尺度不变性的变时长S-T互动编码方法与系统及算法
阅读：908发布：2021-01-17
专利汇可以提供尺度不变性的变时长S-T互动编码方法与系统及算法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于教学分析技术领域，尤其涉及一种尺度不变性的变时长S-T互动编码方法与系统及 算法 ，通过对持续时间相对较短的教学活动进行编码，并能够根据师生互动 频率 高低来调节师生互动的权重，能够帮助教育评价人员直观地分析与评价课堂的师生互动情况，为后续的课堂教学自动评价提供依据。，下面是尺度不变性的变时长S-T互动编码方法与系统及算法专利的具体信息内容。
1.一种尺度不变性的变时长S-T互动编码方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1，根据课堂教学日志中的教学记录分别对课堂上教师说话信息和学生说话信息或无人说话信息进行编码并生S-T行为编码序列A，对教师说话信息和学生说话信息或无人说话信息的起始时间进行记录，其中，教师说话信息标记为T行为，学生说话信息或无人说话信息标记为S行为；
步骤2，采用浮动采样时长方法对S-T行为编码序列A进行加密细分采样，以获得变时长S-T行为细分编码序列B；
步骤3，根据变时长S-T行为细分编码序列B，按顺序检测出课堂上老师和学生的互动时刻和无互动时刻分别进行IA编码和NI编码，按开始时刻对IA编码和NI编码进行重排序并赋值，IA编码作为有互动的S-T互动编码赋值为1，NI编码作为无互动的S-T互动编码赋值为0，同时记录每个互动编码的开始时刻ts和持续时长t，生成一个面向师生互动的S-T互动编码序列C，其中每个互动编码的持续时长t就是其权重，其中，互动编码包括IA编码和NI编码。
2.根据权利要求1所述的尺度不变性的变时长S-T互动编码方法，其特征在于，步骤2中，浮动采样时长方法取S-T行为编码序列A的平均时长与30S中的数值小者，作为浮动采样时长。
3.根据权利要求1或2所述的尺度不变性的变时长S-T互动编码方法，其特征在于，步骤
2中，加密细分采样是对T行为和S行为中超过教学记录平均时长的信息进行再次细分，通过：T行为或S行为/浮动采样时长向上取整以得到细分数，再用T行为或S行为的时长/细分数以将T行为或S行为的时长进行分段。
4.根据权利要求1所述的尺度不变性的变时长S-T互动编码方法，其特征在于，步骤3中，IA编码通过如下步骤生成：根据变时长S-T行为细分编码序列B找出师生互动发生的时间点；按比例λ(0≤λ≤1)截取师生互动前的变时长S-T行为细分编码的后段；并按比例1-λ截取互动后的变时长S-T行为细分编码的前段；将变时长S-T行为细分编码的后段和变时长S-T行为细分编码的前段进行合并，生成IA编码。
5.根据权利要求4的尺度不变性的变时长S-T互动编码方法，其特征在于，步骤3中，IA编码产生后，将IA编码之间的空白时段均视为无互动时段，无互动时段为NI编码。
6.一种如权利要求1所述的变时长S-T互动编码的编码系统，其特征在于，包括用于生成S-T行为编码序列A的编码序列A生成模块、用于生成变时长S-T行为细分编码序列B的编码序列B生成模块和用于生成S-T互动编码序列C的编码序列C生成模块。
7.一种如权利要求6所述S-T互动编码序列C的生成算法，其特征在于，包括：
S1：将变时长S-T行为细分编码序列B输入编码序列C生成模块；
S2：根据细分编码序列B找出所有师生互动时刻并构成互动集合；
S3：编码序列C生成模块根据互动集合实现S-T互动编码的功能；
S4：输出S-T互动编码序列C。
尺度不变性的变时长S-T互动编码方法与系统及算法
技术领域
[0001] 本发明属于教学分析技术领域，尤其涉及一种尺度不变性的变时长S-T互动编码方法与系统及算法。
背景技术
