一种基于大数据和AI技术的教学管理、质量评估系统的制作方法

技术特征：
1.一种基于大数据和ai技术的教学管理、质量评估系统，其特征在于：包括基础建设单元(100)、课堂分析单元(200)、多层数据单元(300)和质量评估单元(400)；所述基础建设单元(100)、所述课堂分析单元(200)、所述多层数据单元(300)与所述质量评估单元(400)依次通过网络通信连接；所述基础建设单元(100)用于提供并管理支持系统运行的终端设备、功能应用、智能技术及数据基础等建设基础；所述课堂分析单元(200)用于对单个教室单一课堂的教学视频进行质量分析管理；所述多层数据单元(300)用于联合多层数据对校园教学质量进行综合的分析管理；所述质量评估单元(400)用于对课堂的教学质量进行评估并形成最终的分析报告；所述基础建设单元(100)包括终端设备模块(101)、支撑应用模块(102)、技术支持模块(103)和数据处理模块(104)；所述课堂分析单元(200)包括表情行为分析模块(201)、行为统计模块(202)、多维数据统计模块(203)和专注度统计模块(204)；所述多层数据单元(300)包括多课堂分析模块(301)、学科分析模块(302)、班级对比模块(303)和学校综合分析模块(304)；所述质量评估单元(400)包括质量评分模块(401)、智能排序模块(402)、改善建议模块(403)和分析报告模块(404)；基于以若干摄像头和计算机装置为主的所述终端设备模块(101)搭建基础架构，连接校园信息管理系统以获取数据支撑，在大数据和人工智能ai技术的基础上，通过所述数据处理模块(104)从实时摄录的视频及校园信息管理系统中采集获取教学数据并进行整理分析操作；从教学视频数据中，通过对教师与学生的表情行为、行为频次进行多维度统计分析，并依此对学生课堂的专注度情况进行统计分析；同时从多课堂、学科、班级等方面对课堂质量进行多层次的分析，进而扩展到对校园教学情况的评估分析；基于多维度、多层次的分析结果，对不同班级、不同教师、不同学生、不同学科的课堂质量进行评分，对评分进行排序，并针对评分过程中发现的课堂质量问题提出改善建议，最后结合所有信息生成全面的分析报告以作为教育工作者调整教学模式的决策依据。2.根据权利要求1所述的基于大数据和ai技术的教学管理、质量评估系统，其特征在于：所述终端设备模块(101)、所述支撑应用模块(102)、所述技术支持模块(103)与所述数据处理模块(104)依次通过网络通信连接且并列运行；所述终端设备模块(101)用于提供搭建系统的各种智能终端设备并对各终端之间的连接进行管理；所述支撑应用模块(102)用于通过将系统与校园信息管理系统对接以获取关联数据来支撑教学质量分析管理；所述技术支持模块(103)用于通过大数据分析及人工智能ai技术来实现教学质量的数据分析；所述数据处理模块(104)用于对作为教学质量评估分析的基础数据进行采集、分析等操作。3.根据权利要求2所述的基于大数据和ai技术的教学管理、质量评估系统，其特征在于：所述支撑应用模块(102)包括平台连接模块(1021)、课表关联模块(1022)、成绩对接模块(1023)和用户服务模块(1024)；所述平台连接模块(1021)的信号输出端与所述课表关联模块(1022)、所述成绩对接模块(1023)、所述用户服务模块(1024)的信号输入端连接，所述课表关联模块(1022)、所述成绩对接模块(1023)与所述用户服务模块(1024)并列运行；所述平台连接模块(1021)用于在系统与校园信息管理平台之间建立连接及数据共享传输的通道；所述课表关联模块(1022)用于支持管理员或拥有权限的教师通过校园信息管理平台向系统导入课表信息，以便系统按照课表信息自动进行课堂数据的采集各分析操作；所述
成绩对接模块(1023)用于从校园信息管理平台中获取学生的成绩信息并用作与系统的课堂质量进行碰撞分析；所述用户服务模块(1024)用于给不同用户按其合法身份分配对应的操作权限以供用户进行信息查询。4.根据权利要求3所述的基于大数据和ai技术的教学管理、质量评估系统，其特征在于：所述技术支持模块(103)包括大数据分析模块(1031)、人工智能模块(1032)、生物识别模块(1033)和机器学习模块(1034)；所述大数据分析模块(1031)、所述人工智能模块(1032)、所述生物识别模块(1033)与所述机器学习模块(1034)并列运行；所述大数据分析模块(1031)用于通过大数据分析技术来对与教学相关的视频、文本等数据进行深度挖掘分析处理；所述人工智能模块(1032)用于通过多种智能ai技术来对教学视频中的图像、人物等对象进行识别分析；所述生物识别模块(1033)用于通过生物识别技术对教学视频中的对象身份进行判识；所述机器学习模块(1034)用于建立教学质量评估模型并通过机器的深度学习来对模型进行训练。5.根据权利要求4所述的基于大数据和ai技术的教学管理、质量评估系统，其特征在于：所述机器学习模块(1034)中，机器学习的算法采用经正则化优化的逻辑回归模型算法，其计算表达式为：在常规逻辑回归模型的基础上，在逻辑回归模型的损失函数基础上加上正则项来实现正则化：相应的，正则化后的参数迭代公式为：相应的，正则化后的参数迭代公式为：其中，需要注意的是，因θ0没有参与正则化，则上式中j≥1。