關于線上教學模式數字化轉型的技術探討

文/ 黃飛

2022年1月，國務院印發(fā)《“十四五”數字經濟發(fā)展規(guī)劃》，提出深入推進智慧教育；全國教育工作會議提出實施國家教育數字化戰(zhàn)略行動。信息社會背景下，我國教育信息化從1.0時代走進2.0時代、從“簡單應用”走向“深度融合”，教育數字化轉型開啟新征程。同時，近年來由于受疫情影響，實現教學模式的線上數字化轉型已成為大勢所趨。本文在分析現有科技手段與適配教學應用場景的基礎上，提出實現教學數字化轉型的建議，以期為我國“智慧教育”高質量發(fā)展提供參考。

一、引言

隨著信息數字化發(fā)展步伐的加快，科學技術不斷更新變革，推動了各產業(yè)領域的高速發(fā)展，同時也催生著我國教育信息數字化的轉型。在各種新興技術的沖擊下，傳統(tǒng)的教學模式已無法完全滿足當代學生和教師的需要。同時，后疫情時代背景下，疫情的反復對教育事業(yè)產生極大的阻礙與影響，重塑以互聯(lián)網為載體的線上教學模式，將有助于迎來我國智慧教育的歷史性拐點，也有利于推動創(chuàng)新教學理念的步伐。

如何將數字化手段融入現有的教學管理系統(tǒng)與教學方法中去，以實現教師在線授課、學生在線互動與創(chuàng)新管理等方面的提升，應先樹立起“互聯(lián)網+”的理念，并借力于“內容+工具”深度融合發(fā)展，釋放信息化乘數效應，打破時間、空間、地域的限制，完成線上教育模式的數字化轉型。

二、運用數字化科技手段進行線上教學的優(yōu)勢

(一）數 字 化 科 技 的 定 義及范圍

數字技術又稱數碼技術，數字科技的本質是以產業(yè)既有知識儲備和數據為基礎，以不斷發(fā)展的前沿科技為動力，著力于“產業(yè)×科技”的無界融合。數字技術幾乎每天都在迅猛發(fā)展，更新迭替，其涉及范圍大致可包括：網絡相關技術（SDN，VPN，以太網，光網絡等）；通信相關技術（5G，WIFI，物聯(lián)網）；云計算相關技術（虛擬化技術，編排技術，存儲技術，高性能處理器等）；智能化技術（人工智能，機器學習、機器視覺，語音識別等）；大數據技術（數據采集，挖掘、分析等）；安全技術（防攻擊預防，區(qū)塊鏈技術、加密/解密等）；計算技術（CPU，GPU，DPU等）及自動化技術（無人機，無人駕駛技術，自動引導車[AGV]等）；等等。

(二）數字化教學模式有助于提升教學質量

教學質量包含師資力量水平、教學內容及教學效率幾方面，在傳統(tǒng)教學模式中，校方教師資源比較固定，而作為知識的傳播者，如果教師水平參差不齊，受教育的學生獲得的教育成果也將隨之影響，如果利用數字化科技手段，將校外優(yōu)秀課件、教案形成線上資源庫進行共享，將大大擴寬信息共享渠道，促進教學質量的整體提升。

(三）數字化教學模式有利于縮減教學成本

近年來由于疫情的突發(fā)，許多原本花了大量人力、物力及財力的課程被拖延甚至取消，造成了不必要的損失，而線上數字化教學恰好能解決這一問題，利用互聯(lián)網技術，學生和老師可以在家中照常進行教學，大大縮減了教學成本的開支。

同時，在傳統(tǒng)教學中常常會邀請異地優(yōu)質教師來講課，那么線上教學模式也完全可以實現不同空間的同時傳授，免去了交通、時間等各類成本。

(四）數字化教學模式能激發(fā)創(chuàng)新教學設計理念

對線上教學模式進行數字化轉型有助于激發(fā)創(chuàng)新教學設計理念，更好地貫徹“以人為本”的理念，在教學過程中，更加關注學生與教師的訴求，強化視覺感官的體驗，圍繞教學計劃提供更有利于教學的環(huán)境及交互感，使傳道授業(yè)解惑從單純的講授與接受向更符合人本理念的多元化方式創(chuàng)新設計。

