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案例范本
基于人工智能的教学行为分析
添加时间: 2020-12-1 12:02:37 来源: 作者: 点击数:

附件1:课题实施方案

课题编号:                                      密级:       

北京市科技计划

课题实施方案

课题名称:基于人工智能的教学行为分析

所属项目名称:学生行为分析系统

所属领域:人工智能 大数据 数据分析

所属类别:教育应用

课题承担单位: 北京文香信息技术有限公司

市科委主管处室:科技服务业与文化科技处

起止年限:

北京市科学技术委员会制

 

1.本方案适用于北京市科委立项、市科技经费支持的科技计划课题,由课题承担单位依据《北京市科技计划项目(课题)管理办法》组织编写,通过专家论证后由市科委审定。

2.本方案需按照市科委统一提供的用户名和密码,登陆“北京市科委在线服务平台”(网址:https://mis.bjkw.gov.cn:8443/)填写,字体统一用宋体小四;确认所填信息正确、完整并经课题负责人检查无误后,提交市科委审核并网上提交确认后,在线进行打印(用A4纸),用A4幅面纸复印,用普通订书钉装订。打印后的课题实施方案不得再行修改。

3.“课题编号”和“课题所属项目”由市科委确定。“密级”由课题承担单位根据国家有关保密工作规定提出,项目主持单位审核,市科委确定“密级”一经确定必须严格按照该级别“密级”文件管理规定执行。

4.本方案表中所有栏目均需填写,凡无内容填写的栏目,请用“/”或“无”表示。第一次出现外文名词时,要写清全称和缩写,再出现同一词时可以使用缩写。

5.本方案各项内容填写应当实事求是,尊重他人知识产权,遵守国家有关知识产权法规。对于伪造、篡改科学数据,抄袭他人著作、论文或者剽窃他人科研成果等科研不端行为,一经查实,将记入信用记录。

6.课题经费预算要按照《北京市科技项目经费管理办法》编写,对于虚假编制等违规行为,一经查实,将记入信用记录。

7.本方案正本一式五份(市科委三份,主持单位、承担单位各一份),由课题承担单位负责人和课题负责人亲笔签署意见,经项目主持单位审查后,报送市科委。(地址:北京市通州区运河东大街57号院1号楼,邮政编码:100744)。

8.编写内容可参考各项栏目括号内的说明(本方案正本应删除说明内容)

课题承担单位基本信息

单位名称

北京文香信息技术有限公司

组织机构代码

39710323-4

隶属关系

上级主管单位名称

(一级法人)

朱玉荣

单位类型

有限责任公司(自然人投资或控股)

单位地址

北京市经济技术开发区荣华南路15号中航技广场B座11层

注册地所属区县

北京经济技术开发区

注册时间

2014-05-30

邮政编码

100176

单位传真

电子邮箱

高新证书号

所在高技术开发区

北京市经济技术开发区

单位负责人

联系方式

单位科技管理

部门负责人

联系方式

课题负责人

联系方式

财务负责人

联系方式

联系人

联系方式

市科委认定研发机构批准号

课题基本信息

课题所属技术领域

人工智能

课题所属学科

计算机与科学

课题类型

应用性研究课题

课题服务行业

金融、零售、农业、教育

课题所处阶段类型

研究开发阶段

课题主要技术的来源类型

自主研发

成果预期表达形式

行为分析系统

技术创新类型

技术改进

一、课题的目的、意义及必要性

(课题重点说明目的、意义及必要性)

  教育信息化2.0由教育部发起,于2018年4月13日正式提出, 要实现从专向资源向大资源转变;从提升学生信息技术应用能力向提升信息技术素养转变;从应用融合发展向创新融合发展转变。依托于教育信息化在教育领域的不断深入,尤其是针对课堂上的行为分析需求日益凸显,本课题的重要意义在于使用百万级人脸数据库和上万小时的教学实况视频,实时捕捉肢体动作和情绪状态,基于深度学习算法分析出课堂行为以及授课类型,使得课堂质量数字化、图表化,真正做到教学信息化2.0 中的信息素养和信息技术相互结合。

