錄播教室學(xué)生分組訓(xùn)練視頻展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張有坤 趙健民 張欣怡

摘? 要 以全國(guó)職業(yè)院校教學(xué)能力比賽課程錄制為例，基于還教學(xué)于真實(shí)課堂、“一鏡到底”單機(jī)位拍攝的要求，學(xué)生分組訓(xùn)練場(chǎng)景在錄課視頻中無(wú)法呈現(xiàn)。該系統(tǒng)在錄課時(shí)可以將學(xué)生分組訓(xùn)練場(chǎng)景在視頻中很好地展現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)利于授課教師獲得區(qū)域反饋、利于學(xué)生互相觀摩學(xué)習(xí)。該系統(tǒng)可安裝于錄播教室，也可拓展應(yīng)用于其他教學(xué)實(shí)訓(xùn)室等場(chǎng)景。

關(guān)鍵詞 職業(yè)院校;教學(xué)能力;錄播教室;分組訓(xùn)練視頻展示系統(tǒng);黑板一體機(jī);實(shí)訓(xùn)室

中圖分類號(hào)：G434? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2021）18-0014-04

1? 背景

隨著我國(guó)教育的深度發(fā)展，精品課程建設(shè)的推廣、計(jì)算機(jī)多媒體及網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的發(fā)展，大力推動(dòng)了教學(xué)手段的現(xiàn)代化進(jìn)程。目前，錄播教室已成為各中小學(xué)校、高校的基本建設(shè)項(xiàng)目，得到普及應(yīng)用。全國(guó)職業(yè)院校技能大賽教學(xué)能力比賽堅(jiān)持“以賽促教、以賽促學(xué)、以賽促改、以賽促建”，全力提升新時(shí)代職業(yè)院校教師教書(shū)育人能力素養(yǎng)，有力促進(jìn)了職業(yè)教育改革發(fā)展。

2? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1? 賽課錄制的技術(shù)要求

2018年開(kāi)始，教學(xué)能力比賽為了正本清源，還教學(xué)于真實(shí)課堂，對(duì)課堂教學(xué)實(shí)錄視頻提出一個(gè)機(jī)位一鏡到底錄制的要求。具體描述：課堂實(shí)錄視頻須采用單機(jī)方式全程連續(xù)錄制（不得使用搖臂、無(wú)人機(jī)、虛擬演播系統(tǒng)、臨時(shí)拼接大型LED顯示屏等脫離課堂教學(xué)實(shí)際、片面追求拍攝效果、費(fèi)用昂貴的錄制手段），不允許另行剪輯及配音……[1]

課堂實(shí)錄杜絕“為賽而賽”的做法。

2.2? 課堂呈現(xiàn)需求

多數(shù)高校參賽教學(xué)課程選擇在錄播教室錄制。但參賽課程不能采用多機(jī)位錄制，且錄播教室的固定機(jī)位靈活性無(wú)法滿足錄制要求，只能作為錄制課程的授課現(xiàn)場(chǎng)。課堂教學(xué)的錄制需要改為人工單機(jī)位拍攝。

懷化師范高等?？茖W(xué)校參賽的實(shí)用美術(shù)課程“傳承民間工藝美術(shù)? 厚植鄉(xiāng)村教師情懷——傳統(tǒng)手工制作”經(jīng)歷省賽和國(guó)賽選拔賽后獲得國(guó)賽參賽資格。為進(jìn)一步提高參賽課程質(zhì)量，省廳派專家指導(dǎo)組對(duì)授課團(tuán)隊(duì)提出：要對(duì)課程進(jìn)行重構(gòu)設(shè)計(jì)，學(xué)生人數(shù)需增加到正常課堂的30多人，教學(xué)視頻需要對(duì)課堂及學(xué)生分組訓(xùn)練情況進(jìn)行真實(shí)呈現(xiàn)。

一個(gè)攝像機(jī)位在教室后面拍攝，對(duì)教師的授課情況可以展現(xiàn)，但30多名學(xué)生在畫面中呈現(xiàn)的是“黑壓壓的一片后腦勺”。攝制時(shí)更無(wú)法調(diào)度攝像機(jī)位去拍攝學(xué)生分組練習(xí)與訓(xùn)練情況，因此，分組學(xué)習(xí)效果無(wú)法及時(shí)、直觀地在錄課視頻中展現(xiàn)出來(lái)。經(jīng)過(guò)與授課團(tuán)隊(duì)分析、討論，有必要在錄播教室安裝一套用于呈現(xiàn)課堂學(xué)生分組訓(xùn)練情況的視頻展示系統(tǒng)，才能更好地保障課堂錄制效果。

