王 翔

（北京科技大學(xué)，北京 100085）

教育信息化的發(fā)展是一個(gè)長(zhǎng)期且不斷調(diào)整優(yōu)化的過(guò)程，在教育教學(xué)中的作用也在不斷探索和實(shí)踐中進(jìn)步，從信號(hào)到網(wǎng)絡(luò)、從設(shè)備到應(yīng)用以及從管理到內(nèi)容都在不斷變革并迭代優(yōu)化?！秶?guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》提出信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性影響，突出強(qiáng)調(diào)技術(shù)由應(yīng)用轉(zhuǎn)向支撐，便于建設(shè)優(yōu)質(zhì)教育資源和信息化教學(xué)環(huán)境。楊宗凱等[1]將信息技術(shù)變革教育的進(jìn)程分為四個(gè)階段，即起步、應(yīng)用、融合和創(chuàng)新階段。教育部在2018年頒布的《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》中，將推動(dòng)信息技術(shù)和教學(xué)實(shí)踐的深度融合作為核心，從應(yīng)用入手切入教學(xué)深度融合，推動(dòng)教育教學(xué)的變革與信息化發(fā)展，這也標(biāo)志著教育信息化進(jìn)入2.0時(shí)代。

1 教育巡查管控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)

教育巡查管控系統(tǒng)采用B/S和C/S混合架構(gòu)，視頻、文檔和數(shù)據(jù)資源等采用分布式存儲(chǔ)，系統(tǒng)中心組建教育私有云。搭建混合型系統(tǒng)架構(gòu)，采用C/S架構(gòu)的界面和流程控制性強(qiáng)，在AI算法、數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理方面具有功能優(yōu)勢(shì)，可以與Windows系統(tǒng)進(jìn)行交互，同時(shí)通過(guò)將任務(wù)合理分配到Client端和Server端，降低了系統(tǒng)的通信開銷，能夠充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢(shì)。而B/S部分具有便利的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)、Web效果展示和程序更新維護(hù)等；采用混合架構(gòu)可有效減少系統(tǒng)部署點(diǎn)，強(qiáng)化數(shù)據(jù)分析處理能力以及后續(xù)系統(tǒng)維護(hù)。

1.1 平臺(tái)系統(tǒng)

瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)

采用B/S架構(gòu)客戶端人員無(wú)須安裝，使用Web瀏覽器即可操作，通過(guò)權(quán)限控制實(shí)現(xiàn)多客戶訪問(wèn)，交互性和易用性較強(qiáng)。B/S架構(gòu)的全稱為Browser/Server，即瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。Browser指的是Web瀏覽器，少數(shù)事務(wù)邏輯在前端實(shí)現(xiàn)，主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)，Browser客戶端，WebApp服務(wù)器端和DataBase服務(wù)器端構(gòu)成三層架構(gòu)。

1.2 AI模塊

人臉識(shí)別AI系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，具有極高的安全性、界面和操作相對(duì)便利，C/S架構(gòu)是一種典型的兩層架構(gòu)，全稱是Client/Server，即客戶端/服務(wù)器端架構(gòu)，其客戶端包含一個(gè)或多個(gè)運(yùn)行程序。服務(wù)器端包含數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器端，客戶端通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)連接訪問(wèn)服務(wù)器端的數(shù)據(jù)；Socket服務(wù)器端，服務(wù)器端的程序通過(guò)Socket與客戶端的程序通信。

采用先進(jìn)的人工智能人臉識(shí)別技術(shù)以及改進(jìn)的ORB算法，有效提高了識(shí)別匹配度的正確性和運(yùn)算性能。自動(dòng)與信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)接形成識(shí)別特征庫(kù)，能夠準(zhǔn)確地比對(duì)教師信息，并反饋結(jié)果到信息系統(tǒng)中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 教學(xué)巡查系統(tǒng)組成模塊