二、课题相关行业、领域国内外研究发展现状、趋势以及本单位在相关领域的工作基础

(课题相关行业、领域国内外研究发展现状、趋势以及本单位在相关领域的工作基础)

相关领域发展现状:同领域厂商已经推出基于人体肢体动作的学生分析行为系统,可以识别学生在课堂上举手、站立、抬头、低头、扭头等多种动作,每一秒钟采集数据高频数据,老师可于教学知识点时间结合,分析学生在该时间段课程表现,通过量化数据分析,改进教学方式,提高讲课效果。

在海外,因教育环境与中国不同,学生行为分析技术领域相对薄弱,很少有针对学生行为的进行专门研究,更多的是散见于各种教育理论著作之中,研究主要是围绕课堂效果展开的,比如研究学生个体差异与课堂学习的表现,研究影响学生课堂行为因素,以及为了达到良好的教学效果,对学生课堂行为的管理研究。

发展趋势:在中国,随着教育信息化不断深入发展,分析数据结果的维度向多样化发展;分析算法更加精准,更加客观、科学的评判课堂教学行为;每一节完整的课堂都由若干个教学序列组成,针对课堂教学行为进行精细化研究,发现教学环节间的联系,深入挖掘出课堂教学过程中的规律。

本单位在相关领域工作基础:拥有北京文香六位机全自动录播系统,硬件配置有巡航学生区域的摄像机,并有学生活动热力图分析学生课堂活跃度;教师跟拍与切换双模式拍摄、基于动作识别的学生起立识别、人脸检测教师身高自适应功能以及教师身份认证功能,无感知人脸识别考勤系统和肢体关键点检测。

三、课题任务与目标、考核指标

(目标、考核指标应可查、可测、可看,具有成果的依附形式或载体。目标、考核指标的设置应在充分理解项目任务分解的基础上确定,切实满足项目对课题的要求,具有系统性、完整性,切实满足项目对课题的要求。)

(课题任务应明确科技工作在解决实际问题中的责任和完成工作的范围、界限,即课题全部工作和成果的整体描述)

1.课题任务

    本课题主要任务是通过摄像机采集课堂教学场景情况,基于数学模型和算法的图像、视频流分析技术,通过数据库和嵌入式软件,实现对行为人肢体动作、表情和活跃度的分析。

2.课题目标

     第一、在多人情况下,精准捕捉行为人的肢体动作以及肢体关键点,具体肢体动作包括:举手、侧身、低头、扭头、起立和背身。

     第二、通过人脸库识别出情绪状态,具体情绪状态包括:快乐、愤怒、疑惑、平静、厌恶、恐惧和惊讶。

     第三、在点播视频时查看行为人在特定时段的听课状态,具体表现形式为:通过红、绿状态栏的显示来展示活跃程度。

3.考核指标

第一、在教室状态为正在上课状态时,实时分析出行为人的肢体动作和情绪状态,

并且通过行为分析实时曲线表的形式呈现,突出在课堂上行为占比以及情绪占比情况。

    

 第二、统计出勤情况和单体肢体动作的数据情况。

第三、结合学生肢体动作和情绪分析统计分析,出具结论性分布图表,具体包括:学习行为分析网络图、授课类型结构图和课堂总结。

   第四、通过红、绿状态栏的颜色显色程度标识具体时间段内行为人的活跃程度。

四、课题研究开发内容

(课题主要研发内容、关键技术及创新点,对完成课题目标和考核指标的充要性)

研发内容:

关键技术:

创新点:

五、课题技术方案与技术路线

(依据课题任务要求,结合国内外技术发展和本单位实际情况确定,论证前应充分分析和阐述技术方案与技术路线,对不同方案和路线加以比较和论证说明。)

1.技术方案与技术路线

2.课题组织实施与管理措施

     

