基于视频分析的课堂教学效果自动评价系统

附件1新疆大学大学生创新训练项目申请表项目名称：基于视频分析的课堂教学效果自动评价系统项目负责人：文楷专业：软件工程所在学院：新疆大学软件学院联系电话：[phone]电子信箱：[e-mail]指导教师：田生伟新疆大学教务处填表日期：2015年月日项目名称基于视频分析的课堂教学效果自动评价系统项目负责人文楷学号20132501206班级软件13-7成员姓名学号专业班级联系电话文楷20132501206软件工程软件13-713029661887王琨20132501090软件工程软件13-515276578978祁青山20132501227软件工程软件13-715099154118王政山20122501204软件工程软件12-915739574657指导教师田生伟职称教授联系电话[phone]迄止时间2015年3月至2016年11月申请经费20000元一、申请理由（包括自身具备的知识条件，自己的特长、已有创新训练的基础等）1、研究的目的和意义课堂是教育教学实施的主要阵地，是教师专业技能发挥的重要场所，也是教师评价一个学生的重要途径，但是现在的大学都是大合堂上课，上课人数少则六七十人，多则上百人，这为老师评价一个学生的课堂表现造成了巨大的影响。传统的课堂评价机制在新时代的背景下已无法满足全面评价学生及老师的需要，它的缺陷如下：（1）现在的学生尤其是大学上课迟到旷课现象非常严重，这使得老师上课点名成为了必须做的事情，但是如果老师每节课都要点名，既浪费上课时间，又消耗老师的精力，并且还经常得不到真实的情况，着实是一件得不偿失的事情。（2）传统的对老师的教学检查和对学生的学习情况总结往往存在依据单一，依据不实的情况从而无法全面客观的评价一个老师和一个学生。（3）传统教学评价机制无法做到及时或者长期的和学生进行交互。学生，尤其是大学生，往往到了期末才能对自己一个学期的学习情况有一个大概的了解，特别是对于学习成绩不是特别优秀的同学而言。而要想及时的将学生每天乃至每堂课的表现反馈给学生自己让他们反思，传统的教学评价机制只能望尘莫及。鉴于传统课堂评价机制有诸多的不足，我们决定自行设计一套独创的，功能齐全的基于视频分析的课堂教学效果自动评价系统。它的功能（同时也是我们的目的）如下：（1）自动搜索旷课学生：系统自动识别到课的学生，清点出旷课迟到的学生，免去了老师上课点名的负担，节约了上课时间，同时根除上课替人答道这种作假行为。（2）实时记录分析学生以及老师的上课情况：系统可以实时记录并分析学生的听课情况，统计出此时此刻多少学生在认真学习，并且汇总出一节课结束后，该堂课学生的学习情况，并给予相应的学习情况参考分，供于老师给学生的平时成绩。同时，也可以对教师进行同等性质的分析，供于学校教务人员来参考老师的教课情况。（3）教学效果自动评价：该系统可以根据平时的课堂情况定期形成报告并通过手机短信、QQ、微信等工具反馈给学生，让学生能及时调整自己的学习状态，甚至可以下课后立即反馈结果给各个学生让学生能够及时的了解自己上课的情况。（4）为学生的综合评价提供依据：该系统可结合自身数据与其它相关数据为学生的各项评测提供依据。本系统的功能还有许多，在此不一一列出。2、具备的知识条件，特长参与项目开发的同学均是品学兼优，成绩优异，名列前茅，在创新实验方面有独特观点，新颖观念。每个人都有参加大赛的经历，更重要的是，每个人都掌握过硬的专业知识。并且，我们对这个项目抱有浓厚兴趣，有足够的信心发挥自己所掌握的能力，同时，我们有极强的学习能力，有信心攻克项目实践中遇到的种种困难。学生祁青山：掌握Java，C#编程。能够熟练的使用MySQL数据库。学习过摄像头视频处理。能够熟练处理通过摄像头获取的图片。学生王琨：掌握C/C++，Java，C#编程，能够熟练运用SQLServer数据库。同时还掌握视频及图像处理技术。懂得如何构建系统。2014年蓝桥杯省赛二等奖。学生文楷：掌握C/C++，Java，C#编程，视频图像处理技术。