技术领域
[0001] 本
发明涉及教学设备分析领域，更具体地说，特别涉及一种学业数据收集、处理分析和反馈的系统及方法。
背景技术
[0002] 目前，在学生作业数据收集方面，
现有技术有三大类，其一是蓝牙点阵技术、电容感应技术、
电磁感应技术；其二是扫描识别技术；其三是
平板电脑技术。第一大类的不足之处主要有：都要专用的笔和摄像头；对纸张还有特殊的要求；无题库系统与之对应，不能使收集的信息活起来----如不能实现智能推送；无留痕的批阅系统与之对应，交互性能差；无“教师助手系统”相匹配，无法实现课堂的实时交互。第二类技术的不足之处，主要有：成本高；无交互，课堂不能用；课后延时严重；无题库
支撑，无智能推送；第三大类的不足之处，主要有：对视
力影响大；无法控制学生上网；无专用的系统与之相匹配。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种学业数据收集、处理分析和反馈的系统，本发明采用改进后的
电阻触摸屏感应笔迹，利用嵌入式微
控制器系统进行
数据采集处理，使用
人机交互系统进行显示控制，使用无线远程传输模组进行数据传输，可有效解决现有技术成本高、需要特定手写笔、体积大、不能智能推送、使用不方便等技术问题。
[0004] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0005] 一种学业数据收集、处理分析和反馈的系统，包括：
[0006] 笔迹信息收集模
块，用于记录在该收集板上
覆盖的纸张上所书写的内容，并以
电子形式进行存储；
[0007] 题库，用于提供分类的试题和教学资源；
[0008] 教师助手模块，用于调用题库中的试题或教学资源；
[0009] 学生助手模块，用于对学生的成绩统计与分析；
[0010]
数据处理分析反馈中心，用于对班级考试或作业进行数据分析，精准推送教师辅助资源，对学生学情进行分析，形成学生个体错题本，精准推送学习辅助资源。
[0011] 进一步地，所述笔迹信息收集模块包括：
[0012] 笔迹电子复印模块，用于复印笔迹电子复印模块上所书写的内容，并以电子的形式进行存储；
[0013] 通讯模块，用于用笔迹电子复印模块上的电子信息上传至
云端和存储模块；
[0014] 扫描模块，用于扫描二维码或指纹，进而识别用于信息或试卷信息；
[0015] 存储模块，用于在线或离线状态下对输入的电子信息进行实时的存储，该电子信息包括书写的内容信息和用于的登录信息，该登录信息包括账号密码信息、指纹信息、二维码信息、外貌信息
和声音信息；
[0016] 显示模块，用于显示学生、试卷的基本信息以及日期时间天气等常规的信息；
[0017] 人机交互系统，用于用户和机器的沟通；
[0018] 嵌入式
微控制器，包括嵌入式
单片机，对系统进行控制；
[0019]
信号灯模块，用于在使用时对使用状态进行信号显示；
[0020] 供电模块，包括储电电源和充电线，用于对装置进行充电；
[0021] 视频录
制模块，用于对学生做题时或教师批阅时进行视频录制，并以电子的形式进行存储；
[0022] 音频录制模块，用于对学生做题时或教师批阅时进行音频录制，并以电子的形式进行存储。
[0023] 进一步地，所述题库设有标签模块和筛选模块；
[0024] 标签模块，用于对其中的每一道试题制定有多个标签并形成唯一识别标签，多个标签分别设置于多个标签组内，多个标签组包括：学科，包括语文、数学、英语、物理、化学、
生物、政治、历史和地理；学段，包括小学、初中和高中；题型，包括单选题、双选题、多选题、填空题；难度，包括难、较难和较易；要求，必刷、积累和了解；
[0025] 筛选模块，用于对录入的试题资源、教学资源进行筛选。
[0026] 进一步地，所述教师助手模块包括：
[0027] 教师存储模块，用于存储学生的书写内容或教师的批阅内容，并以电子的形式存储；
[0028] 第一调用模块，用于调用题库中的试题或教学资源并存储在教师空间存储模块。
[0029] 进一步地，所述教师助手模块还包括：
[0030] 试题编码模块，用于对获取的试题进行编码；
[0031]
片段拼接模块，用于从信息获取模块中获取的试题进行拼接成试卷文档；
[0032] 试卷编码模块，用于对拼接成的试卷文档进行编码。
[0033] 进一步地，所述学生助手模块包括：
