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
以图表形式动态显示当前的行为统计结果。

（2）、教师行为
教学活动的成功与否在于教育理念、实践水平、知识水平。

AI-CQE能够帮助教师在教学中不断地对自身进行分析和反思，以充实、更新和提高自身的教学理论和实践能力，使得教师对学习的认识与学生对学习的认识达到默契。

系统自动分析出教师行为，并呈现行为数据。

①板书 ②讲解时间 ③PPT演示时间 ④提问次数
（3）表情分析
系统自动分析出教师表情，以饼状图直观呈现各类表情占比。

4.2.2多种行为精确统计
基于我司10多年的项目建设基础、数万节课堂视频的分析、研究以及专家建议总结出了普教学生的课堂行为习惯主要包含了举手、起立、听讲、阅读、写字等各类行为动作，本系统对这5类行为进行了深度的分析和统计。

4.2.3多维度数据统计 系统能够分析统计整有多少学生在举手，教师在系统能够统计出某个学手了多少次，起立了多少次4.2.4专注度统计
在课堂中，学生专注度窗口，没有它，知识的阳光至关重要的。

（1）个人专注度
基于课堂分析和统计出
“专注度”数据，系统能够据统计
统计整个课堂的学生行为，例如教师针对某个问教师在讲课时有多少学生正抬头听讲。

图：课堂数据统计
某个学生在一堂课中的行为数据，例如某节课中多少次等。

专注度起着非常重要的作用。

有位专家说：专注
的阳光就照射不进来。

对学生的学习来说，专注统计出的举手、起立等基础数据，进行深度分析
统能够有效统计出某个学生在某堂课的专注度数某个问题提问时，
节课中“张**”举
：专注度是学习的，专注度的好坏是
度分析和总结得出
注度数据。

直观的专注度散点图能教师及时发现学生问题，某
（2）班级专注度
基于整个班级的行为数统计能够让教师发现近期的师去总结和发现问题，专注
他客观因素。

点图能够有效反应学生的课堂状态。

专注度的高题，某个学生专注度过低，是睡眠不好还是心情行为数据统计出班级的专注度数据，班级层面的近期的学生专注度变化。

学生整体专注度高低，，专注度过低，可能是教师的教学方式不具吸引
度的高低能够帮助
是心情不好？
层面的专注度数据
高低，可以引导教
具吸引力或者是其
4.3多层级数据分析
将学生课堂的行为进行结构化的数据统计不是课堂质量评估系统的真正目的。

有效地利用基础数据进行深度的数据挖掘从而生成更加“有效”的决策性数据才是核心意义所在，以专注度为例，从多课堂、学科、多班级、学校等多个层面来分析数据。

4.3.1多课堂分析
经过班级数据的分析、统计和积累，系统可以生成基于同一个班级的多次课堂数据统计对比。

对比结果可以直观地显示该班级学生课堂行为状态的变化。

4.3.2学科分析
系统可以基于学科层级来统计班级的近期课堂质量分析结果，并形成直观的对比数据。

4.3.3班级数据对比分析
系统可以对保存的数据进行分析统计，综合各项指标统计出各个班级的特征
数据。

通过对大量数据的整合和归纳，总结出整个学校的课堂变化，为教育工作者
提供用力的数据支撑。

五、系统特色
5.1先进的AI 分析多种切合课堂实际的行据归类统计，提供多课堂、合系统的角色和权限管理功5.2全高清全高清、、全覆盖
系统适用于各种规模的效像素的高品质HDCMOS 合理化的前端教室设计配合
障。

分析技术分析技术、、合理的数据统计
际的行为动作分析，超高的识别精度。

按照实际课堂、班级、学科、学校等层级的各项对比或分管理功能快速定位用户的数据需求。

全覆盖、、高精度 规模的普通教室，，高清摄像机采用1/2.8英寸CMOS 传感器，可实现1920x1080高分辨率的计配合业内领先的AI
分析技术为数据分析提
照实际需求进行数
比或分析数据。

配
英寸，210万有
辨率的优质图像。

分析提供有力的保
5.3真正的常态化教学分析
创视通的课堂质量评估系统（AI-CQE）基于教室内高清摄像机采集的图像进行后台分析。

无需教师和学生佩戴任何辅助设备。

系统对外围环境没有定性要求，教室内无需进行光学或声学装修，可选择任意一间正常的授课教室进行设备部署。

系统对师生的课堂行为习惯无定性要求，可按照班级原有的教学和学习方式进行上课，无需刻意改变。

教室内安装2台非云台摄像机，固定角度，避免了类似于传统全自动录播教室内跟踪摄像机对师生产生的额外压力和排斥感。

5.4基础资源重复利用
系统不仅支持对新部署的教室进行常态化课堂分析。

也支持对学校原有的课堂视频进行导入分析。

多格式支持，导入的视频支持MKV、MP4、AVI等常用格式。

支持对接学校原有的录播教室进行实时分析（不同品牌的录播设备对接方式不同，需即时与我方沟通）。

5.5课表关联和自动分析
系统支持课表关联，管理员或拥有权限的教师可导入课表信息，系统将按照课表信息自动进行课堂数据采集和分析，并自动生成各项统计数据和对比数据。

、多层级数据统计后的用户反思基于多维度、
5.6基于多维度
学生、家长、教师以及其他教育工作者均可从系统中获取到适合自己的数据趋势图或者数据对比图，用户可根据系统数据对比学生个人成绩、班级成绩、升学率等，从而达到自我反思、优势总结等目的，进而有针对性的改善和提高课堂质量。