中學(xué)課堂人臉識別考勤技術(shù)應(yīng)用實(shí)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(xué)模式的需求出發(fā)，研究探索了一種基于人臉識別技術(shù)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(shù)據(jù)進(jìn)行，整個(gè)考勤過程無須刷卡、排隊(duì)和人工干預(yù)。研究通過與原有的考勤方式對比，總結(jié)出了人臉識別考勤技術(shù)具有更精準(zhǔn)、更便捷、更省時(shí)等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：人臉識別；考勤數(shù)據(jù)；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(shí)行選課走班教學(xué)，每名學(xué)生都可以根據(jù)自身學(xué)習(xí)規(guī)劃，科學(xué)合理地選擇課程，以適應(yīng)新高考。此舉在促使學(xué)生全面而有個(gè)性地發(fā)展的同時(shí)，也不可避免地為教學(xué)管理帶來了一些問題。例如：同一班級的學(xué)生可能選修不同的科目，根據(jù)課程去不同的教室上課，上課學(xué)生的流動性以及學(xué)生座位的不確定性給課堂考勤帶來一定麻煩，若用原有點(diǎn)名的方式則會浪費(fèi)大量寶貴的上課時(shí)間。這使以往的班級管理、教學(xué)一體化的模式面臨著巨大的挑戰(zhàn)。而課堂考勤是教學(xué)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，嚴(yán)謹(jǐn)高效的課堂考勤管理工作是塑造良好的學(xué)習(xí)風(fēng)氣、提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、維護(hù)課堂教學(xué)秩序的基礎(chǔ)。人臉識別技術(shù)作為一種新興技術(shù)被應(yīng)用到考勤管理系統(tǒng)中，為提高學(xué)生考勤管理制度的執(zhí)行效果，保障教學(xué)活動的質(zhì)量與效率提供了高效且可靠的技術(shù)支撐。

一、人臉識別考勤技術(shù)

人臉識別技術(shù)是生物特征識別領(lǐng)域中的一個(gè)重要的研究分支，在具體應(yīng)用過程中，需要結(jié)合專用的硬件采集設(shè)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(jù)相應(yīng)的特征識別算法對人體面部進(jìn)行特征檢測和識別，最終鎖定到現(xiàn)實(shí)生活中某一特定的人類對象，最后圍繞該對象建立相應(yīng)的信息記錄，并通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)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(yù)處理、身份確認(rèn)以及身份查找等技術(shù)集成體?？记趦?nèi)容主要包括對到班的人臉識別、確認(rèn)學(xué)生身份、核對人數(shù)、反饋相關(guān)信息等。課堂考勤管理從過去的“教師點(diǎn)名”模式向自動化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化的方向發(fā)展。此種轉(zhuǎn)變在節(jié)省考勤時(shí)間、提高課堂考勤管理工作效率的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的信息化存儲與共享，為后續(xù)的大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘等工作積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[2]。本次研究對象選取長沙市第十一中學(xué)2018級K1803，K1804，K1806，K1810四個(gè)班級進(jìn)行試點(diǎn)。

