山东省高等学校国家级大学生创新创业训练计划项目结题申请书.docx

《山东省高等学校国家级大学生创新创业训练计划项目结题申请书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《山东省高等学校国家级大学生创新创业训练计划项目结题申请书.docx（8页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、山东省高等学校国家级大学生创新创业训练计划项目结题申请书学校青岛大学项目编号项目名称智慧课堂学生行为分析系统项目类型国家级研究期限项目起始时间：2023年9月计划完成时间：2023年9月实际完成时间：2023年9月项目负责人及成员姓名年级学号联系电话项目分工李润杰2019统筹规划仇萍2018程序编写黄宇轩2019硬件张磊2019文档编写指导教师姓名专业技术职务承担的工作隋坤杰高级工程师项目实施的理论支持、协调使用实验设备等王兴华教授项目实施的理论支持一、项目实施情况（请就研究目标、研究过程、研究成果、研究心得作全面总结，3000字以内）:研究目标：结合相关研究成果，基于人工智能和人体关键点识别

2、技术对学生课堂上教育教学行为进行采集、识别和分析，以“点”作为分析的出发点，提高教育教学过程中课堂学生行为识别的准确性。基于人工智能的智慧课堂是一种基于数据的高效、个性化教学模式。相比于传统课堂模式下依托教师的个人教学经验来评判学生课堂学习行为和效果，并在课堂中直接给予学生教学决策，智慧课堂做出了调整和改变。它可以利用人工智能等现代化先进技术对学生课堂学习行为进行大数据采集与分析，从而调整教师在课堂上采取的教学策略。用直观有效的数据了解学生课堂的学习情况以及对该节知识的掌握水准，创设了一种基于数据定量分析的教育新形态。而在智慧课堂基础上，利用人工智能的行为识别的研究能更加及时、精准地反馈学生的

3、课堂学习情况，有利于教师改进教学方法，提供更加高效率、个性化的课堂教学与管理，对于提高课堂学生的教学质量有着重要的意义。本项目的完成能够实现以下几条目的：1 .利用人体行为分析的学情统计与反馈。及时反映真实的课堂情况与学情，帮助教师根据数字化行为及学情进行及时的教学调整。2 .对学生针对性进行教学。教师能够针对性的为学生制定合适的教学方案，间接地帮助学生找到合适的学习方法，提高学生的学习效率。3 .采用过程性评价与传统评价方式结合对教学质量进行评估。改变以往只根据期末成绩来进行教学质量评估的方式，采用对学生的过程性数据进行归纳总结来进行教学质量评估的方式。4 .综合分析教师的职业技能。最大程度

4、地发挥数据的价值，使分析结果更加真实准确，对教师的职业技能进行综合性的评价。研究过程：“智慧课堂学生行为分析系统”，主要功能是分析课堂学习效果和辅助教师教学。将作品分成智能教学辅助机器人和数据分析系统两大部分进行设计研究。首先，利用人工智能技术，控制智能教学辅助机器人自动采集课堂上学生的学习情况的图像，将机器人功能实现的核心部件树莓派设为FTP服务器，本地计算机通过访问FTP服务器下载采集图像。其次，通过Python调用百度智能云的人体分析中的人体关键点分析端口进行云端识别分析处理，得到的数据实时上传到数据库存储。依托PythOn技术与数据库的实时数据搭建智慧课堂学生行为分析系统的网站，且将各

5、学生的课堂学习效果及整堂课学生的表现情况上传到系统之中呈现。最终，在本地计算机之中再次建立FTP站点对智慧课堂学生行为分析系统网站进行发布，在局域网下登录即可查看学生的课堂表现情况，帮助教师针对系统分析结果制定更加行之有效的教学方案。达成信息技术与学科的切实融合，运用大数据分析课堂效果，实现信息技术真正走进课堂，助力智慧化课堂教学，提升教学质量。研究成果：此智慧课堂学生行为分析系统分为智能教学辅助机器人和数据分析系统两部分：智能教学辅助机器人包含图像采集模块；数据分析系统以网站形式呈现，包括学生人脸检测模块、学生关键点智能识别模块、学生行为分析模块，如图所示。图像采集模块学生人脸检测及关键点智

