基于AI技術的教育巡查管控系統建設與實踐

王 翔

（北京科技大學，北京 100085）

教育信息化的發展是一個長期且不斷調整優化的過程，在教育教學中的作用也在不斷探索和實踐中進步，從信號到網絡、從設備到應用以及從管理到內容都在不斷變革并迭代優化?！秶抑虚L期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》提出信息技術對教育發展具有革命性影響，突出強調技術由應用轉向支撐，便于建設優質教育資源和信息化教學環境。楊宗凱等[1]將信息技術變革教育的進程分為四個階段，即起步、應用、融合和創新階段。教育部在2018年頒布的《教育信息化2.0行動計劃》中，將推動信息技術和教學實踐的深度融合作為核心，從應用入手切入教學深度融合，推動教育教學的變革與信息化發展，這也標志著教育信息化進入2.0時代。

1 教育巡查管控系統的設計和結構

教育巡查管控系統采用B/S和C/S混合架構，視頻、文檔和數據資源等采用分布式存儲，系統中心組建教育私有云。搭建混合型系統架構，采用C/S架構的界面和流程控制性強，在AI算法、數據運算和處理方面具有功能優勢，可以與Windows系統進行交互，同時通過將任務合理分配到Client端和Server端，降低了系統的通信開銷，能夠充分利用兩端硬件環境的優勢。而B/S部分具有便利的數據庫訪問、Web效果展示和程序更新維護等；采用混合架構可有效減少系統部署點，強化數據分析處理能力以及后續系統維護。

1.1 平臺系統

瀏覽器/服務器結構如圖1所示。

圖1 瀏覽器/服務器結構

采用B/S架構客戶端人員無須安裝，使用Web瀏覽器即可操作，通過權限控制實現多客戶訪問，交互性和易用性較強。B/S架構的全稱為Browser/Server，即瀏覽器/服務器結構。Browser指的是Web瀏覽器，少數事務邏輯在前端實現，主要事務邏輯在服務器端實現，Browser客戶端，WebApp服務器端和DataBase服務器端構成三層架構。

1.2 AI模塊

人臉識別AI系統采用C/S架構，具有極高的安全性、界面和操作相對便利，C/S架構是一種典型的兩層架構，全稱是Client/Server，即客戶端/服務器端架構，其客戶端包含一個或多個運行程序。服務器端包含數據庫服務器端，客戶端通過數據庫連接訪問服務器端的數據；Socket服務器端，服務器端的程序通過Socket與客戶端的程序通信。

采用先進的人工智能人臉識別技術以及改進的ORB算法，有效提高了識別匹配度的正確性和運算性能。自動與信息系統的數據進行對接形成識別特征庫，能夠準確地比對教師信息，并反饋結果到信息系統中，系統結構如圖2所示。

圖2 系統結構

2 教學巡查系統組成模塊

教學巡查系統涉及和實現主要包括云系統、均衡課堂、智慧校園、智慧分析等4個子系統模塊；擁有資料庫、視頻課件、文檔課件、直播課堂、點播課堂、直播管理、在線作業、精品課堂、家校互動、校園安全、教育巡查、設備監測、智能報表、設置中心等14個功能模塊。

2.1 云系統

（1）資料庫。教學資料庫建成包括數字課程課件庫、課堂錄制資源庫和學校特色資源庫等體系完整、結構優化、使用方便的專業教學資源庫，支撐專業核心課程及基礎課程，并具有規范性強、易用性好、平臺支撐有力等特點。

（2）視頻課件。教師利用自己的賬戶登錄系統，可以通過該模塊上傳公共視頻課件資源，根據系統要求上傳視頻課件，如微課、錄制的優質課，沉淀形成自己的教學資源分享清單和內容。授權的教師登錄系統可以對上傳的視頻進行在線觀看和下載。

（3）文檔課件。教師利用自己的賬戶登錄系統，可以上傳公共文檔課件資源，根據系統要求上傳文檔課件，如備課文檔PPT等，沉淀形成自己的可見等分享清單和內容。授權的教師登錄系統可以對上傳的課件進行在線瀏覽和下載。

2.2 均衡課堂

以移動互聯網、物聯網、云計算、大數據等為代表的新一代信息技術進一步推廣完善，教育信息化建設的工作重心正在從傳統的數字校園向更高階段的智慧校園轉移，教學新資源——微課、教學新形態——云課堂，通過云課堂，可以有效提高整體教育水平。