教學(xué)巡查系統(tǒng)涉及和實(shí)現(xiàn)主要包括云系統(tǒng)、均衡課堂、智慧校園、智慧分析等4個(gè)子系統(tǒng)模塊；擁有資料庫(kù)、視頻課件、文檔課件、直播課堂、點(diǎn)播課堂、直播管理、在線作業(yè)、精品課堂、家校互動(dòng)、校園安全、教育巡查、設(shè)備監(jiān)測(cè)、智能報(bào)表、設(shè)置中心等14個(gè)功能模塊。

2.1 云系統(tǒng)

（1）資料庫(kù)。教學(xué)資料庫(kù)建成包括數(shù)字課程課件庫(kù)、課堂錄制資源庫(kù)和學(xué)校特色資源庫(kù)等體系完整、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、使用方便的專業(yè)教學(xué)資源庫(kù)，支撐專業(yè)核心課程及基礎(chǔ)課程，并具有規(guī)范性強(qiáng)、易用性好、平臺(tái)支撐有力等特點(diǎn)。

（2）視頻課件。教師利用自己的賬戶登錄系統(tǒng)，可以通過(guò)該模塊上傳公共視頻課件資源，根據(jù)系統(tǒng)要求上傳視頻課件，如微課、錄制的優(yōu)質(zhì)課，沉淀形成自己的教學(xué)資源分享清單和內(nèi)容。授權(quán)的教師登錄系統(tǒng)可以對(duì)上傳的視頻進(jìn)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(tǒng)，可以上傳公共文檔課件資源，根據(jù)系統(tǒng)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(nèi)容。授權(quán)的教師登錄系統(tǒng)可以對(duì)上傳的課件進(jìn)行在線瀏覽和下載。

2.2 均衡課堂

以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等為代表的新一代信息技術(shù)進(jìn)一步推廣完善，教育信息化建設(shè)的工作重心正在從傳統(tǒng)的數(shù)字校園向更高階段的智慧校園轉(zhuǎn)移，教學(xué)新資源——微課、教學(xué)新形態(tài)——云課堂，通過(guò)云課堂，可以有效提高整體教育水平。

（1）直播課堂。教師根據(jù)各自的賬戶可以登錄觀看班級(jí)講課視頻，利用電腦和班班通設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)多班級(jí)同上一堂課，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)聽課等功能，利用各類電腦設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)多教師實(shí)時(shí)溝通。學(xué)?？梢杂迷摴δ荛_展優(yōu)質(zhì)公共課程或?qū)處熯M(jìn)行在線評(píng)課，同時(shí)也為師生提供交流學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。

（2）點(diǎn)播課堂。錄播模塊會(huì)根據(jù)學(xué)校課表及作息時(shí)間，自動(dòng)錄制教室上課視頻，實(shí)現(xiàn)清晰錄制，優(yōu)質(zhì)課堂視頻自動(dòng)上傳到資源庫(kù)，供其他班級(jí)或其他學(xué)校觀看學(xué)習(xí)，也可以提供給學(xué)生作為課下復(fù)習(xí)的資源。

（3）直播管理。學(xué)校具有管理權(quán)限的用戶，例如校長(zhǎng)、年級(jí)主任等用戶，可以登錄系統(tǒng)，對(duì)所有班級(jí)進(jìn)行實(shí)時(shí)切換或輪播查看，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上查課和聽課的目的，節(jié)省了學(xué)校日常管理時(shí)間，同時(shí)也提高了查課或聽課的效率，讓教學(xué)管理變得更加簡(jiǎn)單。

2.3 智慧校園

（1）在線作業(yè)。學(xué)校通過(guò)網(wǎng)站或手機(jī)App發(fā)布在線作業(yè)，學(xué)生可以通過(guò)網(wǎng)站或手機(jī)App進(jìn)行在線做作業(yè)并提交；作業(yè)提交完成后，教師可以進(jìn)行在線評(píng)閱。在系統(tǒng)中及時(shí)了解學(xué)生提交情況、催交學(xué)生作業(yè)、批改學(xué)生作業(yè)，學(xué)生也可以對(duì)做過(guò)的家庭作業(yè)進(jìn)行回顧復(fù)習(xí)。不僅適用日常教學(xué)作業(yè)，也能滿足假期及特殊時(shí)期的作業(yè)需求。

