信息化條件下數(shù)字微格教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建

楊輝

摘要：隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化微格教學(xué)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。對數(shù)字化微格教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建及功能進(jìn)行了闡述。微格教學(xué)是提高師范生教師教學(xué)技能的一種行之有效的手段。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：微格教學(xué)；網(wǎng)絡(luò)；數(shù)字化

DOIDOI：10.11907/rjdk.161254

中圖分類號：TP319文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號文章編號：16727800（2016）007007702

0引言

微格教學(xué)（Microteaching）又被稱為“微觀教學(xué)” 、“微型教學(xué)”、“小型教學(xué)”。它以現(xiàn)代教育理論為基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的媒體信息技術(shù)，依據(jù)反饋原理和教學(xué)評價理論，通過對教學(xué)行為記錄和研究，分階段培訓(xùn)教師教學(xué)技能活動。1963年，斯坦福大學(xué)艾倫教授等人借助錄像、錄音設(shè)備和電教技術(shù)，對“角色扮演”（相當(dāng)于我國師范生在教育實習(xí)前的試講訓(xùn)練）進(jìn)行改造，使其完善，最終形成了微格教學(xué)實踐課程。我國在20世紀(jì)80年代初期引進(jìn)這種教學(xué)方法。微格教學(xué)的特點就是“微”，即微型、片段、小步子，微格教學(xué)采取小組進(jìn)行技能試講實踐，授課時間一般為10～20分鐘，每個小組的人數(shù)控制在5～10名，有針對性地進(jìn)行一種或兩種特定的教學(xué)技能訓(xùn)練。微格教學(xué)對師范類人才的培養(yǎng)至關(guān)重要。

數(shù)字化微格教學(xué)系統(tǒng)將計算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、存儲技術(shù)、音視頻處理技術(shù)、壓縮技術(shù)、通信傳輸技術(shù)等融為一體，并進(jìn)行綜合運(yùn)用，構(gòu)建出的一個以音視頻錄制、視頻點播、實時監(jiān)控等功能為一體的信息化系統(tǒng)。師范院校如何構(gòu)建新型的微格教學(xué)系統(tǒng)以及實施微格教學(xué)模式，成為信息時代師范生教學(xué)技能培養(yǎng)的一個新課題。

1微格教學(xué)特點

1.1理論結(jié)合實踐

將教育教學(xué)理論應(yīng)用在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過觀摩示范、備課寫教案、角色扮演等活動進(jìn)行微格教學(xué)。

1.2目的明確，重點突出

由于微格試教訓(xùn)練中每個受訓(xùn)者所用的時間較短，分組后學(xué)生人數(shù)少，可以集中精力和時間訓(xùn)練常用的教學(xué)技能，訓(xùn)練目的更加明確具體。受訓(xùn)者在短期內(nèi)訓(xùn)練一兩個教學(xué)技能，可以把精力集中在需要掌握的知識重難點上。

1.3及時反饋

微課訓(xùn)練結(jié)束后，培訓(xùn)者可馬上通過播放視頻及時進(jìn)行自我分析和相互評價，找出教學(xué)中存在的優(yōu)缺點。

1.4自我反思，壓力較小

微格教學(xué)使用的是視頻錄制技術(shù)，受訓(xùn)者可以作為第三者觀察自己的教學(xué)活動，自我認(rèn)識不足之處，受訓(xùn)者不會因為試教失敗而產(chǎn)生不良心理反應(yīng)。

2數(shù)字化微格教學(xué)系統(tǒng)職能

微格教學(xué)是以任務(wù)為驅(qū)動的教學(xué)實踐活動，既可進(jìn)行師范生的課堂教學(xué)技能訓(xùn)練，又能對在職教師教學(xué)技能提高起到積極作用。

2.1實踐培訓(xùn)職能

可通過數(shù)字化微格教學(xué)系統(tǒng)傳播最新的教育理論、教學(xué)模式及教學(xué)方法，培養(yǎng)和提高教學(xué)技能。

2.2教育教學(xué)職能

數(shù)字化微格教學(xué)系統(tǒng)實現(xiàn)了教學(xué)資源的共享，有利于提高學(xué)生參與實踐教學(xué)的積極性和主動性，有利于實踐教學(xué)信息的反饋和對教學(xué)實踐的調(diào)控，為教師運(yùn)用現(xiàn)代教育理論、教學(xué)模式、教學(xué)方法提供了很好的系統(tǒng)平臺，有利于培養(yǎng)高素質(zhì)的師范生。

