科学教育活动智能评估平台设计

1.背景说明

信息技术领域的不断发展，为大规模的数据处理提供了条件，特别是近年迅猛发展的人工智能技术，将从各个方面改变教育形态。人工智能在构建智慧教育体系中起到了非常大的作用，但其在科学教育活动中的应用还较少，现在科学教育活动的评估中大多数还是靠“人力”进行评价，缺乏自动化的评估手段。使用人工智能评估科学教育活动的质量及公众参与度可以大大减少成本，提高效率。本研究计划使用目前AI科技中较为成熟的人脸识别、情感计算等技术实现科学教育活动中自动化的教育质量和传播效果的评估。最后的系统展示给户是通过动态网页的形式。

该系统的主要功能是能检测活动现场的人流变化情况，同时能够通过视频、音频对活动参与者进行情感计算，评估参与者的情感水平。此外系统还应该能够根据活动名称和关键词在主流社交平台上抓取搜索次数、热门评论等数据，对评论内容进行文本情感分析。最后自动生成一个活动评估报告。

国内外对于科普教育一直都很重视。国外高校举办科普教育的形式主要有：大学科学节、科技周的举办，网络化科普教育模式，高校科普开放日，高校实验室开放，高校博物馆开放，高校植物园开放等。英国的科技节距今巳经有170多年的历史，每年都会举办一次；美国每年会定期地邀请科学泰斗、诺贝尔奖获得者到中小学校与学生见面，与学生一起畅谈科学问题；日本京都大学综合博物馆是日本最大的大学博物馆，总面积13350平方米，展出面积2470平方米，约有250万件资料、展品，包括文化、自然、技术等很多方面的内容，每天都有固定时间向公众开放。

从新中国成立以来，国内也一直很重视科普教育。建设科学技术普及局、设立科普管理机构、投入大量资金建立国家级科普场馆、培训专职人员来支持科普活动的发展。2018年12月18日，科技部在北京发布的2017年度全国科普统计数据表明，全国科普事业发展势态良好。

2.原始需求

原始需求来自于中国科普研究所发布的对外委托项目。网址：http://www.crsp.org.cn/xinwenzixun/gonggaotongzhi/11012N52019.html

原始需求工作表

3.目标用户

目标用户分析表

4.干系人分析

干系人分析工作表

5.竞品分析

竞品分析

6. 情景分析

情景分析工作表

7.功能列表

功能列表

8.原型设计

主页

热度分析

文本分析模块

轨迹分析

9.技术路线

技术路线

研发的第一个阶段采用文献研究法对科学教育活动评估、人流检测与分析、学习者情绪识别、教学互动分析的相关文献进行调研分析，并且对帧间二阶差分、边缘检测技术、表情识别的特征提取算法、语音识别的基频估计算法等技术手段进行整理和总结。
第二个阶段使用案例分析法和文献研究法，对现有科学教育活动进行分析，考虑在实际的活动中能够收集到哪些数据用于评估。并从活动的教育质量和传播效果两个方面考虑评价指标的设计，结合现有活动的情况和文献调研的结果设计出科学教育活动评价框架。
第三阶段使用软件工程的开发方法，对AI平台进行设计与开发，开发主要基于第一阶段对相关技术的调研结果和第二阶段的评估框架，在GitHub和开源中国中开源代码和云计算平台工具的基础上进行二次开发。系统平台预计能实现活动人流检测和分析、学习者情绪识别及分析、教育活动中互动行为三方面的功能，并自动生成评估报告。
第四阶段主要是采用准实验研究的方法，实验AI评估平台的实际使用效果，看能否满足实际的评估需求。根据实验的结果对平台软件做进一步的优化与迭代。