互動(dòng)型智慧錄播教室建設(shè)的研究和設(shè)計(jì)

陸 焱 李開(kāi)明

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)處 江蘇常州 213164)

互動(dòng)型智慧錄播教室建設(shè)的研究和設(shè)計(jì)

陸 焱 李開(kāi)明

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)處 江蘇常州 213164)

現(xiàn)代教育理念的發(fā)展，傳統(tǒng)的直排過(guò)道型錄播教室已無(wú)法滿足需求。常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院在新型錄播教室建設(shè)中提出新設(shè)想，并付諸實(shí)施。通過(guò)分析互動(dòng)教室和錄播教室的優(yōu)劣，根據(jù)功能需求，闡述設(shè)計(jì)方案。

互動(dòng)智慧教室； 在線錄播教室； 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引言

教室作為教學(xué)活動(dòng)的場(chǎng)所，其伴隨信息化技術(shù)的不斷創(chuàng)新而發(fā)展。如今電腦、投影儀、數(shù)字白板、移動(dòng)設(shè)備、影音錄制設(shè)備、數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)等各式數(shù)字系統(tǒng)構(gòu)成課堂的信息化環(huán)境。2016年常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院(以下簡(jiǎn)稱(chēng)學(xué)院)提出了內(nèi)容呈現(xiàn)、環(huán)境管理、資源獲取、及時(shí)互動(dòng)、情境感知的五個(gè)緯度[1]作為新建互動(dòng)型智慧錄播教室的設(shè)計(jì)宗旨。經(jīng)過(guò)半年的市場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，單一的智慧教室產(chǎn)品或在線錄播教室產(chǎn)品都無(wú)法滿足需求，智慧教室與錄播教室功能對(duì)比如表1所示。

通過(guò)比較，學(xué)院決定由教務(wù)處設(shè)備保障科牽頭，結(jié)合兩個(gè)產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)制訂教室設(shè)計(jì)方案。

表1 智慧教室與錄播教室功能對(duì)比表

1 互動(dòng)型智慧錄播教室總體結(jié)構(gòu)

綜合學(xué)院提出的功能需求和市場(chǎng)主流產(chǎn)品的特點(diǎn)，最后決定采用南京騰優(yōu)的互動(dòng)智慧教室系統(tǒng)和中廣上陽(yáng)的在線錄播系統(tǒng)的方案。在三方討論下確定頂層設(shè)計(jì)和功能要求并聯(lián)合解決兩套系統(tǒng)的設(shè)備控制與數(shù)據(jù)共享等問(wèn)題?；?dòng)型智慧錄播教室體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 互動(dòng)型智慧錄播教室體系結(jié)構(gòu)圖

2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1 錄播系統(tǒng)設(shè)計(jì)

錄播系統(tǒng)為教師課堂活動(dòng)采集實(shí)時(shí)的影音數(shù)據(jù)，包括錄播系統(tǒng)軟件、視頻錄制設(shè)備、音頻錄制設(shè)備、視頻跟蹤設(shè)備、系統(tǒng)控制設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸及供電系統(tǒng)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 錄播系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

從結(jié)構(gòu)圖可知，系統(tǒng)通過(guò)9路視頻數(shù)據(jù)信號(hào)以及1路教師機(jī)DVI信號(hào)錄取課堂視頻數(shù)據(jù)。教室掛麥、教師無(wú)線麥錄取課堂音頻數(shù)據(jù)進(jìn)入音頻處理主機(jī)。音視頻數(shù)據(jù)再經(jīng)過(guò)錄播跟蹤主機(jī)的剪輯之后形成課堂錄像視頻文件。其中5臺(tái)廣播級(jí)攝像機(jī)以1080P或4K格式錄制課堂實(shí)況錄像。具體分布如下：講臺(tái)全景攝像機(jī)、板書(shū)中景攝像機(jī)、教師特寫(xiě)攝像機(jī)、學(xué)生特寫(xiě)和學(xué)生全景攝像機(jī)。為滿足多媒體教學(xué)的需要，教師機(jī)的PPT以及數(shù)字白板書(shū)寫(xiě)畫(huà)面也需要進(jìn)行采集，因此，需要對(duì)教師機(jī)DVI信號(hào)進(jìn)行錄制[2]。同時(shí)，系統(tǒng)采用最新的視頻識(shí)別技術(shù)，錄播跟蹤主機(jī)通過(guò)2個(gè)學(xué)生監(jiān)控探頭、教師定位探頭及板書(shū)定位探頭對(duì)教室人物活動(dòng)情況進(jìn)行分析后控制教師特寫(xiě)攝像機(jī)、板書(shū)中景攝像機(jī)、學(xué)生特寫(xiě)攝像機(jī)進(jìn)行拍攝。整套錄播系統(tǒng)受到一臺(tái)可編程的多媒體控制器控制。其集成了供電模塊、各設(shè)備控制接口、外接視頻音頻輸入/輸出模塊等可控制系統(tǒng)的供電、傳輸、預(yù)覽、錄播系統(tǒng)的啟停等多項(xiàng)功能。