2.3師生服務(wù)職能

該系統(tǒng)可以完成精品課程的前期錄制、后期編輯、網(wǎng)絡(luò)上傳等工作，師生可以通過校園網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)VOD視頻點播，收看優(yōu)秀教師的授課視頻和實踐教學(xué)視頻，對學(xué)校建設(shè)和優(yōu)化教學(xué)資源庫起到了重要作用。

3系統(tǒng)設(shè)計

數(shù)字化微格教學(xué)系統(tǒng)采用的是當(dāng)前先進(jìn)的數(shù)字化傳輸、數(shù)字化存儲和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方案，它由一個總控室（集控中心）和多個微格教室組成，是集網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字、多媒體、聲音、視頻、存儲、傳輸?shù)燃夹g(shù)于一體的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有網(wǎng)絡(luò)化、智能化、數(shù)字化、自動化、交互式可視化、個性化等特點，系統(tǒng)管理、操控簡單，可滿足師生的各種技能訓(xùn)練需求。教輔人員可通過系統(tǒng)輔助現(xiàn)場教學(xué)，對教學(xué)現(xiàn)場或視頻錄像進(jìn)行觀摩，對教學(xué)視頻及課堂直播或錄播進(jìn)行控制管理。它明確了課堂教學(xué)的核心地位，提高了工作效率，改善了工作質(zhì)量。系統(tǒng)由集控中心、數(shù)字化微格教室、教學(xué)視頻中心3個子系統(tǒng)構(gòu)成。

3.1集控中心

集控中心是數(shù)字化微格教室集中控制管理的應(yīng)用平臺，它具有遠(yuǎn)程輔助教學(xué)、設(shè)備運(yùn)維管理、教學(xué)觀摩、現(xiàn)場監(jiān)控等功能，對各個微格教室整體運(yùn)行進(jìn)行管理。這些教室在集控中心的控制管理下協(xié)同工作，構(gòu)成信息化教學(xué)環(huán)境。

集控中心在課堂教學(xué)過程中，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程輔助教學(xué)。系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程操控功能，比如遠(yuǎn)程接管微格教室設(shè)備、控制設(shè)備的操作，如開啟關(guān)閉、播放暫停、設(shè)備切換等，還可對微格教室計算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程桌面管理。教輔人員根據(jù)教師需求操作教學(xué)設(shè)備，即進(jìn)行輔助授課。按照教師要求，將優(yōu)秀教師的授課視頻在全體、一組或多組、特定的微格教室內(nèi)播放，實現(xiàn)示范教學(xué)的目的。

集控中心可對微格教室設(shè)備進(jìn)行運(yùn)維管理。管理人員將每間微格教室的設(shè)備在系統(tǒng)登記，系統(tǒng)可以自動記錄微格教室設(shè)備的使用情況，管理人員按照類別對設(shè)備數(shù)量、使用次數(shù)、使用時間進(jìn)行分析，得出各類教室使用率等基本數(shù)據(jù)。管理人員還可通過微格集控系統(tǒng)，對教室進(jìn)行日常管理，包括開關(guān)機(jī)管理、教室分類管理、教室任務(wù)管理等。如開關(guān)機(jī)管理，管理者可事先輸入微格教室相對應(yīng)的課表，按照課表的時間要求，在上課前對微格教室內(nèi)的教學(xué)設(shè)備啟動，授課結(jié)束后，系統(tǒng)可將這些設(shè)備自動關(guān)閉。特定設(shè)備如投影機(jī)，可以設(shè)定電源延時切斷時間。

集控中心還可進(jìn)行教學(xué)現(xiàn)場監(jiān)控和教學(xué)觀摩活動。在試講訓(xùn)練時，系統(tǒng)可以對多個教學(xué)現(xiàn)場進(jìn)行觀摩監(jiān)控，集中或單獨(dú)顯示教學(xué)現(xiàn)場圖像。系統(tǒng)還可對教學(xué)現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控錄制，錄制優(yōu)秀的教師示范課程或精品課程，并將其存儲、管理，構(gòu)建精品課程。

