實(shí)事實(shí)地有實(shí)照，從此點(diǎn)名不煩惱，—介紹一款照相點(diǎn)名軟件（唐常杰）
最近，科學(xué)網(wǎng)上好幾位活躍博主，包括喬中東，趙斌，王曉明等，議論了學(xué)生逃課現(xiàn)象與上課點(diǎn)名的利弊（見(jiàn)文后鏈接[1-3]）。他們分析了少數(shù)學(xué)生逃課的原因、道出了點(diǎn)名的煩惱，如花時(shí)間，不治本，還可能導(dǎo)致不愉快，等等，的確有人在點(diǎn)名與不點(diǎn)名之間糾結(jié)。
輕松拍照，愉快簽到，從此點(diǎn)名不煩惱 川大計(jì)算機(jī)學(xué)院的魏驍勇副教授從技術(shù)上給出了一個(gè)解決方案；他就是近幾天在“實(shí)踐課中演劈磚，媒體火了半邊天”的那位年輕人，他在科研實(shí)踐課上，用全英語(yǔ)授課方式，通過(guò)劈轉(zhuǎn)，說(shuō)明了在科學(xué)實(shí)踐中，既要勇于探索，又要遵循規(guī)律的道理。
本文介紹他開(kāi)發(fā)的“基于圖像的課堂考勤系統(tǒng)”，俗稱照相點(diǎn)名系統(tǒng)，此軟件包括兩部分:(a)服務(wù)器端,(b)客戶端，采用通用瀏覽器。此系統(tǒng)從技術(shù)角度給出了不錯(cuò)的解決方案，實(shí)現(xiàn)了輕松點(diǎn)名，愉快簽到。
這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)研究一年多，經(jīng)歷了測(cè)試-改進(jìn)-成熟幾個(gè)階段，最近才獲得了發(fā)明專利，推廣的季節(jié)來(lái)到了。
我們系里的年輕人 上世紀(jì)60年代有一個(gè)電影，名為“我們村里的年輕人”，可惜那時(shí)還不醒人事，只喜歡看“打仗”的電影，而那些進(jìn)入戀愛(ài)季節(jié)的影迷至今還在懷念 。
這里，要夸夸我們系里的年輕人，理由有三：
1) 計(jì)算機(jī)科學(xué)是年輕人的科學(xué)，計(jì)算機(jī)系里，有一批頗能干的年輕人，魏驍勇副教授現(xiàn)是計(jì)算機(jī)系的系主任，筆者在多年前也曾任過(guò)此職，有此后生可嘉，當(dāng)然要夸；
2) 本學(xué)期中，筆者在一個(gè)課程中學(xué)用了驍勇開(kāi)發(fā)的這一軟件，有些體會(huì)；以前，筆者曾在數(shù)據(jù)庫(kù)課程考試時(shí)，用照片記錄考場(chǎng)實(shí)景，備案缺考證據(jù)；而當(dāng)發(fā)現(xiàn)有人試圖舞弊時(shí)，閃光照相，把舞弊制止與未遂。如今驍勇實(shí)現(xiàn)了照相點(diǎn)名系統(tǒng)，同時(shí)，還將此技術(shù)升華為頂級(jí)會(huì)議論文，值得一夸。
3) 筆者兼作學(xué)院的本科教學(xué)督導(dǎo)的協(xié)調(diào)服務(wù)工作，覺(jué)得，建議學(xué)院推廣這一軟件，屬于工作責(zé)任內(nèi)容，如果此軟 件能進(jìn)一步被校內(nèi)、或更廣范圍內(nèi)的朋友接受并喜歡，一定善莫大焉。
下面先介紹軟件的大框架及其優(yōu)點(diǎn)，再略微介紹一些細(xì)節(jié)。
軟件思路大輪廓：一照、二選、三歸檔
一照 ，上課時(shí)，老師在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)（上課鈴聲后p分鐘，或下課鈴前q分鐘）照相，實(shí)事實(shí)地有實(shí)照，出勤狀態(tài)瞬間被凝固在照片中，課后上載再上載點(diǎn)名服務(wù)器上，如圖1。
圖1 上載的教室全景照片
程序自動(dòng)在教室全景照片框出并提取頭像照片，并編號(hào)；再借助基礎(chǔ)信息（由班長(zhǎng)在學(xué)期開(kāi)始時(shí)提供），自動(dòng)生成簽到頁(yè)，如圖2所示。
圖2 自動(dòng)生成的簽到頁(yè)面
