AI时代的智慧教育 之 课堂质量评估系统建设方案(2019v2.1)

课堂质

基于人

目录

一、背景简介 (1)

二、 需求分析 (2)

三、 方案设计 (2)

3.1 方案概述 (2)

3.2 系统建设 (3)

3.2.1系统设计架构 (3)

四、 AI-CQE产品功能介绍 (6)

4.1产品简介 (6)

4.2课堂分析 (6)

4.2.1表情、行为分析 (6)

4.2.2多种行为精确统计 (8)

4.2.3多维度数据统计 (9)

4.2.4专注度统计 (9)

4.3多层级数据分析 (11)

4.3.1多课堂分析 (11)

4.3.2学科分析 (11)

4.3.3班级数据对比分析 (12)

4.3.4学校数据综合分析 (12)

五、 系统特色 (13)

5.1先进的AI分析技术、合理的数据统计 (13)

5.2全高清、全覆盖、高精度 (13)

5.3真正的常态化教学分析 (14)

5.4基础资源重复利用 (14)

5.5课表关联和自动分析 (14)

5.6基于多维度、多层级数据统计后的用户反思 (15)

一、背景简介

教育的变革总是跟时代科技的发展水平密切相关。人们不可能一直依赖于某一种教育形式，教育的发展不可能停滞不前。先进的科学技术是现代教育的前提。

国务院关于印发国家教育事业发展‘十三五’规划”中提出：互联网、云计算、大数据、智能机器人、三维(3D)打印等现代技术深刻改变着人类的思维、生产、生活和学习方式。

2018年教育信息化从1.0阶段迈向2.0阶段，促进了教育信息化的进一步从“量变”向“质变”的转化，大大激发了教育系统新一轮的技术革新。

与此同时，人工智能技术进入了高速发展新阶段，早已成为各行业竞争的新焦点。

而人工智能该如何跟教育相结合呢？首先，多维度、多层面、海量的教学数据智能采集，是人工智能必不可少的前奏；其次智能的数据处理，对大量级的数据进行清洗、整理、判断、提炼、分析、最终成为决策的有力支撑。

教育信息化的发展，带来了教育形式和学习方式的重大变革，促进教育改革。对传统的教育思想、观念、模式、内容和方法产生了巨大冲击。课堂质量评估系统的推出对于教育信息化的发展和智慧教育的建设无疑是锦上添花，大大加快了智慧教育建设的的步伐。

二、需求分析

1、建立一套基于人工智能和大数据分析的课堂质量评估系统，助力智慧教育建设。

2、满足多间教室的基础课堂视频采集，并进行智能化的行为分析。

3、分析过程无需人工干预，系统能够自动归纳和整理数据并生成有效的分析报告。

4、系统具有人性化的设计理念，能够方便用户进行数据查询。

三、方案设计

3.1 方案概述

智慧教育是以数字化信息和网络为基础，在计算机和网络技术上建立起来的对教学、科研、管理、技术服务、生活服务等校园信息的收集、处理、整合、存储、传输和应用，使数字资源得到充分优化利用的一种虚拟教育环境。在传统校园基础上构建一个数字空间，以拓展现实教育的时间和空间维度，提升传统教育的管理、运行效率，扩展传统校园的业务功能，最终实现教育过程的全面信息化，从而达到提高管理水平、提升就业率的目的。

课堂教学质量是衡量学校教学水平的重要指标，课堂教学质量和学生的学习成绩、思维发展、个人素质培养等方面息息相关。在教育信息化普及之前乃至当下都没有一个有效的量化分析和技术手段，只能通过传统的听课、教研等方式来评价课堂质量，这种方式的确能够起到一定的作用，但是见效慢、耗时耗力。

基于人工智能的课堂质量评估系统（AI-CQE）可以对课堂行为进行数据化分析，为教学管理和决策提供有力的基础数据支撑。

根据需求分析，方案设计应以人工智能分析系统为基础工具，以加速教育信息化和智慧教育建设为宗旨，最终实现课堂质量的提升。系统应能对课堂数据进行常态化、伴随式采集和即时分析，将学生课堂非结构化数据为转化为结构化的数据，最终将分析结果直观地呈现给用户。同时，系统应能对多间教室的基础课堂分析数据进行深度挖掘，经过多维度多层面的对比分析从而形成多样化的图表数据以适用于家长、学生、教师和其他教育相关者、决策者。

3.2 系统建设

3.2.1系统设计架构

经过用户需求分析和严谨的多方讨论后，我们给出了一套经济适用，功能模块清晰的课堂质量评估系统方案。

每间智慧教室安装3台全高清摄像机，2台覆盖教室内所有学生，1台用以拍摄讲台区域的教师。中心机房部署1台TRS数据采集服务器、1台DSS数据处理服务器，1套CQE课堂质量分析评估平台。

图：智慧教室设备安装点位图

1台TRS数据采集服务器能够同时连接10间教室的高清摄像机，并支持对摄像机的画面进行同步采集和上传。DSS数据处理服务器, 通过人工智能深度学习的方式, 完成对师生的表情和行为的分析。CQE2000软件系统实现对所有DSS数据处理服务器的数据汇总分析，并形成有效的分析报告。

图：系统拓扑图

智慧教育系统中心部署CQE课堂质量分析评估服务器，实现对所有教学课堂的老师和学生的表情和行为数据进行大数据分析，形成对课堂的质量分析和反馈,并生成大数据分析报告。

CQE课堂质量分析评估服务器可对接学校的教务系统，通过课表信息的关联，实现整套系统的便捷式后台运行；通过对学生成绩的提取实现学生成绩与课堂质量的碰撞分析。

智慧教育中心部署的CQE课堂分析评估服务器提供多用户角色查询功能，学生、教师、教务处主任、校长等，登录系统查询个人、班级、学校等层级的分析和统计数据，及时发现问题。

图：系统应用

四、AI-CQE产品功能介绍

4.1产品简介

人工智能-课堂质量评估系统（AI-CQE），是上海创视通自主研发的基于人工智能+大数据分析的教学评估系统。根据数万堂课的视频数据，采用深度学习的人工智能训练方法，对教师和学生的课堂行为进行智能识别，经过大数据分析后将结果以更加直观的图表形式呈现给学生、教师、家长以及其他教育工作者，并给教育决策者提供了科学的决策依据。

4.2课堂分析

表情、

、行为分析

4.2.1表情

（1）、学生行为

系统支持对某间正在上课的教室进行分析预览，即时了解当前教室学生的课堂行为和学习氛围。

首页智能显示当前教室的分析过程，以不同颜色框来区分当前学生行为，并