高校智能網(wǎng)課巡檢解決方案

文｜陳藝嵐 何嘉俊

一、背景與挑戰(zhàn)

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展已深入到各行各業(yè)，尤其在教育行業(yè)，越來(lái)越多的教育機(jī)構(gòu)開(kāi)始采用線上課程的方式進(jìn)行教學(xué)。然而，在線教育在享受互聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的便利的同時(shí)，也面臨著許多挑戰(zhàn)，如教務(wù)監(jiān)督工作量大、巡課人員配置不足、上課質(zhì)量難以評(píng)估等問(wèn)題。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，廣州開(kāi)放大學(xué)近年來(lái)嘗試引進(jìn)網(wǎng)課巡檢解決方案，以實(shí)現(xiàn)線上巡課自動(dòng)化。這一舉措不僅提高了教學(xué)有效性，還有助于改善課堂生態(tài)、提升教學(xué)質(zhì)量和教育管理水平。

二、廣州開(kāi)放大學(xué)的需求與期望

作為一所開(kāi)放教育機(jī)構(gòu)，廣州開(kāi)放大學(xué)積極擁抱互聯(lián)網(wǎng)+教育的發(fā)展趨勢(shì)，質(zhì)量監(jiān)督與評(píng)估中心提出需求，網(wǎng)絡(luò)與信息中心借助人工智能、大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)等手段促成應(yīng)用落地，實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：一是提高網(wǎng)課巡檢的效率和質(zhì)量，減輕教育管理人員的工作負(fù)擔(dān)；二是通過(guò)數(shù)據(jù)分析，提供有針對(duì)性的反饋，幫助改進(jìn)教學(xué)方法；三是提供實(shí)時(shí)、全面的教學(xué)數(shù)據(jù)，更好地開(kāi)展教育管理工作。

三、互聯(lián)網(wǎng)+高校智能網(wǎng)課巡檢服務(wù)方案介紹

本次服務(wù)需求單位為廣州開(kāi)放大學(xué)質(zhì)量監(jiān)督與評(píng)估中心，需求指導(dǎo)單位為廣州開(kāi)放大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與信息中心，服務(wù)交付單位為某公司。

廣州開(kāi)放大學(xué)質(zhì)量監(jiān)督與評(píng)估中心陳藝嵐教授結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)提出智能巡課構(gòu)想、巡課過(guò)程要點(diǎn)難點(diǎn)、巡課應(yīng)用場(chǎng)景等需求，要求通過(guò)技術(shù)手段切實(shí)做好教學(xué)和教學(xué)管理工作的監(jiān)督、檢查與指導(dǎo)，將督導(dǎo)結(jié)果反饋教學(xué)單位及部門(mén)，做為改進(jìn)教學(xué)工作的參考依據(jù)。

廣州開(kāi)放大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與信息中心趙宇丹主任、蘇治中高級(jí)工程師領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)立足教學(xué)單位提出的信息化需求，組織技術(shù)力量討論可行性方案，從系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、部署、測(cè)試、應(yīng)用推廣、服務(wù)交付等事項(xiàng)逐項(xiàng)統(tǒng)籌管理，高效的指導(dǎo)了本次服務(wù)應(yīng)用的交付實(shí)施。

具體的服務(wù)方案介紹如下：

（一）巡檢工具與系統(tǒng)架構(gòu)

針對(duì)廣州開(kāi)放大學(xué)的需求，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)為智能網(wǎng)課巡檢服務(wù)設(shè)計(jì)了一套定制化的巡檢工具和系統(tǒng)架構(gòu)。該系統(tǒng)采用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)分布式部署，能夠靈活擴(kuò)展，滿足不斷增長(zhǎng)的在線課程需求和周期性并發(fā)需求。此外，系統(tǒng)具備高可用性和高安全性，確保了巡檢過(guò)程的穩(wěn)定和數(shù)據(jù)的安全性。

本系統(tǒng)首先采用全量和實(shí)時(shí)的課表同步機(jī)制，同步各學(xué)習(xí)中心的統(tǒng)一課表；再利用RPA機(jī)器人技術(shù)模擬巡課人員按照統(tǒng)一課表信息自動(dòng)登入各學(xué)習(xí)中心線上課堂鏈接，對(duì)視頻數(shù)據(jù)、課堂圖像、師生互動(dòng)信息、在線人數(shù)等信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；之后運(yùn)用視頻分片技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)等手段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并運(yùn)用深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行訓(xùn)練、建模和評(píng)估，形成能適配各個(gè)學(xué)習(xí)中心的教學(xué)質(zhì)量監(jiān)督任務(wù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；最后通過(guò)大數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)的手段，挖掘發(fā)現(xiàn)各個(gè)教學(xué)特征之間的相互關(guān)系以及潛在的含義，并結(jié)合課堂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，自動(dòng)判斷和歸納出各線上課堂的質(zhì)量評(píng)價(jià)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