二選，學(xué)生在課后適當(dāng)?shù)臅r(shí)間（一天或幾周內(nèi)），憑賬號(hào)登陸服務(wù)器，在圖2中的自己的照片右邊，點(diǎn)擊按鈕《It's me》，即完成簽到。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)在相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)（文件）中記錄出席信息。其中用了若干圖像識(shí)別的方法，例如：人臉檢測(cè)與識(shí)別,等等。
學(xué)生的感覺(jué)是，有點(diǎn)奇妙，有點(diǎn)興奮，至少不覺(jué)得簽到煩，同時(shí)也知道，照相點(diǎn)名，實(shí)事實(shí)地有實(shí)照，不容易忽悠。
其中還有若干技術(shù)細(xì)節(jié)和技術(shù)約束，如防止替代簽到等等，這些完整性約束的實(shí)現(xiàn)是編程者的事情， 使用者不必操心。
覺(jué)得似可如下改進(jìn)：每次點(diǎn)擊按鈕《It's me》或《not me》，是對(duì)系統(tǒng)的訓(xùn)練，或?qū)ο到y(tǒng)人臉識(shí)別的認(rèn)證。雖然每次的照片可能略有差別，但多次訓(xùn)練后，系統(tǒng)收集了足夠的特征，就可根據(jù)用戶賬號(hào)，能以準(zhǔn)確率K%猜出對(duì)應(yīng)哪張照片，可以在猜測(cè)焦點(diǎn)處以高亮度顯示或閃動(dòng)，使得簽到更為快捷；如果準(zhǔn)確率達(dá)到了99%以上，就可以不必點(diǎn)擊，而直接確認(rèn)了。
三歸檔，系統(tǒng)自動(dòng)地，增量式維護(hù)某一門課程的出勤情況，在適當(dāng)?shù)臋?quán)限請(qǐng)求之下生成文檔和分析結(jié)果。
基于角色的授權(quán) 點(diǎn)名系統(tǒng)的系統(tǒng)網(wǎng)址為 http://ucopy.net/ ，讀者不妨體驗(yàn)。點(diǎn)擊網(wǎng)址后，系統(tǒng)要求出示一定的權(quán)限，這在預(yù)料之中。
系統(tǒng)采用了基于腳色的授權(quán)，所謂基于腳色，就像導(dǎo)演規(guī)定誰(shuí)演皇帝，誰(shuí)演大臣，誰(shuí)演衛(wèi)兵，在戲中，責(zé)權(quán)利不是分配給演員，而是分配給角色，演員可以換，但角色的責(zé)權(quán)利還是那些。在一門課的事務(wù)處理中，學(xué)生是低級(jí)用戶，授課教師是中級(jí)用戶，授權(quán)管理并不復(fù)雜，略需班長(zhǎng)或?qū)W習(xí)委員的輕微輔助。詳見(jiàn)說(shuō)明書(shū)[4]。
課后，任課老師將照片發(fā)高級(jí)管理員郵箱（也是一個(gè)角色）, 管理員調(diào)用程序?qū)φ掌M(jìn)行預(yù)處理（拼接等），發(fā)布為簽到網(wǎng)頁(yè)，供師生做簽到認(rèn)證。
照片略需小技巧 如果在扇形教室，或教師有超廣角鏡頭，且用較高分辨率模式，容易找出教室全景照片 (囊括所有學(xué)生)。否則，需多照幾張供系統(tǒng)拼接，只要連續(xù)兩張照片有1/3以上的重疊，這個(gè)聰明的點(diǎn)名系統(tǒng)，會(huì)用圖像處理算法自動(dòng)拼接，如圖3所示。
附加功能 點(diǎn)名系統(tǒng)還支持課程主頁(yè)功能，為每門課程生成一個(gè)子頁(yè)面，任課老師可在這里發(fā)布課程計(jì)劃，課程PPT，等等，如果對(duì)象規(guī)模大，需要服務(wù)器硬盤的有一定容量。
微觀宏觀都有看點(diǎn)： 目前的點(diǎn)名軟件，主要實(shí)現(xiàn)了照相點(diǎn)名功能，覺(jué)得還可以通過(guò)進(jìn)一步研究和改進(jìn)，增加若干功能。
微觀信息：一個(gè)指定學(xué)生的出勤情況，屬于微觀信息。如果對(duì)一個(gè)學(xué)生的出勤情況跟蹤，多一些數(shù)據(jù)，就可能從一個(gè)側(cè)面反映出指定學(xué)生一年級(jí)到四年級(jí)的成長(zhǎng)歷程。如果分析某學(xué)生喜歡的座位，還可以反映出一些心理學(xué)、性格的元素或關(guān)聯(lián)；如果學(xué)生座位的突然變化，說(shuō)不定以蘊(yùn)含著某種變化。這種關(guān)聯(lián)，可能是數(shù)據(jù)挖掘研究者和教學(xué)研究則都還沒(méi)有充分關(guān)注過(guò)的。