[0034] 成绩统计模块，用于对学生成绩的统计和分析；
[0035] 学生信息存储模块，用于记录学生的错题和教师的批阅信息，并以电子的形式存储。
[0036] 所述学
[0037] 生助手模块还包括：
[0038] 个性化推送模块，用于对一个或多个学生进行精准推送；
[0039] 记录模块，用于对学生个体或群体的录入信息进行记录，录入信息包括作业数据信息、提问记录信息、组卷记录信息和测试记录信息；
[0040] 对应模块，含有多个知识点集合，录入信息分别对应有知识点集合中的至少一个知识点。
[0041] 进一步地，所述数据处理分析反馈中心包括：
[0042] 第二调用模块，用于调用题库中的试题或教学资源；
[0043] 汇总模块，用于汇总学生的笔迹信息和教师的批阅信息；
[0044] 对错分析模块，用于对学生做的客观题或简单简答题进行对错分析。
[0045] 为了解决上述技术问题，本
申请实施例还提供一种学业数据收集、处理分析和反馈的
[0046] 方法，采用了如下所述的技术方案：
[0047] 一种学业数据收集、处理分析和反馈的方法，包括以下步骤：
[0048] 步骤S1、通过笔迹信息收集模块记录在该收集板上覆盖的纸张上所书写的内容，书写的内容包括客观题、简单的主观题和非简单的主观题，将客观题和简单的主观题实时的传送至数据处理分析反馈中心，将非简单的主观题实时的发送至教师助手模块；
[0049] 步骤S2、数据处理分析反馈中心调用题库中的试题或教学资源，对该客观题和简单的主观题进行对错分析，并将结果发送至教师助手模块；
[0050] 步骤S3、教师通过教师助手模块批阅非简单的主观题，并与批阅好的客观题和简单的主观题汇总，保存在教师存储模块，并发送至学生信息存储模块。
[0051] 进一步地，所述步骤S3还包括：
[0052] 步骤S301、当教师开始批阅一道非简单的主观题时，教师先后选择是否进行音频录制和视频录制，若确定选择录制音频，则进行步骤S303，若确定选择录制音频和视频，进行步骤S302；
[0053] 步骤S302、打开摄像头进行摄像，并将摄像内容以电子的形式进行存储，进行步骤 S303；
[0054] 步骤S303、打开麦克
风进行音频录制，并将音频录制内容以电子的形式进行存储，进行步骤S304；
[0055] 步骤S304、记录教师批阅过程中在笔迹信息收集板上覆盖的纸张上所书写的该题的批阅内容，并对应地与该题的音频内容或音频内容和视频内容进行单独汇总保存，若需要继续批阅，则重复上述步骤S301、S302、S303和S304，否则，进行步骤S305；
[0056] 步骤S305、将步骤S304中汇总的全部内容再次汇总保存在教师存储模块，并发送至学生信息存储模块进行保存。
[0057] 与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供的学业数据收集、处理分析和反馈的系统，本发明采用改进后的电阻触摸屏感应笔迹，利用嵌入式微控制器系统进行数据采集处理，使用人机交互系统进行显示控制，使用无线远程传输模组进行数据传输，可有效解决现有技术成本高、需要特定手写笔、体积大、不能智能推送、使用不方便等技术问题。
附图说明
[0058] 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。
[0059] 图1是本发明一个实施例中提供的学业数据收集、处理分析和反馈的系统图；
[0060] 图2是本发明一个实施例中笔迹信息收集模块的系统图；
[0061] 图3是本发明中一个实施例中题库的系统图；
[0062] 图4是本发明中一个实施例中教师助手的模块的系统图；
[0063] 图5是本发明中一个实施例中学生助手模块的系统图；
[0064] 图6是本发明中数据处理分析反馈中心的系统图；
[0065] 图7是本发明一个实施例中提供的学业数据收集、处理分析和反馈的方法
流程图；
[0066] 图8是本发明中一个实施例中提供的笔迹信息收集板的结构示意图；
[0067] 图9是本发明中一个实施例中提供的步骤S3的结构示意图；
[0068] 图10是本发明中锂
电池组充电的
电路图；
[0069] 图11是本发明中MCU系统供电的电路图；
[0070] 图12是本发明中通讯模组供电的电路图；
[0071] 图13是本发明中笔迹电子复印模块的电路图；