2.3? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

由于錄制的課程設(shè)計(jì)了四個(gè)小組進(jìn)行分組訓(xùn)練，就需要在錄播教室吊裝四個(gè)攝像頭分別拍攝四個(gè)小組的學(xué)習(xí)情況，由黑板一體機(jī)將訓(xùn)練情況顯示出來(lái)。一方面，錄課的攝像機(jī)可以對(duì)黑板上多媒體一體機(jī)進(jìn)行拍攝，一體機(jī)上展現(xiàn)的各小組訓(xùn)練情況畫面自然進(jìn)入錄課攝像機(jī)的鏡頭，從而達(dá)到呈現(xiàn)學(xué)生分組訓(xùn)練情況的效果;另一方面，小組訓(xùn)練的畫面展現(xiàn)在黑板一體機(jī)上，可供授課教師及時(shí)獲得各小組訓(xùn)練的反饋，學(xué)生也可以觀摩其他各小組的訓(xùn)練情況，互相學(xué)習(xí)。這一思路得到授課團(tuán)隊(duì)的積極認(rèn)同，也得到省派指導(dǎo)專家團(tuán)隊(duì)的高度肯定。

2.4? 對(duì)比研究不同的解決方案

經(jīng)過(guò)市場(chǎng)考察、征詢廠商意見(jiàn)、研究類似應(yīng)用，提出兩個(gè)初步設(shè)計(jì)方案。

2.4.1? 基于移動(dòng)錄播主機(jī)方案設(shè)計(jì)的分組視頻展示系統(tǒng)（廠家推薦解決方案）? 信息技術(shù)中心分別向有錄播教室設(shè)計(jì)、建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的廠商提出需求意向，征詢具體的解決方案。有三家廠商報(bào)送了已應(yīng)用于智慧教室的基于微課制作或移動(dòng)錄播主機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的解決方案，即將攝像頭接入移動(dòng)錄播主機(jī)，與電腦聯(lián)網(wǎng)，輸出視頻經(jīng)HDMI數(shù)據(jù)線接入黑板一體機(jī)上進(jìn)行顯示，供教師、學(xué)生觀看，供錄課攝像機(jī)拍攝錄入課堂視頻。教師通過(guò)講臺(tái)上的電腦用軟件控制切換展示畫面，必要時(shí)后臺(tái)技術(shù)員也可以用后臺(tái)電腦協(xié)助授課教師控制，如圖1所示。經(jīng)過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)該方案視頻質(zhì)量很好，能夠達(dá)到拍攝所需效果;但授課教師必須使用講臺(tái)電腦通過(guò)軟件進(jìn)行操控，在教學(xué)實(shí)踐中操控體驗(yàn)不好，視頻有延時(shí)，且費(fèi)用昂貴。

2.4.2? 基于類監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的分組訓(xùn)練視頻展示系統(tǒng)? 學(xué)校電子鋼琴實(shí)訓(xùn)教室有基于類監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，用于展示教師鋼琴指法教學(xué)及展示學(xué)生鋼琴指法訓(xùn)練的系統(tǒng)，即由N路攝像頭接入監(jiān)控錄像機(jī)，直接使用鼠標(biāo)控制硬盤錄像機(jī)切換視頻，通過(guò)云臺(tái)控制器控制云臺(tái)及變焦操作，錄像機(jī)輸出視頻由HDMI數(shù)據(jù)線連接到黑板一體機(jī)向?qū)W生展示指法練習(xí)。經(jīng)過(guò)改造設(shè)計(jì)，也可以應(yīng)用于錄播教室，實(shí)現(xiàn)分組展示訓(xùn)練的效果，如圖2所示。經(jīng)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)該方案簡(jiǎn)單，可接入攝像頭數(shù)量多，視頻低延時(shí)，造價(jià)低，在一些職業(yè)院校的烹飪實(shí)訓(xùn)室也有類似應(yīng)用;但教師必須在講臺(tái)上用鼠標(biāo)操控，操控體驗(yàn)也不理想，且視頻質(zhì)量一般，比較適合對(duì)視頻質(zhì)量要求不高的場(chǎng)景。

2.5? 基于畫面分割器設(shè)計(jì)的錄播室學(xué)生分組訓(xùn)練視頻展示系統(tǒng)

