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人工智能+教育"视角下的乡村课堂录像自动化分析和应用

已有 1100 次阅读 2019-11-19 13:58 |系统分类:科研笔记

项目简介:


1 项目团队


1.1 项目负责人介绍


陆吉健,男,汉,1990年12月生,现就职于杭州师范大学经亨颐教师教育学院,任杭师大未来教育创新创业协会指导老师,讲师。主要研究人工智能软硬件及其教育应用和数据分析,已发表2区SSCI期刊论文以及国内CSSCI和核心期刊论文10多篇。2019年刚结束北京师范大学和墨尔本大学的博士联合培养。


陆吉健博士曾创立并担任浙师大课程与教学研究协会(本科)会长,发起北师大未来课程与教学协会、杭师大未来教育创新创业协会等创立,同时也曾担任团中央广西龙州研究生支教队副队长,在北京、浙江和广西等地有着较为广阔的人脉资源。


而且,陆吉健博士目前所在的经亨颐教师教育学院,与马云基金会有着密切的合作关系。


1.2 团队成员介绍


范文翔,杭州师范大学教育学院教育技术方向讲师,毕业于南京师范大学教育技术专业,在教育技术方面发表多篇较有影响力的论文,在"人工智能+教育"方面也有较为广泛的了解和应用实践。


何祎宁,杭州师范大学杭州国际服务工程学院计算机科学与技术(师范)专业本科生,曾带队到乡村进行支教活动,对乡村的教育现状较为了解。深入的参与了陆吉健博士的"人工智能+教育"项目,目前正和陆博士合作申请教育记录仪的专利项目。


刁海刚,杭州师范大学文化创意学院数字媒体影视专业本科生,杭州师范大学周年庆海报设计大赛二等奖。深入的参与了陆吉健博士的"人工智能+教育"项目,目前正和陆博士合作申请教育记录仪的专利项目。


徐敬豪,杭州师范大学经亨颐教师教育学院英语(师范)专业本科生,曾获省青少年科技创新大赛二等奖,校本科生创新创业大赛优秀奖。其目前所在的杭州师范大学未来教育创新创业协会,也有在联系马云基金会,将会辅助开展马云乡村教育人才计划的相关工作和活动。


施念,杭州师范大学经亨颐教师教育学院数学专业本科生。较为深入的参与了陆吉健博士的"人工智能+教育"项目,目前正在和陆博士合作撰写一篇"人工智能+教育"中文论文。


2 项目商业模式


2.1 产品服务模式


产品服务模式,主要使针对乡村教育中的线上课堂教学、线下课堂教学、学生自学等三个方面。


乡村线上课堂教学产品服务方面,主要是公司技术人员来进行开发网络一对一辅导过程中师生行为、表情和话语的录像AI自动化分析软件,以及分析报告的可视化界面。进而,由市场人员负责对接线上公司,进行营销和线上平台融入以及后期维护和分析报告撰写等。


乡村线下课堂教学产品服务方面,主要联系代工厂进行升级后的课堂教学录像硬件为高清、广角录像硬件的生产,并有公司技术人员开发针对性的线下课堂师生行为、表情和话语的录像AI自动化分析软件,以及分析报告的可视化网页等。包括在课堂上投入的教学记录仪和智能眼镜。进而由市场人员进行高校、中小学等项目应标,甚至直接推销和售后服务等。


乡村学生自学产品服务方面,在已有机器人学伴基础上,由公司技术人员开发针对性的学生自学行为、表情和话语的录像AI自动化分析软件,以及分析报告的可视化界面。进而,由市场人员负责对接机器人公司,进行营销和机器人平台融入以及后期维护和分析报告撰写等。


2.2 管理模式


企业的组织机构,主要向股东大会负责,具体由监事会和董事会来进行大的决策,由董事会秘书和总经理来做具体决策细化和工作分配,由财务行政副总经理负责财务和行政的具体落实,由技术市场副总经理负责技术和市场的具体落实。

3.png

                     图1 携成智研科技有限公司组织机构


2.3 投融模式

2.3.1项目投入情况

完成研发所需投入

100

达到盈亏平衡所需投入

500

达到盈亏平衡所需时间

3

拟引入风险投资总额

300

当前月收入

3

当前月支出

5

2.3.2资本结构

已投入资金

200

目前正在筹集资金

50

如果筹集成功,企业可持续经营时长

1

下一轮计划筹集资金

300

企业向投资人提供的权益有

股权

2.3.3 目前资本结构表

股东成份

已投入资金

股权比例

陆吉健

200

100%

2.3.4 本期资金到位后的资本结构表

股东成份

投入资金

股权比例

 

陆吉健

200

(还有价值500万的技术和人员基础等)

 