[0002] S-T分析方法是目前课堂教学分析方法中常用的分析方法，对于传统的S-T分析方法而言，尽管30秒编一个码可以大大压缩手工编码的工作量，但对于师生互动频繁的课堂教学而言，固定30秒采样时长难于对时长较短的师生对话这样教学活动进行准确的编码，也就是说传统的S-T分析难以对互动频繁的教学活动进行描述，这一点确实不如FIAC的3秒一个编码来得准确。由于30秒采样时长会屏蔽掉很多快速的师生互动活动，所以传统S-T分析，由于编码的问题获得的师生互动率Ch偏小。
发明内容
[0004] 本发明解决问题的技术方案是：
[0005] 提供一种尺度不变性的变时长S-T互动编码方法，具体包括如下步骤：
[0006] 步骤1，根据课堂教学日志中的教学记录分别对课堂上教师说话信息和学生说话信息或无人说话信息进行编码并生成S-T行为编码序列A，对教师说话信息和学生说话信息或无人说话信息的起始时间进行记录，其中，教师说话信息标记为T行为，学生说话信息或无人说话信息标记为S行为；
[0007] 步骤2，采用浮动采样时长方法对S-T行为编码序列A进行加密细分采样，以获得变时长S-T行为细分编码序列B；
[0008] 步骤3，根据变时长S-T行为细分编码序列B，按顺序检测出课堂上老师和学生的互动时刻和无互动时刻分别进行IA编码和NI编码，按开始时刻对IA编码和NI编码进行重排序并赋值，IA编码作为有互动的S-T互动编码赋值为1，NI编码作为无互动的S-T互动编码赋值为0，同时记录每个互动编码的开始时刻ts和持续时长t，生成一个面向师生互动的S-T互动编码序列C，其中每个互动编码的持续时长t就是其权重，其中，互动编码包括IA编码和NI编码。
[0009] 进一步地，步骤2中，浮动采样时长方法取S-T行为编码序列A的平均时长与30S中的数值小者，作为浮动采样时长。
[0010] 进一步地，步骤2，先计算出S-T行为编码序列A的每个编码平均时长，如果平均时长小于30秒，则用平均时长作为加密细分采样的浮动时长，否则取浮动时长为30秒；然后使用浮动时长对序列A进行加密细分采样，获得变时长S-T行为细分编码序列B。
[0011] 进一步地，步骤2中，加密细分采样是对T行为和S行为中超过教学记录平均时长的信息进行再次细分，通过：T行为或S行为/浮动采样时长向上取整以得到细分数，再用T行为或S行为的时长/细分数以将T行为或S行为的时长进行分段。
[0012] 进一步地，步骤3中，IA编码通过如下步骤生成：根据变时长S-T行为细分编码序列B找出师生互动发生的时间点；按比例λ(0≤λ≤1)截取师生互动前的变时长S-T行为细分编码的后段；并按比例1-λ截取互动后的变时长S-T行为细分编码的前段；将变时长S-T行为细分编码的后段和变时长S-T行为细分编码的前段进行合并，生成IA编码。
[0013] 进一步地，步骤3中，IA编码产生后，将IA编码之间的空白时段均视为无互动时段，无互动时段为NI编码，NI编码开始时刻为0s或前邻IA编码的结束时刻，NI编码结束时刻为后邻IA编码的开始时刻或整节课的结束时刻。
[0014] 本发明还提供一种变时长S-T互动编码的编码系统，包括用于生成S-T行为编码序列A的编码序列A生成模块、用于生成变时长S-T行为细分编码序列B的编码序列B生成模块和用于生成S-T互动编码序列C的编码序列C生成模块。
[0015] 本发明还提供一种S-T互动编码序列C的生成算法，包括：
[0016] S1：将变时长S-T行为细分编码序列B输入编码序列C生成模块；
[0017] S2：根据细分编码序列B找出所有师生互动时刻并构成互动集合；
[0018] S3：编码序列C生成模块根据互动集合实现S-T互动编码的功能；
[0019] S4：输出S-T互动编码序列C。
[0020] 本发明的有益效果是：
[0021] 本发明所述尺度不变性的变时长S-T互动编码方法，通过对持续时间相对较短的教学活动进行编码，并能够根据师生互动频率高低来调节师生互动的权重，能够帮助教育评价人员直观地分析与评价课堂的师生互动情况，为后续的课堂教学自动评价提供依据。附图说明
