基于網(wǎng)絡(luò)直播教室的在線互動(dòng)教學(xué)方案與實(shí)踐

王超 趙玉寶 王佳琪

摘 ? 要：新冠肺炎疫情期間，國(guó)內(nèi)各大高校紛紛開(kāi)啟在線直播教學(xué)模式，針對(duì)在線直播教學(xué)實(shí)踐中存在的相關(guān)問(wèn)題，文章提出了一種依托遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)直播教室、結(jié)合騰訊會(huì)議軟件的互動(dòng)式在線直播教學(xué)方案。該方案通過(guò)IP映射，將校內(nèi)直播平臺(tái)映射到外網(wǎng)，同時(shí)部署兩套直播收看平臺(tái)，不僅能夠保證教學(xué)過(guò)程的流暢性、可靠性和互動(dòng)性，也減輕了授課教師在技術(shù)操作方面的負(fù)擔(dān)，還能夠滿足多樣化的教學(xué)需求，給廣大師生帶來(lái)了滿意的教學(xué)體驗(yàn)，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)直播教室;騰訊會(huì)議;新冠肺炎;在線直播教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G424.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2020）13-0043-04

一、引言

2020年伊始，一場(chǎng)突如其來(lái)的新冠肺炎疫情在全國(guó)蔓延，受其影響，全國(guó)多個(gè)省份均做出了春季學(xué)期延遲開(kāi)學(xué)的決定。一時(shí)間，線上教學(xué)成了教育界確?！巴Ｕn不停學(xué)”的抗“疫”主陣地。日前，教育部也印發(fā)了《關(guān)于在疫情防控期間做好普通高等學(xué)校在線教學(xué)組織與管理工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》，明確提出各高校應(yīng)依托各級(jí)各類(lèi)在線課程平臺(tái)、校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間等，積極開(kāi)展線上授課和線上學(xué)習(xí)等在線教學(xué)活動(dòng)，保證疫情防控期間教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)質(zhì)量。[1]

綜合來(lái)看，延遲開(kāi)學(xué)期間，廣大高校教師常用的各類(lèi)在線直播教學(xué)平臺(tái)，如雨課堂、騰訊會(huì)議、QQ群、釘釘?shù)?，各具特色，均能較好地實(shí)現(xiàn)在線直播教學(xué)。然而，每個(gè)平臺(tái)也都有自己的局限性，如雨課堂暫不支持PPT內(nèi)動(dòng)畫(huà)和視頻播放、騰訊會(huì)議和QQ群中教學(xué)過(guò)程難以保存回放等。然而，這些平臺(tái)或工具的共同短板，一方面是板書(shū)效果不佳，需要授課教師購(gòu)買(mǎi)白板或手寫(xiě)板等專(zhuān)用設(shè)備，即便如此，對(duì)于數(shù)學(xué)、物理等需要大量板書(shū)的相關(guān)課程來(lái)說(shuō)，也很難滿足板書(shū)需求，更遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)體教室板書(shū)的效果;另一方面，這些平臺(tái)的使用需要一定的技巧，往往需要提前花費(fèi)一定時(shí)間進(jìn)行熟悉，對(duì)于信息技術(shù)素養(yǎng)不是很高的教師，特別是老教師而言，也是一項(xiàng)不小的挑戰(zhàn)。此外，全國(guó)在線教學(xué)用戶的暴增，也導(dǎo)致各大在線教學(xué)平臺(tái)接連崩潰，一定程度上影響了教學(xué)進(jìn)度、教學(xué)體驗(yàn)和教學(xué)效果。[2]

為了解決在線教學(xué)中的上述難題，本文提出了一種依托遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)直播教室、結(jié)合騰訊會(huì)議工具的互動(dòng)式在線直播教學(xué)方案，并在S高校延期開(kāi)學(xué)期間的在線教學(xué)實(shí)踐中取得了良好的效果，受到了授課教師和學(xué)生的廣泛好評(píng)。

二、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)直播教室在線直播互動(dòng)教學(xué)方案