集控中心提高了學(xué)校教輔服務(wù)工作效率，擴(kuò)大了教學(xué)服務(wù)管理范圍，提升了微格教室運(yùn)行管理的工作質(zhì)量。

3.2數(shù)字化微格教室

本微格教學(xué)系統(tǒng)除具備攝像機(jī)、云臺、云臺控制器、話筒、計算機(jī)、投影機(jī)和屏幕這些設(shè)備外，還包含網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、音頻切換矩陣、視頻切換矩陣、VGA切換矩陣、電源管理模塊、多路紅外設(shè)備控制、多路串行通訊設(shè)備控制等，能夠全面滿足教學(xué)需求。

數(shù)字化微格教室能實現(xiàn)多個教學(xué)場景的拍攝：教室教學(xué)場景、學(xué)生學(xué)習(xí)場景、電腦課件場景、多媒體設(shè)備場景、教師板書場景、教室全景。在對教師進(jìn)行錄像時，可以根據(jù)教學(xué)需要對場景進(jìn)行切換，授課教師采用超聲波和紅外兩種雙重定位方式，確保教學(xué)全場景的錄制。為了保護(hù)學(xué)校的知識產(chǎn)權(quán)，可在錄制的視頻中加入學(xué)校的標(biāo)準(zhǔn)等信息。為了更清晰得到音頻和視頻，本系統(tǒng)采用有源吊麥互動方案，采用空間智能定位方式，學(xué)生不需要作任何觸發(fā)性操作，比如站立、舉手等非常態(tài)化舉動，即可實現(xiàn)學(xué)生場景的智能定位及音視頻采集，最后將信號剪輯生成教學(xué)錄像視頻。

為了確保圖像清晰，能在網(wǎng)上直播或點播，錄制視頻控制碼流在400K以內(nèi)，分辨率1 024×768，32bit真彩色，幀率25-30幀/s，錄制輸出格式為asf的單一標(biāo)準(zhǔn)流媒體格式。系統(tǒng)支持網(wǎng)絡(luò)直播，學(xué)生可選擇性收看，如校園網(wǎng)內(nèi)的組播IE收視、跨網(wǎng)段的MediaPlay方式收視、網(wǎng)絡(luò)課件式收視（視頻+教學(xué)課件）。

本系統(tǒng)與集控中心、教學(xué)視頻中心無縫對接，通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程對微格教室進(jìn)行管理，可將錄制完成的視頻自動上傳到教學(xué)視頻網(wǎng)站中。

3.3教學(xué)視頻中心

教學(xué)視頻中心集計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、多媒體技術(shù)、數(shù)字壓縮技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)于一體，為廣大師生提供視頻資源，幫助師生打破傳統(tǒng)教學(xué)在時空上的限制，提高教學(xué)資源利用率。為師生提供實時點播、關(guān)鍵字搜索查詢等服務(wù)，師生可以方便快捷地查找視頻資源庫中的相關(guān)信息，還可以對視頻資源進(jìn)行點評。

建立教學(xué)名師資源庫，讓學(xué)生有機(jī)會受益于名師，讓更多的師生足不出戶地觀摩名師教學(xué)，體驗名師的教學(xué)魅力。實現(xiàn)教師網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)、網(wǎng)上教研和遠(yuǎn)程協(xié)作等功能，提高教師的科研效率和能力。

師生可對教學(xué)視頻內(nèi)容發(fā)表評論，讓課堂交流有效地延伸到課外?？删徒處煹慕虒W(xué)目標(biāo)、教學(xué)儀態(tài)、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程和教學(xué)效果等內(nèi)容進(jìn)行全方位評價，這對教師技能的培養(yǎng)至關(guān)重要。

3.4系統(tǒng)環(huán)境部署

學(xué)生社團(tuán)從級別上可分為校級社團(tuán)和院級社團(tuán)，對社團(tuán)的操作包括社團(tuán)創(chuàng)建、社團(tuán)信息維護(hù)、社團(tuán)注銷、社團(tuán)信息統(tǒng)計分析等，社團(tuán)負(fù)責(zé)人在創(chuàng)建社團(tuán)或修改社團(tuán)信息時由管理員指定。校級管理員、院級管理員分別負(fù)責(zé)校、院兩級社團(tuán)的上述管理。