三、線上教學模式數字化的實現途徑及優(yōu)化對策

智慧教育的實現首先需要建立“互聯(lián)網+數字化教學環(huán)境”的理念，即在設計整體布局時，將所涉及的技術手段植入數字化教學系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)中去，并考慮到各環(huán)節(jié)的無縫對接和信息互通，為及時響應教學與管理的需求做好保障。最終實現從簡單的利用網絡實現單點教學需求的“簡單應用”向構建涵蓋移動互聯(lián)、大數據分析和智能交互的“深度融合”轉變。

以下將根據各數字化科技手段的特性及與教學的適配度，從三個方面來探討線上教學模式數字化轉型實現途徑的對策建議。

(一）線上教學平臺方面

目前，針對國內主流在線教育平臺如中國大學慕課（MOOC）、騰訊課堂、雨課堂等，進行調研及對比分析后發(fā)現，這類平臺還存在較為明顯的問題有待解決，那就是海量的在線課程資源在面對實際供給需求適應性上還不夠，因此課程的利用率不高。而相較于主流在線教育平臺，大部分線上會議APP雖然可以根據需求有針對性地開展授課，但軟件功能還較為單一，具體以視頻學習、在線答疑為主，在交互式教學、個性化學習等方面還存在明顯不足。同時，教室容納的人數也有所限制，網絡方面的穩(wěn)定性也具有不可控因素。針對以上問題，建議根據自身的教學目的和內容需求架構個性化的云上虛擬教室。通常情況下，虛擬教室選擇搭載在學校的官方網站或官方微信公眾號上，以直播間的形式在前臺呈現，學生可根據持有的賬號密碼登錄到所需的課程頁面中。

在架構虛擬教室空間時，主要采用綠幕摳像技術、虛擬演播技術和人機交互技術作為支撐。綠幕摳像技術即根據拍攝背景色與拍攝人物主體色的差異，通過顏色鍵控技術，將拍攝人物主體從背景中提取出來。由于大多數現代數字相機使用搭配的拜耳數字序列濾鏡中，綠色濾鏡數量為紅色和藍色的兩倍，因此更多的綠色光源信息會被記錄下來，為得到高質量的后期畫質，將拍攝背景設置為綠幕。而在構建云上虛擬教室時，首先利用綠幕摳像技術將教師從背景設置的綠幕中摳出，利用3D建模技術將教室或演講臺的畫面渲染出來，再通過虛擬實時合成技術將人像與授課場景畫面相互融合，即可呈現出真實且極具科技感的面授場景。授課相關的文字、視頻及PPT可通過嵌入背景指定區(qū)域，教師可通過手中的翻頁器來控制切換頁面，而所需展示的PPT等畫面則只需通過單位機鏡頭的推拉、特寫等手段，便可呈現出最好的比例適配度供學生學習觀看。

云上虛擬教室的優(yōu)勢，除了感官上身臨其境之外，對于學生與教師的交互式體驗也是其最大的創(chuàng)新點。人機交互技術的本質是信息的交換過程，即通過計算機輸入、輸出設備，以有效的方式實現人與計算機對話的技術。人機交互技術包括機器通過輸出或顯示設備給人提供大量有關信息及提示請示等，人通過輸入設備給機器輸入有關信息，回答問題及提示請示等。而利用人機交互技術，可以在虛擬教室中實現在線簽到、在線問答、投票互動等，同時，還能根據教學計劃設置在線競賽、搶答等功能，讓傳統(tǒng)的知識機械式灌輸轉變?yōu)榉袭敶嗄昱d趣喜好的學習模式，學習成效也更加深入人心。