3.课题委托任务

六、课题经费预算

1、课题经费来源:                                  单位:万元

来 源

2020年

2021年

  年

 年

合 计

市财政科技经费

其他来源

国家有关

部委拨款

项目主持单位

匹配经费

课题承担单位

自筹经费

其   他

合  计

 

 

 

 

  

 

2、课题经费支出:                                  单位:万元

(1)课题经费支出预算:

科 目

经费来源

2020年

2021年

  年

   年

合 计

直接费用

 

设备费

市财政科技经费

其他来源

材料费

市财政科技经费

其他来源

测试化验加工费

市财政科技经费

其他来源

燃料动力费

市财政科技经费

其他来源

差旅费 

市财政科技经费

其他来源

会议费

市财政科技经费

其他来源

国际合作交流费

市财政科技经费

其他来源

出版/文献/信息传播/知识产权事务费

市财政科技经费

其他来源

劳务费

市财政科技经费

其他来源

咨询费

市财政科技经费

其他来源

其他费用

市财政科技经费

其他来源

直接费用小计

市财政科技经费

其他来源

间接经费

市财政科技经费

其他来源

其中,绩效支出

市财政科技经费

其他来源

分项合计

市财政科技经费

其他来源

合   计

国家有关部委经费支出明细

(2)仪器设备购置费用明细:(单价在50万元以上,含50万元)

名 称

型号

数量

金额(预估

主要用途

经费来源

是否进口

合 计

(3其中进口仪器设备购置费用明细:(单价在50万元以上,含50万元)

名  称

型  号

数  量

金  额(预估

主要用途

经费来源

合计

3、课题研究所需的配套条件及来源

(与课题研究相关的其他仪器设备等共享性资源、承担单位的保障措施,包括承诺的研发队伍、资金、研发设备和场地、课题管理等支撑条件。要充分考虑经济、技术等方面的可行性。)

七、课题实施的风险分析及规避预案

   (风险含市场风险、技术风险、政策风险、管理风险等,风险分析需说明有可能存在的风险)

  市场风险:

  技术风险:

  政策风险;

  管理风险:

八、预期成果形式、知识产权归属与管理

   预期成果形式:图表展示(个体学情分析、班级学情分析、学科间和内的教学分析);

   知识产权归属于北京文香信息技术有限公司;

   申请相关专利如下:

   发明1:201610212570.6 针对教学的视频直播点播系统

   发明2:201610212596.0 一种基于图像分析的人体行为识别算法

   发明3:201810524477.8 一种基于人脸识别的主讲人身份认证方法

   发明4:201810525340.4 一种基于人脸特征数组的人数统计方法

   发明5:201811428371.4 一种运动图像的特征提取方法及起立动作图像的识别方法

   发明6:201910963473.4 一种目标位置的阈值确定方法、装置、设备及存储介质

   发明7:201911013322.9 一种教学视频拍摄方法、装置及系统

   发明8:201911220842.7一种视频图像的监测方法、装置、设备及存储介质

九、课题完成后的经济社会效益分析及成果推广方案

(课题完成后的经济社会效益分析应与课题的目的、意义及必要性相对应。成果推广方案应明确课题成果的应用推广领域、拟采取的具体推广措施或推广计划等)

经济社会效益分析:支持人工智能技术,自动抓拍并分析室人员行为活动,包括低头、举手、扭头、转身基本动作和组合动作的识别,生成分析报告,对课堂学生行为进行分析,了解学生的学习状态。通过大数据个性化精准分析,从单一到多元,从密封到开放。

成果推广方案:

1、 将本课题方案与公司系统方案相结合进行推广学生行为分析系统,突出人工智能教学分析的功能亮点,具体的,个体学情分析、班级学情分析、学科间以及学科内的教学分析;

2、 推广数据库庞大,拥有百万级的人脸数据库和上万小时的教学实况视频;

3、 将本课题应用在公司的考勤系统中,实现无感知人脸识别考勤系统;

4、 学生肢体关键点检测以及多人数、多阻挡式的肢体识别。


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