云環(huán)境下移動(dòng)微課直播平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

陳荊橋 劉興紅

摘 要 利用云服務(wù)平臺(tái)提供的底層架構(gòu)和API，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)微課直播學(xué)習(xí)平臺(tái)。該平臺(tái)與微課結(jié)合起來，能夠更好滿足微課教學(xué)過程中對(duì)于交互和課程講授的靈活需求，同時(shí)加強(qiáng)微課教學(xué)設(shè)計(jì)的互動(dòng)過程，優(yōu)化微課教學(xué)藝術(shù)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞 移動(dòng)學(xué)習(xí)；云服務(wù)平臺(tái)；微課直播平臺(tái)

中圖分類號(hào)：G652 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2018）16-0031-03

Research on Design and Application of Mobile Learning Micro Lesson Live Platform in Cloud Environment//CHEN Jingqiao， LIU Xinghong

Abstract With the help of the underlying architecture and API pro-vided by the public cloud platform， a micro lesson live learning plat-

form is designed and implemented. This platform combined with micro lesson which can better fit in the flexible needs of interaction and course teaching in micro teaching process， and it can also streng-

then the interactive process during the course， optimize the art of micro teaching， and enhance learning effect.

Key words mobile learning； cloud platform； micro lesson live plat-form

1 前言

近年來，隨著無線網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)教育在教育領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)生巨大變革。如今4G網(wǎng)絡(luò)收費(fèi)日益低廉，無線路由網(wǎng)絡(luò)觸手可及，各種移動(dòng)設(shè)備功能日新月異，智能手機(jī)也成為很多人日常生活中不可或缺的一部分。在這樣的硬件基礎(chǔ)和技術(shù)的支持下，移動(dòng)學(xué)習(xí)的概念也有了逐漸滲透教育領(lǐng)域的方方面面的條件，成為國內(nèi)外教育信息化的研究熱點(diǎn)。移動(dòng)學(xué)習(xí)的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)不能讓學(xué)生根據(jù)性格、習(xí)慣、能力、基礎(chǔ)等多種特點(diǎn)進(jìn)行自由學(xué)習(xí)的限制。而微課作為新的教學(xué)資源載體，能夠?qū)⒋罅糠稚⒌摹⒉贿B續(xù)的、碎片狀的時(shí)間整合起來，讓學(xué)生利用無線通信網(wǎng)絡(luò)和各種移動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)按需、隨時(shí)、隨地的學(xué)習(xí)，正適合作為傳統(tǒng)課堂教學(xué)的補(bǔ)充與延伸。

傳統(tǒng)課堂教學(xué)過程中，教學(xué)交互的形式除了教師提問、學(xué)生回答這種言語交互之外，體態(tài)語言的交互和師生情感的交流也是課堂交互中非常重要的一部分。這種語言及表情交互，同樣能夠傳送豐富的教學(xué)信息，起到加強(qiáng)師生情感交流的作用。在方便學(xué)生獲取學(xué)習(xí)資源的同時(shí)實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生的交互，成為當(dāng)今學(xué)習(xí)環(huán)境的一個(gè)新需求，如何豐富移動(dòng)學(xué)習(xí)的實(shí)時(shí)交互，已經(jīng)成為亟待解決的問題。通過直播這一媒體手段，教師的肢體語言也能夠即時(shí)傳送給學(xué)生，進(jìn)而起到和課堂教學(xué)同樣的效果，實(shí)現(xiàn)和學(xué)生進(jìn)行交互的需求[1]。將視頻直播作為一種實(shí)時(shí)交互方式，可能成為未來師生實(shí)時(shí)互動(dòng)的新模式。

一個(gè)完整的直播流程主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)傳輸、解碼數(shù)據(jù)和視頻播放等五個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集部分包括視頻/音頻的采集、圖形處理等；數(shù)據(jù)編碼和傳輸涉及視頻/音頻壓縮、CDN推流、控制信令等；數(shù)據(jù)的解碼和視頻播放部分涉及視頻/音頻解碼，拉流、即時(shí)通信等技術(shù)。對(duì)于部分高校來說，從零開始搭建一個(gè)直播平臺(tái)，要求的技術(shù)難點(diǎn)較多，實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。云服務(wù)平臺(tái)能夠提供穩(wěn)定的底層構(gòu)架和API接口，能夠幫助高校較為輕易地實(shí)現(xiàn)搭建屬于自己的微課直播平臺(tái)。

2 微課直播平臺(tái)的優(yōu)勢

即時(shí)的交互加強(qiáng)師生情感交流 在傳統(tǒng)的微課平臺(tái)中，學(xué)生的學(xué)習(xí)模式基本保持一成不變，即視頻的觀看、課后練習(xí)的完成等。但在一個(gè)真實(shí)的教學(xué)情境中，學(xué)生可能會(huì)產(chǎn)生一些疑問和困惑，如果無法得到解答，可能會(huì)影響后期學(xué)習(xí)效果。同時(shí)，在微課直播平臺(tái)中，教師可以在直播授課過程中對(duì)學(xué)生提出的問題進(jìn)行實(shí)時(shí)的、面對(duì)面的答疑。直播形式的授課能夠幫助師生實(shí)現(xiàn)更加即時(shí)的交互，有助于加強(qiáng)師生情感交流，讓學(xué)生擁有更加身臨其境的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

