的效果。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);智能硬件;輔助學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：TP393? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1007-9416（2020）04-0000-00

近些年，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在人們的生活中得到了廣泛的應(yīng)用，比如智能家電、家庭智能生態(tài)管理系統(tǒng)等，這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備不僅為人們的生活提供了方便，還對(duì)人們的生活安全提供了更多保障。在這樣的時(shí)代背景下，為學(xué)生設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，使學(xué)生能夠?qū)崟r(shí)了解自己的學(xué)習(xí)狀態(tài)，幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，助力學(xué)生制定并實(shí)施學(xué)習(xí)計(jì)劃，變成了時(shí)代發(fā)展的重要趨勢。

1智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

目前，物聯(lián)網(wǎng)在生活方面得到了較為廣泛的應(yīng)用，如智能電視、空調(diào)、電飯煲、監(jiān)控設(shè)備等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在生活中受到了人們的歡迎。并且，近些年，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備正逐漸向小型化、貼身化的方向發(fā)展。比如，蘋果手表、小米手環(huán)等。但這些設(shè)備主要與人們的身體健康或者體育鍛煉活動(dòng)相聯(lián)系，并沒有與學(xué)生的學(xué)習(xí)生活掛鉤。因此，基于信息教育時(shí)代的背景，可以設(shè)計(jì)輔助學(xué)生課堂學(xué)習(xí)過程以及課外學(xué)習(xí)過程智能輔助系統(tǒng)[1]。為方便學(xué)生佩戴及應(yīng)用，該系統(tǒng)的硬件部分應(yīng)設(shè)計(jì)為貼身手環(huán)形態(tài)，內(nèi)置加速度傳感器、心率傳感器、藍(lán)牙芯片等元件，并配備手機(jī)APP、電腦端客戶端。該系統(tǒng)應(yīng)該具有以下效果：在學(xué)校中，教師能通過電腦客戶端對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)習(xí)動(dòng)作進(jìn)行更加全面的把握;在家庭中，家長及學(xué)生自身也能通過手機(jī)APP有效的安排及實(shí)施學(xué)習(xí)計(jì)劃，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

2智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)主要可以分為兩個(gè)部分，硬件部分及軟件部分。硬件部分主體為貼身手環(huán)，主要發(fā)揮數(shù)據(jù)收集及傳輸作用。軟件部分為手機(jī)APP及電腦客戶端，主要發(fā)揮數(shù)據(jù)整合、處理、分析、呈現(xiàn)的作用。

2.1貼身智能手環(huán)結(jié)構(gòu)

貼身智能手環(huán)的整體結(jié)構(gòu)包括手環(huán)顯示屏、電路板、電池、后蓋及腕帶，且整體設(shè)計(jì)為便于拆卸及組裝的形式，方便學(xué)生自主更換電池。手環(huán)最重要結(jié)構(gòu)為發(fā)揮數(shù)據(jù)收集功能的電路板，電路板上焊接發(fā)揮數(shù)據(jù)收集功能的各類芯片及相應(yīng)的處理器。電路板上應(yīng)當(dāng)至少焊接以下元件：加速度傳感器、心率傳感器、藍(lán)牙芯片、集成模擬前端、處理器、震動(dòng)馬達(dá)、發(fā)音器。通過這些元件收集學(xué)生的數(shù)據(jù)，并反應(yīng)來自電腦客戶端及手機(jī)APP的信息[2]。其中，加速度傳感器應(yīng)該需要能夠測量三維立體空間的加速度，即能夠手機(jī)學(xué)生佩戴手環(huán)的手腕在“X”“Y”“Z”軸的運(yùn)動(dòng)情況，并以數(shù)據(jù)的形式反饋到軟件中。心率傳感器需要能夠采集學(xué)生的心率情況，并實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生心率的實(shí)時(shí)監(jiān)測。在設(shè)計(jì)時(shí)，可以使用NXP原相心率，即通過綠色的LED燈光照射學(xué)生的腕部血管，通過反射光的強(qiáng)度了解學(xué)生的心率情況。處理器及集成模擬前端則負(fù)責(zé)對(duì)手環(huán)所收集數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的處理，然后通過藍(lán)牙芯片與軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。而震動(dòng)馬達(dá)及發(fā)音器應(yīng)當(dāng)具備可調(diào)節(jié)能力，以及多種展示形式，以便給予學(xué)生足夠的提示。

2.2智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)軟件功能

智能輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)的軟件應(yīng)當(dāng)分為手機(jī)APP與電腦客戶端，能夠分別在學(xué)校及學(xué)生家庭中發(fā)揮作用。在現(xiàn)實(shí)中，貼身智能手環(huán)應(yīng)當(dāng)具備的主要作用為收集學(xué)生身體數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到其他設(shè)備軟件中?；蛘呓邮芷渌O(shè)備軟件發(fā)來的數(shù)據(jù)，然后改變手環(huán)的工作模式或者對(duì)學(xué)生發(fā)出震動(dòng)或者聲音信號(hào)。手機(jī)APP與電腦客戶端應(yīng)當(dāng)具備不同的功能，以適應(yīng)實(shí)際需求。