（1）直播課堂。教師根據各自的賬戶可以登錄觀看班級講課視頻，利用電腦和班班通設備，可以實現多班級同上一堂課，遠程實時聽課等功能，利用各類電腦設備可以實現多教師實時溝通。學校可以用該功能開展優質公共課程或對教師進行在線評課，同時也為師生提供交流學習的機會。

（2）點播課堂。錄播模塊會根據學校課表及作息時間，自動錄制教室上課視頻，實現清晰錄制，優質課堂視頻自動上傳到資源庫，供其他班級或其他學校觀看學習，也可以提供給學生作為課下復習的資源。

（3）直播管理。學校具有管理權限的用戶，例如校長、年級主任等用戶，可以登錄系統，對所有班級進行實時切換或輪播查看，實現網上查課和聽課的目的，節省了學校日常管理時間，同時也提高了查課或聽課的效率，讓教學管理變得更加簡單。

2.3 智慧校園

（1）在線作業。學校通過網站或手機App發布在線作業，學生可以通過網站或手機App進行在線做作業并提交；作業提交完成后，教師可以進行在線評閱。在系統中及時了解學生提交情況、催交學生作業、批改學生作業，學生也可以對做過的家庭作業進行回顧復習。不僅適用日常教學作業，也能滿足假期及特殊時期的作業需求。

（2）精品課堂。精品課堂可以錄入全國各個中小學不同科目的教師講課的視頻課件，同時也可以由各個學校的教師上傳自己錄制的講課視頻，供學校教師和學生共享觀看和下載。

（3）家校互動。家長可以使用手機App在線接收學校發布的通知和公告，同時可以觀看學生在線上課情況。及時和教師進行線上交流，共同促進學生成績的提高。

（4）校園安全。接入校園安全監控，與教室攝像頭共同組成校園安全監控，做到校園無死角，可以通過值班巡查校園視頻，做到預防校園事故或做到及時應對突發事件，保障學生在校園內有一個安全舒適的生活和學習的環境。

2.4 智慧分析

（1）教育巡查。根據教師和課表信息自動識別排課記錄及上課記錄。

（2）設備監測。對學校設備使用情況及運行狀況進行實時監測，并自動生成設備反饋信息統計表。

（3）智能報表。統計教師、學生、資產、巡查結果等信息，可以使用圖表和信息展示統計信息。

（4）設置中心。創建角色及用戶信息，設置用戶及角色權限，根據權限設置，可以管理用戶使用不同的系統功能。維護系統的枚舉信息，如鄉鎮名稱、科目、資產類別等信息。

3 教學巡查系統的實現和效果

調查問卷反饋統計如表1所示。

表1 調查問卷反饋統計

系統已投入應用，覆蓋全縣19個鄉鎮和街道，建立20個總體和分部數據中心，覆蓋學校129所，建設教室系統1 300多間，教員注冊數量3 000人左右，能夠為4萬名學生提供教育質量提升服務。系統為教育局提供了方便的管理工具，為教師提供了豐富的優質教學資源，為學生提供了多樣化的學習方式，為家長提供了了解學生的途徑；均衡了不同鄉鎮和學校之間的教學差距，提高了整體教育水平，保障了學生在學校正常的生活和學習。

針對系統安裝前后主要效果，使用調查問卷的形式進行調查，調查的主要對象為教育管理人員、教師。調查問卷涉及問題約40個，共發放調查問卷1 000份，回收有效問卷891份。調查數據表明系統上線運行后，對教育教學等產生了比較明顯的促進和提升作用。

4 結語

文章研究了自主設計和研發的基于AI技術的教育巡查管控系統，對基礎教育階段教師上課行為的管理、學生上課行為的監測以及家校互動的提升手段等影響，應用成果表明，教育巡查管控對教師、學生和家長都有比較大的影響和提升，得到了教育管理機構和學生家長的積極認可。在教育活動的管理、教育能力的提升和教育質量的均衡分布方面，為基礎教育的均衡發展提供了有效支撐，是研究教育信息化2.0的具體應用范例，在實踐中產生了非常明顯的效果，為進一步推進和提升教育信息化水平和能力提供了參考和依據。