(二）線上教學形式方面

為了更注重教學方式和內容的更新與升級，讓課堂插上科技的翅膀，突破時間、空間的局限，我們在對線上教學形式的數字化轉型上應更多地創(chuàng)新與思考。

傳統(tǒng)的授課形式大多以課本教學為主，輔以PPT、視頻、教具以及現場實地教學等形式，可以說教材是學生唯一的學習內容，是課堂知識的主要來源。但這存在著一定的弊端，教學的主體除了教師，還有學生，如何激發(fā)起學生自身“學”的主體意識，充分調動起教與學的良性互動，同時克服由于疫情等不確定因素所造成的時間和空間上的阻礙，可以通過巧妙地利用數字化手段開發(fā)創(chuàng)新多元化的教學形式來為解決上述問題提供思路。

虛擬增強現實技術是一種綜合應用計算機圖形學、人機接口技術、傳感器技術以及人工智能的技術。利用這一技術，可以制造出逼真的人工模擬現場實地教學環(huán)境，將真實的現場場景以真實的比例及清晰的畫質呈現在眼前，并能有效地模擬人在自然環(huán)境中的各種感知。以去學校參觀學習為例，這些場所往往會由于疫情的影響臨時關閉，或者因為不在同一城市，交通不便等因素，導致教學計劃無法順利開展。現在我們可以通過利用虛擬空間技術，即利用建模、渲染算法等手段，將博物館每層、每個展區(qū)甚至展區(qū)中所陳列的展項，都以真實的比例還原到虛擬空間，做到足不出戶即可云游博物館。學員可以VR眼鏡為載體，以第一視角在這個虛擬的空間里進行學習與探索。目前已經有不少博物館或展示廳開發(fā)了云上參觀的路徑，我們也可以通過學校與場館方官網端口的互通來達到集成展示參觀路徑的效果。同時，這個思路也可以用在搭建學校VR數字圖書館上。

然而，虛擬增強現實技術能做到的還遠不止于此，目前全球正處于5G云VR時代，“VR+教育”將助力教學質量“質”的飛躍，對于地理、歷史、生物等課程，學生可以不受空間時間限制，穿梭在不同時空，親臨各種歷史事件、漫游在宇宙中、與各種利用立體成像技術制作的珍禽奇獸親密接觸。這一切都可以極大地激發(fā)學生的好奇心，提升對學科的興趣，進而產生學習動力。

而對于物理、化學這些實驗性課程，在VR中，學生也可以不受限制地進行各種虛擬實驗，安全性得到極大提升，實驗頻率、覆蓋率都有了保證，減輕了老師的監(jiān)管壓力。

(三）線上教學管理方面

當前，大部分學校都具備一定程度的信息化教學與管理系統(tǒng)建設，但普遍存在的問題也較具有共性，即各模塊與功能之間脫鉤，資源信息共享欠缺，在不斷投入人力、物力、財力后，由于缺乏優(yōu)秀的教學管理手段及統(tǒng)一的教學資源應用標準，從而出現重復性建設及信息不兼容等諸多問題。

我們可以借鑒大數據技術，利用對數據的采集、挖掘及分析等手段將各個環(huán)節(jié)的信息打通，實現模塊及功能、教學與管理間的系統(tǒng)化建設，能幫助學校做出更積極的教學決策。從教學整體流程分析，學生從報道起完整的個人信息就錄入后臺管理系統(tǒng)中，建立學生個人電子檔案夾，之后學生在課堂的線上簽到、課堂表現及在線測試成績等一系列數據都將記錄在學生的個人電子檔案夾中，最終利用大數據分析及比對等技術，對學生的綜合能力構建出數據圖。對學生而言，他自身就能很清楚地看到自己在各個方面的能力分析，做到取長補短，及時修正，這是對學生本體而言。對于學校來說，后臺可以為教學管理者模擬出“數據駕駛艙”，即在駕駛艙中可以根據個性化需要設定數據可視化看板，例如總體分析比對出的出勤率、生源成分、各科教學成果等，為及時掌握和調整教學及管理工作提供準確的數據支持。

四、結語

我國數字技術與教育經歷了起步、應用、融合、創(chuàng)新四個階段，目前正處于融合與創(chuàng)新并存的時期。要及時抓住數字時代新技術、新方法、新思維方式所帶來的創(chuàng)新浪潮，為實現智慧教育建設增添一份助力。