[0022] 图1为本发明实施例中从一段课堂教学日志中生成的反映师生互动信息的示意图；
[0023] 图2a为本发明实施例中从一段课堂教学日志中生成的一段S-T行为编码序列A的示意图；
[0024] 图2b为图2a中的S-T行为编码序列A以教学记录4秒平均时长为标准的变时长行为细分编码B的示意图；
[0025] 图2c为由图2b生成的S-T互动编码序列C的示意图；
[0026] 图3a为变时长行为细分编码B从S到T变化的示意图；
[0027] 图3b为S-T互动编码序列C的一个互动状态中互动时长的构成示意图。
具体实施方式
[0028] 为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0029] 实施例
[0030] 所述尺度不变性的变时长S-T互动编码方法，具体包括如下步骤：
[0031] 步骤1，根据课堂教学日志中的教学记录分别对课堂上教师说话信息和学生说话信息或无人说话信息进行编码并生成S-T行为编码序列A，对教师说话信息和学生说话信息或无人说话信息的起始时间进行记录，其中，教师说话信息标记为T行为，学生说话信息或无人说话信息标记为S行为；
[0032] 步骤2，采用浮动采样时长方法对S-T行为编码序列A进行加密细分采样，以获得变时长S-T行为细分编码序列B；
[0033] 步骤3，根据变时长S-T行为细分编码序列B，按顺序检测出课堂上老师和学生的互动时刻和无互动时刻分别进行IA编码和NI编码，按开始时刻对IA编码和NI编码进行重排序并赋值，IA编码作为有互动的S-T互动编码赋值为1，NI编码作为无互动的S-T互动编码赋值为0，同时记录每个互动编码的开始时刻ts和持续时长t，生成一个面向师生互动的S-T互动编码序列C，其中每个互动编码的持续时长t就是其权重，其中，互动编码包括IA编码和NI编码。
[0034] 在本实施例的步骤1中，所述尺度不变性的变时长S-T互动编码方法是基于课堂教学日志中的教学记录，提出一种面向S-T行为的变时长自动编码方法，生成S-T行为编码序列A，如果第i条记录的说话人是教师，则为T编码，数字编码值为“1”；如果说话人是学生或缺失说话人(也就是无声教学活动的记录)，则这条记录生成S编码，数字编码值为“0”。同时，使用这条教学记录的起止时间信息可以生成这个S-T编码对应的开始时刻tsi和教学活动时长ti。
[0035] 在本实施例的步骤2中，浮动采样时长方法取S-T行为编码序列A的平均时长与30S中的数值小者，作为浮动采样时长。
[0036] 在本实施例的步骤2中，加密细分采样是对T行为和S行为中超过教学记录平均时长的信息进行再次细分，通过：T行为或S行为/平均时长向上取整以得到细分数，再用T行为或S行为的时长/细分数以将T行为或S行为的时长进行分段。
[0037] 在本实施例的步骤3中，IA编码通过如下步骤生成：根据变时长S-T行为细分编码序列B找出师生互动发生的时间点；按比例λ(0≤λ≤1)截取师生互动前的变时长S-T行为细分编码的后段；并按比例1-λ截取互动后的变时长S-T行为细分编码的前段；将变时长S-T行为细分编码的后段和变时长S-T行为细分编码的前段进行合并，生成IA编码。
[0038] 在本实施例的步骤3中，IA编码产生后，将IA编码之间的空白时段均视为无互动时段，无互动时段为NI编码，NI编码开始时刻为0s或前邻IA编码的结束时刻，NI编码结束时刻为后邻IA编码的开始时刻或整节课的结束时刻。
[0039] 如图1所示，在波形图中，其中高的“1”状态表示教师说话，低的“0”状态表示学生说话或无声的学生思考。在30秒内，教师说话的T行为出现了7次，学生说话或无声教学活动的S行为出现了6次，因此师生互动共出现了13次互动，也就是图1中共出现了13次上跳变与下跳变。
[0040] 如图2a所示，使用课堂教学日志进行变时长S-T行为的自动编码，得到一段S-T行为编码序列A，其中数字表示行为编码的开始时刻，单位为秒。使用这些编码开始时刻值，可以确定行为的持续时间和师生行为状态切换时刻；