1.3社團(tuán)成員管理業(yè)務(wù)

社團(tuán)負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)所在社團(tuán)成員管理，主要包括學(xué)生入團(tuán)申請審批、成員信息維護(hù)等。

1.4社團(tuán)活動管理業(yè)務(wù)

社團(tuán)活動主要由社團(tuán)負(fù)責(zé)人進(jìn)行管理，主要包括本社團(tuán)公告管理、活動創(chuàng)建及其信息維護(hù)、成員參加活動記錄審核與統(tǒng)計等，但所創(chuàng)建的新活動需要相應(yīng)級別的管理員審批后方可實施。

一般的社團(tuán)成員功能包括申請入團(tuán)、退團(tuán)、查看社團(tuán)介紹、個人社團(tuán)活動情況查詢等。

1.5移動端應(yīng)用

鑒于移動應(yīng)用日益廣泛，許多學(xué)生依賴手機(jī)獲取信息，本系統(tǒng)提供Android版APP，即時向社團(tuán)成員推送社團(tuán)活動信息，社團(tuán)成員也可隨時查看個人參加活動記錄情況，了解個人第二課堂學(xué)分信息。

2系統(tǒng)設(shè)計

2.1基于RBAC的訪問權(quán)限控制

RBAC（Role-Based Access Control，基于角色的訪問控制）的基本思想是“用戶—角色—權(quán)限”，由各級管理員根據(jù)用戶崗位職責(zé)對權(quán)限進(jìn)行注冊，并為角色授予相應(yīng)權(quán)限。社團(tuán)管理機(jī)制具有內(nèi)在性、系統(tǒng)性、自動性、可調(diào)性等特征，如學(xué)院輔導(dǎo)員、院級社聯(lián)負(fù)責(zé)人都屬于院級管理員角色，都具有院級管理員權(quán)限?；赗BAC的訪問權(quán)限控制很好地體現(xiàn)了業(yè)務(wù)管理中崗位職責(zé)與權(quán)限的關(guān)系，且非常靈活，一個用戶根據(jù)崗位職責(zé)可承擔(dān)多個角色，并可通過動態(tài)指定角色實現(xiàn)動態(tài)授權(quán)。

2.2社團(tuán)活動管理設(shè)計

社團(tuán)的具體活動由相應(yīng)的社團(tuán)負(fù)責(zé)人創(chuàng)建（發(fā)起），然后由相應(yīng)級別的管理員審批后方能實施?；顒訉嵤┖螅鐖F(tuán)負(fù)責(zé)人要登記、審核參加本次活動的成員，嚴(yán)格第二課堂學(xué)分管理。

2.3第二課堂學(xué)分計算

通過在社團(tuán)活動表中設(shè)計相應(yīng)的二課學(xué)分字段來表示本次活動可得的二課學(xué)分，由于有些活動需參加多次才能計一個學(xué)分，所以該字段值可以為小數(shù)，如參加5次學(xué)術(shù)講座才計一個學(xué)分，則此次學(xué)術(shù)講座活動的學(xué)分為0.2。學(xué)生某時間段（如某學(xué)年）參加社團(tuán)活動所得二課總學(xué)分按時間段查詢學(xué)生參加活動記錄表和活動表進(jìn)行匯總即可。

2.4數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫采用MySQL 5.5，數(shù)據(jù)表主要有用戶表、學(xué)生信息表、社團(tuán)表、社團(tuán)成員表、社團(tuán)活動表、學(xué)生參加活動記錄表等。主要數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)如9User_IDCHAR（6）外鍵，引用用戶表中User_ID主鍵活動審批人ID10Exam_DateDATE審批日期11Exam_TextVARCHAR（100）審批意見3系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)基于JSP實現(xiàn)，采用B/S三層架構(gòu)，可最大限度保證數(shù)據(jù)的唯一性和安全性。數(shù)據(jù)庫采用MySQL 5.5，并提供了Android版的移動端APP，可以實時推送社團(tuán)活動公告等信息。