宏觀信息：
* 能一目了然地看出學(xué)生選課的熱點(diǎn),.....
* 從統(tǒng)計(jì)角度看的某門功課、或某位老師所授課程中學(xué)生的簽到率；如果有多年數(shù)據(jù)可挖掘，可以看出教師教學(xué)方法的進(jìn)步，以及受歡迎程度的變化,.....
* 看出教學(xué)環(huán)境（教學(xué)管理者能看出是哪一間教室，設(shè)備如何），......
產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的成果 從表面上看，涉及圖像處理，是外向型的工作。事實(shí)上，要把這個(gè)軟件做得可用、好用，且被教師喜歡用，還有若干涉及數(shù)據(jù)挖掘的深層次問(wèn)題。
相關(guān)的研究成果已經(jīng)發(fā)表在ACM Multimedia 2012 (MM'12)上，參見(jiàn)文獻(xiàn)[5]，這是一個(gè)頂級(jí)的國(guó)際會(huì)議。文獻(xiàn)[5]包含技術(shù)和應(yīng)用兩部分，技術(shù)部分介紹了涉及的一些圖像、圖形處理以及人臉識(shí)別算法機(jī)器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)，應(yīng)用部分基于從圖像中采集到的數(shù)據(jù)（如：學(xué)生選座偏好、學(xué)生之間的交互情況）構(gòu)建了一張課堂內(nèi)的社會(huì)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，并與學(xué)生的課程成績(jī)聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行了教學(xué)分析，最后把分析結(jié)果與傳統(tǒng)的教育學(xué)或心理學(xué)學(xué)者得到的結(jié)論進(jìn)行了對(duì)比。
目前，這一軟件已經(jīng)得到了專利，不管今后通過(guò)哪一種方式推廣，只要人們喜歡用，用的人多，就實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，所以這是一個(gè)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的好成果。
（聯(lián)系方法：有關(guān)軟件的進(jìn)一步推廣、使用、改進(jìn)，合作等問(wèn)題，請(qǐng)直接和魏驍勇副教授聯(lián)系，他的郵件是qsc1999@gmail.com）
參考博文：
[1]. 喬中東，《我為什么每次上課都要讓學(xué)生簽到》http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=616948&do=blog&id=624422
[2]. 趙斌，我上課不點(diǎn)名，但也反對(duì)學(xué)生逃課，http://blog.sciencenet.cn/blog-502444-624908.html
[3]. 王曉明， 解決逃課問(wèn)題的關(guān)鍵還是在老師，
http://blog.sciencenet.cn/blog-2361-625349.html
[4]. 魏曉勇，基于于圖像的課堂考勤系統(tǒng)使用手冊(cè)， http://www.qsc99.net/mojo2365/home.aspx；
[5]. Xiao-Yong Wei, Zhen-Qun Yang, "Mining In-Class Social Networks for Large-Scale Pedagogical Analysis", ACM Multimedia 2012 (MM'12), Nara,Japan, October 29-November 2, 2012
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