二、人臉識別考勤技術(shù)在中學(xué)課堂的應(yīng)用

1.技術(shù)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?cái)z像頭的“一機(jī)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(jìn)行比對，快速地分析出考勤結(jié)果，再將這些數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一的管理平臺進(jìn)行展示，并通過移動端及時(shí)推送給教務(wù)處、班主任及相關(guān)科任教師。2.實(shí)施方式學(xué)生入學(xué)時(shí)，采集好他們的面部圖像，存儲在數(shù)據(jù)庫中，并將這些圖像預(yù)處理后導(dǎo)入學(xué)生人臉特征數(shù)據(jù)庫中。在上課登記考勤(尤其是走班課考勤)時(shí)，攝像頭自動掃描采集教室里的學(xué)生人臉信息，并根據(jù)系統(tǒng)里預(yù)設(shè)好的走班學(xué)生信息進(jìn)行比對，如果身份識別正常，則在考勤數(shù)據(jù)庫中標(biāo)記出勤信息，不然就標(biāo)記為異常(考勤出現(xiàn)異常通常為學(xué)生未在教室區(qū)域或?qū)W生臉部被遮擋導(dǎo)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(guān)管理者和教師，班主任便能掌握異?？记趯W(xué)生的信息，上課的教師也可安心于教學(xué)，大大提高了管理效率。3.實(shí)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(jù)我校的作息時(shí)間表，第二節(jié)課的時(shí)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(xué)生的人臉識別實(shí)現(xiàn)的，學(xué)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(jié)束后(記錄時(shí)間在5分鐘之內(nèi))，系統(tǒng)會將考勤數(shù)據(jù)推送給班主任、科任教師和管理者，班主任查看數(shù)據(jù)以后可以將異?？记趯W(xué)生標(biāo)記為請假或者曠課，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)措施。相關(guān)管理者也可以直接快速地獲得全校學(xué)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(shù)據(jù)取樣分析發(fā)現(xiàn)，人臉識別考勤的準(zhǔn)確率達(dá)到99%，異常率(指取樣時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)提示考勤異常的次數(shù))為5%。經(jīng)人工核查，準(zhǔn)確度未能達(dá)到100%的原因是初次導(dǎo)入的少數(shù)照片質(zhì)量有問題，導(dǎo)致系統(tǒng)識別不準(zhǔn)確。經(jīng)后期調(diào)整，此問題解決。導(dǎo)致考勤出現(xiàn)異常的情況主要有以下幾種。一是數(shù)據(jù)未及時(shí)更新：如有個(gè)別學(xué)生轉(zhuǎn)學(xué)或走班課學(xué)生中途改變選擇科目，管理人員沒有及時(shí)獲得信息調(diào)整系統(tǒng)數(shù)據(jù)，或者臨時(shí)調(diào)課導(dǎo)致課程與學(xué)生對應(yīng)不上。二是特殊課程未提前標(biāo)記：如物理、化學(xué)、生物等科目有實(shí)驗(yàn)課，學(xué)生可能不在教室上課。三是學(xué)生請假未及時(shí)在系統(tǒng)標(biāo)記(此項(xiàng)工作由班主任完成)。四是受課型影響：如周考的時(shí)候?qū)W生全部低頭答題，檢測不到人臉。五是受導(dǎo)入的照片質(zhì)量影響，前期少數(shù)學(xué)生持續(xù)考勤異常。六是學(xué)生伏睡未抬頭，導(dǎo)致人臉檢測不到。針對以上異常情況的出現(xiàn)進(jìn)行分析研究，得出了如下解決措施。一是對于照片質(zhì)量問題導(dǎo)致的異常，可以通過修正數(shù)據(jù)庫解決。二是對于數(shù)據(jù)未更新和特殊課程提前未標(biāo)記的人為問題，只能靠管理員及時(shí)收集信息，需要各部門配合工作，暫時(shí)還未得到很好解決。4.優(yōu)勢分析以往的紙質(zhì)點(diǎn)名方式或查學(xué)生證的方式不僅耗時(shí)、耗力，且在選課走班式教學(xué)模式下，教師對學(xué)生熟悉度不夠，考勤過程中可能出現(xiàn)冒名頂替、擾亂正常教學(xué)秩序的情況。而刷卡考勤的方式則依賴學(xué)生隨身佩戴的卡片，課間時(shí)間短，學(xué)生走班排隊(duì)刷卡易造成擁堵，此外還會出現(xiàn)學(xué)生卡片丟失導(dǎo)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(shí)省力，同時(shí)又不干擾正常的教學(xué)過程，學(xué)生只需進(jìn)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(shí)間，又保證了考勤的準(zhǔn)確率，為學(xué)生考勤管理提供了方便快捷的方法。此外，在選課走班教學(xué)背景下，系統(tǒng)可及時(shí)推送考勤信息，讓管理者及時(shí)了解學(xué)生的到課情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，對學(xué)生的在校安全管理也是一種很好的途徑。5.推廣價(jià)值人臉識別技術(shù)是人工智能的典型應(yīng)用。在政策支持下，中國的人工智能技術(shù)近幾年在國內(nèi)迅速發(fā)展，科技巨頭扎堆布局，越來越多的產(chǎn)業(yè)資本開始關(guān)注這項(xiàng)技術(shù)，人臉識別技術(shù)逐漸在智慧城市、公共安全、軌道交通、政府治理等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如公安系統(tǒng)的出入境安檢、刑偵等，交通領(lǐng)域的機(jī)場、火車站、汽車站等，教育領(lǐng)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(xué)模式的背景下，高效規(guī)范的考勤方式可解學(xué)校的燃眉之急。經(jīng)調(diào)查，目前多數(shù)學(xué)校采用的仍是口頭點(diǎn)名、刷卡等形式進(jìn)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(shí)，人臉識別考勤的硬件是依托教室已有的監(jiān)控?cái)z像頭實(shí)現(xiàn)的，技術(shù)和財(cái)力投入小，安裝便捷，可復(fù)制性強(qiáng)，本研究結(jié)果具有很強(qiáng)的推廣價(jià)值和意義。

三、結(jié)語

1.分析發(fā)現(xiàn)考勤效率與教師的教學(xué)組織關(guān)系較大，如教師要求嚴(yán)格的課堂，考勤準(zhǔn)確度高，異常情況少，考勤所用時(shí)間短。此外，系統(tǒng)操作開發(fā)應(yīng)更人性化，如考勤異常情況中的學(xué)生請假標(biāo)記需要班主任來處理，本次研究中發(fā)現(xiàn)，班主任因?yàn)楣ぷ鞣泵蚱渌蚧緹o法對請假學(xué)生進(jìn)行及時(shí)標(biāo)記，這個(gè)問題有待系統(tǒng)進(jìn)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(shù)在中學(xué)課堂中尚屬新興應(yīng)用，沒有豐富的理論指導(dǎo)和實(shí)例參考，尤其是在系統(tǒng)架構(gòu)方面，屬于“摸著石頭過河”。由于前期考慮不足，多數(shù)細(xì)節(jié)、功能都是邊實(shí)踐邊完善的：從開始在微信公眾號推送消息，實(shí)踐后發(fā)現(xiàn)公眾號不能滿足實(shí)際需求，到研發(fā)專用的App來進(jìn)行終端服務(wù)。此外，在此研究基礎(chǔ)上，筆者也將繼續(xù)探究基于人臉識別技術(shù)的智能監(jiān)考和課堂教學(xué)行為分析等功能。3.思考存疑人臉識別技術(shù)給工作和生活帶來了極大便利，但是，關(guān)于人臉識別數(shù)據(jù)采集是否侵犯個(gè)人隱私的問題也受到社會的廣泛關(guān)注，并成為一個(gè)值得思考的問題。

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作者：李輝 單位：湖南省長沙市第十一中學(xué)