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    業務聯系
    案例范本
    基于人工智能的教學行為分析
    添加時間: 2020-12-1 12:02:37 來源: 作者: 點擊數:

    附件1:課題實施方案

    課題編號:                                      密級:       

    北京市科技計劃

    課題實施方案

    課題名稱:基于人工智能的教學行為分析

    所屬項目名稱:學生行為分析系統

    所屬領域:人工智能 大數據 數據分析

    所屬類別:教育應用

    課題承擔單位: 北京文香信息技術有限公司

    市科委主管處室:科技服務業與文化科技處

    起止年限:

    北京市科學技術委員會制

     

    1.本方案適用于北京市科委立項、市科技經費支持的科技計劃課題,由課題承擔單位依據《北京市科技計劃項目(課題)管理辦法》組織編寫,通過專家論證后由市科委審定。

    2.本方案需按照市科委統一提供的用戶名和密碼,登陸“北京市科委在線服務平臺”(網址:https://mis.bjkw.gov.cn:8443/)填寫,字體統一用宋體小四;確認所填信息正確、完整并經課題負責人檢查無誤后,提交市科委審核并網上提交確認后,在線進行打。ㄓ肁4紙),用A4幅面紙復印,用普通訂書釘裝訂。打印后的課題實施方案不得再行修改。

    3.“課題編號”和“課題所屬項目”由市科委確定!懊芗墶庇烧n題承擔單位根據國家有關保密工作規定提出,項目主持單位審核,市科委確定。“密級”一經確定必須嚴格按照該級別“密級”文件管理規定執行。

    4.本方案表中所有欄目均需填寫,凡無內容填寫的欄目,請用“/”或“無”表示。第一次出現外文名詞時,要寫清全稱和縮寫,再出現同一詞時可以使用縮寫。

    5.本方案各項內容填寫應當實事求是,尊重他人知識產權,遵守國家有關知識產權法規。對于偽造、篡改科學數據,抄襲他人著作、論文或者剽竊他人科研成果等科研不端行為,一經查實,將記入信用記錄。

    6.課題經費預算要按照《北京市科技項目經費管理辦法》編寫,對于虛假編制等違規行為,一經查實,將記入信用記錄。

    7.本方案正本一式五份(市科委三份,主持單位、承擔單位各一份),由課題承擔單位負責人和課題負責人親筆簽署意見,經項目主持單位審查后,報送市科委。(地址:北京市通州區運河東大街57號院1號樓,郵政編碼:100744)。

    8.編寫內容可參考各項欄目括號內的說明(本方案正本應刪除說明內容)。

    課題承擔單位基本信息

    單位名稱

    北京文香信息技術有限公司

    組織機構代碼

    39710323-4

    隸屬關系

    上級主管單位名稱

    (一級法人)

    朱玉榮

    單位類型

    有限責任公司(自然人投資或控股)

    單位地址

    北京市經濟技術開發區榮華南路15號中航技廣場B座11層

    注冊地所屬區縣

    北京經濟技術開發區

    注冊時間

    2014-05-30

    郵政編碼

    100176

    單位傳真

    電子郵箱

    高新證書號

    所在高技術開發區

    北京市經濟技術開發區

    單位負責人

    聯系方式

    單位科技管理

    部門負責人

    聯系方式

    課題負責人

    聯系方式

    財務負責人

    聯系方式

    聯系人

    聯系方式

    市科委認定研發機構批準號

    課題基本信息

    課題所屬技術領域

    人工智能

    課題所屬學科

    計算機與科學

    課題類型

    應用性研究課題

    課題服務行業

    金融、零售、農業、教育

    課題所處階段類型

    研究開發階段

    課題主要技術的來源類型

    自主研發

    成果預期表達形式

    行為分析系統

    技術創新類型

    技術改進

    一、課題的目的、意義及必要性

    (課題重點說明目的、意義及必要性)

      教育信息化2.0由教育部發起,于2018年4月13日正式提出, 要實現從專向資源向大資源轉變;從提升學生信息技術應用能力向提升信息技術素養轉變;從應用融合發展向創新融合發展轉變。依托于教育信息化在教育領域的不斷深入,尤其是針對課堂上的行為分析需求日益凸顯,本課題的重要意義在于使用百萬級人臉數據庫和上萬小時的教學實況視頻,實時捕捉肢體動作和情緒狀態,基于深度學習算法分析出課堂行為以及授課類型,使得課堂質量數字化、圖表化,真正做到教學信息化2.0 中的信息素養和信息技術相互結合。

