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AI图像识别建设方案——实验教学因材施教引擎
发布时间:
2026-06-26
在教育数字化转型与“新工科”建设的大背景下，北京欧倍尔智慧实验室建设方案应运而生，它融合了物联网、AI大模型、数字孪生、边缘计算等先进技术，旨在为高校实验教学构建“能感知、会预警、可交互、善分析”的下一代实验空间，实现从“人控”到“智控”的关键转型。
- 产品体系
通过环境智能化改造、构建数智化实验教学资源、搭载实验室综合管理平台，打造三位一体的智慧实验室整体化解决方案。
二、意义和价值
1、教学痛点
（1）学生太多，看不过来：
老师同时看30人操作，根本发现不了谁操作错了，谁顺序颠倒，谁存在危险操作。
（2）实验教学没有过程数据：
现在的系统，只有结果没有过程，不知道学生怎么错的。
（3）好老师经验无法复制：
老教师一眼就能看出的问题，年轻教师不会且实验室专职老师越来越难招，实验教学质量严重依赖老师经验。
2、意义和价值
把优秀教师的过程指导能力数字化：
自动发现学生问题
自动识别错误类型
自动推荐指导内容
自动形成班级问题画像
自动形成教学改进建议
三、智能图像分析系统
部署智能超脑，通过AI算法模型实时分析视频流，对实验室人、物、行为进行抓拍、检测。
系统一旦识别待异常情况，能够迅速向实验账号推送报警信息。针对不同学生操作情况，精准推送匹配的学习资源，实现因材施教。
实验结束，学生可通过推送的节点与资料复盘整个实验，助力学生实验操作能力提升。
学生实验操作表现汇总至教师账号，教师可以学生、班级、年级、学期等为维度，查看学习情况。
四、环境智能化改造
在实验室不同角度安装监控设备用来远程监控实验室的使用情况，是实验室安全的有效保障。
监控的实时画面和声音可自动上传服务器进行保存，对实验过程、实验环境、实验规范的实时监测和预警。
五、算法研发
1、安全行为类
（1）规范着装监控：皮肤裸露、未佩戴口罩、未佩戴手套、未穿实验服未佩戴防护眼镜、不合规发型。
（2）实验室违规行为检测：人员越界、人员倒地、人员睡岗、无人值守、人员超限。
（3）实验室物品监控：物品归位、物品错位、计时提醒、外露温度测定仪器未关闭报警、灭火器识别、垃圾桶满溢。
2、实验操作类
液位计读数、led读数、指针读数、冷凝管使用、试剂使用规范…
六、资源库构建
【智能推送设置】
【编辑行为】
【智能监控行为库】
七、实验关键点设计
①针对滴定实验设计重点检测动作节点（试剂瓶使用规范、称量规范、胶头滴管使用规范）。
②按照教学要求构建行为库与资源库（图片、文字、视频、3D模型多种格式）。
③根据学生实验操作情况，进行实时分析与精准指导（不规范行为预警信息+指导资源推送）。
八、实验过程监控指导
①实验台视频采集系统将学生实验过程实时反馈上来。
②老师可以观察学生实验情况，并通过语音交互进行必要指导。
③系统根据收集的视频数据，通过Ai图像识别算法推断实验进展，自动推送相关资料，实现智慧化教学。
九、识别-预警-推送
教师在实验创建的时候匹配相应的资源和想要识别的算法种类，提交实验后，学生可预约相应实验台。一旦学生在操作过程中出现失误，系统能够立即向其账号推送报警与培训资源。
实现：监控→算法→处置
十、多端推送指导
实现实验资源精准推送
搭配机器人、大屏、小程序，可实时监控实验环境和实验操作不规范行为。系统可根据学生表现，智能分析实验环境和实验进度，在重要节点推荐对应的学习资料与实验操作的注意事项，丰富学生实验操作过程中的学习体验，加深学习印象。
十一、智慧助教机器人
1、自动巡检
通过先进的图像识别、传感器技术等，对实验设备和环境进行实时监控，发现异常情况，如超温、超压等，这种自动化的巡检方式大大减少了人为失误，提高了实验室的安全性
2、答疑，导航，讲解，展示
3、辅助实验指导
当学生在实验过程中遇到问题时，可以与机器人通过视频指导、人机交互问答等方式，为学生提供更加直观、高效的学习体验。
- 远程装置
1、装置特点
实现了能够完成远程操作，不用去实验比赛现场，通过互联网就可以远程访问和操控真实的实验装置、实时观察实验设备的运转状况和实验现象、实时读取实验数据等。比赛全部采用线上实验的形式，线上评分，无需裁判。
- 大赛支持
北京市大学生化工原理比赛
天津大学国际邀请赛——本科生——对抗赛形式（新方式）
一带一路金砖国家比赛——专科——操作
化学工业职业技能鉴定指导中心绿色化工安全操作比赛——企业职工——操作
对抗赛——同学时学生之间采用在规范操作的前提下比拼时间（是新型的一种形式）
操作——按照比拼操作、能耗、产量与质量等最后以分数的形式进行排名
- 典型案例
5月12日，2026世界数字教育大会高等教育平行会议在杭州国际博览中心举行，会议以“数智领航·教创未来：构建高等教育人才培养新生态”为主题，会上发布首批高等教育智能体、首批数字教育“走出去”典型案例两项成果，集中展现高等教育数字化转型与国际合作的实践成效，为全球高等教育创新发展提供中国方案。
天津大学《多维度数字化化工实验教学资源海外开放共享》入选资源走出去典型案例。
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