學(xué)習(xí)示范加強(qiáng)學(xué)生之間交互競爭 教師在初步了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況的前提下，可以選擇練習(xí)情況完成良好的學(xué)生，轉(zhuǎn)讓直播權(quán)利，讓優(yōu)秀學(xué)生也能夠通過直播將自己完成練習(xí)的過程直播給其他學(xué)生，起到正面的引導(dǎo)示范作用，以達(dá)到學(xué)生之間的交互和競爭。學(xué)生的身份也能通過直播系統(tǒng)隨時(shí)調(diào)換成教師，提高優(yōu)秀學(xué)生的表達(dá)能力，并在此過程中進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)習(xí)。

碎片化學(xué)習(xí)提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率 微課直播這種教學(xué)模式能夠?qū)⒋罅糠稚⒌?、不連續(xù)的、碎片狀的時(shí)間整合起來。定時(shí)直播的方式還能夠幫助學(xué)生更好地規(guī)劃學(xué)習(xí)時(shí)間，在零碎的空閑時(shí)間里進(jìn)行小的知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，進(jìn)行知識(shí)整合。即時(shí)直播的同時(shí)，教師也能夠通過學(xué)生的評(píng)論隨時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，便于制訂更加合理靈活的教學(xué)計(jì)劃，進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

3 云平臺(tái)提供基礎(chǔ)服務(wù)

云計(jì)算是近年來非常有影響力的一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)概念，是將虛擬化（Virtualization）、效用計(jì)算（Utility Compu-ting）、將基礎(chǔ)設(shè)施作為服務(wù)IaaS（Infrastructure as a Service）、將平臺(tái)作為服務(wù)PaaS（Platform as a Service）和將軟件作為服務(wù)SaaS（Software as a Service）等概念混合演進(jìn)并躍升的結(jié)果。Google、微軟、IBM、Facebook等計(jì)算機(jī)巨頭都投入大量資本在云計(jì)算領(lǐng)域，各種云平臺(tái)設(shè)施的數(shù)量正在迅猛增長，國內(nèi)各大互聯(lián)網(wǎng)公司也加入公共云平臺(tái)的開發(fā)工作，規(guī)模較大、較為穩(wěn)定的包括網(wǎng)易云、百度云、騰訊云、阿里云等。云服務(wù)平臺(tái)以其超大規(guī)模、高可靠性、高可擴(kuò)展性、通用性等天然優(yōu)勢，能夠?yàn)橹辈テ脚_(tái)提供廉價(jià)便捷的服務(wù)[2]。

云計(jì)算按照服務(wù)類型大致可以分為IaaS、PaaS和SaaS三類[3]。IaaS給用戶提供所有計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施的利用，如Salesforce客戶關(guān)系管理（Salesforce CRM）。PaaS將采用提供的開發(fā)語言和工具（如Java、Python、.Net等）開發(fā)的應(yīng)用程序部署到應(yīng)用上的云基礎(chǔ)設(shè)施上去，如谷歌搜索引擎。SaaS提供給用戶的服務(wù)是運(yùn)營商運(yùn)行在云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施上的應(yīng)用程序，用戶可以在各種設(shè)備上通過客戶端界面訪問，如亞馬遜C2和亞馬遜S3。

搭建一個(gè)直播平臺(tái)，主要用到的是云服務(wù)平臺(tái)的PaaS服務(wù)，由云環(huán)境提供存儲(chǔ)和CDN推流以及API接口，直播框架如圖1所示。用戶只要將自己編寫的播放器集成到云服務(wù)提供的SDK上，就能夠快速搭建一個(gè)屬于自己的直播平臺(tái)。云產(chǎn)品的PaaS服務(wù)對(duì)于用戶來說安裝簡易，按需收費(fèi)不存在資源的浪費(fèi)，同時(shí)能滿足各種需求的拓展性。云環(huán)境下搭建微課直播平臺(tái)，能夠大量減少花費(fèi)在CDN分發(fā)、即時(shí)通信等困難技術(shù)上的時(shí)間，幫助用戶更便捷地根據(jù)需要搭建自己的直播平臺(tái)。

當(dāng)前國內(nèi)主流的云服務(wù)平臺(tái)主要有網(wǎng)易云、騰訊云、百度云、阿里云等，每個(gè)平臺(tái)都能夠提供完整的直播所需的基礎(chǔ)設(shè)施，包括智能調(diào)度、智能路由、智能QoS以及直播管理服務(wù)器和流媒體分發(fā)系統(tǒng)等。同時(shí)，云服務(wù)平臺(tái)通常有極高的通用性和高可擴(kuò)展性，提供包括Windows、Android和iOS等各種系統(tǒng)皆可用的API，用戶能夠根據(jù)習(xí)慣和具體需求選擇平臺(tái)，進(jìn)行直播平臺(tái)的搭建。

