「解决方案」AI课堂系统解决方案.docx
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1、解决方案AI 课堂系统解决方案AI 课堂系统解决方案名目第一章背景分析 11.1 理念背景 11.2 政策分析 11.3 现状与需求 21.4 总体目标 4其次章方案总体思路 52.1 设计原则 52.2 设计依据 6第三章方案总体设计 73.1 总体架构 73.2 亮点优势 83.2.1 先进的 AI Cloud 技术框架 83.2.2 领先的视频图像处理技术 83.2.3 便捷的 Poe 供电模式 83.2.4 无感式学生人脸点名 83.2.5 精准地师生行为分析 93.2.6 丰富的场景业务应用 93.2.7 高价值的业务数据 9第四章系统具体设计 104.1 学生人脸点名系统 104.
2、1.1 系统架构 104.1.2 安装示意图 114.1.3 设备组成 114.1.4 功能亮点 134.2 学生行为分析系统 144.2.1 系统架构 144.2.2 安装示意图 154.2.3 设备组成 154.2.4 功能亮点 174.3 2 机位 AI 课堂系统 184.3.1 系统架构 184.3.2 安装示意图 194.3.3 设备组成 204.3.4 功能亮点 244.4 3 机位 AI 课堂系统 264.4.1 系统架构 264.4.2 安装示意图 274.4.3 设备组成 274.4.4 功能亮点 32第五章业务具体设计 355.1 业务概述 355.2 课堂考勤 355.2
3、.1 业务背景 355.2.2 业务方案 365.3 课堂督查 405.3.1 业务背景 405.3.2 应用功能 415.4 资源治理 435.4.1 应用现状 435.4.2 应用功能 445.5 课堂分析 515.5.1 应用现状 515.5.2 AI 分析维度 535.5.3 课堂行为分析 545.5.4 课堂专注度分析 565.6 班牌公布 595.7 信息查询 60第六章成功案例 616.1 上海杨浦高级中学 616.2 济南市平阴县职业中等专业学校 616.3 杭州第 11 中学 62 第七章工程配单 64 图片名目图 1.业务总体架构 7图 2.系统架构 1 10图 3.安装示
4、意图 11图 4.二代学生人脸抓拍机 11图 5.课堂人脸比对效劳器 12图 6.系统架构 2 14图 7.二代学生人脸抓拍机 15图 8.课堂人脸比对效劳器 16图 9.系统架构 3 19图 10.安装示意图 19图 11. K 系列智能录播主机 20 图 12.教师 4K 深眸摄像机 21 图 13.二代学生人脸抓拍机 22图 14.抗回音拾音器 23图 15.录播触控键盘 23图 16.系统架构 4 26图 17. K 系列智能录播主机 28 图 18.教师 4K 深眸摄像机 29 图 19.学生 4K 深眸摄像机 30图 20.二代学生人脸抓拍机 31图 21.抗回音拾音器 32图 2
5、2.录播触控键盘 32图 23.考勤治理的重要性 36图 24.教师画面 37图 25.教师考勤记录 37图 26.学生画面 38图 27.人脸点名结果 38图 28.考勤分析报表 39图 29.巡查内容 40图 30.实时巡课示意图 41图 31.实时巡课评价示意图 42图 32.智能巡课 42图 33.巡课分析报表 43图 34.全校课程 44图 35. CS 客户端 45图 36. BS 端直播 45图 37.手机客户端直播 46图 38.课程点播 47图 39.校级优课评比 47图 40.评比课程列表 48图 41.评论打分 48图 42.评论打分 49图 43.个人中心 49图 44
6、.视频编辑 50图 45.传统课堂 51图 46. AI 课堂 52图 47. AI 分析维度 53图 48.行为分析种类 54图 49.班级行为统计分析 54图 50.班级行为比照分析 55图 51.班级行为趋势分析 55图 52.全校行为统计分析 56图 53.学生专注度分析原理 57图 54.学生专注度指数比照图 57图 55.班级专注度比照图 58图 56.班级专注度趋势图 58图 57.成绩与专注度指数碰撞分析 59图 58.电子班牌 59图 59.消息推送 60图 60.上海杨浦高级中学 61图 61.平阴县职业中等专业学校 61图 62.杭州第 11 中学 62第 一 章 背景分
