基于AI技术的教育巡查管控系统建设与实践

王 翔

（北京科技大学，北京 100085）

教育信息化的发展是一个长期且不断调整优化的过程，在教育教学中的作用也在不断探索和实践中进步，从信号到网络、从设备到应用以及从管理到内容都在不断变革并迭代优化。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》提出信息技术对教育发展具有革命性影响，突出强调技术由应用转向支撑，便于建设优质教育资源和信息化教学环境。杨宗凯等[1]将信息技术变革教育的进程分为四个阶段，即起步、应用、融合和创新阶段。教育部在2018年颁布的《教育信息化2.0行动计划》中，将推动信息技术和教学实践的深度融合作为核心，从应用入手切入教学深度融合，推动教育教学的变革与信息化发展，这也标志着教育信息化进入2.0时代。

1 教育巡查管控系统的设计和结构

教育巡查管控系统采用B/S和C/S混合架构，视频、文档和数据资源等采用分布式存储，系统中心组建教育私有云。搭建混合型系统架构，采用C/S架构的界面和流程控制性强，在AI算法、数据运算和处理方面具有功能优势，可以与Windows系统进行交互，同时通过将任务合理分配到Client端和Server端，降低了系统的通信开销，能够充分利用两端硬件环境的优势。而B/S部分具有便利的数据库访问、Web效果展示和程序更新维护等；采用混合架构可有效减少系统部署点，强化数据分析处理能力以及后续系统维护。

1.1 平台系统

浏览器/服务器结构如图1所示。

图1 浏览器/服务器结构

采用B/S架构客户端人员无须安装，使用Web浏览器即可操作，通过权限控制实现多客户访问，交互性和易用性较强。B/S架构的全称为Browser/Server，即浏览器/服务器结构。Browser指的是Web浏览器，少数事务逻辑在前端实现，主要事务逻辑在服务器端实现，Browser客户端，WebApp服务器端和DataBase服务器端构成三层架构。

1.2 AI模块

人脸识别AI系统采用C/S架构，具有极高的安全性、界面和操作相对便利，C/S架构是一种典型的两层架构，全称是Client/Server，即客户端/服务器端架构，其客户端包含一个或多个运行程序。服务器端包含数据库服务器端，客户端通过数据库连接访问服务器端的数据；Socket服务器端，服务器端的程序通过Socket与客户端的程序通信。

采用先进的人工智能人脸识别技术以及改进的ORB算法，有效提高了识别匹配度的正确性和运算性能。自动与信息系统的数据进行对接形成识别特征库，能够准确地比对教师信息，并反馈结果到信息系统中，系统结构如图2所示。

图2 系统结构

2 教学巡查系统组成模块

教学巡查系统涉及和实现主要包括云系统、均衡课堂、智慧校园、智慧分析等4个子系统模块；拥有资料库、视频课件、文档课件、直播课堂、点播课堂、直播管理、在线作业、精品课堂、家校互动、校园安全、教育巡查、设备监测、智能报表、设置中心等14个功能模块。

2.1 云系统

（1）资料库。教学资料库建成包括数字课程课件库、课堂录制资源库和学校特色资源库等体系完整、结构优化、使用方便的专业教学资源库，支撑专业核心课程及基础课程，并具有规范性强、易用性好、平台支撑有力等特点。

（2）视频课件。教师利用自己的账户登录系统，可以通过该模块上传公共视频课件资源，根据系统要求上传视频课件，如微课、录制的优质课，沉淀形成自己的教学资源分享清单和内容。授权的教师登录系统可以对上传的视频进行在线观看和下载。

（3）文档课件。教师利用自己的账户登录系统，可以上传公共文档课件资源，根据系统要求上传文档课件，如备课文档PPT等，沉淀形成自己的可见等分享清单和内容。授权的教师登录系统可以对上传的课件进行在线浏览和下载。

2.2 均衡课堂

以移动互联网、物联网、云计算、大数据等为代表的新一代信息技术进一步推广完善，教育信息化建设的工作重心正在从传统的数字校园向更高阶段的智慧校园转移，教学新资源——微课、教学新形态——云课堂，通过云课堂，可以有效提高整体教育水平。