    二、課題相關行業、領域國內外研究發展現狀、趨勢以及本單位在相關領域的工作基礎

    (課題相關行業、領域國內外研究發展現狀、趨勢以及本單位在相關領域的工作基礎)

    相關領域發展現狀:同領域廠商已經推出基于人體肢體動作的學生分析行為系統,可以識別學生在課堂上舉手、站立、抬頭、低頭、扭頭等多種動作,每一秒鐘采集數據高頻數據,老師可于教學知識點時間結合,分析學生在該時間段課程表現,通過量化數據分析,改進教學方式,提高講課效果。

    在海外,因教育環境與中國不同,學生行為分析技術領域相對薄弱,很少有針對學生行為的進行專門研究,更多的是散見于各種教育理論著作之中,研究主要是圍繞課堂效果展開的,比如研究學生個體差異與課堂學習的表現,研究影響學生課堂行為因素,以及為了達到良好的教學效果,對學生課堂行為的管理研究。

    發展趨勢:在中國,隨著教育信息化不斷深入發展,分析數據結果的維度向多樣化發展;分析算法更加精準,更加客觀、科學的評判課堂教學行為;每一節完整的課堂都由若干個教學序列組成,針對課堂教學行為進行精細化研究,發現教學環節間的聯系,深入挖掘出課堂教學過程中的規律。

    本單位在相關領域工作基礎:擁有北京文香六位機全自動錄播系統,硬件配置有巡航學生區域的攝像機,并有學生活動熱力圖分析學生課堂活躍度;教師跟拍與切換雙模式拍攝、基于動作識別的學生起立識別、人臉檢測教師身高自適應功能以及教師身份認證功能,無感知人臉識別考勤系統和肢體關鍵點檢測。

    三、課題任務與目標、考核指標

    (目標、考核指標應可查、可測、可看,具有成果的依附形式或載體。目標、考核指標的設置應在充分理解項目任務分解的基礎上確定,切實滿足項目對課題的要求,具有系統性、完整性,切實滿足項目對課題的要求。)

    (課題任務應明確科技工作在解決實際問題中的責任和完成工作的范圍、界限,即課題全部工作和成果的整體描述)

    1.課題任務

        本課題主要任務是通過攝像機采集課堂教學場景情況,基于數學模型和算法的圖像、視頻流分析技術,通過數據庫和嵌入式軟件,實現對行為人肢體動作、表情和活躍度的分析。

    2.課題目標

         第一、在多人情況下,精準捕捉行為人的肢體動作以及肢體關鍵點,具體肢體動作包括:舉手、側身、低頭、扭頭、起立和背身。

         第二、通過人臉庫識別出情緒狀態,具體情緒狀態包括:快樂、憤怒、疑惑、平靜、厭惡、恐懼和驚訝。

         第三、在點播視頻時查看行為人在特定時段的聽課狀態,具體表現形式為:通過紅、綠狀態欄的顯示來展示活躍程度。

    3.考核指標

    第一、在教室狀態為正在上課狀態時,實時分析出行為人的肢體動作和情緒狀態,

    并且通過行為分析實時曲線表的形式呈現,突出在課堂上行為占比以及情緒占比情況。

        

     第二、統計出勤情況和單體肢體動作的數據情況。

    第三、結合學生肢體動作和情緒分析統計分析,出具結論性分布圖表,具體包括:學習行為分析網絡圖、授課類型結構圖和課堂總結。

       第四、通過紅、綠狀態欄的顏色顯色程度標識具體時間段內行為人的活躍程度。

    四、課題研究開發內容

    (課題主要研發內容、關鍵技術及創新點,對完成課題目標和考核指標的充要性)

    研發內容:

    關鍵技術:

    創新點:

    五、課題技術方案與技術路線

    (依據課題任務要求,結合國內外技術發展和本單位實際情況確定,論證前應充分分析和闡述技術方案與技術路線,對不同方案和路線加以比較和論證說明。)

    1.技術方案與技術路線

    2.課題組織實施與管理措施

         