7、析1.1 理念背景因材施教是教学中一项重要的教学方法和教学原则,在教学中依据不同学生的认知水平、学习力量以及自身素养,教 师选择适合每个学生特点的学习方法来有针对性的教学,发 挥学生的特长,弥补学生的缺乏,激发学生学习的兴趣,树 立学生学习的信念,从而促进学生全面进展。因材施教的教 育理念最早出自论语 先进篇。子路问:“闻斯行诸?”子曰:“有父兄在,如之何其闻斯行之?” 冉有问:“闻斯行诸?”子曰:“闻斯行之。”公西华曰:“由也问,闻斯行诸?子曰,有父兄在;求也问闻斯行诸,子曰闻斯行之。赤也惑,敢问。”子曰:“求也退,故进之;由也兼人,故退之。”上文表达的是孔子与其弟子的一段对话,孔子面对不同
8、弟子提出的同一问题,依据他们不同的秉性和条件,给出了不 同的答案,可见“因材施教”这一理念对于教师、家长、学校 以及教育公正的实现都具有重要意义。1.2 政策分析2023 年 8 月 29 日政治局审议通过了关于深化考试招生制度改革的实施意见,意见中明确提出“增加高考与 高中学习的关联度,考生总成绩由统一高考的语文、数学、外语 3 个科目成绩和高中学业水平考试 3 个科目成绩组成。保持统一高考的语文、数学、外语科目不变、分值不变,不 分文理科,外语科目供给两次考试时机。计入总成绩的高中 学业水平考试科目,由考生依据报考高校要求和自身特长, 在思想政治、历史、地理、物理、化学、生物等科目中自主
9、选择”。2023 年 1 月国务院印发的国家教育事业进展“”规划为各学校校园信息化建设指明白方向,规划中明确指出 “要遵循教书育人规律、遵循学生成长规律,以学生为主体, 以教师为主导,创育人模式,培育和践行社会主义核心价值观,不断提高学生思想水平、政治觉悟、道德品质、文化素养,让学生成为德才兼备、全面进展的人才;全力推动信息技术与教育教学深度融合。建设课程教学与应用效劳有机结合的优质在线开放课程和资源库,全面推动“优质资源班班通”,鼓舞教师利用信息技术提升教学水平、创教学模式, 利用翻转课堂、混合式教学等多种方式用好优质数字资源。深入推动“网络学习空间人人通”,形成线上线下有机结合的网络化泛在
10、学习模式。引导学校与教师依托网络学习空间记录学生学习过程,进展教学综合分析,创教学治理方式。 鼓舞学校利用大数据技术开展对教育教学活动和学生行为 数据的收集、分析和反响,为推动共性化学习和针对性教学供给支持。支持各级各类学校建设才智校园,综合利用互联网、大数据、人工智能和虚拟现实技术探究将来教育教学 模式。鼓舞高等学校基于互联网开展学历与非学历连续教育。”2023 年 4 月 13 日教育部印发的教育信息化 2.0 行动打算中明确指出“以人工智能、大数据、物联网等兴技术为根底, 依托各类智能设备及网络,乐观开展才智教育创争论和示范,推动技术支持下教育的模式变革和生态重构;构建才智学习支持环境。
11、加强才智学习的理论争论与顶层设计,推动技术开发与实践应用,提高人才培育质量。大力推动智能教育,开展以学习者为中心的智能化教学支持环境建设,推动人工智能在教学、治理等方面的全流程应用,利用智能技术加快推动人才培育模式、教学方法改革,探究泛在、敏捷、 智能的教育教学环境建设与应用模式。”这一系列政策有效地促进了人工智能技术与课堂教学的结合,这种结合不再是单一系统的建设,而是具备环境全面感 知、网络无缝互通、海量数据支撑、开放学习环境、师生个 性效劳等特征。1.3 现状与需求1) 走班考勤治理难高考改革的实施,使得不少学校开头实行走班制教学模式,这就打破了传统教学中学生、教师、教室相对固定的局 限,
