中學課堂人臉識別考勤技術應用實踐
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摘要：從湖南省新高考改革背景下選課走班教學模式的需求出發(fā)，研究探索了一種基于人臉識別技術的課堂無感考勤系統(tǒng)，此種考勤是通過教室已有的高清攝像頭自動采集人臉數據進行，整個考勤過程無須刷卡、排隊和人工干預。研究通過與原有的考勤方式對比，總結出了人臉識別考勤技術具有更精準、更便捷、更省時等特點。
關鍵詞：人臉識別；考勤數據；選課走班
在新高考改革的背景下，隨著2019年八省市高考改革新方案“3+1+2”模式的出臺，我校已正式開始實行選課走班教學，每名學生都可以根據自身學習規(guī)劃，科學合理地選擇課程，以適應新高考。此舉在促使學生全面而有個性地發(fā)展的同時，也不可避免地為教學管理帶來了一些問題。例如：同一班級的學生可能選修不同的科目，根據課程去不同的教室上課，上課學生的流動性以及學生座位的不確定性給課堂考勤帶來一定麻煩，若用原有點名的方式則會浪費大量寶貴的上課時間。這使以往的班級管理、教學一體化的模式面臨著巨大的挑戰(zhàn)。而課堂考勤是教學過程中的一個重要環(huán)節(jié)，嚴謹高效的課堂考勤管理工作是塑造良好的學習風氣、提升學生的學習積極性、維護課堂教學秩序的基礎。人臉識別技術作為一種新興技術被應用到考勤管理系統(tǒng)中，為提高學生考勤管理制度的執(zhí)行效果，保障教學活動的質量與效率提供了高效且可靠的技術支撐。
一、人臉識別考勤技術
人臉識別技術是生物特征識別領域中的一個重要的研究分支，在具體應用過程中，需要結合專用的硬件采集設備將人體面部的主要特征信息采集到識別系統(tǒng)中，然后依據相應的特征識別算法對人體面部進行特征檢測和識別，最終鎖定到現實生活中某一特定的人類對象，最后圍繞該對象建立相應的信息記錄，并通過數據庫進行存儲和管理[1]。本文涉及的人臉識別系統(tǒng)主要指人臉圖像采集、人臉定位、人臉識別預處理、身份確認以及身份查找等技術集成體?？记趦热葜饕▽Φ桨嗟娜四樧R別、確認學生身份、核對人數、反饋相關信息等。課堂考勤管理從過去的“教師點名”模式向自動化、網絡化、信息化的方向發(fā)展。此種轉變在節(jié)省考勤時間、提高課堂考勤管理工作效率的同時，還可以實現相關數據的信息化存儲與共享，為后續(xù)的大數據分析、數據挖掘等工作積累基礎數據[2]。本次研究對象選取長沙市第十一中學2018級K1803，K1804，K1806，K1810四個班級進行試點。
二、人臉識別考勤技術在中學課堂的應用
1.技術支持本研究采用人臉識別比對無感式課堂考勤系統(tǒng)，是利用教室里安裝好的監(jiān)控攝像頭的“一機雙鏡頭”功能，通過不斷掃描抓拍，將抓取圖片與后臺人臉圖片進行比對，快速地分析出考勤結果，再將這些數據通過統(tǒng)一的管理平臺進行展示，并通過移動端及時推送給教務處、班主任及相關科任教師。2.實施方式學生入學時，采集好他們的面部圖像，存儲在數據庫中，并將這些圖像預處理后導入學生人臉特征數據庫中。在上課登記考勤(尤其是走班課考勤)時，攝像頭自動掃描采集教室里的學生人臉信息，并根據系統(tǒng)里預設好的走班學生信息進行比對，如果身份識別正常，則在考勤數據庫中標記出勤信息，不然就標記為異常(考勤出現異常通常為學生未在教室區(qū)域或學生臉部被遮擋導致人臉識別失敗)。上課5分鐘后，系統(tǒng)將考勤情況推送給相關管理者和教師，班主任便能掌握異?？记趯W生的信息，上課的教師也可安心于教學，大大提高了管理效率。3.實施案例以2019年10月8日K1803班第二節(jié)物理課考勤情況為例(見表1)，根據我校的作息時間表，第二節(jié)課的時間是8:45—9:25。系統(tǒng)于8:45啟動考勤，最早考勤成功的是袁**(8:45:06)，最后一位考勤成功的是許**(8:50:34)。此種無感考勤的形式是基于對學生的人臉識別實現的，學生可能由于低頭、伏睡等情況而影響考勤的記錄。在本節(jié)課中，劉**考勤異常，待所有考勤結束后(記錄時間在5分鐘之內)，系統(tǒng)會將考勤數據推送給班主任、科任教師和管理者，班主任查看數據以后可以將異?？记趯W生標記為請假或者曠課，及時發(fā)現問題并采取相應措施。