[0072] 图14是本发明中部分的电路图；
[0073] 图15是本发明中另一个部分的电路图；
[0074] 图16是本发明中指示灯的电路图；
[0075] 图17是本发明中
液晶显示屏的电路图；
[0076] 图18是本发明中输入按键的电路图。
具体实施方式
[0077] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0078] 可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一数据段称为第二数据段，且类似地，可将第二数据段称为第一数据段。
[0079] 请参阅图1所示，一种学业数据收集、处理分析和反馈的系统，包括：笔迹信息收集模块1，用于记录在该收集板上覆盖的纸张上所书写的内容，并以电子形式进行存储；题库2，用于提供分类的试题和教学资源；教师助手模块3，用于调用题库中的试题或教学资源；
学生助手模块4，用于对学生的成绩统计与分析；数据处理分析反馈中心5，用于对班级考试或作业进行数据分析，精准推送教师辅助资源，对学生学情进行分析，形成学生个体错题本，精准推送学习辅助资源。
[0080] 本发明要采集并处理如下几个方面的课堂教学信息：学生的课堂教学笔记信息采集；课堂例题的答案与题库答案匹配，应能识别客观题答案和形式简单的主观题答案)及答题过程采集；随堂练习的答案及答题过程采集；将教学笔记、答案、答题过程保存并发送到云端每个学生的个人空间；教师利用“教师助手系统”在课堂可与学生个人或小组当面交互或课后即时远程交互；所有采集和传送的信息都是时间加笔迹坐标或是时间加声音信息，到学生个人空间或教师显示平台后；在云端有强大的信息收集处理功能和个性化数据分析、处理和推送功能；收集
整理形成各学科的课堂笔记；形成各学科课堂例题的错题集和课堂练习的错题集。
[0081] 本发明要采集并处理如下几个方面的作业信息：作业分两部分，其一为答案(与题库答案匹配，应能识别客观题答案和形式简单的主观题答案)，其二为答题过程；任何课后作业、课堂例题、课堂练习等都应与题库相对应；学生每完成一道题后，都应发送到教师的批阅空间，教师根据具体情况可设置自己留痕批阅或学生留痕互批；后台有作业分析统计报表系统和个性化智能推送处理系统；作业形式应多样化，除本发明使用的文字笔迹信息外，应允许通过家长的手机发送声音、视频、图片等向教师的批阅空间交作业；在教师的批阅空间，教师应能看到学生的做题答案、做题过程的小“视频”；教师批阅作业时，应以“录频”的方式录制小视频，然后，可向学生发送个性的讲解(即实现面批)；教师批阅作业后，应能设置个性化的推送参数，使推送更精准；教师批阅作业后，可录制相应知识点讲解或变式练习讲解的小视频，向学生发送定制的个性化推送；收集整理形成学生的各学科课后作业错题集和相应推送题集；可进行“书写”专项训练。
[0082] 请参阅图2所示，所述笔迹信息收集模块包括：笔迹电子复印模块101，用于复印笔迹电子复印模块上所书写的内容，并以电子的形式进行存储；通讯模块，请参阅图12所示，用于用笔迹电子复印模块上的电子信息上传至云端和存储模块；扫描模块102，用于扫描二维码或指纹，进而识别用于信息或试卷信息；存储模块103，用于在线或离线状态下对输入的电子信息进行实时的存储，该电子信息包括书写的内容信息和用于的登录信息，该登录信息包括账号密码信息、指纹信息、二维码信息、外貌信息和声音信息；显示模块105，显示模块优选的为液晶显示屏，请参阅图17所示，用于显示学生、试卷的基本信息以及日期时间天气等常规的信息；人机交互系统106，用于用户和机器的交互，智能化沟通，使用效率更高，人机交互系统由2.8寸TFT液晶屏及
开关机按键组成，通过微控制器系统进行控制，通讯模组采用SIM868无线通讯模块，通过串行通讯的方式与微控制器系统进行通讯，使用者通过人机交互系统的显示屏查看使用者信息、笔迹信息、教学信息采集板工作状态等信息，通过人机交互系统的触摸屏及按键实现参数设置，实现使用者与教学信息采集板的信息交互；笔迹提交时，EMCU系统将存储在microSD卡内的信息通过通讯模组远程发送至数据平台，实现笔迹的采集、存储、远程传输等功能；信号灯模块107，请参阅图16所示，用于显示笔迹信息收集模块的状态，例如在其不同的登录状态下，信号灯模块显示不同数量的信号灯或不同