自2016年起，互聯(lián)網(wǎng)直播憑借其實(shí)時(shí)性、交互性、易用性、覆蓋面廣等特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了迅猛發(fā)展，而其與教學(xué)相結(jié)合，則促進(jìn)了直播課堂的日漸成熟。[3]直播課堂能夠幫助教師回歸課程設(shè)計(jì)本身，免受學(xué)習(xí)多項(xiàng)復(fù)雜技術(shù)的困擾。[4]課堂直播的同時(shí)還能夠進(jìn)行同步錄制，形成寶貴的教學(xué)資源，不僅有利于教師進(jìn)行教學(xué)反思，還能促進(jìn)學(xué)生課后鞏固和自主學(xué)習(xí)，因此也廣受高校師生青睞，其中具有代表性的則是網(wǎng)絡(luò)直播教室的推廣與應(yīng)用。[5]

1.遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)直播教室系統(tǒng)架構(gòu)

一般來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)直播系統(tǒng)主要由采集系統(tǒng)、導(dǎo)播系統(tǒng)、播放系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、接收系統(tǒng)等五個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。采集系統(tǒng)完成音視頻信號(hào)的采集;導(dǎo)播系統(tǒng)可以通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)的方式切換視頻畫(huà)面，并完成視頻信號(hào)的編碼;播放系統(tǒng)使用流媒體服務(wù)器完成媒體資源錄制、直播、點(diǎn)播、存儲(chǔ)和管理;網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)完成音視頻數(shù)據(jù)傳輸;接收系統(tǒng)完成視頻信號(hào)接收和媒體播放。[6]

圖1所示為新冠肺炎疫情防控期間所部署的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)直播教室系統(tǒng)架構(gòu)。教室內(nèi)的互動(dòng)主機(jī)通過(guò)HDMI分別與攝像機(jī)組和教學(xué)電腦相連，將采集到的音視頻流，一方面通過(guò)內(nèi)部專(zhuān)用網(wǎng)傳送到校內(nèi)直播平臺(tái)，另一方面也將音視頻數(shù)據(jù)推流到依托于廠商的外網(wǎng)云直播平臺(tái)。校內(nèi)直播平臺(tái)部署在校園網(wǎng)，經(jīng)過(guò)視頻流壓縮轉(zhuǎn)碼后，以直播的形式呈現(xiàn)到Web服務(wù)器直播網(wǎng)站。用戶可以通過(guò)筆記本電腦、平板電腦或手機(jī)登錄直播網(wǎng)站收看直播。此外，運(yùn)維技術(shù)人員可以通過(guò)后臺(tái)管理系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)配置、鏡頭切換、攝像機(jī)操作等后臺(tái)管理維護(hù)工作。

遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)直播教室內(nèi)部布設(shè)了教師特寫(xiě)、教師全景、板書(shū)特寫(xiě)等攝像機(jī)位。（見(jiàn)圖2）直播系統(tǒng)通過(guò)教師定位裝置、學(xué)生定位裝置以及授課多媒體電腦傳感裝置，實(shí)時(shí)感知教師的當(dāng)前授課狀態(tài)，自動(dòng)對(duì)直播鏡頭進(jìn)行切換，能夠極大地節(jié)省人力成本。[6]

2.內(nèi)部專(zhuān)用網(wǎng)IP映射

出于信息安全的考慮，校內(nèi)直播平臺(tái)部署在校園內(nèi)部專(zhuān)用網(wǎng)中，校外用戶需要通過(guò)VPN訪問(wèn)。為了減輕直播授課期間大量用戶同時(shí)在線而給學(xué)校VPN服務(wù)器帶來(lái)的巨大壓力，需要將校內(nèi)直播平臺(tái)的內(nèi)部專(zhuān)用網(wǎng)IP映射到外部互聯(lián)網(wǎng)。將內(nèi)部專(zhuān)用網(wǎng)IP映射到因特網(wǎng)中，最常用的方法是NAT（Network Address Translation，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）。[7]

本文利用校園網(wǎng)出口防火墻進(jìn)行NAT配置（見(jiàn)圖3），完成內(nèi)部專(zhuān)用網(wǎng)映射，并申請(qǐng)了直播平臺(tái)域名。這樣既能方便校外在家參與直播教學(xué)活動(dòng)的師生進(jìn)行訪問(wèn)，也可以減輕VPN服務(wù)器壓力，還能夠隱藏內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)IP地址以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，保障校園內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)安全。