眾多科學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，人類的心率能夠反映人的心理狀況及情緒狀態(tài)。比如，人類正常情況下的心率一般在90bpm左右波動(dòng)，當(dāng)監(jiān)測到低于70bpm的心率時(shí)，該人類有極大的可能處于情緒不佳的狀態(tài)。通過心率傳感器反饋的數(shù)據(jù)，后臺(tái)軟件可以通過科學(xué)計(jì)算實(shí)時(shí)表現(xiàn)出學(xué)生的情緒狀態(tài)，然后對(duì)教師或者家長做出提示。學(xué)?？梢栽诮淌抑械挠?jì)算機(jī)中安裝相應(yīng)的軟件，實(shí)時(shí)展示學(xué)生的情緒狀況，并以閃爍標(biāo)紅的方式提示教師注意瞌睡、情緒低沉的學(xué)生[3]。教師便可以向這些學(xué)生的手環(huán)發(fā)送信號(hào)，使手環(huán)震動(dòng)，以這種較為隱秘的形式提醒學(xué)生。相較于電腦客戶端針對(duì)全班學(xué)生，手機(jī)APP的功能應(yīng)當(dāng)針對(duì)個(gè)體學(xué)生，即需要重點(diǎn)監(jiān)測學(xué)生的動(dòng)作及心率。在家庭學(xué)習(xí)中，若學(xué)生專心學(xué)習(xí)，則學(xué)生的左手腕部動(dòng)作一般較小，處于壓作業(yè)本的狀態(tài)。若是學(xué)生心情煩躁、無心學(xué)習(xí)，則學(xué)生容易出現(xiàn)抖腿、玩弄紙、筆的狀態(tài)，觸發(fā)運(yùn)動(dòng)傳感器的工作機(jī)制，使學(xué)生、家長得到提醒。該系統(tǒng)的兩方面軟件都需要具備制定教學(xué)計(jì)劃并對(duì)貼身智能手環(huán)發(fā)送信號(hào)的能力。比如，在教室中，教師需要開展短時(shí)間的小組討論活動(dòng)，那么教師便可以在電腦客戶端中設(shè)置時(shí)間，然后開展討論活動(dòng)，在設(shè)置的時(shí)間到達(dá)之后，全班學(xué)生的手環(huán)齊齊震動(dòng)，提醒學(xué)生活動(dòng)結(jié)束。同理，在手機(jī)APP中，家長或者學(xué)生可以自行設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)周期，如“40min-5min-40min”，為學(xué)生營造課堂學(xué)習(xí)氛圍。APP還應(yīng)當(dāng)能夠制定長期的計(jì)劃，即在每天的固定時(shí)刻提醒學(xué)生完成某項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)。比如，學(xué)生制定每天10分鐘的課外閱讀計(jì)劃，在學(xué)生開始閱讀時(shí)，需要先以特定的頻率活動(dòng)手腕，通過震動(dòng)傳感器“打卡”，而手機(jī)APP在收到信號(hào)之后做好記錄。

3結(jié)語

綜上所述，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能學(xué)習(xí)輔助系統(tǒng)具備較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。該類系統(tǒng)能夠通過監(jiān)測學(xué)生的心率及行為了解學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)或者家庭學(xué)習(xí)過程中的實(shí)際心理情況及情緒，使教師或者家長及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的異常，然后采取針對(duì)性的措施。并且該系統(tǒng)還能幫助學(xué)生制定并實(shí)施良好的學(xué)習(xí)計(jì)劃，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的效率，助力學(xué)生提升學(xué)習(xí)能力與成績。

參考文獻(xiàn)

[1]李航.一種英語教育教學(xué)使用的物聯(lián)網(wǎng)輔助系統(tǒng)[P].CN108257436A，2018-07-06.

[2]毛焰.中學(xué)階段學(xué)習(xí)智能輔助系統(tǒng)研究[J].科技資訊，2018，16（1）：184-185+187.

[3]劉昕.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能學(xué)習(xí)輔助系統(tǒng)[J].信息記錄材料，2017，18（9）：15-16.

收稿日期：2020-02-11

作者簡介：王蓓（1973—），女，浙江奉化人，本科，講師，研究方向：智能硬件、物聯(lián)網(wǎng)。

Research on Intelligent Learning Assistance System for Internet of Things

WANG Bei

（Shanghai Vocational College of Electronic Information， Shanghai 201411）

Abstract： In today's era， designing intelligent learning assistance systems based on the Internet of Things to assist students in learning is an inevitable requirement of the development of the times. This type of system should include hardware and software， which are divided into smart bracelets， mobile apps and computer clients. And it can monitor students' learning status through heart rate， reflect behaviors of students through behavior analysis， and help students make learning plans through APP. The application of such systems should effectively assist students in carrying out learning activities and improve the quality of learning.

Keywords： Internet of Things; intelligent hardware; assisted learning