颜色的信号灯；供电模块110，包括储电电源和充电线，优选的为锂电池组，用于对装置进行供电；视频录制模块(108)，用于对学生做题时或教师批阅时进行视频录制，并以电子的形式进行存储；音频录制模块(109出)，用于对学生做题时或教师批阅时进行音频录制，并以电子的形式进行存储；嵌入式微控制器 100，微控制器系统由嵌入式单片机(MCU，请参阅图11所示)、microSD卡、充电电路、
锂离子电池及其它电子元器件组成，请参阅图10所示，笔迹感应板的电源由微控制器系统的锂离子电池提供，感应数据接入嵌入式单片机的ADC引脚；通讯模组采用SIM868无线通讯模块，通过串行通讯的方式与微控制器系统进行通讯；本装置的整体电路请参阅图 14、图15，部分电路图请参阅图10、图11、图12、图13、图16、图17和图18所示。
[0083] 再请参阅图8所示，本发明的笔迹信息收集模块在
硬件结构上包括
基板111、笔迹感应板112和固定纸夹113。基板采用
铝合金材料制作，做为教学信息采集板的底座，笔迹感应板、布置在基板上。基板111上安装笔迹感应板112的区域覆盖有一层柔性的缓冲材料，笔迹感应板紧贴在基板的缓冲材料上，缓冲材料可延长笔迹感应板的使用寿命，提高灵敏度，固定纸夹113用于固定覆盖在笔迹感应板112上的纸张。
[0084] 本发明的笔迹信息收集模块的基本原理是：使用时，将A4纸放置在笔迹感应板上，在A4纸上正常书写，笔迹感应板将笔迹信息实时转化为
电压信号，电压信号接入嵌入式微控制器系统单片机的ADC引脚；单片机将模拟电压信号转换为
数字信号，对笔迹信息进行分析处理，处理后的数据存储在microSD卡内；使用者通过人机交互系统的显示屏查看使用者信息、笔迹信息、教学信息采集板工作状态等信息，通过人机交互系统的触摸屏及按键实现参数设置，实现使用者与教学信息采集板的信息交互；笔迹提交时，EMCU系统将存储在microSD卡内的信息通过通讯模组远程发送至数据平台，实现笔迹的采集、存储、远程传输等功能。
[0085] 其优点包括：不需要特殊手写笔，本发明的笔迹感应板为一块紧贴在基板上的12英寸四线电阻式触摸屏，书写时，笔尖按压电阻式触摸屏即可感应，因此，使用普通的圆珠笔、铅笔、
钢笔均可以书写感应，不需要特殊的手写笔。基板与笔迹感应板的中间设计有一层
缓冲层，书写时可起到缓冲做用，在延长使用寿命的同时，也可大大提高普通书写笔的灵敏度；低成本，本发明的笔迹感应板为市场上广泛使用、技术成熟的电阻式触摸屏，具有成本低(约40元)、性能稳定可靠的优点。
[0086] 参阅图11所示，本发明的嵌入式微控制器系统的主芯片采用欧洲知名
半导体公司——意法半导体公司生产的STM32芯片，该芯片是全球使用最广泛的32位嵌入式单片机，具有功能强大(自带12位ADC转换)、性能稳定、功耗低(待机功耗最低3微安)、成本低(约7元)的特点。
[0087] 参阅图12所示，本发明的通讯模组采用芯讯通公司的SIM868通讯模块，该模块除可进行GPRS通讯外，还自带蓝牙讯通功能，带GPS和北斗
定位功能，该模块成本仅25元。
[0088] 本发明的材料成本预计为90元，具有成本低的优势；智能化，本发明与系统配合使用时，可调用系统题库，可实现远程批改，可自动智能推送消息，可定位使用者
位置，实现教学信息采集板的智能化，本发明的通讯模块带有GPRS通讯功能，数据可按使用者的设置自动通过无线通讯方式远程传输。本发明还带有蓝牙通讯功能，可在30米距离内无线传输，方便教室内学生之间、学生与老师之间的数据灵活交换，通过对嵌入式微控制器系统的设置，当使用者在通一教室时，具备自动连接、自动发送笔迹等智能功能；防破坏设计，本发明的基板采用
铝合金材料，其它部件均布置在基板上，受基板保护，耐摔打和振动冲击，本发明的笔迹感应板为电阻式触摸屏，为PET材质(一种塑料)，相对于玻璃、液晶屏等方式具有不易破坏的优点，电阻式触摸屏下设计有缓冲层，可有效减小笔尖对感应板的破坏；轻便，本发明的主要材料为铝合金、PET(一种塑料)、电子元器件，具有轻便的优点；操作直观简便，本发明带TFT液晶屏显示，可直观显示使用者、笔迹、教学信息采集板工作状态等信息；本发明带输入按键，可简单方便地对教学信息采集板教学进行设置。