    3.課題委托任務

    六、課題經費預算

    1、課題經費來源:                                  單位:萬元

    來 源

    2020年

    2021年

      年

     年

    合 計

    市財政科技經費

    其他來源

    國家有關

    部委撥款

    項目主持單位

    匹配經費

    課題承擔單位

    自籌經費

    其   他

    合  計

     

     

     

     

      

     

    2、課題經費支出:                                  單位:萬元

    (1)課題經費支出預算:

    科 目

    經費來源

    2020年

    2021年

      年

       年

    合 計

    直接費用

     

    設備費

    市財政科技經費

    其他來源

    材料費

    市財政科技經費

    其他來源

    測試化驗加工費

    市財政科技經費

    其他來源

    燃料動力費

    市財政科技經費

    其他來源

    差旅費 

    市財政科技經費

    其他來源

    會議費

    市財政科技經費

    其他來源

    國際合作交流費

    市財政科技經費

    其他來源

    出版/文獻/信息傳播/知識產權事務費

    市財政科技經費

    其他來源

    勞務費

    市財政科技經費

    其他來源

    咨詢費

    市財政科技經費

    其他來源

    其他費用

    市財政科技經費

    其他來源

    直接費用小計

    市財政科技經費

    其他來源

    間接經費

    市財政科技經費

    其他來源

    其中,績效支出

    市財政科技經費

    其他來源

    分項合計

    市財政科技經費

    其他來源

    合   計

    國家有關部委經費支出明細

    (2)儀器設備購置費用明細:(單價在50萬元以上,含50萬元)

    名 稱

    型號

    數量

    金額(預估

    主要用途

    經費來源

    是否進口

    合 計

    (3其中,進口儀器設備購置費用明細:(單價在50萬元以上,含50萬元)

    名  稱

    型  號

    數  量

    金  額(預估

    主要用途

    經費來源

    合計

    3、課題研究所需的配套條件及來源

    (與課題研究相關的其他儀器設備等共享性資源、承擔單位的保障措施,包括承諾的研發隊伍、資金、研發設備和場地、課題管理等支撐條件。要充分考慮經濟、技術等方面的可行性。)

    七、課題實施的風險分析及規避預案

       (風險含市場風險、技術風險、政策風險、管理風險等,風險分析需說明有可能存在的風險)

      市場風險:

      技術風險:

      政策風險;

      管理風險:

    八、預期成果形式、知識產權歸屬與管理

       預期成果形式:圖表展示(個體學情分析、班級學情分析、學科間和內的教學分析);

       知識產權歸屬于北京文香信息技術有限公司;

       申請相關專利如下:

       發明1:201610212570.6 針對教學的視頻直播點播系統

       發明2:201610212596.0 一種基于圖像分析的人體行為識別算法

       發明3:201810524477.8 一種基于人臉識別的主講人身份認證方法

       發明4:201810525340.4 一種基于人臉特征數組的人數統計方法

       發明5:201811428371.4 一種運動圖像的特征提取方法及起立動作圖像的識別方法

       發明6:201910963473.4 一種目標位置的閾值確定方法、裝置、設備及存儲介質

       發明7:201911013322.9 一種教學視頻拍攝方法、裝置及系統

       發明8:201911220842.7一種視頻圖像的監測方法、裝置、設備及存儲介質

    九、課題完成后的經濟社會效益分析及成果推廣方案

    (課題完成后的經濟社會效益分析應與課題的目的、意義及必要性相對應。成果推廣方案應明確課題成果的應用推廣領域、擬采取的具體推廣措施或推廣計劃等)

    經濟社會效益分析:支持人工智能技術,自動抓拍并分析室人員行為活動,包括低頭、舉手、扭頭、轉身基本動作和組合動作的識別,生成分析報告,對課堂學生行為進行分析,了解學生的學習狀態。通過大數據個性化精準分析,從單一到多元,從密封到開放。

    成果推廣方案:

    1、 將本課題方案與公司系統方案相結合進行推廣學生行為分析系統,突出人工智能教學分析的功能亮點,具體的,個體學情分析、班級學情分析、學科間以及學科內的教學分析;

    2、 推廣數據庫龐大,擁有百萬級的人臉數據庫和上萬小時的教學實況視頻;

    3、 將本課題應用在公司的考勤系統中,實現無感知人臉識別考勤系統;

    4、 學生肢體關鍵點檢測以及多人數、多阻擋式的肢體識別。


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