6、能识别模块同学H1的文化=y学笠3X1t分析：ZtETtyeMB*Oftx.Q文仇MH3上GrttUJI.*9主enmawja分tr：d.yam4t.mnMenIrr上*.*烧包个学遁bi情况.Hwntfie:*HK.,m*1*1WWtA1t.VDnftHWfiAF.M学生行为分析模块利用人工智能技术，采用“Arduino控制板+树莓派”作为控制平台，在树莓派上添加摄像头同时用ArdUinO为主控制板，利用传感器、各类电机等技术搭建教学辅助机器人“青小智”，实现机器人图像采集、肢体控制、语音等功能。以传统的教室作为背景，以智能教学辅助机器人“青小智”每隔一段时间（如5秒钟）或连续采集课堂上学生

7、的学习情况的图像作为基础，与控制机进行数据交换，引用百度智能云端口进行人体关键点识别处理，最终所有信息上传到该系统进行分析和参与度质量指标的计算，定量分析得到各学生的课堂学习效果及整堂课学生的表现情况。1 .智能教学辅助机器人模块:采用ArdUino控制板、树莓派做硬件，外接摄像接口、巡线、红外线等其他拓展模块,搭建智能教学辅助机器人“青小智”，对学生课堂学习情况进行采集与监督。机器人主要功能在于进行自动拍摄采集学生上课图像，除此之外，机器人连接的摄像头可以自动搜索学生走神等有大的移动的情况，进而发出提醒。在查阅大量心理学和有关行为识别的文献后，选取了正坐、低头、趴桌、起立、举手五种状态来反映

8、学生学习效果和师生互动情况。在教师授课过程中，机器人会自动采集学生上课的行为动作，比较常见的有举手（表达愿意回答问题的意愿）、起立（学生起立回答教师问题）、趴桌（注意力不集中，消极学习的主要表现之一）等。机器人将采集到的图像上传至行为分析系统进行识别，并对每次行为的具体持续时间进行记录。2 .数据分析系统:数据分析系统包含学生人脸检测模块、学生关键点智能识别模块、学生行为分析模块三大部分，其中既能对学生的典型课堂行为进行关键点分析、识别、评判，又可以在树莓派1inux系统之中通过python编码以实现重要时间点的提醒、课堂自动人脸识别签到考勤等来对学生的行为进行管理。学生人脸检测模块主要是确定

9、在课堂上课的学生人数，实现签到功能。替代传统纸质或者点名的签到方式，人脸识别模块可以快速高效的统计课堂出勤学生的人数。并且为了预防上课签到结束后逃课现象，在该模块可以实现教育教学过程中课堂随时实现点名签到功能。学生关键点智能识别模块作为系统的主模块，能智能识别课堂之中每个学生的行为关键点从而判断其课堂行为，行为识别结果直接反映出每个学生的课堂表现和该堂课的教育教学质量。该模块主要针对图像采集模块中采集的5种行为进行识别，选取正坐、低头、趴桌、起立、举手五种状态来反映学生学习效果和师生互动情况，在此基础上我们选取了1个头部关键点、2个面部关键点、2个手臂关键点这5个点作为学生行为分析的关键点。对

10、系统采集到的照片，利用python调用百度智能云平台所提供的人体关键点识别技术对照片进行识别分析。之后将提取学生身体关键点的数据导出到数据库进行实时的数据记录更新，并实时上传到智慧课堂学生行为分析系统中。在学生行为分析模块，利用学生关键点智能识别模块分析得到的数据对学生行为进行定量系统分析，根据数据分析得到的行为表现实现对每个学生的课堂表现以及整节堂教育教学效果的综合评判分析。该模块对学生关键点智能识别模块采集图像中各个学生关键点进行扫描分析，利用PythOn提取学生身体的关键点数据导出到数据库进行实时的数据记录更新，其中图像关键点分析的结果我们利用数据库对每隔一段时间所取学生的关键点的坐标值