（1）直播课堂。教师根据各自的账户可以登录观看班级讲课视频，利用电脑和班班通设备，可以实现多班级同上一堂课，远程实时听课等功能，利用各类电脑设备可以实现多教师实时沟通。学校可以用该功能开展优质公共课程或对教师进行在线评课，同时也为师生提供交流学习的机会。

（2）点播课堂。录播模块会根据学校课表及作息时间，自动录制教室上课视频，实现清晰录制，优质课堂视频自动上传到资源库，供其他班级或其他学校观看学习，也可以提供给学生作为课下复习的资源。

（3）直播管理。学校具有管理权限的用户，例如校长、年级主任等用户，可以登录系统，对所有班级进行实时切换或轮播查看，实现网上查课和听课的目的，节省了学校日常管理时间，同时也提高了查课或听课的效率，让教学管理变得更加简单。

2.3 智慧校园

（1）在线作业。学校通过网站或手机App发布在线作业，学生可以通过网站或手机App进行在线做作业并提交；作业提交完成后，教师可以进行在线评阅。在系统中及时了解学生提交情况、催交学生作业、批改学生作业，学生也可以对做过的家庭作业进行回顾复习。不仅适用日常教学作业，也能满足假期及特殊时期的作业需求。

（2）精品课堂。精品课堂可以录入全国各个中小学不同科目的教师讲课的视频课件，同时也可以由各个学校的教师上传自己录制的讲课视频，供学校教师和学生共享观看和下载。

（3）家校互动。家长可以使用手机App在线接收学校发布的通知和公告，同时可以观看学生在线上课情况。及时和教师进行线上交流，共同促进学生成绩的提高。

（4）校园安全。接入校园安全监控，与教室摄像头共同组成校园安全监控，做到校园无死角，可以通过值班巡查校园视频，做到预防校园事故或做到及时应对突发事件，保障学生在校园内有一个安全舒适的生活和学习的环境。

2.4 智慧分析

（1）教育巡查。根据教师和课表信息自动识别排课记录及上课记录。

（2）设备监测。对学校设备使用情况及运行状况进行实时监测，并自动生成设备反馈信息统计表。

（3）智能报表。统计教师、学生、资产、巡查结果等信息，可以使用图表和信息展示统计信息。

（4）设置中心。创建角色及用户信息，设置用户及角色权限，根据权限设置，可以管理用户使用不同的系统功能。维护系统的枚举信息，如乡镇名称、科目、资产类别等信息。

3 教学巡查系统的实现和效果

调查问卷反馈统计如表1所示。

表1 调查问卷反馈统计

系统已投入应用，覆盖全县19个乡镇和街道，建立20个总体和分部数据中心，覆盖学校129所，建设教室系统1 300多间，教员注册数量3 000人左右，能够为4万名学生提供教育质量提升服务。系统为教育局提供了方便的管理工具，为教师提供了丰富的优质教学资源，为学生提供了多样化的学习方式，为家长提供了了解学生的途径；均衡了不同乡镇和学校之间的教学差距，提高了整体教育水平，保障了学生在学校正常的生活和学习。

针对系统安装前后主要效果，使用调查问卷的形式进行调查，调查的主要对象为教育管理人员、教师。调查问卷涉及问题约40个，共发放调查问卷1 000份，回收有效问卷891份。调查数据表明系统上线运行后，对教育教学等产生了比较明显的促进和提升作用。

4 结语

文章研究了自主设计和研发的基于AI技术的教育巡查管控系统，对基础教育阶段教师上课行为的管理、学生上课行为的监测以及家校互动的提升手段等影响，应用成果表明，教育巡查管控对教师、学生和家长都有比较大的影响和提升，得到了教育管理机构和学生家长的积极认可。在教育活动的管理、教育能力的提升和教育质量的均衡分布方面，为基础教育的均衡发展提供了有效支撑，是研究教育信息化2.0的具体应用范例，在实践中产生了非常明显的效果，为进一步推进和提升教育信息化水平和能力提供了参考和依据。