4 播放器模塊搭建及視頻播放

一個(gè)直播播放器主要包括五個(gè)部分，即初始化模塊、輸入模塊、解碼模塊、顯示模塊和事務(wù)處理模塊[4]，如圖2所示。

初始化模塊 初始化模塊主要負(fù)責(zé)完成播放的初始化過程，首先是創(chuàng)建播放器，之后就是消息機(jī)制的建立（包括數(shù)據(jù)請(qǐng)求、數(shù)據(jù)返回和數(shù)據(jù)響應(yīng)），緊接著是創(chuàng)建線程以及對(duì)應(yīng)的全局變量的初始化（包括獲取頻道和頻道狀態(tài)等）。

輸入模塊 輸入模塊的主要工作是拉流，即在獲取推流地址之后，對(duì)地址進(jìn)行解析。對(duì)于移動(dòng)端的直播平臺(tái)來說，請(qǐng)求獲取流媒體的標(biāo)準(zhǔn)格式有RTMP、FLV和HLS三種，這三種協(xié)議能夠滿足不同業(yè)務(wù)場景的需求。RTMP和FLV屬于長連接協(xié)議，更適用于即時(shí)性和互動(dòng)性要求高的直播課程；而有回放需求的課程可以使用HLS協(xié)議。數(shù)據(jù)解析部分則需要支持FLV、TS等格式的解析，在對(duì)地址解碼之后，該模塊還需要將解碼出來的音頻和視頻文件存入緩沖隊(duì)列，以待下一個(gè)模塊對(duì)隊(duì)列中的文件進(jìn)行解碼。

解碼模塊 播放器的解碼模塊包含音頻解碼和視頻解碼兩部分，這兩部分是分開進(jìn)行的，單線程情況下二者交替進(jìn)行，多線程則能夠?qū)σ纛l、視頻進(jìn)行并行解碼。解碼模塊運(yùn)行的第一步是讀取輸入模塊拉流后緩存到緩沖隊(duì)列的視頻和音頻數(shù)據(jù)；第二步是將這些數(shù)據(jù)傳入對(duì)應(yīng)的音頻/視頻解碼器進(jìn)行解碼，等待顯示模塊將它們顯示出來。

顯示模塊 顯示模塊負(fù)責(zé)將解碼后的音頻/視頻數(shù)據(jù)幀存入相應(yīng)的隊(duì)列，就能將視頻/音頻資源播放出來。

事務(wù)處理模塊 事務(wù)處理模塊主要包括用戶事務(wù)和系統(tǒng)事務(wù)兩部分，其中用戶事務(wù)主要包括對(duì)用戶信息的處理；而系統(tǒng)事務(wù)主要包括對(duì)播放器進(jìn)行一些邏輯控制，如暫停、播放、截圖等操作。

5 Gradle集成SDK

一個(gè)完整的移動(dòng)端微課直播平臺(tái)推流要有四個(gè)環(huán)節(jié)，即推流端、視頻處理、播放器播放和交流互動(dòng)。在完成播放器SDK的設(shè)計(jì)與編寫之后，可以將其與推流端SDK、播放器SDK、即時(shí)通信SDK進(jìn)行集成。

一般情況下能夠通過兩種方式進(jìn)行集成，一種是通過庫類配置集成SDK，另一種是通過Gradle集成SDK。相較于通過Eclipse或Android Studio導(dǎo)入第三類庫進(jìn)行集成的方式，Gradle拋棄了基于XML的各種配置，轉(zhuǎn)而基于Apache Ant和Apache Maven概念進(jìn)行項(xiàng)目自動(dòng)化構(gòu)建，使用更加簡潔。同時(shí)，Gradle支持局部構(gòu)建，適用于任何結(jié)構(gòu)的工程，能夠?qū)崿F(xiàn)靈活輕松的遷移，能夠幫助使用者更簡便地實(shí)現(xiàn)在一個(gè)APP中集成多種功能。

6 結(jié)語

當(dāng)前，關(guān)于學(xué)習(xí)平臺(tái)的研究層出不窮，商業(yè)化的直播APP也數(shù)見不鮮，但從零開始搭建起一個(gè)個(gè)性化的班級(jí)甚至校本使用的移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)仍舊需要克服很多的技術(shù)難點(diǎn)。本研究主要基于當(dāng)前云技術(shù)的發(fā)展情況下，利用各大運(yùn)營商提供的公共云云服務(wù)平臺(tái)，如何快速地搭建一個(gè)屬于學(xué)校或班級(jí)私有的移動(dòng)微課直播平臺(tái)。隨著研究的深入，用戶還能夠根據(jù)自己的需要，在系統(tǒng)中集成更多插件和功能，搭建出個(gè)性化的微課直播平臺(tái)，幫助教師更加高效地開展教學(xué)活動(dòng)。

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