物联网的智能学习辅助系统研究
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摘要：当今时代，设计基于物联网的智能学习辅助系统，用以辅助学生学习，是时代发展的必然需求。该类系统应包含硬件与软件，分为智能手环、手机APP及电脑客户端。并能够通过心率监测学生的学习状态，通过行为动作分析反应学生的学习动作，通过APP帮助学生制定学习计划。应用该类系统，应该起到有效辅助学生开展学习活动、提升学习质量的效果。
关键词：物联网;智能硬件;辅助学习
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）04-0000-00
近些年，物联网技术在人们的生活中得到了广泛的应用，比如智能家电、家庭智能生态管理系统等，这些物联网设备不仅为人们的生活提供了方便，还对人们的生活安全提供了更多保障。在这样的时代背景下，为学生设计物联网系统，使学生能够实时了解自己的学习状态，帮助学生养成良好的学习习惯，助力学生制定并实施学习计划，变成了时代发展的重要趋势。
1智能辅助学习系统的研究现状
目前，物联网在生活方面得到了较为广泛的应用，如智能电视、空调、电饭煲、监控设备等物联网设备在生活中受到了人们的欢迎。并且，近些年，物联网设备正逐渐向小型化、贴身化的方向发展。比如，苹果手表、小米手环等。但这些设备主要与人们的身体健康或者体育锻炼活动相联系，并没有与学生的学习生活挂钩。因此，基于信息教育时代的背景，可以设计辅助学生课堂学习过程以及课外学习过程智能辅助系统[1]。为方便学生佩戴及应用，该系统的硬件部分应设计为贴身手环形态，内置加速度传感器、心率传感器、蓝牙芯片等元件，并配备手机APP、电脑端客户端。该系统应该具有以下效果：在学校中，教师能通过电脑客户端对学生的学习状态、学习动作进行更加全面的把握;在家庭中，家长及学生自身也能通过手机APP有效的安排及实施学习计划，提升学生的学习效率。
2智能辅助学习系统的组成结构
智能辅助学习系统的组成结构主要可以分为两个部分，硬件部分及软件部分。硬件部分主体为贴身手环，主要发挥数据收集及传输作用。软件部分为手机APP及电脑客户端，主要发挥数据整合、处理、分析、呈现的作用。
2.1贴身智能手环结构
贴身智能手环的整体结构包括手环显示屏、电路板、电池、后盖及腕带，且整体设计为便于拆卸及组装的形式，方便学生自主更换电池。手环最重要结构为发挥数据收集功能的电路板，电路板上焊接发挥数据收集功能的各类芯片及相应的处理器。电路板上应当至少焊接以下元件：加速度传感器、心率传感器、蓝牙芯片、集成模拟前端、处理器、震动马达、发音器。通过这些元件收集学生的数据，并反应来自电脑客户端及手机APP的信息[2]。其中，加速度传感器应该需要能够测量三维立体空间的加速度，即能够手机学生佩戴手环的手腕在“X”“Y”“Z”轴的运动情况，并以数据的形式反馈到软件中。心率传感器需要能够采集学生的心率情况，并实现对学生心率的实时监测。在设计时，可以使用NXP原相心率，即通过绿色的LED灯光照射学生的腕部血管，通过反射光的强度了解学生的心率情况。处理器及集成模拟前端则负责对手环所收集数据进行简单的处理，然后通过蓝牙芯片与软件进行数据传输。而震动马达及发音器应当具备可调节能力，以及多种展示形式，以便给予学生足够的提示。
2.2智能辅助学习系统软件功能
智能辅助学习系统的软件应当分为手机APP与电脑客户端，能够分别在学校及学生家庭中发挥作用。在现实中，贴身智能手环应当具备的主要作用为收集学生身体数据，然后将数据发送到其他设备软件中。或者接受其他设备软件发来的数据，然后改变手环的工作模式或者对学生发出震动或者声音信号。手机APP与电脑客户端应当具备不同的功能，以适应实际需求。
众多科学实验证实，人类的心率能够反映人的心理状况及情绪状态。比如，人类正常情况下的心率一般在90bpm左右波动，当监测到低于70bpm的心率时，该人类有极大的可能处于情绪不佳的状态。通过心率传感器反馈的数据，后台软件可以通过科学计算实时表现出学生的情绪状态，然后对教师或者家长做出提示。学校可以在教室中的计算机中安装相应的软件，实时展示学生的情绪状况，并以闪烁标红的方式提示教师注意瞌睡、情绪低沉的学生[3]。教师便可以向这些学生的手环发送信号，使手环震动，以这种较为隐秘的形式提醒学生。相较于电脑客户端针对全班学生，手机APP的功能应当针对个体学生，即需要重点监测学生的动作及心率。在家庭学习中，若学生专心学习，则学生的左手腕部动作一般较小，处于压作业本的状态。若是学生心情烦躁、无心学习，则学生容易出现抖腿、玩弄纸、笔的状态，触发运动传感器的工作机制，使学生、家长得到提醒。该系统的两方面软件都需要具备制定教学计划并对贴身智能手环发送信号的能力。比如，在教室中，教师需要开展短时间的小组讨论活动，那么教师便可以在电脑客户端中设置时间，然后开展讨论活动，在设置的时间到达之后，全班学生的手环齐齐震动，提醒学生活动结束。同理，在手机APP中，家长或者学生可以自行设计学习周期，如“40min-5min-40min”，为学生营造课堂学习氛围。APP还应当能够制定长期的计划，即在每天的固定時刻提醒学生完成某项学习任务。比如，学生制定每天10分钟的课外阅读计划，在学生开始阅读时，需要先以特定的频率活动手腕，通过震动传感器“打卡”，而手机APP在收到信号之后做好记录。
3结语
综上所述，基于物联网的智能学习辅助系统具备较高的实际应用价值。该类系统能够通过监测学生的心率及行为了解学生在课堂学习或者家庭学习过程中的实际心理情况及情绪，使教师或者家长及时发现学生的异常，然后采取针对性的措施。并且该系统还能帮助学生制定并实施良好的学习计划，增强学生学习的效率，助力学生提升学习能力与成绩。 參考文献
[1]李航.一种英语教育教学使用的物联网辅助系统[P].CN108257436A，2018-07-06.
[2]毛焰.中学阶段学习智能辅助系统研究[J].科技资讯，2018，16（1）：184-185+187.
[3]刘昕.基于物联网的智能学习辅助系统[J].信息记录材料，2017，18（9）：15-16.
收稿日期：2020-02-11
作者简介：王蓓（1973—），女，浙江奉化人，本科，讲师，研究方向：智能硬件、物联网。
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
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