12、学生可以依据自己的学历和兴趣,选择自身进展的层次班级上课,不同班级的教学内容和层次要求不同。要想使走班制更好的应用到教学当中,发挥其应有的作用,就需要有相关配套设施供给保障,尤其是考勤应用显得尤为重要。走班制班级的考勤与传统班级有很大不同,它所涉及的学生信息更简单,统计考勤的难度更大。用户对考勤治理的准时性、 高效性都提出了更高的要求,无感地、自动的的考勤治理方式呼之欲出。2) 巡课督导实施难传统的人工巡课方式大多凭阅历、靠感觉、简洁描述课堂教学状况,难以准时地觉察课堂中消灭的问题,并且巡课记 录难以有效地进展整合分析,而且巡课员往往精力有限,难 以兼顾到每一个教室。复用原有教室点位进展在线巡
13、课应运 而生,但是往往大多数学校还是实行人工“看视频”的方式; 随着 AI 技术的不断进展,通过图像分析和行为识别技术对日常课堂教学中消灭的违纪行为进展自动识别,并输出每一 堂课的巡课记录报表,真正实现治理部门对每节课的教学质 量的有效监管。3) 教学质量缺乏量化分析手段教学质量的凹凸关系到学校的生存和进展,主要表达在教师教学力量水平、学生吸取学问的效率。不同的教师间,由 于学历水平、学问构造、历史阅历之间存在巨大的差异,会 导致其教学力量水平有凹凸之分;不同的学生间,由于天赋秉性、理解力量不同,学问转化吸取的效率也不尽一样。由 于缺乏量化的分析手段,无法准时觉察“教”与“学”过程中存 在的问
14、题,也就无法在这些问题点/弱项上进展改进提升,提高教学质量也就成为一句空话。运用最的人脸识别、行为 分析、大数据、视频构造化等技术进展教学课程的量化分析 渐渐成为一大趋势。4) 系统难以深度融合课堂作为教学的主阵地,为了营造一种较为轻松活泼的学习气氛,教室内往往不能安装过多的教学设备,课堂中常用 的录播系统、监控系统、巡课系统往往相互独立,无法进展 深度融合,造成资源的铺张。这就迫切要求设备能够复用, 功能高度集成,实现“ALL IN ONE”的效果。1.4 总体目标以课堂为核心,聚焦人脸识别、行为分析、视频构造化、大数据技术与教学的深度融合。打通考勤、录播、教学分析等应用壁垒,实现人脸考勤治
15、理、可视化巡课督导、视频资源治理、伴随式课堂分析、精准消息推送等功能,满足教师、 学生、家长和治理者等多角色的需求。第 二 章 方案总体思路2.1 设计原则系统建设一般遵循如下几点原则:1) 统一标准,资源共享原则系统的建设需要充分考虑相关信息系统与学校所在省、市教育信息资源的共享,建立信息资源共享机制,充分利用网 络根底、业务系统和信息资源,加强整合,促进互联互通, 信息共享,使有限的资源发挥最大的效益;2) 开放性原则系统建设需要对开发平台、数据库和运行环境进展统一考虑。校内的应用和资源会越来越多,假设对各项应用缺乏有 效的组织和治理,技术升级存在风险,那么系统维护的本钱 就会不断增加。3
16、) 无缝集成原则在符合行业标准体系指导下,系统可以无缝集成学校已建和建的业务应用系统,促进数据利用的最大化,最大程度 融合数据交换集成、用户治理、统一身份认证、业务数据整 合、信息资源展现等功能,以标准、数据、应用、用户作为 重点要素进展规划和建设。4) 先进性原则系统应当承受先进的技术和产品,使其在面对物联网技术快速进展的挑战时,能够保持系统架构的领先性。承受先进 技术和产品,可以适应大量数据和多媒体信息传输、处理、 交换的需要。系统还应当承受先进的理念、先进的技术和先 进的系统工程方法,建设一个可持续进展的,具有先进性、 开放性的才智的系统。5) 系统安全性原则在系统建设过程中,应当充分考
17、虑系统的安全,如数据安全、网络安全、传输安全、治理安全等。系统的安全性主要 包括硬件平台的安全性、感知网络通信系统安全性、操作系 统安全性、数据库安全性、应用软件系统安全性等等。2.2 设计依据解决方案的设计主要依据国家政策、相关法律规章、国家和行业相关标准、相关争论成果等资料进展规划设计,具体 如下:1) 国家教育事业进展“”规划2) 国家中长期教育改革和进展规划纲要3) 教育部办公厅关于开展 2023-2023 年度“一师一优课、一课一名师”活动的通知4) 教学视听设备及系统维护与操作的安全要求GB12641-20235) 民用闭路监视电视系统工程技术标准GB50198-19946) 建筑