70%

投资人

300

30%

2.4人才模式


主要将吸纳在"人工智能+教育"领域发展较为快速的美国、澳大利亚和日本等国家的相关领域硕博留学生,以及国内在这一领域研究较为前沿的北师大(项目很多成员也是来之这所学校)和浙大等本硕博应届生,依托来自浙江省之江实验室,杭州未来科技城中国人工智能小镇,5G创新基地专业人才,吸纳杭州师范大学未来教育创新创业协会社团成员,获得杭州师范大学校级重点暑期社会实践立项的支教团队的优秀本硕博学生以进一步落实项目。


3项目盈利能力


3.1盈利分析


产品形成规模销售时,毛利润率为60%,纯利润率为35%。"人工智能+教育"的课堂录像自动化分析软硬件,其软件部分成本,主要在于人力成本和服务器等网络资源成本;其硬件部分成本,主要在于人力成本和硬件代加工成本。我们公司的优势在于可以通过陆博士等联系到墨尔本大学、北京师范大学和杭州师范大学的相关专业本硕实习人员,从而能够降低工资成本;与此同时,公司也入驻在北京高校大学生创业园区,所以一到三年内没有房租费用。所以能够比海康威视和现代中庆降低10%的成本。


从竞争对手海康威视和现代中庆等从业人员(熟悉)那打听到的毛利润率和纯利润率分别为70%和45%左右,所以我们公司以20%低价来抢占市场,毛利润率还可以保持为60%,纯利润率为35%。

2018年,营收5万;

2019年,已营收13万,预计营收20万。

预计未来3-5年,企业估计将从目前的1000万左右,上升到6000万左右。所以,未来3-5年年均资产回报率为200 %。


3.2激励制度


激励制度:携成智研(北京)科技有限公司确定企业希望员工达到的目标并量化,明确员工的工作职责,实行科学的收入与考核挂钩指标,奖优罚劣。携成智研(北京)科技有限公司的企业目标与员工发展相结合,从员工自我实现、受人尊重等方面对员工进行激励,有效地激发员工无限的工作热忱和绩效潜能。


具体而言,将在专利申请、论文发表等内容上,匹配以3倍于高校平均奖励,从而吸纳真正有技术专长的硕博来公司进行创新创业;与此同时,公司的业务利润较高,所以在市场拓展方面,也会以1.5倍于科技公司市场拓展的奖励来进行市场拓展的奖励。


4项目创新性


4.1项目创新性


在乡村课堂打造"未来班组助手"全班组AI教学助手一体化服务。实现完整化的课堂录像,包括录像设备的多机位放置和视频的同步存储上传和播放,进行实时学生学习情况分析,包括学生面部表情和动作所反映的学习状况,使教师能实时调整课堂教学方案。


4.2主要创新点


(1)结合师生面部表情和身体动作AI识别的前沿研究,做关键算法的升级和优化;

(2)在已有欧美成人面部表情和身体动作等数据库基础上,建立国内,甚至亚洲师生面部表情和身体动作等数据库;

(3)实时数据分析方面,我们团队已经有了多篇国际前沿研究成果,会在这些创新基础上做进一步的创新。

(4)录像环境设计方面,我们团队已在澳大利亚录像环境设计基础上,结合我国国情做了本土化创新,后续也将进一步创新。


此外,乡村线上课堂教学方面,开发网络一对一辅导过程中师生行为、表情和话语的录像AI自动化分析软件,以及分析报告的可视化界面。分析报告的可视化界面,将结合目前线上一对一辅导以及自学平台(如图2上侧),做可视化界面的融入(如图2下侧)。

  


                                                  图2 目前线上一对一辅导平台及项目可视化研究趋势图


乡村线下课堂教学方面,升级课堂教学录像硬件为高清、广角录像硬件,从而开发针对性的线下课堂师生行为、表情和话语的录像AI自动化分析软件,以及分析报告的可视化网页和呈现平板等。如图3;其全班和男生情绪可视化研究趋势图(女生趋势图和全班类似),如图4。