[0041] 如图2b所示，对于教学记录平均时长为4秒的课堂教学而言，S-T行为编码序列A中的第1个T行为和第1个S行为时长均为2秒，无需细分；第2个T行为时长为5秒，超过平均时长4秒，使用5÷4向上圆整得到2，将这个T行为细分为两个等长为2.5秒的T行为，并产生一个新的行为开始时刻6.5秒；对于S-T行为编码序列A中的第6个T行为，其时长为9秒，使用9÷4向上圆整得到3，将这个T行为细分为三个等长为3秒的T行为，并产生两个新的行为编码开始时刻41秒和44秒，以获得变时长S-T行为细分编码序列B；
[0042] 如图2c所示，变时长S-T行为细分编码序列B、可以生成变时长S-T互动编码序列C，其中互动状态IA数字编码为1、没有互动的状态NI数字编码为0。
[0043] 为了生成图2c所示的S-T互动编码序列C，从图2b所示的变时长S-T行为细分编码序列B中找到所有的上跳变和下跳变时刻，其中上跳变表示从S行为到T行为的师生互动，下跳变则是从T行为到S行为的师生互动。如图2c所示，对于第1个下跳变而言，其发生时刻为2秒，其前的T行为时长为2s、其后的S行为编码时长也为2秒，所以由第1个下跳变生成的IA编码，其开始时刻为跳变前的行为编码的中心时刻1s、结束时刻为跳变后的行为编码的中心时刻3，对于第7跳变(第4下跳变)生成的IA编码而言，其前的行为编码是时长为3s、中心时刻为24.5s的S行为，其后的行为编码是时长为2.5s、中心时刻为27.25s的T行为，所以生成的第7个IA编码开始时刻为24.5s、结束时刻为27.25s，其时长为2.75秒。
[0044] 如图2c所示，当所有“1”状态的IA编码生成后，只需要将时间轴上每个空白时段生成一个无互动“0”状态的NI编码、进行填充后，就可以生成一个变时长S-T互动编码的序列C。
[0045] 如图2c所示，由于S-T互动编码时长是由前一个行为编码的后半段和后一个行为编码的前半段拼接而成，所以师生互动密集处的相邻互动编码不会出现在时间轴上重叠的情况。
[0046] 为了更为清晰的说明如何进行IA编码和NI编码，如图3a和3b展示了生成一个IA编码的具体过程，其中，图3a给出了一个S-T行为细分编码序列的第i-2到第i+1个编码，在第i-1编码和第i个编码交界的tsi时刻发生了一个从学生行为切换到教师行为的互动(即上跳变)。如图3b所示，为了构造一个IA编码，以师生互动前的S行为细分编码F的后λ(0≤λ≤1)部分构成IA编码的前部，以师生互动后的T行为细分编码L的前1-λ部分构成IA编码的后部，则此IA编码的时长为λti-1+(1-λ)ti，其开始时刻为tsi-λti-1、结束时刻为tsi+(1-λ)ti。
为了便于计算，本文取λ＝0.5，即IA编码的时长为产生此IA的前后S-T细分编码F和L的时长之和的一半，即0.5(ti-1+ti)，其开始时刻和结束时刻分别是F和L的中心时刻，即0.5(tsi-1+tsi)和0.5(tsi+tsi+1)。
为了便于计算，本文取λ＝0.5，即IA编码的时长为产生此IA的前后S-T细分编码F和L的时长之和的一半，即0.5(ti-1+ti)，其开始时刻和结束时刻分别是F和L的中心时刻，即0.5(tsi-1+tsi)和0.5(tsi+tsi+1)。
[0047] 对于变时长S-T行为细分编码序列B中的第i个编码，其数字编码为Ci、开始时刻为tsi、持续时长为ti。
[0048] 本发明还提供一种变时长S-T互动编码的编码系统，包括用于生成S-T行为编码序列A的编码序列A生成模块、用于生成变时长S-T行为细分编码序列B的编码序列B生成模块和用于生成S-T互动编码序列C的编码序列C生成模块。
[0049] 本发明还提供一种S-T互动编码序列C的生成算法，包括：
