實時人臉識別身份認證網絡化考試在繼續(xù)教育中的設計與實現(xiàn)

徐旭光 陳華安

【摘 ?要】目前我校繼續(xù)教育在籍學生有15萬余人，學習中心超200個，散布在全國20余省。線下考試面臨人數(shù)龐大、科目多、考點多、紙質試卷運送量大等諸多考驗。再加上今年的新冠疫情防控要求，考點集中考試存在很大的安全隱患。在這樣的背景下，我院同事在寒假期間就開始思考如何應對新防控要求下的新挑戰(zhàn)，為廣大師生提供更安全、便捷的考試方式。

【關鍵詞】人臉識別;網絡化考試;設計;數(shù)據;管理

1.面對龐大的在籍學生人數(shù)，線下考試的難點分析

1.1線下考試的復雜性

按照教學計劃每年需組織四次期末考試，其中正考2次，補考2次，近三年平均每年印制試卷80萬份，涉及考試科目280門。采用傳統(tǒng)紙質考試模式需要出卷教師針對每一場考試出題、出卷、排版、校對，院?？紕杖藛T統(tǒng)一安排考場、考試場次、現(xiàn)場監(jiān)考、收卷評分、錄入成績以及試卷復核。

1.2難點分析

（1）考試過程復雜易出錯。每學期印制40萬份的試卷，要按照學習中心、科目、考場進行分袋分裝，并郵寄給全國的考點。在學生考試結束后，學習中心又要將試卷裝回試卷袋，郵寄回繼教院。此過程中很容易發(fā)生試卷分裝或者回裝錯誤，郵寄丟失等潛在風險。

（2）現(xiàn)場身份鑒別有誤差。在考試現(xiàn)場，監(jiān)考老師主要是通過比對身份證與考生長相進行鑒別的，由于考生拍照時間、身份證上的照片時間和現(xiàn)實人像之間總是存在一定的差異，也會出現(xiàn)對替考學生誤判的可能性。

（3）各類費用高。對于網絡教育的考試，還需要在所有學習中心安排考點、監(jiān)考教師、承擔試卷郵寄的相關費用，整個考試過程繁雜，容易造成人力、財力物力和時間資源的浪費。

2.引入在線考試模式和人臉識別技術，實現(xiàn)低成本無紙化考試

針對線下考試的難點痛點，繼教院在充分調研的基礎上，引入了在線考試和人臉識別技術，為15萬學生提供了更為便捷、低成本的考試方式。

2.1提高了學生參加考試便利性

在線考試系統(tǒng)開放期間，學生可以隨時隨地的參加考試。特別對于參加工作的學生，無需在工作時間請假參加固定時間固定地點的考試，節(jié)約了路途上的費用，給他們帶來了極大的方便。

2.2提供了更豐富的題庫和靈活組卷

線下紙質試卷的考試模式，需要請科目老師每個學期出一份試卷來考試，題目的質量和難度都很難把控。通過在線考試系統(tǒng)，可以通過錄入大量的題目進行抽題組卷，考試內容可以更靈活、更多樣化?？荚嚭?，還可以根據同學們答題的情況，進行錯題分析，幫助老師對學生的知識薄弱點進行有針對性的輔導。

2.3降低成本

在線考試是一種基于互聯(lián)網和計算機技術的新型考試模式，考試過程中無需監(jiān)考教師巡考，只需要考試在考試系統(tǒng)中通過驗證并激活考試系統(tǒng)就可以參加考試，客觀題都可以在考試系統(tǒng)中自動判定答案無需人工閱卷，降低了人工、差旅費用我院每年印刷試卷80萬份，還需要郵寄到各個學習中心，并從學習中心郵寄回總校閱卷，這部分費用通過在線考試得到了顯著的降低。

2.4人臉識別幫助杜絕作弊

在線考試也存在一定的問題，其中最為關鍵的就是考試過程中考生的身份識別問題，由于在線考試中沒有設置監(jiān)考教師核對考試信息，所以極易發(fā)生替考、代考、作弊等問題，因此，我們將人臉識別技術應用在考試的全過程，準確判斷考生身份，全程監(jiān)控考試過程，隨機抓拍考試過程進行采樣分析，確保在線考試的公正性。

通過WebSocket技術，考試過程中每過一段時間主動向服務器發(fā)送攝相頭圖片，同時服務器可以主動抓取瀏覽器端的攝相頭圖像，當監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)學生考試異常時，可以遠程終止學生考試，待查明情況后再做處理。