                                                  图3 中学常规授课中的硬件及其广角摄像效果


7.png   

                                               图4 中学常规授课中的全班和男生情绪可视化研究趋势图


中学和小学小组授课,其硬件分布,如图5,这部分项目组已在负责人博士论文以及项目研究中,积累了大量视频等数据和分析报告等可视化思路。

                                   图5中学和小学小组授课中的硬件分布和摄像效果


学生自学方面,在已有机器人学伴的基础上,开发针对性的学生自学行为表情和话语的录像AI自动化分析软件,以及分析报告的可视化界面。

(5)教学智能眼镜和记录仪方面,教学记录仪和智能眼镜具有录像功能,可以清晰得记录学生的面部特征。如图6

0.png

                         图6 户内及户外教学智能眼镜和记录仪的使用方式


5项目可持续性


5.1 智能教育的现状分析


现今许多学校都配备了专门的录播教室,把录播系统和乡村学校教学整合起来,在乡村学校的教室安装摄像机,通过摄像机多方位对精品课程等采集信号录制到计算机硬盘中,学生或者老师可以从不同的摄像机视角观看录像文件。同时,也可以对网上的信息源进行整理上传,达到充分利用网络学习资源的目的。但是,录播系统尚未完全普及和推广,尤其体现在乡村教学中。已具备录播条件的教室往往只拥有一至两台录像设备,资源少,无法观察到相较边缘位置的学生课堂情况。且距离远,无法清晰的分析学生课堂活动包括面部表情和手上等的小动作。所以,在录播智能课堂上,现今的市场仍处于初级发展阶段,还有很大的需求量和进步空间。


5.2项目的实施方向


(1)乡村线下课堂

本"人工智能+教育"的课堂录像自动化项目的设想是在每所城区中小学配备至少一间完善的录播教室,配以10台左右的摄像装置、1台实时数据分析仪器。以杭州为例,预设杭州主要中小学100余所,排除暂不具备购入录播工具能力的学校,记为100所。考虑学校已有设备和资金供应,预设每所学校的实际购入率约为7-8台摄像装置。

目前现状来看,城区学校在完善录播教室方面做的工作较农村学校而言更为完善,分析其具体原因,我们认为是学校暂不具备购入录播工具的经济能力,所以本项目希望可以和"马云公益基金会""惠仲教育公益基金会"等众多有乡村教育助学项目的公益组织及基金会合作,为农村的孩子提供一个更好的学习环境。


(2)乡村线上课堂

网络授课是现今热门的授课形式。采用微课或在线互动的形式进行教学。节约师生双方时间、便于老师提前准备备课也便于学生随时根据学习感受调整学习进度,随时笔记,倒回去找遗漏点,故具有广泛的前景和市场。

我们同样希望与"掌门一对一"、"海风教育"等众多网络教学平台联合,打造移动式教学录播一体化服务。提供更优质更便捷的录像设备和播放教学过程的实时数据监测。


(3)人工智能伴读

AI智能机器人越来越热潮。本项目将这一特性充分利用至学生自学环境中。与小型交互性机器人制造公司合作,研发以面部情况数据分析为核心的芯片技术,投入到学习智能助手的开发之中。一方面打造行为和面部表情识别一体化服务,另一方面增强农村学生对人工智能的认识和理解,尽量使其享有和城市孩子一样的教学资源。与小型交互性机器人制造公司合作,研发以面部情况数据分析为核心的芯片技术,投入到学习智能助手的开发之中。


6项目社会价值


6.1人工智能教育的发展


近年来,人工智能已经开始融入各行各业,成为推动当今时代发展的重要力量。从而,继"互联网+教育"之后,"人工智能+教育"也在迅速发展,成为教育领域重点研究和发展的主题。与此同时,需要区分"人工智能+教育"和"人工智能教育",前者中的人工智能主要是辅助角色,是辅助教师进行教育或学生进行学习;后者中的人工智能则是主要角色,是将人工智能教育给学生。项目主要定位在"人工智能+教育",并聚焦其中的线上和线下课堂教学以及学生自学等录像自动化分析软硬件开发和应用。


目前"人工智能+教育"在伦理方面有较大阻力,欧美等发达国家在这方面受限很大。而在互联网共享时代下,国内校园智能化建设在不断推进。越来越多学校拥有了多媒体数字化教学的技术和资源。传统课堂在听课过程中多采用笔记和板书形式,但随着互联网和网络信息化的不断发展,越来越多教师辅助多媒体设备进行课堂教学。


6.2人工智能引入乡村教育的意义


具体项目意义,在于如下对乡村的线上和线下课堂教学以及学生自学等三方面的促进:


(1)乡村线上课堂教学方面,开发网络一对一辅导过程中师生行为、表情和话语的录像AI自动化分析软件,以及分析报告的可视化界面,能够实现网络一对一辅导过程中的师生行为、表情和话语的自动化分析和可视化呈现,从而促进师生、平台,甚至家长对于网络一对一辅导实效的了解、掌控和反思。

(2)乡村线下课堂教学方面,升级课堂教学录像硬件为高清、广角录像硬件,从而开发针对性的线下课堂师生行为、表情和话语的录像AI自动化分析软件,以及分析报告的可视化网页和呈现平板等,从而促进师生、校方,甚至家长对于课堂教学实效的了解、掌控和反思。

(3)乡村学生自学方面,在已有机器人学伴基础上,开发针对性的学生自学行为、表情和话语的录像AI自动化分析软件,以及分析报告的可视化界面,从而促进学生、家长,甚至教师对于学生自学实效的了解、掌控和反思。




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1 张鹰

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