能够熟练运用各种数据库，懂得如何构建系统。2014年蓝桥杯省赛三等奖。学生王政山：掌握C/C++，C#编程，熟练运用Java以及SQLServer等数据库，参与过多项大学生项目的开发，了解软件开发流程，有丰富的项目开发经验。二、项目实施的具体方案及详细技术路线（列出主要日程表）项目实施方案及技术路线：未通过未通过未通过未通过评价体系的建构和评价算法的设计视频图片中主要信息的提取算法设计视频监控系统的设计人脸识别和人肢体动作识别算法的设计系统组合系统测试和完善测试样本测试样本测试样本测试样本调试开始结束通过通过通过通过通过未通过流程图1、评价体系的建构和评价算法的设计讨论并调查哪些数据将作为学生评价的依据，然后设计出一套客观的评价机制，其次，形成初步算法，最后，编程实现这一机制的雏形。2、视频监控系统的设计以图片的形式获取课堂的现场数据，获取的图片分辨率要高，传输的质量要高，速度要快。3、视频图片中主要信息的提取算法设计主要提取图片中人脸和肢体的信息，要求是精确与快速，同时做到占用系统资源少。4、人脸识别算法及人肢体动作识别算法的设计人脸识别算法：首先做到准确区分每个人，然后能区分人的面部表情，并判断出表情所代表的意义。肢体动作识别算法：准确判断肢体动作，并判断其代表的意义。5、系统的组合及调试组合硬件与软件系统，使其成为一个真正的系统。并做初步测试，将系统调试至稳定，并能够识别样本数据。6、系统测试和完善将系统投入实用，并不断监控系统的运行情况，同时检查各个算法的准确率。系统运行期间，我们还将不断寻找更优秀的算法，并随时更新我们的算法，让系统的评测结果更加准确。主要日程表：2015.03─2015.04完成视频监控系统的设计2015.04─2015.05完成视频图片中主要信息的提取算法的实现和测试。2015.05--2015.12完成人脸识别算法的设计和测试2016.01—2016.07完成人肢体识别算法的设计和测试2016.07─2016.08全面测试各个算法，为整个系统的测试做准备。2016.08─2016.09完成整个系统的组合。2016.09─2016.11完成系统的全面测试、修改和完善。三、项目的特色与创新之处本项目能够实时地分析学生的课堂学习情况，能够克服传统教学评价系统的高延迟性的缺陷。同时，能够对学生的学习情况进行及时的汇总，形成基于真实数据的数字报告并反馈给学生和学校，起到更好的帮助学生提高学习效果的作用。该系统能对学生的学习情况进行全面客观的分析：以往，课堂学习本应作为学生评价的重要依据，但由于考察难度大而大打折扣，该系统能够客服这一缺陷，同时，它还减轻了教职员工的调查负担。四、经费预算及使用计划（请列出详细清单）序号款代码预算项目预算金额（万元）序号款代码预算项目预算金额（万元）130201办公费830218专用材料费0.8230202印刷费0.1931099图书购置0.1330207邮电费0.1103027703测试计算分析费430211差旅费0.31130213维修（护）费530214租赁费123022702专利技术费0.2630215会议费0.41330203咨询费730216培训费14委托业务费合计2万元五、预期成果能够实时统计课堂学生的学习状况，正确率至少达到80%以上。同时，其中重要的人脸识别算法和人体动作识别算法有望应用到其他重要项目中。项目成果形式：1、项目结题报告；2、制作实物或项目主持人以第一作者至少在核心期刊（以新疆大学公布的核心期刊目录为准）发表1篇科研学术论文。指导教师意见：签名：年月日院级专家组评审意见评分项目内容及分值评分1项目选题科学、内容新颖、具有挑战性和前景价值，有助于增强学生创新意识和实践能力，能体现知识创新、技术创新或研究方法创新，实施手段以实验为主。（30分）2项目方案条理清晰，实验设计合理，方法可行，实验条件能满足项目要求。（60分）3预期目标明确。（10分）合计院级专家组评审意见：专家组成员（至少3位专家）签字：年月日学校意见：签字（盖章）：年月日