在考試過程中，如遇攝相頭圖像無人臉信息或出現(xiàn)多個人臉信息，系統(tǒng)會自動記錄，并將該生的考試信息標記為可疑數(shù)據，等待后續(xù)人工查驗后再做處理。

2.5便捷的閱卷、試卷復核流程

在線考試系統(tǒng)，客觀題部分，可以通過提前設置正確答案，系統(tǒng)自動判分，無需人工閱卷?？s短了閱卷時間和人工成本。

傳統(tǒng)紙質考試結束之后，考生如果對成績有異議，考務管理人員需要在成堆的試卷中翻出考試的試卷進行復核，并將原始試卷通過拍照等方式發(fā)給考生，對于一個批次有近30萬份試卷的考試，試卷復核的數(shù)量也是相當驚人，對考務人員來說是個巨大的負擔。

而采用在線考試系統(tǒng)之后，學生如果對成績及人像識別結果有異議，考務人員只需通過系統(tǒng)查卷功能就能快速調取考生考試信息，免去考務人員的大量的體力消耗和學生長時間的等待，增加了學生對院校的滿意度。

3.在線考試系統(tǒng)的技術難點與解決方案

3.1智能的題目分析處理技術

在線考試系統(tǒng)的核心之一是試題，如何快速把幾萬試題由word文檔轉換成可用的在線試題是一項難度比較大的事情。老師通過word編輯的試題格式不統(tǒng)一，標示符號使用規(guī)范，課程存在大量的圖片，這些都給題目的錄入造成了困難。通過智能分析處理技術，實現(xiàn)了單個錄入、批量導入、智能識別、在線編輯、試題校對等功能，出題教師只需按照模板出題，題庫管理員便可將試題快速的一次性導入到系統(tǒng)中，系統(tǒng)會自動分析每道題所屬類別、知識點、分值及正確答案，對于有異常的題目，系統(tǒng)會做醒目的標示，方便題庫管理員判斷和修改，實際使用效果非常好。

3.2海量題庫試題處理和組卷技術

如何實現(xiàn)考卷中試題難度的合理分布？一套試卷的構成涉及很多因素，包括題型的構成、知識點的覆蓋范圍、題目難度系數(shù)以及各知識點的權重等，題庫教師可以在線考試系統(tǒng)給每一道設置對應的屬性，包括題型、所屬知識點、區(qū)分度、難度系數(shù)、分數(shù)等。

通過對1萬道以上試題進行特征訓練，抽取出各種類型試題的特征信息，保存到試題特征庫。在智能處理試題時，將試題的特征與特征庫中的信息進行對比，即可以抽取出試題的信息，每秒可處理約200道題目。

在組卷時根據教學要求設置組卷策略，系統(tǒng)快速組成一套符合要求的試卷，同時根據要求還可以設置同等難度不同試題、相同試題不同排序、相同試題答案排序不同等多種個性化組卷策略。系統(tǒng)將常用的組卷策略保存為組卷方案，在使用題庫組卷時，直接選擇組卷方案來創(chuàng)建試卷，便可以快速組建不同難度、不同題型的試卷。

在模擬考試中，系統(tǒng)通過按比例設置好模擬題目，使學生在模擬考試的時候僅能從模擬題目中取到題目，既達到了練習的效果，又避免暴露更多的題目給學生。

該技術可以使出卷教師擺脫繁重的出卷工作，學生也能通過考試真實的檢驗自己的學習效果。

3.3嚴謹?shù)目荚嚵鞒坦芾?/p>

由于網絡學生數(shù)量龐當，考試科目繁雜，如何便捷的將學生考試信息、對應考試批次、科目進行關聯(lián)工作量巨大。通過在線考試系統(tǒng)，在新一批次的考試計劃開啟之后，系統(tǒng)會自動分析需要參加本批次考試的考試信息，并將考生個人基本信息、人像信息、考試科目信息等導入到該考試批次中，學員本人無需任何操作。

主要考試流程如下圖所示：

考生在進入考試系統(tǒng)之后，系統(tǒng)會首先要求考試閱讀相關的考試須知并核對個人信息，核對無誤之后，在抽題之前，系統(tǒng)會進行第一次人臉識別，人臉比對通過后考生才能進行抽題和答題，如果人臉比對不通過，系統(tǒng)會返回主界面，考生可在調整攝像頭角度、光線等影響因素之后再次進行人臉比對。