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

（3）家?；?dòng)。家長(zhǎng)可以使用手機(jī)App在線接收學(xué)校發(fā)布的通知和公告，同時(shí)可以觀看學(xué)生在線上課情況。及時(shí)和教師進(jìn)行線上交流，共同促進(jìn)學(xué)生成績(jī)的提高。

（4）校園安全。接入校園安全監(jiān)控，與教室攝像頭共同組成校園安全監(jiān)控，做到校園無(wú)死角，可以通過(guò)值班巡查校園視頻，做到預(yù)防校園事故或做到及時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，保障學(xué)生在校園內(nèi)有一個(gè)安全舒適的生活和學(xué)習(xí)的環(huán)境。

2.4 智慧分析

（1）教育巡查。根據(jù)教師和課表信息自動(dòng)識(shí)別排課記錄及上課記錄。

（2）設(shè)備監(jiān)測(cè)。對(duì)學(xué)校設(shè)備使用情況及運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并自動(dòng)生成設(shè)備反饋信息統(tǒng)計(jì)表。

（3）智能報(bào)表。統(tǒng)計(jì)教師、學(xué)生、資產(chǎn)、巡查結(jié)果等信息，可以使用圖表和信息展示統(tǒng)計(jì)信息。

（4）設(shè)置中心。創(chuàng)建角色及用戶信息，設(shè)置用戶及角色權(quán)限，根據(jù)權(quán)限設(shè)置，可以管理用戶使用不同的系統(tǒng)功能。維護(hù)系統(tǒng)的枚舉信息，如鄉(xiāng)鎮(zhèn)名稱、科目、資產(chǎn)類別等信息。

3 教學(xué)巡查系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和效果

調(diào)查問(wèn)卷反饋統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 調(diào)查問(wèn)卷反饋統(tǒng)計(jì)

系統(tǒng)已投入應(yīng)用，覆蓋全縣19個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和街道，建立20個(gè)總體和分部數(shù)據(jù)中心，覆蓋學(xué)校129所，建設(shè)教室系統(tǒng)1 300多間，教員注冊(cè)數(shù)量3 000人左右，能夠?yàn)?萬(wàn)名學(xué)生提供教育質(zhì)量提升服務(wù)。系統(tǒng)為教育局提供了方便的管理工具，為教師提供了豐富的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，為學(xué)生提供了多樣化的學(xué)習(xí)方式，為家長(zhǎng)提供了了解學(xué)生的途徑；均衡了不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)和學(xué)校之間的教學(xué)差距，提高了整體教育水平，保障了學(xué)生在學(xué)校正常的生活和學(xué)習(xí)。

針對(duì)系統(tǒng)安裝前后主要效果，使用調(diào)查問(wèn)卷的形式進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查的主要對(duì)象為教育管理人員、教師。調(diào)查問(wèn)卷涉及問(wèn)題約40個(gè)，共發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷1 000份，回收有效問(wèn)卷891份。調(diào)查數(shù)據(jù)表明系統(tǒng)上線運(yùn)行后，對(duì)教育教學(xué)等產(chǎn)生了比較明顯的促進(jìn)和提升作用。

4 結(jié)語(yǔ)

文章研究了自主設(shè)計(jì)和研發(fā)的基于AI技術(shù)的教育巡查管控系統(tǒng)，對(duì)基礎(chǔ)教育階段教師上課行為的管理、學(xué)生上課行為的監(jiān)測(cè)以及家?；?dòng)的提升手段等影響，應(yīng)用成果表明，教育巡查管控對(duì)教師、學(xué)生和家長(zhǎng)都有比較大的影響和提升，得到了教育管理機(jī)構(gòu)和學(xué)生家長(zhǎng)的積極認(rèn)可。在教育活動(dòng)的管理、教育能力的提升和教育質(zhì)量的均衡分布方面，為基礎(chǔ)教育的均衡發(fā)展提供了有效支撐，是研究教育信息化2.0的具體應(yīng)用范例，在實(shí)踐中產(chǎn)生了非常明顯的效果，為進(jìn)一步推進(jìn)和提升教育信息化水平和能力提供了參考和依據(jù)。