[0089] 请参阅图3所示，所述题库设有标签模块和筛选模块；标签模块201，用于对其中的每一道试题制定有多个标签并形成唯一识别标签，多个标签分别设置于多个标签组内，多个标签组包括：学科，包括语文、数学、英语、物理、化学、生物、政治、历史和地理；学段，包括小学、初中和高中；题型，包括单选题、双选题、多选题、填空题；难度，包括难、较难和较易；要求，必刷、积累和了解；筛选模块202，用于对录入的试题资源、教学资源进行筛选。
[0090] 请参阅图4所示，所述教师助手模块包括：教师存储模块301，用于存储学生的书写内容或教师的批阅内容，并以电子的形式存储；第一调用模块302，用于调用题库中的试题或教学资源并存储在教师空间存储模块。
[0091] 所述教师助手模块还包括：试题编码模块303，用于对获取的试题进行编码；片段拼接模块304，用于从信息获取模块中获取的试题进行拼接成试卷文档；试卷编码模块305，用于对拼接成的试卷文档进行编码。
[0092] 请参阅图5所示，所述学生助手模块包括：成绩统计模块401，用于对学生成绩的统计和分析；学生信息存储模块402，用于记录学生的错题和教师的批阅信息，并以电子的形式存储。
[0093] 所述学生助手模块还包括：个性化推送模块403，用于对一个或多个学生进行精准推送；记录模块404，用于对学生个体或群体的录入信息进行记录，录入信息包括作业数据信息、提问记录信息、组卷记录信息和测试记录信息；对应模块405，含有多个知识点集合，录入信息分别对应有知识点集合中的至少一个知识点。
[0094] 请参阅图6所示，所述数据处理分析反馈中心包括：第二调用模块，用于调用题库中的试题或教学资源；汇总模块，用于汇总学生的笔迹信息和教师的批阅信息；对错分析模块，用于对学生做的客观题或简单简答题进行对错分析。
[0095] 本申请实施例还提供一种学业数据收集、处理分析和反馈的方法，采用了如下所述的技术方案：
[0096] 请参阅图7所示，一种学业数据收集、处理分析和反馈的方法，包括以下步骤：
[0097] 步骤S1、通过笔迹信息收集模块记录在该收集板上覆盖的纸张上所书写的内容，书写的内容包括客观题、简单的主观题和非简单的主观题，将客观题和简单的主观题实时的传送至数据处理分析反馈中心，将非简单的主观题实时的发送至教师助手模块；
[0098] 步骤S2、数据处理分析反馈中心调用题库中的试题或教学资源，对该客观题和简单的主观题进行对错分析，并将结果发送至教师助手模块；
[0099] 步骤S3、教师通过教师助手模块批阅非简单的主观题，并与批阅好的客观题和简单的主观题汇总，保存在教师存储模块，并发送至学生信息存储模块。
[0100] 请参阅图9所示，所述的步骤S3还包括：
[0101] 步骤S301、当教师开始批阅一道非简单的主观题时，教师先后选择是否进行音频录制和视频录制，若确定选择录制音频，则进行步骤S303，若确定选择录制音频和视频，进行步骤S302；
[0102] 步骤S302、打开摄像头进行摄像，并将摄像内容以电子的形式进行存储，进行步骤 S303；
[0103] 步骤S303、打开麦克风进行音频录制，并将音频录制内容以电子的形式进行存储，进行步骤S304；
[0104] 步骤S304、记录教师批阅过程中在笔迹信息收集板上覆盖的纸张上所书写的该题的批阅内容，并对应地与该题的音频内容或音频内容和视频内容进行单独汇总保存，若需要继续批阅，则重复上述步骤S301、S302、S303和S304，否则，进行步骤S305；
[0105] 步骤S305、将步骤S304中汇总的全部内容再次汇总保存在教师存储模块，并发送至学生信息存储模块进行保存。
[0106] 与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供的学业数据收集、处理分析和反馈的系统，本发明采用改进后的电阻触摸屏感应笔迹，利用嵌入式微控制器系统进行数据采集处理，使用人机交互系统进行显示控制，使用无线远程传输模组进行数据传输，可有效解决现有技术成本高、需要特定手写笔、体积大、不能智能推送、使用不方便等技术问题。
[0107] 虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是
专利所有者可以在所附
权利要求的范围之内做出各种
变形或
修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。