整個(gè)實(shí)現(xiàn)過(guò)程采用完全自動(dòng)化的方式，大大降低教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)分析中的人力成本，通過(guò)運(yùn)用人工智能與大數(shù)據(jù)的相關(guān)技術(shù)，提高了教學(xué)評(píng)價(jià)的效率和質(zhì)量。

（二）自動(dòng)巡檢與數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)采用先進(jìn)的自動(dòng)巡課技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)最高100門(mén)網(wǎng)絡(luò)直播課的并發(fā)自動(dòng)巡檢。在計(jì)劃上課時(shí)間段，系統(tǒng)采用自研RPA機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行模擬人工自動(dòng)登錄、課堂巡檢和課間數(shù)據(jù)的采集，采集課堂上的線上數(shù)據(jù)，包括上課圖像、音頻、實(shí)時(shí)上課人數(shù)、課堂內(nèi)的互動(dòng)、頭像、提問(wèn)、回答等進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，為后續(xù)的統(tǒng)計(jì)分析和教學(xué)評(píng)估提供基礎(chǔ)。

RPA巡課機(jī)器人使用到的技術(shù)包括Selenium和Webdriver。Selenium是基于瀏覽器擴(kuò)展的自動(dòng)化測(cè)試工具，支持多瀏覽器、跨平臺(tái)以及多語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。Webdriver則是一個(gè)編程語(yǔ)言與瀏覽器之間的通信工具，Webdriver的存在使得Selenium使用特定于每個(gè)瀏覽器的Webdriver，就能與瀏覽器建立安全連接并執(zhí)行自動(dòng)化指令。

（三）課堂質(zhì)量數(shù)據(jù)的分析與輸出

本次模型訓(xùn)練基于巡課圖片整體判斷，給出異常或正常的結(jié)果。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際教學(xué)質(zhì)量要求，訓(xùn)練多個(gè)針對(duì)性模型，比如有無(wú)頭像、有無(wú)板書(shū)、畫(huà)面是否模糊、是否準(zhǔn)時(shí)開(kāi)課下課等數(shù)據(jù)檢測(cè)模型，多模型結(jié)合巡課分類(lèi)器進(jìn)行綜合判斷。

數(shù)據(jù)自動(dòng)分析模塊采用深度學(xué)習(xí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)樣本采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、搭建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、模型訓(xùn)練、模型預(yù)測(cè)等步驟實(shí)現(xiàn)課程數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析。搭建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)RPA機(jī)器人采集回來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征分析，并通過(guò)Pytorch構(gòu)建模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。經(jīng)過(guò)數(shù)百次的epoch的訓(xùn)練之后，分析準(zhǔn)確率達(dá)97.29%。

（四）主要服務(wù)內(nèi)容

1.開(kāi)放教育線上課程數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化服務(wù)。

提供工具對(duì)開(kāi)放教育全系統(tǒng)的所有線上直播課程的巡課服務(wù)，巡課要求每節(jié)課每15分鐘進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)包括完整的直播課程實(shí)況界面、在線人數(shù)、頭像、交互區(qū)數(shù)據(jù)、課時(shí)等，并實(shí)時(shí)匯總到巡課后臺(tái)。

2.各教育分中心的直播課程平臺(tái)自動(dòng)接入服務(wù)。

通過(guò)RPA技術(shù)實(shí)現(xiàn)在用多個(gè)直播平臺(tái)的自動(dòng)登錄，并執(zhí)行自動(dòng)輪巡工作，可以通過(guò)將公共排課系統(tǒng)自動(dòng)同步各課程數(shù)據(jù)，無(wú)須人工干預(yù)即可實(shí)現(xiàn)各課程的準(zhǔn)時(shí)自動(dòng)登錄直播平臺(tái)并自動(dòng)取數(shù)。

3.做好網(wǎng)課巡檢的技術(shù)支持，包括服務(wù)人員、運(yùn)行環(huán)境、報(bào)告生成等技術(shù)服務(wù)。

4.服務(wù)工作量統(tǒng)計(jì)。

按照課程表和課時(shí)計(jì)算規(guī)則生成巡檢結(jié)果，可按天、月、季度等提交工作量統(tǒng)計(jì)匯總。

四、實(shí)踐成果與影響

智能網(wǎng)課巡檢服務(wù)的成功實(shí)踐，為其他教育機(jī)構(gòu)提供了借鑒；隨著越來(lái)越多的教育機(jī)構(gòu)采納類(lèi)似的服務(wù)，有望推動(dòng)在線教育行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