18、物电子信息系统防雷技术标准GB50343-20237) 智能建筑工程质量验收标准GB50339-20238) 演播室数字电视编码参数标准GB/T 14857-19939) 音频、视频及类似电子设备 安全要求GB 8898-202310) 工业、企业通信接地设计标准GBJ79-8511) 国际综合布线六类信道标准ISO/IEC1180112) 交换、掌握技术要求GB/T 28181-202313) 建筑与建筑群综合布线系统工程验收标准GB/T50312-202314) 电子计算机场地通用标准GB/T 2887-202315) 计算机软件开发标准GB8566-198816) 信息技术、软件包质量要
19、求和测试GB/T 17544-1998第 三 章 方案总体设计3.1 总体架构图 1. 业务总体架构系统业务设计的针对用户为:教师、学生、家长和学校治理者,以课堂为核心场景,运用最的技术和产品,构建“教”、“学”和“管”三大类的应用,总体架构具体说明如下:4 种组合:依据不同的用户需求,可以将系统设备组合分为4 大类,每大类对应不同的业务功能。6 种应用:打通考勤、录播、教学分析等应用壁垒,实现人脸考勤治理、可视化巡课督导、视频资源治理、伴随式课堂分析、信息查询等功能,满足教师、学生、家长和治理者等多角色的需求。4 类用户:学校是以“教”与“学”为核心目的的相对封闭的生态系统,一切工作都围围着
20、提升学生综合素养、学习各类知 识。教师、学生和校内治理者构成了校园运行的根本要件, 同时随着家校互动越来越严密,家长渴望准时了解子女学习 成长的点点滴滴、准时帮助子女。3.2 亮点优势3.2.1 先进的 AI Cloud 技术框架海康威视 AI Cloud 是基于云边融合的以视频为核心的智能物联网架构,通过边缘节点、边缘域和云计算中心三级有机 结合,系统满足“边缘感知、按需会聚、分级应用、多层认知” 的业务需求。边缘节点能够对采集的数据进展构造化分析提 取,具备感知理解力量。融合 AI 智能算法,具备感知理解更有效、更精准、目标细节传输更高效、减轻网络压力,智 能算法调度更敏捷及业务响应更灵敏
21、等特性。3.2.2 领先的视频图像处理技术图像采集设备内嵌海康威视自主研发的智能跟踪算法,承受独特的人脸检测与头肩模型检测结合的方式,可以更加有 效地实现对教师的跟踪及学生定位检测。同时,设备具备高 效的宽动态和底噪度效果,能有效地防止高亮度的环境光干 扰。海康威视在图像采集分析处理方面的技术力量在全球都处于领先地位,遍布全国的海康摄像头每时每刻都在监视着整 个城市,震慑怀有不轨之心的人。在图像视频方面有着确定 的优势及自信,海康能够确保录播图像的清楚度,满足甚至 超越精品视频对画质的要求。3.2.3 便捷的 Poe 供电模式K 系列智能录播主机支持对 2 个摄像机、拾音器进展供电, 无需单独
22、部署电源,大大节约了施工本钱、简化了调试步骤。3.2.4 无感式学生人脸点名学生人脸抓拍机通过不断地扫描抓拍,并实时传到后台进展比对分析,可以精准地分析出考勤结果,准时报告考勤异 常人员。3.2.5 精准地师生行为分析系统利用人脸比对和视频构造化技术,可以实现 3 种教师行为、7 种学生行为识别与分析,这些可以作为学生成长的根底数据,奠定将来教育大数据起点。3.2.6 丰富的场景业务应用系统可以实现多种业务应用,将课堂考勤、课堂督查、资源治理、课堂分析、班牌公布和消息推送等功能完整地整合 在一起,满足了学校对于课堂的综合治理需求,保证了信息 化建设投资的高利用率。3.2.7 高价值的业务数据系
23、统通过专业的底层设备,可以精准地采集师生考勤数据、 师生课堂行为数据、学生专注度状况。这些数据可以对接到上层的家校通平台、在线教育平台、才智校园平台中,助力这些业务的不断深化。第 四 章 系统具体设计4.1 学生人脸点名系统4.1.1 系统架构图 2. 系统架构 1系统由教室端和中心端组成,其中教室端主要由二代学生人脸抓拍机组成;中心端主要由课堂人脸比对效劳器、存储 设备、治理平台和相关效劳器组成。一台课堂人脸比对效劳 器支持分析 20 个前端设备。4.1.2 安装示意图图 3. 安装示意图二代学生人脸抓拍机居中安装,保证画面能够掩盖全体学 生。4.1.3 设备组成4.1.3.1 二代学生人脸
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