相關管理者也可以直接快速地獲得全校學生的課堂考勤情況，減少人力投入。通過對9至10月的系統(tǒng)考勤數據取樣分析發(fā)現，人臉識別考勤的準確率達到99%，異常率(指取樣時間內系統(tǒng)提示考勤異常的次數)為5%。經人工核查，準確度未能達到100%的原因是初次導入的少數照片質量有問題，導致系統(tǒng)識別不準確。經后期調整，此問題解決。導致考勤出現異常的情況主要有以下幾種。一是數據未及時更新：如有個別學生轉學或走班課學生中途改變選擇科目，管理人員沒有及時獲得信息調整系統(tǒng)數據，或者臨時調課導致課程與學生對應不上。二是特殊課程未提前標記：如物理、化學、生物等科目有實驗課，學生可能不在教室上課。三是學生請假未及時在系統(tǒng)標記(此項工作由班主任完成)。四是受課型影響：如周考的時候學生全部低頭答題，檢測不到人臉。五是受導入的照片質量影響，前期少數學生持續(xù)考勤異常。六是學生伏睡未抬頭，導致人臉檢測不到。針對以上異常情況的出現進行分析研究，得出了如下解決措施。一是對于照片質量問題導致的異常，可以通過修正數據庫解決。二是對于數據未更新和特殊課程提前未標記的人為問題，只能靠管理員及時收集信息，需要各部門配合工作，暫時還未得到很好解決。4.優(yōu)勢分析以往的紙質點名方式或查學生證的方式不僅耗時、耗力，且在選課走班式教學模式下，教師對學生熟悉度不夠，考勤過程中可能出現冒名頂替、擾亂正常教學秩序的情況。而刷卡考勤的方式則依賴學生隨身佩戴的卡片，課間時間短，學生走班排隊刷卡易造成擁堵，此外還會出現學生卡片丟失導致無法完成考勤，或他人代打考勤等情況。本研究使用的人臉識別比對無感式課堂考勤系統(tǒng)則可以很好地規(guī)避這些問題，相對于以往的考勤方式，它既省時省力，同時又不干擾正常的教學過程，學生只需進入教室區(qū)域就能完成簽到。這樣不僅極大地節(jié)省了課堂時間，又保證了考勤的準確率，為學生考勤管理提供了方便快捷的方法。此外，在選課走班教學背景下，系統(tǒng)可及時推送考勤信息，讓管理者及時了解學生的到課情況，及時發(fā)現問題，對學生的在校安全管理也是一種很好的途徑。5.推廣價值人臉識別技術是人工智能的典型應用。在政策支持下，中國的人工智能技術近幾年在國內迅速發(fā)展，科技巨頭扎堆布局，越來越多的產業(yè)資本開始關注這項技術，人臉識別技術逐漸在智慧城市、公共安全、軌道交通、政府治理等領域得到廣泛應用，如公安系統(tǒng)的出入境安檢、刑偵等，交通領域的機場、火車站、汽車站等，教育領域的人臉考勤、校門和宿舍出入管理、幼兒園接送等。在新高考改革選課走班教學模式的背景下，高效規(guī)范的考勤方式可解學校的燃眉之急。經調查，目前多數學校采用的仍是口頭點名、刷卡等形式進行考勤，其弊端顯而易見，而人臉識別考勤則可以有效解決其中的問題。同時，人臉識別考勤的硬件是依托教室已有的監(jiān)控攝像頭實現的，技術和財力投入小，安裝便捷，可復制性強，本研究結果具有很強的推廣價值和意義。
三、結語
1.分析發(fā)現考勤效率與教師的教學組織關系較大，如教師要求嚴格的課堂，考勤準確度高，異常情況少，考勤所用時間短。此外，系統(tǒng)操作開發(fā)應更人性化，如考勤異常情況中的學生請假標記需要班主任來處理，本次研究中發(fā)現，班主任因為工作繁忙或其他原因基本無法對請假學生進行及時標記，這個問題有待系統(tǒng)進一步優(yōu)化。2.問題反思此課題所研究的基于人臉識別的無感式考勤技術在中學課堂中尚屬新興應用，沒有豐富的理論指導和實例參考，尤其是在系統(tǒng)架構方面，屬于“摸著石頭過河”。由于前期考慮不足，多數細節(jié)、功能都是邊實踐邊完善的：從開始在微信公眾號推送消息，實踐后發(fā)現公眾號不能滿足實際需求，到研發(fā)專用的App來進行終端服務。此外，在此研究基礎上，筆者也將繼續(xù)探究基于人臉識別技術的智能監(jiān)考和課堂教學行為分析等功能。3.思考存疑人臉識別技術給工作和生活帶來了極大便利，但是，關于人臉識別數據采集是否侵犯個人隱私的問題也受到社會的廣泛關注，并成為一個值得思考的問題。
參考文獻
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作者：李輝 單位：湖南省長沙市第十一中學