3.直播收看方案

為了切實(shí)保證網(wǎng)絡(luò)直播的穩(wěn)定性，本方案部署了校內(nèi)和校外兩套直播平臺(tái)。校內(nèi)平臺(tái)部署在校內(nèi)直播服務(wù)器上，校外平臺(tái)則依托于廠商的云直播平臺(tái)。

校內(nèi)直播平臺(tái)方面，首先將需求采集階段獲取的相關(guān)課程，按照授課時(shí)間和地點(diǎn)安排，在平臺(tái)的后臺(tái)管理端，統(tǒng)一導(dǎo)入到直播平臺(tái)中，生成授課安排界面（見(jiàn)圖4）。

學(xué)生在上課時(shí)間登錄校內(nèi)直播平臺(tái)，選擇對(duì)應(yīng)課程觀看直播即可。

校外云平臺(tái)方面，則是以教室名為單位，提前建立直播間，設(shè)置直播推流地址，學(xué)生在上課時(shí)間登錄云平臺(tái)，選擇自己課程所在的教室，進(jìn)入對(duì)應(yīng)的直播間，收看課程直播。

不論是校內(nèi)直播平臺(tái)還是校外云平臺(tái)，均能夠同時(shí)支持WEB（World Wide Web，全球廣域網(wǎng)）和WAP（Wireless Application Protocol，無(wú)線應(yīng)用協(xié)議）兩種訪問(wèn)方式，即學(xué)生不僅可以通過(guò)電腦登錄兩種直播平臺(tái)，也可以通過(guò)平板或手機(jī)進(jìn)行訪問(wèn)，從而為學(xué)生提供了一個(gè)可以隨時(shí)隨地收看課程直播的移動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)境。[8]

4.教師授課方案

在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)直播教室中，設(shè)備會(huì)根據(jù)課表時(shí)間自動(dòng)提前開(kāi)機(jī)。在授課過(guò)程中，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)直播教室的多個(gè)攝像機(jī)位，能夠根據(jù)教師當(dāng)前的授課內(nèi)容，自動(dòng)進(jìn)行鏡頭切換。比如，教師當(dāng)前正在講解PPT內(nèi)容或演示某軟件（如CAD、編程軟件等）操作或播放視頻等，系統(tǒng)通過(guò)感知多媒體電腦正在被操作，就會(huì)自動(dòng)將直播畫(huà)面切換至多媒體電腦屏幕畫(huà)面（見(jiàn)圖5），并在該畫(huà)面停留至電腦累計(jì)無(wú)操作時(shí)間達(dá)15秒（停留時(shí)間可在后臺(tái)進(jìn)行設(shè)置），然后直播系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換至教師講解特寫(xiě)畫(huà)面（見(jiàn)圖6）;當(dāng)教師進(jìn)行板書(shū)時(shí)，會(huì)自動(dòng)切換到板書(shū)鏡頭（見(jiàn)圖7），此時(shí)學(xué)生能夠清楚地看到板書(shū)內(nèi)容。

網(wǎng)絡(luò)直播系統(tǒng)的鏡頭切換等內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制，對(duì)于教師來(lái)說(shuō)是無(wú)感知的。教師在授課的整個(gè)過(guò)程中，都不需要對(duì)直播和錄播設(shè)備進(jìn)行特殊的專(zhuān)業(yè)操作，只需要按照個(gè)人的習(xí)慣正常進(jìn)行授課即可，無(wú)需學(xué)習(xí)相關(guān)設(shè)備和軟件使用方法和使用技巧。這樣就能夠極大地減輕教師的負(fù)擔(dān)，促進(jìn)教師將注意力更多地投放在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)活動(dòng)中。

5.師生互動(dòng)方案

目前網(wǎng)絡(luò)直播平臺(tái)尚未實(shí)現(xiàn)學(xué)生音視頻信息的收集和傳遞，因此學(xué)生只能通過(guò)直播平臺(tái)觀看授課直播，無(wú)法實(shí)現(xiàn)學(xué)生向教師的提問(wèn)和反饋。如果授課教師僅使用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)直播教室授課，而不輔以其他工具的話，那么教學(xué)就變成了單向的知識(shí)傳遞，而不是師生之間的雙向互動(dòng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)良好的教學(xué)效果。