3.1系統(tǒng)框架

系統(tǒng)采用了MVC框架的設(shè)計模式，強(qiáng)制性地使系統(tǒng)的輸入、處理和輸出分開，程序被分成3個核心部件：模型、視圖、控制器，它們各自處理自己的任務(wù)，如圖2所示。采用MVC分層有助于管理復(fù)雜的應(yīng)用程序，可以在一個時間內(nèi)專門關(guān)注其中一個方面，實現(xiàn)各模塊間的高內(nèi)聚低耦合，也讓后期測試更加容易；同時也簡化了分組開發(fā)，不同的開發(fā)人員可同時對視圖、控制器邏輯和業(yè)務(wù)邏輯的不同部分進(jìn)行開發(fā)。

系統(tǒng)采用Struts2框架，Struts是世界最早的MVC框架，也是全世界應(yīng)用最方便的MVC框架，技術(shù)相對成熟，因此本系統(tǒng)采用Struts2作為MVC框架。

系統(tǒng)采用Tomcat服務(wù)器，Tomcat與Java結(jié)合得最好，是Oracle官方推薦的JSP服務(wù)器，并且Tomcat是開源的Web服務(wù)器，其經(jīng)過長時間的發(fā)展，具有良好的性能及穩(wěn)定性。

3.2數(shù)據(jù)并發(fā)訪問管理

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的一個明顯特點是多個用戶共享數(shù)據(jù)庫資源，但如果沒有鎖定且多個用戶同時訪問一個數(shù)據(jù)庫，則當(dāng)他們同時使用相同的數(shù)據(jù)時可能會發(fā)生問題，即由于并發(fā)操作帶來的數(shù)據(jù)不一致性問題：丟失數(shù)據(jù)修改、讀“臟”數(shù)據(jù)、不可重復(fù)讀、產(chǎn)生幽靈數(shù)據(jù)等。

本系統(tǒng)使用Synchronized關(guān)鍵字對數(shù)據(jù)表的更新操作方法加對象鎖，使同一時刻最多只有一個線程可以訪問相關(guān)數(shù)據(jù)表，從而保證數(shù)據(jù)的正確性和一致性。例如，對社團(tuán)活動表（Activity）的更新操作方法定義如下：

3.3移動端消息推送

目前有多個第三方移動推送服務(wù)平臺，多數(shù)都支持Android和iOS移動端消息推送，本系統(tǒng)采用百度“云推送”消息傳遞和通知服務(wù)實現(xiàn)移動端消息推送，百度“云推送”是一站式APP信息推送平臺，為企業(yè)和開發(fā)者提供消息推送服務(wù)，開發(fā)者可以通過“云推送”向用戶精準(zhǔn)推送通知和自定義消息。

應(yīng)用百度“云推送”的具體步驟為：首先在百度開發(fā)者中心創(chuàng)建項目，獲取API key，然后下載云推送客戶端SDK，將SDK中l(wèi)ibs中的jar和so文件夾拷貝到新建項目中；修改manifest中application的值為com.baidu.frontia.FrontiaApplication，并添加相應(yīng)權(quán)限：android.permission.INTERNET、android.permission.ACCESS_NETWORK_STATE、android.permission.READ_PHONE_STATE等；再自己實現(xiàn)一個Receiver，用來接收Push消息、接口調(diào)用回調(diào)以及通知點擊事件。

4結(jié)語

系統(tǒng)提供了高校社團(tuán)統(tǒng)一管理平臺，采用RBAC權(quán)限控制模型實現(xiàn)了靈活的訪問控制，特別是提供了社團(tuán)活動的二課學(xué)分計算功能。某高校試用反饋表明，該系統(tǒng)在社團(tuán)管理統(tǒng)一性、信息資源共享性、管理規(guī)范性和效率上都有不同程度的提高，移動端APP也提高了學(xué)生用戶體驗。但限于管理體制，實際應(yīng)用中也存在一些問題，如不能與現(xiàn)有學(xué)生學(xué)籍管理系統(tǒng)等相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行有效融合，難以實現(xiàn)跨校社團(tuán)管理等，這些都需要深化管理體制改革才能得到有效解決。

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