在詳細(xì)分析初步解決方案，了解功能與設(shè)備構(gòu)成，查閱技術(shù)性能、支持協(xié)議等參數(shù)后，根據(jù)教師實(shí)際授課體驗(yàn)需求，設(shè)計(jì)更實(shí)用的基于畫面分割器的錄播教室學(xué)生分組訓(xùn)練視頻展示系統(tǒng)方案，如圖3所示。基于畫面分割器設(shè)計(jì)的錄播教室學(xué)生分組訓(xùn)練視頻展示系統(tǒng)由21倍變焦云臺(tái)攝像頭、遙控HDMI數(shù)字畫面分割器、黑板一體機(jī)、交換機(jī)、后臺(tái)控制電腦、配套網(wǎng)線、HDMI線材等組成。

畫面分割器采用紅外遙控器操控，可對(duì)視頻進(jìn)行硬件切換，實(shí)現(xiàn)全部或單獨(dú)顯示其中任一路畫面的視頻展示;采用HDMI高清數(shù)字線H.264編碼傳輸。系統(tǒng)由教師端、技術(shù)員端兩個(gè)部分組成。

1）教師端（前臺(tái)），由攝像頭—畫面分割器—黑板一體機(jī)組成，全HDMI高清數(shù)字鏈路組網(wǎng)，H.264編碼視頻無(wú)轉(zhuǎn)換傳輸，畫面分割器硬件切換視頻。教師通過(guò)紅外遙控器控制視頻切換展示小組活動(dòng)，有需要時(shí)也可通過(guò)攝像頭遙控器控制變焦、云臺(tái)。

2）技術(shù)員端（后臺(tái)），由攝像頭—交換機(jī)—后臺(tái)控制電腦組成，由交換機(jī)通過(guò)網(wǎng)線組網(wǎng)。必要時(shí)技術(shù)員可以在后臺(tái)監(jiān)看，通過(guò)后臺(tái)電腦協(xié)助教師進(jìn)行變焦、云臺(tái)等控制。

3? 系統(tǒng)安裝與應(yīng)用

3.1? 基于錄播教室的安裝

基于本次課程錄制分為四個(gè)小組的教學(xué)需要，制作視頻展示系統(tǒng)采用四路畫面分割器，對(duì)四個(gè)小組的分組訓(xùn)練進(jìn)行同時(shí)或單獨(dú)展示，稱為四機(jī)位系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)際需要可以采用N路分割器，實(shí)現(xiàn)N機(jī)位系統(tǒng)的拓展。

錄播教室一般為扣板吊頂裝修，攝像頭吊裝在扣板下方;畫面分割器、交換機(jī)、電源、線材均隱藏安裝于扣板上方。教師端由畫面分割器的視頻輸出通過(guò)HDMI線接入黑板一體機(jī)顯示;技術(shù)員端的交換機(jī)引出一根網(wǎng)線接入錄播教室后方的觀摩教室的后臺(tái)控制電腦實(shí)現(xiàn)監(jiān)看及控制，安裝圖如圖4所示。

考慮到實(shí)際課堂教學(xué)中學(xué)生分組位置的不確定性，攝像頭吊裝位置設(shè)計(jì)為可移動(dòng)機(jī)位，即吊裝在經(jīng)過(guò)加固的單獨(dú)扣板上，根據(jù)教學(xué)分組需要，更換活動(dòng)扣板位置即可改變攝像頭機(jī)位。畫面分割器安裝在教室講臺(tái)附近上方扣板上，有利于實(shí)現(xiàn)授課教師遙控操作。

用于展示的一體機(jī)可以利用原黑板一體機(jī)，將畫面分割器的HDMI輸出接入一體機(jī)相應(yīng)接口;也可以單獨(dú)增加一塊顯示屏（懷化師范高等?？茖W(xué)校國(guó)賽課程錄制基于信息化教學(xué)內(nèi)容較多，采用增加一塊75英寸一體機(jī)的辦法）。

后臺(tái)控制電腦可以利用原錄播室的控制電腦，安裝攝像頭自帶的操控軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像頭變焦、云臺(tái)等控制（亦可取消交換機(jī)和后臺(tái)電腦，采用多路硬盤錄像機(jī)組網(wǎng)并操控，接入一臺(tái)顯示器監(jiān)看）。

3.2? 視頻展示系統(tǒng)的使用

基于畫面分割器設(shè)計(jì)的學(xué)生分組訓(xùn)練視頻展示系統(tǒng)安裝在錄播室。授課時(shí)，教師可使用遙控器在講臺(tái)附近遙控切換，實(shí)現(xiàn)多路、單路小組視頻展示的目的。攝像頭云臺(tái)、變焦一般在課前由后臺(tái)或教師端遙控調(diào)試好，教師在授課過(guò)程中若需要臨時(shí)調(diào)整，可通過(guò)遙控器進(jìn)行操控，必要時(shí)也可由技術(shù)員在后臺(tái)協(xié)助控制操作。