該方案利用騰訊會(huì)議軟件解決網(wǎng)絡(luò)直播教室授課過(guò)程中的師生互動(dòng)問(wèn)題。（見(jiàn)圖8）騰訊會(huì)議是一款方便好用的在線會(huì)議和遠(yuǎn)程辦公軟件，在新冠肺炎疫情防控期間免費(fèi)開(kāi)放，最多能夠支持300人同時(shí)在線。教師可以在課前打開(kāi)授課電腦上的騰訊會(huì)議軟件，登錄個(gè)人賬號(hào)，創(chuàng)建會(huì)議，并向班級(jí)學(xué)生分享會(huì)議號(hào)和參會(huì)密碼。學(xué)生也需要提前在電腦、平板或手機(jī)上安裝騰訊會(huì)議軟件，利用教師分享的會(huì)議號(hào)和參會(huì)密碼加入會(huì)議。在教師講授過(guò)程中，師生兩端均關(guān)閉自己的麥克，通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)直播平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)互動(dòng)。當(dāng)教師提問(wèn)，需要學(xué)生思考回答時(shí)，教師可以點(diǎn)名請(qǐng)某位學(xué)生回答，被點(diǎn)到名的學(xué)生，開(kāi)啟自己的麥克，回答問(wèn)題。當(dāng)學(xué)生有疑問(wèn)時(shí)，隨時(shí)可以開(kāi)啟自己的麥克，向教師提問(wèn)，請(qǐng)求教師答疑解惑。如此一來(lái)，就實(shí)現(xiàn)了教與學(xué)之間流暢、高效的雙向互動(dòng)，一方面能夠?yàn)閷W(xué)生提供個(gè)性化學(xué)習(xí)支持服務(wù)，激勵(lì)和維持學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展;[9]另一方面也能夠讓教師及時(shí)得到教學(xué)反饋，促進(jìn)教學(xué)方法持續(xù)改進(jìn)，保證遠(yuǎn)程直播授課的教學(xué)質(zhì)量。

6.錄像回看方案

遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)直播教室在進(jìn)行課程直播的同時(shí)，也會(huì)同步進(jìn)行課程錄制。授課結(jié)束后，學(xué)生可以登錄校內(nèi)平臺(tái)，進(jìn)行已學(xué)課程的錄像點(diǎn)播，也可以登錄校外平臺(tái)，進(jìn)入課程教室直播間，觀看課程回放。授課教師不僅能夠像學(xué)生一樣觀看課程回放，也可以在結(jié)束本節(jié)授課之后，登錄教室的錄播主機(jī)，下載本次課程的錄像，作為個(gè)人的教學(xué)資料進(jìn)行離線保存。

課程回放不僅能夠讓直播教學(xué)過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障的學(xué)生及時(shí)補(bǔ)學(xué)課堂教學(xué)內(nèi)容，也能夠給學(xué)生提供一種課后復(fù)習(xí)鞏固的良好渠道。同時(shí)，教師通過(guò)觀看課程錄像和回放，能夠及時(shí)進(jìn)行教學(xué)方法的自我反思和改進(jìn)，促進(jìn)個(gè)人教學(xué)能力的提升。

三、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)直播教室教學(xué)實(shí)踐與效果

目前，S高校各個(gè)校區(qū)總共擁有70余間遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)直播教室。在原定開(kāi)學(xué)時(shí)間之前，提前在全校范圍內(nèi)對(duì)有意向使用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)直播教室授課的課程進(jìn)行需求調(diào)研，不僅統(tǒng)計(jì)了相關(guān)課程的課程名、課程號(hào)、任課教師、授課時(shí)間、學(xué)生數(shù)量等信息，也統(tǒng)計(jì)了任課教師對(duì)教室黑板數(shù)量的特殊需求，以此為依據(jù)，合理地安排了每門(mén)課程的授課教室。