11、进行记录存储，并实时上传到智慧课堂学生行为分析系统分析，得出课堂学生的学习情况（是否走神、是否专心听讲），最终导出一个以整堂课为时间段的学生学情分析反馈折线图，以这种方式来实现大数据辅助教学的目标。学生课堂状态分析图i1M：为左切为B*F智慧课堂学生行为分析系统整体上以网站形式反馈学生的课堂学习效果，其效果包括上课时每隔一段时间拍摄的初始照片、人体关键点识别端口分析后的图片、利用PythOn调用数据库中存储的关键点的坐标数据生成学生每隔一段时间的五个人体关键点的位置变化折线图以及最后通过学生课堂参与度质量指标定量分析得出的每个同学的课堂学习情况及整堂课的教学情况反馈。研究心得：在比赛的过程中，

12、我们体会到：比赛其实就是一个项目式学习的过程。我们宏观思考整个项目时，只是大体规划了整个结构。而在进行研究和实验的过程中，会发现许多没有考虑到的细节上的困难。不断调试、不断试错来逐个击破这些细节上的问题，这个过程也推动了整个项目的进程。在解决一项一项困难时，我们也无形中达到了系统地学习专业技术的效果，提高了小组分工协作的合作意识。二、项目创新点与特色智慧课堂学生行为分析系统创新点在于将基于树莓派与Arduino控制板的硬件系统与课堂行为分析网站的软件系统相结合,通过引用百度智能云的人体关键点端口对学生人脸和身体关键点识别判断学生课堂行为更加实用、便捷、快速。整体上将机器人的自动控制设计、树寿派

13、设置、摄像头自动拍摄、数据传输、Python编程、MySQ1数据实时存储提取、网站设计、人工智能和3D打印相结合，具有一定的实用价值。本项目充分利用人工智能时代和信息化大数据时代的优势和特点，使智能机器人走进学校课堂，辅助教师教学活动，通过云端大数据的分析，对学生的学习行为进行分析，以达到了解学生学习情况，得出学生的课堂学习效果，以供教师合理的调整教学方法，选择教学策略，提高学生的课堂学习效率的目标。对学生而言，有助于学生更清楚的知道问题所在；对教师而言，有利于教师分析课堂教学效果，针对课堂效果辅助学生制定更加个性化的学习方案。真正能够实现将信息技术投入到课堂中，提高学生的课堂学习质量，并在一

14、定程度上促进教育事业的发展.三、项目成果：项目申请书中的预期成果及成果提交形式：公开发表论文（）篇、专利（）项、调查报告（）份软件、著作（）份、实物（1）件、竞赛获奖（1）次其它（）项目结题时取得的成果：公开发表论文（）篇、专利（）项、调查报告（）份软件、著作（）份、实物（1）件、竞赛获奖（2）次其它（）项目主要研究成果情况序号成果名称（获奖名称及等级）成果形式作者（获奖者）出版社、发表刊物或颁奖单时间（刊期）1中国大学生计算机设计大赛山东省三等奖证书仇萍、李润杰2023年2全国三维数字化创新设计大赛国家级二等奖证书蓝晨、金小龙、李润杰、张磊2023年3456四、研究体会和心得（500字以内）

15、：项目进行过程是一个项目式学习的过程。我们宏观思考整个项目时，只是大体规划了整个结构。而在进行研究和实验的过程中，会发现许多没有考虑到的细节上的困难。不断调试、不断试错来逐个击破这些细节上的问题，这个过程也推动了整个项目的进程。在解决一项一项困难时，我们也无形中达到了系统地学习专业技术的效果，提高了小组分工协作的合作意识。本项目研究了一个智慧课堂学生行为分析系统，利用人工智能技术，自动采集课堂上学生的学习情况，运用云端大数据技术进行分析处理，根据五种典型的课堂学生行为分析学生课堂参与度和学习效果，以实现对学生在教育教学过程中课堂行为精准识别和定量评估的目标。该系统不仅能帮助学生更好的规范自身的课堂行为，还可以帮助教师较为及时准确的了解学生课堂状态，也可以提供数据和技术支持以确保教师和学校科学开展教育教学情况分析，改善学校教育质量，助力教育教学改革的信息化。切实运用大数据分析课堂效果，从而实现信息技术真正走进课堂。期望未来智慧课堂行为分析系统可以大批量、大规模投入到校园课堂之中，为学生、教师提供