3.3? 真實(shí)呈現(xiàn)課堂

學(xué)生分組訓(xùn)練視頻展示系統(tǒng)，在一鏡到底的課堂攝制要求下，能更好地將學(xué)生分組練習(xí)、訓(xùn)練的場(chǎng)景呈現(xiàn)出來(lái)，更為真實(shí)地對(duì)課堂錄制效果進(jìn)行表達(dá)。在授課時(shí)通過(guò)系統(tǒng)對(duì)分組訓(xùn)練情況的展示，授課教師、學(xué)生可以了解分組訓(xùn)練的情況，在教學(xué)中可以建立及時(shí)的區(qū)域反饋，利于及時(shí)評(píng)價(jià)，在一定程度上豐富、創(chuàng)新了課堂互動(dòng)，為教學(xué)監(jiān)測(cè)提供了新思路及技術(shù)保障。

經(jīng)過(guò)十多位教師長(zhǎng)達(dá)半年的授課實(shí)踐檢驗(yàn)，系統(tǒng)操作便捷、畫面高質(zhì)量且視覺(jué)體驗(yàn)無(wú)延時(shí)，受到他們的高度評(píng)價(jià)。本系統(tǒng)應(yīng)用于錄制參賽的實(shí)用美術(shù)課程“傳承民間工藝美術(shù)? 厚植鄉(xiāng)村教師情懷——傳統(tǒng)手工制作”課堂教學(xué)視頻錄制，參加2020年全國(guó)職業(yè)院校技能大賽教學(xué)能力比賽，獲得高職組全國(guó)一等獎(jiǎng)。

4? 技術(shù)特點(diǎn)

4.1? 畫面分割器硬件切換，高畫質(zhì)高可靠傳輸，視覺(jué)體驗(yàn)好

教師端從攝像頭到畫面分割器再到黑板一體機(jī)，采用HDMI高清數(shù)字鏈路組網(wǎng)，H.264編碼視頻無(wú)轉(zhuǎn)碼傳輸，實(shí)現(xiàn)高碼流高畫質(zhì)實(shí)時(shí)傳輸，視覺(jué)體驗(yàn)無(wú)延時(shí)，具有穩(wěn)定、高可靠性。

4.2? 通過(guò)紅外遙控控制，操控便捷、切換靈活，教師操控體驗(yàn)好

授課教師切換畫面采用紅外遙控控制，實(shí)現(xiàn)多路視頻展示、單路視頻（單獨(dú)任意一組）展示。教師切換自由，使用簡(jiǎn)便，在講臺(tái)上、講臺(tái)下均可實(shí)現(xiàn)無(wú)線操控。

4.3? 前臺(tái)與后臺(tái)可獨(dú)立操控，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急互補(bǔ)

前臺(tái)教師端HDMI高清數(shù)字鏈路傳輸、遙控操作，后臺(tái)控制端采用交換機(jī)組網(wǎng)傳輸與控制（支持通用控制協(xié)議），互相獨(dú)立，在教學(xué)過(guò)程中可滿足獨(dú)立操控、應(yīng)急互補(bǔ)的需要。

5? 結(jié)語(yǔ)

目前，錄播教室已經(jīng)普及到中職、高職、高校，縣級(jí)、部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)的中小學(xué)校。分組訓(xùn)練視頻展示系統(tǒng)在展示課堂教學(xué)分組學(xué)習(xí)情況方面效果突出，提高了課堂效率，可在巨量的錄播教室中推廣應(yīng)用，新建錄播室可將之設(shè)置為配套子系統(tǒng)或進(jìn)行模塊化配置。職業(yè)院校、高校有更多的各種實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，均可安裝學(xué)生分組訓(xùn)練視頻展示系統(tǒng)，如中職學(xué)校、高職院校的汽修實(shí)訓(xùn)室、烹飪實(shí)訓(xùn)室等有學(xué)生分組實(shí)訓(xùn)的場(chǎng)景均可安裝。■

參考文獻(xiàn)

[1]關(guān)于舉辦2020年全國(guó)職業(yè)院校技能大賽教學(xué)能力比賽

的通知[EB/OL].[2020-08-13].http：//www.moe.gov.cn/s78/

A07/A07_sjhj/202008/t20200814_478105.html.

[2]T/JYBZ 002—2018.教育用音視頻錄播系統(tǒng)[S].北京：中國(guó)教育裝備行業(yè)協(xié)會(huì)，2018.