一个简单实用的科技设想——“阅卷扫描仪”

徐光达

摘 要：在扫描技术迅速发展的当今，笔者想利用这个技术为小学教师的父母减轻工作负担，初步形成了一个关于扫描识别数字，达到快速统计分数的目的。虽然科技含量不是很高，但是该设想有着很强的实用性和操作性，希望能够在进一步的研究中，该产品能够得到使用，获得社会利用价值。

关键词：扫描技术;OCR;教学工作;实用

一、例举扫描技术在当今教育领域中的运用

作为当今计算机技术中发展迅猛的一个分支，扫描技术以不同的形式在各个方面的应用逐渐趋向成熟，在支付、云技术和新兴的生物识别领域中贡献良多。同时，随着多媒体教学的普及，扫描技术因其便捷和规模化的操作优势，在教育领域迎合了考试中批量阅卷的需求，最终主要促进了电子阅卷系统的不断革新。然而由于个体需求少而单调，扫描仅仅在中考、高考等大型考试的阅卷中得到规模化的运用，整体上却并未对教育创新提供深远的技术支持。

而另一方面，谈及扫描技术在教育方面的影响，“猿题库”和“学霸君”等智能搜题软件却以一种非传统的方式成为了典型例子：随着现在学生日均作业练习量的不断增大，不同学科各类题目的答案和解析逐渐成为了普遍的需求。因此为了适应市场的需要，类似“猿题库”的一批专门提供练习答案解析的软件才应运而生。在创建初期，其面临的主要问题即是如何匹配实体纸张上的题目与电子答案，而随着新兴人工智能技术的高速发展，这个问题最终迎刃而解。

智能搜题软件的核心科技及“匹配问题”的解决措施正是广泛应用于人工智能领域的光学字符识别技术（OCR）和深度学习技术（DL）。在软件开发初期，如何向电脑输入题干信息是“匹配问题”的一个重要部分，由于题干中多含特殊运算符号、代号或者各类专有名词，且题干本身普遍字数较多，为了方便地输入这些繁杂的信息，搜题软件最终选择把这块“烫手山芋”扔给电脑处理：直接将整个题干拍照上传而不是尝试逐字逐句地键入。而电脑能够以高效率处理这些信息，很大程度上受益于OCR和DL的应用。

二、扫描技术在小学教师群体中的需求

高中学生心智发展较为健全，在课时练习的批改中大多采用学生自行批改订正的方式，而初等学校中多媒体应用普及程度较低，学生因年龄较小心智发展较不健全而无法对练习进行自行批改订正，導致初等学校中教师的工作量增大，而扫描仪的使用并不能很好地适应基础教育对于作业练习多变、灵活的素质教育需要而普及率低，教师个体难以使用。因此，扫描技术在初高等学校中供求不平衡是其在教育方面发展受限的重要原因。

三、“阅卷扫描仪”的设计构思

（一）产品的设计源泉

近日，笔者于某知名商城内购物时，注意到结算柜台通过扫描商品条形码计算购物总价的细节，收银员不断使用柜台机机械地重复着扫码的动作，使笔者联想到阅卷时老师类似的重复批改、计算总分的行为，顿觉有极大的相似之处。笔者意识到，以现在的科技水平，完全可以将条形码扫描仪的技术延伸到平常的人工批卷阅卷上，通过识别实体纸张上老师留下的负分标记和简单的代数运算，完成批卷中最为繁琐的算分过程，提高人工阅卷的效率。

（二）产品的工作原理

经过细致的考虑和资料的搜集，笔者大致形成了一个“阅卷扫描仪”的概念模型，并整理出了以下数个主要方面：

工作原理：“阅卷扫描仪”初步被设定为一款手机软件，其工作原理主要参考、借鉴并结合了柜台收银机和智能搜题软件的功能特点。在进行阅卷时：首先，在获取设备权限的情况下通过使用设备摄像头拍摄图片捕获纸张上所需的信息，并通过简单的光学技术对捕获图片的对比度、亮度等进行预处理;其次，装载OCR的程序开始对图片进行再处理并通过字符轮廓辨别出教师的手写字体和试卷原件的印刷字体;接着装载DL的程序通过已有资源或从服务器下载资源对OCR识别中可能存在的错误信息进行识别、修正并确认最终识别负分情况;最后，装载运算函数的程序读取来自OCR和DL识别结果的对应数据，并通过简单运算得出全卷总分。

（三）进阶设置

由于其位于智能手机这种个人移动终端，其方便灵活的极大操作优势和利于拓展的功能特点，“手机软件”是“阅卷扫描仪”极其理想的发展方向。考虑到深度学习技术对于云技术和网络连接的依赖，“阅卷扫描仪”无疑可以以此为优势发展出一系列的衍生产品。通过类比“猿题库”等智能搜题软件在识别试卷中不同字体的功能，“阅卷扫描仪”本质上仅仅是将智能搜题软件的识别对象反转，由原来的“识别印刷字体”变为“识别书写字体”，便可以基本完成协助批卷阅卷的任务。然而，仍有许多技术方面的问题需要攻关。

（四）产品的技术限制

首先，虽然OCR和DL能够识别出手写字体和印刷字体，但是由于每个阅卷老师的书写习惯不同，留在试卷上的负分标记的具体样式也不同。而作为“阅卷扫描仪”，其主要目的并不仅仅是识别出印刷字体和手写字体，更重要的是获取数字信息，因此如何辨别数字的不同样式是一个非常重要的问题。所幸的是，DL依然可以解决这个问题，其主要解决思路仅仅是建立一个专门的数据库，其中存储着一些常见的数字书写样式，建立此数据库是便于DL对识别的数字轮廓进行比对参考从而提高正确辨识的概率。

在软件的设计方面也可以为提高DL工作效率提供部分支持，通过设置识别结果的反馈，可以使得电脑便于了解使用者的具体情况，从而达到“被教育”的目的，而通过DL的本身性质，电脑得到的反馈信息日积月累，便能在统计学的宏观概念上让电脑认识到使用者笔迹的具体情况。

（五）产品的延伸发展与前景

以建立服务器为基础，“阅卷扫描仪”同样可以发展出一个完整的阅卷——教学辅助体系。通过建立用户档案，“阅卷扫描仪”对于每一个使用者的理解便不再局限于一台硬件，而是成功完成了一对一的个性化工作辅助。换而言之，“阅卷扫描仪”软件本身便能理解每一个用户的字迹和阅卷风格，完成用户群体个性化和共性化的灵活统一。

综上所述，在看似发展空间狭隘的教育方面，扫描技术的应用依然有很大的更新空间，在网络技术不断发展的今天，不同电子设备之间的系统联动又将进一步拓宽多媒体教育的视野，提升多元化信息输入的新高度。