授課教室安排完成后，對(duì)同一時(shí)間段授課的課程，根據(jù)其學(xué)生數(shù)量，估算了并發(fā)在線峰值，并對(duì)校內(nèi)和校外平臺(tái)服務(wù)器的承載能力進(jìn)行了細(xì)致評(píng)估，以確保學(xué)生上課期間服務(wù)器壓力在合理區(qū)間，保證直播平臺(tái)正常運(yùn)行。

疫情防控期間的線上教學(xué)前三周，共有分布在兩個(gè)不同校區(qū)的8間遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)直播教室投入使用，直播課程約300課時(shí)，同時(shí)在線人數(shù)峰值約1000人。從系統(tǒng)穩(wěn)定性和觀看流暢性方面來(lái)看，三周的教學(xué)過(guò)程中，整個(gè)系統(tǒng)的無(wú)故障率達(dá)到99.95%。校外云平臺(tái)曾出現(xiàn)過(guò)1次直播視頻中斷現(xiàn)象，中斷時(shí)間約8分鐘，此時(shí)雙直播平臺(tái)的部署設(shè)計(jì)發(fā)揮了作用，受影響的學(xué)生及時(shí)切換到校內(nèi)直播平臺(tái)繼續(xù)學(xué)習(xí)。除此之外均能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，未出現(xiàn)其他故障。學(xué)生及教學(xué)督導(dǎo)均表示，直播視頻畫(huà)面清晰，觀看流暢，系統(tǒng)穩(wěn)定，極少出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象。

從教學(xué)體驗(yàn)和教學(xué)效果來(lái)看，學(xué)生普遍反映，通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)直播教室聽(tīng)課，并結(jié)合騰訊會(huì)議進(jìn)行互動(dòng)，“仿佛置身于教室之中，有種真正上課的感覺(jué)”;授課教師也表示，自己多年以來(lái)形成的授課風(fēng)格基本不用改變，也無(wú)需花費(fèi)額外的時(shí)間掌握各種在線直播平臺(tái)的操作方法，還能得到自己講授課程的錄像，促進(jìn)教育資源的共建與共享，是一種“在特殊時(shí)期進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)直播授課的優(yōu)秀方案”。此外，還有部分教師認(rèn)為，在這種遠(yuǎn)程直播環(huán)境中上課，作為互聯(lián)網(wǎng)原住民的學(xué)生，反而更能夠暢所欲言，比面授教學(xué)時(shí)更敢于提出質(zhì)疑和表達(dá)自己的觀點(diǎn)。

然而，這種基于網(wǎng)絡(luò)直播教室的授課方式，也存在一些缺陷，比如直播視頻平均延時(shí)約10秒，有時(shí)會(huì)接近20秒，導(dǎo)致師生互動(dòng)時(shí)存在一定的時(shí)間差，無(wú)法達(dá)到足夠的實(shí)時(shí)性。這也需要進(jìn)一步優(yōu)化軟硬件配置，降低直播延時(shí)。

四、結(jié)束語(yǔ)

同心戰(zhàn)“疫”，教育不能缺席。針對(duì)新冠肺炎疫情期間國(guó)內(nèi)各大在線直播教學(xué)平臺(tái)的不足，本文提出了一種依托遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)直播教室、結(jié)合騰訊會(huì)議軟件的互動(dòng)式在線教學(xué)方案，該方案既無(wú)需對(duì)授課教師進(jìn)行額外的技能培訓(xùn)，極大地減輕了授課教師的負(fù)擔(dān)，又能充分地滿足PPT、操作演示、視頻展示、板書(shū)等多種授課模式的需求，還能夠?qū)崿F(xiàn)良好的師生互動(dòng)。此外，基于本校軟硬件的部署以及校內(nèi)校外兩個(gè)直播平臺(tái)的雙保險(xiǎn)方案，也能夠避免使用通用平臺(tái)時(shí)，全國(guó)范圍內(nèi)用戶過(guò)多而導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)擁堵問(wèn)題，保證在線直播觀看的流暢性、穩(wěn)定性和可靠性?；谠摲桨傅拇罅拷虒W(xué)實(shí)踐也表明，該方案能夠減輕師生額外的負(fù)擔(dān)，帶來(lái)優(yōu)秀的教學(xué)體驗(yàn)，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

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（編輯：王天鵬）