完整的人臉圖像自動檢測與識別系統(tǒng)的基本框架如下圖所示：

由攝像頭捕獲人臉圖像，根據人臉檢測與定位算法抽取人臉圖像，經過預處理程序提高圖像的品質，并將人臉圖像設置成預制的尺寸，特征提取用于抽取有效特征以降低原模式空間的位數(shù)，分類器則根據特征來做出分類決策，最后根據比對所得的參數(shù)完成人臉的判別工作，給出最后的識別結果，并做出相應的判斷。

在整個考試過程中，系統(tǒng)都會隨機對考生考試畫面進行采樣比對，當攝像頭檢測到人像信息不匹配、無人像信息、兩個及以上人像信息的時候都會在考試界面發(fā)出警示信息，考試結束后，系統(tǒng)可以根據預設的策略，如異常人像信息超過20%等，來判斷本場考試是否存在違紀，考試本次考試是否真實有效。通過對考試的全程閉環(huán)監(jiān)控，較好得保證了考試的公平性和有效性。

3.4接口數(shù)據傳輸技術

傳統(tǒng)的系統(tǒng)都是通過數(shù)據導入導出的方式，費時費力且容易出錯。本系統(tǒng)通過接口形式傳輸數(shù)據，可以與綜合管理平臺對接，實現(xiàn)大量考試數(shù)據、成績數(shù)據的傳輸，確保數(shù)據準確無誤。

4.小結

我院通過引入基于人臉識別的在線考試系統(tǒng)，在當前的防疫形勢下，更體現(xiàn)了其顯著的優(yōu)勢。

4.1避免人員聚集，滿足防疫要求

疫情期間，針對學院“停課不停學”的教學方針，所有的教學環(huán)節(jié)都遷移到網上進行，考試作為檢驗教師教學質量和學生學習效果最后且最關鍵的一環(huán)也必不可少。避免人員聚集是當前遏制新冠肺炎傳播最有效的手段，基于人臉識別的學生在線考試系統(tǒng)利用現(xiàn)代信息技術構架，打破了考試地點的限制，避免了人員聚集，杜絕了傳染風險，滿足了國家防疫政策的要求，有力保障了教學秩序正常運轉。

4.2快速部署考試，降低考務成本

在本批次考試中，通過應用智能題目分析和自動組卷技術，僅一名題庫管理員在15天時間內就完成了3萬多道題目的錄入和校對工作，出題教師只需要在系統(tǒng)中設定組卷策略，系統(tǒng)自動生成試卷，教師只需要對生成的試卷進行核對即可完成出卷工作，也無需制卷和郵寄，隨時可以開放考試，極大降低了考務支出，減輕了考務人員的工作負擔。

4.3應用人臉識別，保障考試公平

在最近的一次考試中共考生完成20多萬科次的在線課程考試，系統(tǒng)分析記錄的人臉數(shù)據達1000多萬條，對考試過程中出現(xiàn)的替考等舞弊現(xiàn)象記錄在案，并采取發(fā)出警告、禁止抽題、終止考試等措施第一時間制止考試舞弊行為，并在考試結束后由教務管理中心根據系

4.4下一步工作展望

雖然該系統(tǒng)已經在應用中取得良好的效果，但受研發(fā)時間影響，該系統(tǒng)還存在一些不足之處，后期主要從以下兩個方面重點進行研發(fā)改進：

（1）人臉活體識別檢測技術。普通人臉識別技術容易被一些人使用照片、視頻等方式進行復制，目前本系統(tǒng)對于此類行為主要采取疑似照片自動分析上報配合人工審核進行甄別，后期將采取3D檢測、活體算法檢測、連續(xù)性檢測等多項技術區(qū)分照片與真實人臉。

（2）移動終端。受開發(fā)框架和移動終端安全體系限制，本考試系統(tǒng)暫還不能支持通過移動終端進行在線考試，后期將通過改進開發(fā)框架、進行安全認證等方式上線適應全終端的在線考試系統(tǒng)。

參考文獻

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作者簡介：徐旭光（1985.10-），男，漢族，江西廣豐人，碩士，助理工程師，研究方向為繼續(xù)教育信息技術。

陳華安（1978.08-），男，漢族，廣東江門人，碩士，工程師，研究方向為繼續(xù)教育信息技術。