2.2 互動(dòng)智慧教室設(shè)計(jì)

互動(dòng)智慧教室設(shè)計(jì)主要考慮多屏互動(dòng)功能、師生登錄功能、互動(dòng)教學(xué)功能、實(shí)時(shí)互動(dòng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能、教學(xué)環(huán)境智能控制系統(tǒng)等。如圖3所示。

圖3 互動(dòng)智慧教室系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在傳統(tǒng)的教室中，黑板是必不可少的教學(xué)工具。進(jìn)入多媒體時(shí)代后，一臺(tái)投影儀將教師機(jī)電腦上面的畫(huà)面投影至教室前方幕布上面，同時(shí)保留部分黑板供教師書(shū)寫(xiě)板書(shū)，這便是教室多屏系統(tǒng)的雛形。但以投影儀為基礎(chǔ)的模式普遍存在投影畫(huà)面易被遮擋、只能用于電腦或移動(dòng)設(shè)備畫(huà)面的投影、數(shù)據(jù)傳輸是單向的問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)交互功能。

學(xué)院在此次互動(dòng)教室的設(shè)計(jì)中采用分組式學(xué)生課桌椅分布，為每組學(xué)生提供一塊小組大屏方便學(xué)生觀看[3]。整個(gè)多屏互動(dòng)功能是由教師協(xié)調(diào)器、小組協(xié)調(diào)器、教師端顯示單元、小組大屏、移動(dòng)設(shè)備組成。其中教師協(xié)調(diào)器主要功能為接收教師電腦DVI信號(hào)進(jìn)行復(fù)制并分別傳輸給教師端顯示單元如電子白板、投影儀、電腦顯示器，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給小組協(xié)調(diào)器和各種移動(dòng)設(shè)備。同時(shí)將電子白板等觸摸設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理模擬成一塊多點(diǎn)觸摸設(shè)備后傳送給教師機(jī)操作系統(tǒng)。小組協(xié)調(diào)器主要功能為接受教師協(xié)調(diào)器的視頻信號(hào)并傳送給小組大屏。教學(xué)互動(dòng)功能則主要由教師協(xié)調(diào)器、小組協(xié)調(diào)器、小組網(wǎng)關(guān)、答題器組成。教師在大屏上面發(fā)布各種題目后，學(xué)生操作安裝在桌面的答題器發(fā)出按鈕數(shù)據(jù)途經(jīng)小組網(wǎng)關(guān)、小組協(xié)調(diào)器、教師協(xié)調(diào)器后匯總到教師機(jī)進(jìn)行處理。為實(shí)現(xiàn)答題器和學(xué)生的一一對(duì)應(yīng)，小組網(wǎng)關(guān)還需具備一卡通刷卡綁定功能。整套互動(dòng)教室系統(tǒng)都由一臺(tái)帶讀卡功能的教師網(wǎng)關(guān)控制。其功能有觸摸屏操作，一鍵控制教室所有設(shè)備，課堂測(cè)評(píng)、視頻交互、實(shí)訓(xùn)觀摩一鍵操作、教師卡登錄功能等。通過(guò)教師卡登錄功能為定時(shí)、定人、定課程的三定功能預(yù)留硬件基礎(chǔ)。全套系統(tǒng)由教師網(wǎng)關(guān)發(fā)出指令，控制一臺(tái)電源管理器實(shí)現(xiàn)設(shè)備供電統(tǒng)一管理、功耗實(shí)時(shí)采集、電源遠(yuǎn)程控制等功能。