6.根据权利要求5所述的基于大数据和ai技术的教学管理、质量评估系统，其特征在于：所述表情行为分析模块(201)、所述行为统计模块(202)、所述多维数据统计模块(203)与所述专注度统计模块(204)依次通过网络通信连接且并列运行；所述表情行为分析模块(201)用于对教学视频中学生及教师的表情及行为进行识别、分析并作出对应的标注；所述行为统计模块(202)用于对教学视频中普通学生的各类课堂行为动作进行精确地统计及深度分析；所述多维数据统计模块(203)用于通过多维角度针对某一事项来对整个课堂中学生的整体行为进行统计分析，并可精确地统计每个学生在课堂全国城镇的行为数据进行单独统计；所述专注度统计模块(204)用于通过对课堂分析和行为数据统计进行深度分析来获取专注度数据。7.根据权利要求6所述的基于大数据和ai技术的教学管理、质量评估系统，其特征在于：所述多课堂分析模块(301)、所述学科分析模块(302)、所述班级对比模块(303)与所述学校综合分析模块(304)依次通过网络通信连接且并列运行；所述多课堂分析模块(301)用于通过分析、统计和积累班级数据以生成基于同一个班级的多次课堂的数据统计对比，从而可以直观地显示该班级学生课堂行为状态的变化；所述学科分析模块(302)用于基于学科层级来统计班级的近期课堂质量分析结果以形成直观对比数据；所述
班级对比模块(303)用于对保存的数据进行分统计，并综合各项指标统计出各个班级的特征数据；所述学校综合分析模块(304)用于通过对大量数据的整合归纳，总结出整个学校的课堂变化以便为教育工作者提供有力的数据支持。8.根据权利要求7所述的基于大数据和ai技术的教学管理、质量评估系统，其特征在于：所述质量评分模块(401)、所述智能排序模块(402)、所述改善建议模块(403)与所述分析报告模块(404)依次通过网络通信连接；所述质量评分模块(401)用于按照预设的评判指标对各班级、各学科、各个教师、各个学生的课堂表现进行评分；所述智能排序模块(402)用于按照一定的类别对各班级的综合教学质量评分进行排序以作为参考；所述改善建议模块(403)用于针对教学质量评估分析中发现的不足，给教师或学生提供改善不足的建议；所述分析报告模块(404)用于结合课堂分析、多层数据分析、质量评估的结果，形成综合性的多维度评估报告及对应的各种图形报表。9.根据权利要求8所述的基于大数据和ai技术的教学管理、质量评估系统，其特征在于：所述质量评分模块(401)中，教学质量的评分方式采用加权平均算法，其计算表达式为：式中，f表示被某班级/某学科/某教师/某学生在教学课堂中表现的评估分值；x1，x2，
…
，x3分别表示不同评判指标项目的评估分数；f1 f2
…
f
k
＝n，(n＝1)，f1，f2，
…
，f3叫做权，分别表示x1，x2，
…
，x3对应的分值在评估总分值中的占比权重。10.根据权利要求9所述的基于大数据和ai技术的教学管理、质量评估系统，其特征在于：所述系统的运行方法包括如下步骤：s1、搭建系统运行基础建设，在教室内安装多个固定摄像头，包括覆盖学生的若干摄像头和针对教师拍摄的摄像头，将各个摄像头通过交换机连接到中心机房，便于进行视频传输；s2、系统与校园信息管理平台对接，共享并获取相关的信息数据；s3、教师正常进行授课，多个摄像头同时运行，获取同一课堂的多维度教学视频数据，视频数据经数据采集服务器上传到数据处理服务器，数据处理服务器结合多来源相关数据，对课堂教学行为进行分析管理；s4、系统综合课堂分析及多维数据统计分析结果，对各类别的教学质量相关项目进行评估打分，并按预设的要求自动进行排序；s5、系统自动生成多维度的分析报告及对应报表图形，并自动保存；s6、学生/家长/教师用户以合法身份访问系统，可在操作权限内进行信息查询，获取相关分析数据，并获取课堂表现不足的改善建议；s7、管理员/校园决策人员/其他教育工作者以合法身份访问系统，获取全面的分析数据，评估校园的整体教学质量，并依此作为对教学任务的安排、调整及改进的决策依据。

技术总结
本发明涉及教学管理技术领域，具体地说，涉及一种基于大数据和AI技术的教学管理、质量评估系统。包括基础建设单元、课堂分析单元、多层数据单元和质量评估单元；基础建设单元用于提供并管理支持系统运行的建设基础；课堂分析单元用于对教学视频进行质量分析管理；多层数据单元用于对校园教学质量进行综合的分析管理；质量评估单元用于评估并形成最终的分析报告。本发明设计可以全面地获取课堂教学视频，节省人力和时间，能够全面、快速地评估课堂教学质量；可以按照实际需求进行数据归类统计，便于教育工作者快速且准确发现教师及学生存在的问题并进行改善，以提高校园师生的综合素质及课堂质量；可以给教育决策者提供科学、全面的决策依据。面的决策依据。面的决策依据。


技术研发人员：李战军 刘全 郭晓丹
受保护的技术使用者：青软创新科技集团股份有限公司
技术研发日：2021.08.09
技术公布日：2021/11/9