自廣州開(kāi)放大學(xué)采用智能網(wǎng)課巡檢服務(wù)以來(lái)，取得了顯著的成果：

（一）提高教學(xué)質(zhì)量

通過(guò)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)分析和評(píng)估結(jié)果，教師們得以持續(xù)改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量。此外，學(xué)生們?cè)诟哔|(zhì)量的教學(xué)環(huán)境中，學(xué)習(xí)效果得到了顯著提升。

（二）優(yōu)化課堂生態(tài)

智能網(wǎng)課巡檢服務(wù)有助于發(fā)現(xiàn)和解決課堂中的問(wèn)題并改進(jìn)這些問(wèn)題，課堂生態(tài)得以優(yōu)化，為學(xué)生提供了更加良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

（三）提升教育管理水平

智能網(wǎng)課巡檢服務(wù)為教育管理者提供了實(shí)時(shí)、全面的教學(xué)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)大量課程數(shù)據(jù)的梳理和總結(jié)，管理者可以掌握整體教學(xué)質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程中的不足和優(yōu)勢(shì)，從而制定合理的教育政策和措施，提升教育管理水平。

（四）節(jié)省人力資源

學(xué)校采用自動(dòng)巡課后，節(jié)省了人力資源。教育管理人員的工作負(fù)擔(dān)大大減輕了，可以將更多精力投入到教育教學(xué)的核心工作上，進(jìn)一步提升教育質(zhì)量。

五、與行業(yè)趨勢(shì)的緊密結(jié)合

廣州開(kāi)放大學(xué)智能網(wǎng)課巡檢服務(wù)的實(shí)踐與應(yīng)用，與當(dāng)前教育行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)緊密結(jié)合。隨著教育信息化、在線教育的不斷深入，教育機(jī)構(gòu)對(duì)于提高在線課程質(zhì)量的需求愈發(fā)迫切。智能網(wǎng)課巡檢服務(wù)的引入，正是對(duì)這一趨勢(shì)的積極響應(yīng)，進(jìn)一步推動(dòng)了教育行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

六、多元化的應(yīng)用場(chǎng)景

智能網(wǎng)課巡檢服務(wù)不僅可以應(yīng)用于廣州開(kāi)放大學(xué)這樣的開(kāi)放教育機(jī)構(gòu)，還適用于其他類(lèi)型的教育機(jī)構(gòu)，如中小學(xué)、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)、職業(yè)教育等。這意味著智能網(wǎng)課巡檢服務(wù)具有廣泛的市場(chǎng)前景和應(yīng)用潛力，將成為教育行業(yè)不可或缺的重要工具。

七、技術(shù)升級(jí)與持續(xù)優(yōu)化

智能網(wǎng)課巡檢服務(wù)作為一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，預(yù)期未來(lái)將迭代升級(jí)，以滿足教育行業(yè)日益增長(zhǎng)的需求。例如，巡檢服務(wù)可以結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，進(jìn)一步提高課堂行為分析的準(zhǔn)確性和深度，為提升教學(xué)質(zhì)量和管理水平做出更大貢獻(xiàn)。

八、未來(lái)展望

廣州開(kāi)放大學(xué)智能網(wǎng)課巡檢服務(wù)的成功實(shí)踐，體現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)+教育在提升在線教育質(zhì)量與管理水平方面的巨大潛力。智能網(wǎng)課巡檢服務(wù)作為一種創(chuàng)新性的自動(dòng)化輔助工具支撐，不僅解決了傳統(tǒng)人工巡課所面臨的諸多問(wèn)題，還通過(guò)數(shù)據(jù)分析與評(píng)估，為提高教學(xué)質(zhì)量和管理水平提供了有力支持。

展望未來(lái)，智能網(wǎng)課巡檢服務(wù)將在更多教育機(jī)構(gòu)中發(fā)揮重要作用，推動(dòng)在線教育質(zhì)量與管理水平的持續(xù)提升。教育機(jī)構(gòu)可積極借鑒廣州開(kāi)放大學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，引進(jìn)和運(yùn)用智能網(wǎng)課巡檢服務(wù)，為實(shí)現(xiàn)教育事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)?；ヂ?lián)網(wǎng)+教育將不斷創(chuàng)新發(fā)展，為構(gòu)建高質(zhì)量的在線教育體系助力。