2.3 錄播系統(tǒng)和互動(dòng)教室系統(tǒng)集成

錄播教室系統(tǒng)和互動(dòng)教室系統(tǒng)是各自獨(dú)立的系統(tǒng)。教師在上課時(shí)如何同時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟兩套系統(tǒng)和系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)如何進(jìn)行傳輸處理是需要解決的問(wèn)題。

1)錄播系統(tǒng)受一臺(tái)多媒體控制主機(jī)控制。它采用目前主流的嵌入式系統(tǒng)，接受控制面板發(fā)出的16進(jìn)制指令后，控制相應(yīng)繼電器開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)整套錄播系統(tǒng)的供電控制，同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)控制面板錄播功能開(kāi)關(guān)指令以控制錄播跟蹤主機(jī)的工作狀態(tài)?；?dòng)智慧教室同樣由一臺(tái)教師控制網(wǎng)關(guān)發(fā)出16進(jìn)制指令控制繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)備供電和教室上課狀態(tài)的變化。整套錄播系統(tǒng)控制功能集成在互動(dòng)智慧教室的教師控制網(wǎng)關(guān)上。具體功能如下：一是系統(tǒng)啟動(dòng)功能。將原本智慧教室刷卡啟動(dòng)改為在驗(yàn)證教師卡數(shù)據(jù)后，教師控制網(wǎng)關(guān)先向錄播系統(tǒng)的多媒體控制主機(jī)發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)開(kāi)啟相關(guān)設(shè)備的供電，再開(kāi)啟互動(dòng)教室系統(tǒng)。二是上課啟動(dòng)功能。當(dāng)教師按下上課鍵后，錄播系統(tǒng)的多媒體控制主機(jī)將收到課程錄制激活指令啟動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)入錄播狀態(tài)后，互動(dòng)教室再開(kāi)啟上課狀態(tài)。三是系統(tǒng)關(guān)閉功能。當(dāng)教師按入下課鍵后，教師控制網(wǎng)關(guān)發(fā)送停止錄制信號(hào)和關(guān)閉信號(hào)關(guān)閉錄播系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備供電后關(guān)閉互動(dòng)教室。具體如圖4所示。

2)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享方面主要為視頻信號(hào)數(shù)據(jù)傳送。錄播系統(tǒng)在錄制課堂實(shí)況畫(huà)面，同時(shí)將互動(dòng)教室的教師機(jī)DVI信號(hào)接入錄制跟蹤主機(jī)加以錄制。具體圖5所示。

圖4 互動(dòng)型智慧錄播教室控制系統(tǒng)圖

圖5 互動(dòng)型智慧錄播教室影音系統(tǒng)圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)以市場(chǎng)主流設(shè)備為基礎(chǔ)，根據(jù)學(xué)院要求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在引進(jìn)新技術(shù)的同時(shí)，又保證了經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。為學(xué)院線上、線下課程奠定硬件基礎(chǔ)，為教師探究教學(xué)模式創(chuàng)新和改革提供環(huán)境。

[1] 勒旭瑩，馬曉萍，申巍.智慧教室的初探[J].教育教學(xué)論壇，2014(44)：8-10.

[2] 黃山涯，陳磊.錄播教室的功能設(shè)計(jì)及其建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010(10)：378-380.

[3] 謝家雄，宓寧寧.小組互動(dòng)型教室的構(gòu)建[J].軟件導(dǎo)刊(教育技術(shù))，2012(11)：53-55.

Design and Study on Construction of Interactive Intelligent Studio Classroom

LU Yan LI Kaiming

(Office of Academic Affairs, Changzhou College of Information Technology, Changzhou 213164, China)

With the development of modern educational concept, the traditional straight aisle recording and broadcasting classrooms could not need the demand. In the construction of new-style recording and broadcasting classrooms, Changzhou College of Information Technology has presented a new idea, and put into effect. By analysing the merits and demerits of interactive classrooms and recording and broadcasting classrooms, the design plan is elaborated.

interactive intelligent studio classroom; online recording classroom; system design

2017-09-28

陸 焱(1981-)，男，助教，研究實(shí)習(xí)員，主要研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、教學(xué)信息化技術(shù)

G 434

B

1672-2434(2017)06-0028-03

李娟]