[0050] S1：向编码序列C生成模块输入S-T行为细分编码序列B及其编码总数N，其中B为一个数据结构数组，其长度为N，B[k].value表示第k个行为细分编码的数字编码，1表示T编码，0表示S编码，B[k].ts和B[k].t分别表示第k个行为细分编码的开始时刻和持续时长；
[0051] S2：使用异或计算B[i-1].value&B[i].value＝1的条件，找出序列B中所有师生互动位置i及其总数n，构建IA集合M，设置k＝0；
[0052] S3：先使用i＝M[k]找出序列B中第k个师生互动的位置i；再使用ts[k]＝B[i].ts-0.5B[i-1].t找出第k个师生互动的起始时刻；然后使用t[k]＝0.5(B[i-1].t+B[i].t)计算出第k个师生互动的持续时长；最后使用k+1→k指向下一个师生互动；
[0053] S4：使用k＝＝n来判断是否找出所有师生互动的起始时刻和持续时长，如果没有找全，就返回S3，继续找；如果找全了，就跳出循环；
[0054] S5：创建一个数据结构数组表示S-T互动编码序列C，其中C[k].value为第k个S-T互动编码的数字编码，1表示有互动的IA编码、0表示无互动的NI编码，C[k].ts和C[k].t分别为第k个S-T互动编码的开始时刻和持续时长。由于S-T互动编码序列C中第一个编码均为NI编码，所以设k＝0，j＝0，C[j].value＝0，C[j].ts＝0，C[j].t＝ts[k]，表示第1个NI编码的开始时刻为0s，其持续时长为第1个师生互动IA编码的开始时刻。
[0055] S6：使用ts[k]＝＝C[j].ts+C[j].t来判断刚完成的第j个S-T互动编码的结束时刻C[j].ts+C[j].t是否与下一个(第k个)IA编码的开始时刻ts[k]相吻合，如果不吻合，转到S7；如果吻合，转向S8。
[0056] S7：ts[k]不等于C[j].ts+C[j].t表示第j+1个S-T互动编码为NI编码，其开始时刻为前一个S-T互动编码结束时刻、结束时刻为下一个(第k个)IA编码的开始时刻ts[k]，所以用j+1→j表示下一个S-T互动编码，用C[j].value＝0表示此S-T互动编码为NI编码，用C[j].ts＝C[j-1].ts+C[j-1].t表示此S-T互动编码的开始时刻为前一个S-T互动编码的结束时刻，用C[j].t＝ts[k]-C[j].ts表示此S-T互动编码的持续时长为下一个(第k个)IA编码的开始时刻与这个S-T互动编码开始时刻之间的差值。本算法步完成后，返回S6，继续进行S-T互动编码。
[0057] S8：ts[k]等于C[j].ts+C[j].t则表示第j+1个S-T互动编码为IA编码，其开始时刻为下一个(第k个)IA编码的开始时刻ts[k]，其持续时长为第k个IA编码的持续时长t[k]，所以用j+1→j表示下一个S-T互动编码,用C[j].value＝1表示此S-T互动编码为IA编码,用C[j].ts＝ts[k]表示此S-T互动编码的开始时刻为第k个IA编码的开始时刻ts[k]，用C[j].t＝t[k])表示此S-T互动编码的持续时长为第k个IA编码的持续时长t[k]。最后用k+1→k表示第k个IA编码已经编入S-T互动编码序列C中，需要将第k+1个)IA编码作为下一个待处理的IA编码。
[0058] S9：使用k＝＝n来判断是否将所有n个IA编码都编入序列C中，如果没有编完，就返回S6，继续进行S-T互动编码；如果找全了，就跳出循环。
[0059] S10：将所有n个IA编码都编入序列C后，还需要用一个开始时刻为最后一个IA编码的结束时刻ts[k-1]+t[k-1]、结束时刻为一节课总时长T的NI编码进行收尾，即j+1→j，C[j].value＝0，C[j].ts＝ts[k-1]+t[k-1]，C[j].t＝T-C[j].ts。用n＝j确定S-T互动编码序列C的总编码数。
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