生物學(xué)個(gè)人線上教學(xué)虛擬直播間建設(shè)探析

崔學(xué)

摘要：當(dāng)前，疫情防控形勢(shì)復(fù)雜，線上教學(xué)已經(jīng)成為特殊時(shí)期的新常態(tài)。在長(zhǎng)期的網(wǎng)絡(luò)授課實(shí)踐過(guò)程中，多數(shù)教師已經(jīng)能夠熟練運(yùn)用各種線上教學(xué)軟硬件。此時(shí)，很多教師已經(jīng)不滿足于當(dāng)下取得的成績(jī)，更清晰的音畫呈現(xiàn)，更立體的細(xì)節(jié)演示，更豐富的技術(shù)手段成了老師們追求的目標(biāo)。該文主要針對(duì)線上教學(xué)中聲音系統(tǒng)、真人出鏡和虛擬直播間建設(shè)等方面的一些問題進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：線上教學(xué)??語(yǔ)音降噪??麥克風(fēng)音量??真人出鏡??綠幕摳像??虛擬直播間

中圖分類號(hào)：G421?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Analysis?of?the?Construction?of?the?Virtual?Live?Broadcasting?Room?for?Personal?Online?Teaching?of?Biology

CUI??Xue

（Heilongjiang?Agricultural?Engineering?Vocational?College，?Harbin，?Heilongjiang???Province，?150025?China）

Abstract：?At?present，?the?situation?of?epidemic?prevention?and?control?is?complex，?and?online?teaching?has?become?a?new?normal?in?a?special?period.?In?the?long-term?practice?of?online?teaching，?most?teachers?have?been?able?to?skillfully?use?all?kinds?of?online?teaching?software?and?hardware.?At?this?time，?many?teachers?are?no?longer?satisfied?with?the?current?achievements，?and?clearer?audio-visual?presentation，?more?three-dimensional?detail?demonstration?and?richer?technical?means?have?become?the?goals?pursued?by?teachers.?This?paper?mainly?discusses?some?problems?in?online?teaching，?such?as?the?sound?system，?live?appearance?and?the?construction?of?virtual?live?broadcasting?rooms.

Key?Words：?Online?teaching;?Voice?noise?reduction;?Microphone?volume;?Live?appearance;?Green?screen?matting;?Virtual?live?broadcasting?room

在線上教學(xué)比重大幅度增加的當(dāng)下，如何基于廣大教師的現(xiàn)實(shí)情況，自費(fèi)建設(shè)成本低、效果好、操作簡(jiǎn)便、且具備一定便攜性的個(gè)人線上教學(xué)系統(tǒng)，已成為一個(gè)迫切的問題。下面，筆者就個(gè)人在此方面形成的一些經(jīng)驗(yàn)，與大家進(jìn)行交流分享。

1聲音系統(tǒng)

1.1功能說(shuō)明

聲音幾乎是教師上課時(shí)最重要的知識(shí)傳播載體，音量小、噪音大、或者外界聲音信息傳入，從心理學(xué)上講，任何一點(diǎn)聲音干擾都會(huì)造成無(wú)意注意，分散學(xué)生們好不容易集中起來(lái)的注意力?？v使課件再精美，課程設(shè)計(jì)再巧妙，傳播知識(shí)的效率都會(huì)大打折扣。

疫情期間線上授課的地點(diǎn)幾乎都是在家里，外部噪音難以干預(yù)。還有電腦風(fēng)扇本身的噪音，怎么也消除不掉的電流聲，嚴(yán)重影響聲音效果。另一種廣泛存在的現(xiàn)象是，即使把所有能設(shè)置的地方都調(diào)到最大，學(xué)生還是反映音量小、聽不清，開啟聲音增強(qiáng)，語(yǔ)音大了，噪音也被加倍放大。換專業(yè)麥克風(fēng)，音量小的問題也無(wú)法解決。目前可以搜到的解決方案中，不僅需要外置聲卡、專業(yè)話放，還需要重新裝修房間滿足聲學(xué)環(huán)境要求。其成本之高，讓老師們難以在家中實(shí)現(xiàn)。下面，介紹一下最適合教師上課的低成本聲音解決方案。

1.2硬件準(zhǔn)備

首先了解一下麥克風(fēng)的種類，常見的有鋁帶麥、動(dòng)圈麥、電容麥。其中鋁帶麥克風(fēng)誕生較早，已逐漸退出市場(chǎng)。動(dòng)圈麥靈敏度低，演唱會(huì)、KTV常用。電容麥靈敏度高，可細(xì)分為振膜電容麥和駐極體電容麥。前者音質(zhì)好，價(jià)格貴，多用于電臺(tái)、錄音棚；后者音質(zhì)稍差，勝在價(jià)格低、體積小，手機(jī)、筆記本電腦機(jī)身自帶的都是駐極體麥克風(fēng)[1]。

話筒的任務(wù)就是收集聲音，靈敏度低，環(huán)境噪音和人聲收錄的都少，靈敏度高，人聲收錄好，環(huán)境噪音收錄的也多。想提高人聲、降低噪音，只有兩種方法，一是讓麥克風(fēng)離嘴盡可能的近，并大聲說(shuō)話，讓人聲蓋過(guò)噪音；二是讓環(huán)境盡可能安靜，從源頭上消除噪音。演唱會(huì)沒辦法安靜，只能使用低靈敏度的動(dòng)圈麥，盡量少收音。電臺(tái)有專業(yè)的隔音吸音裝修，主持人離麥也很近，所以可以盡情使用超高靈敏度的大振膜電容麥，讓聽眾聽到聲音的全部細(xì)節(jié)。

但無(wú)論哪種方式，都無(wú)法解決音量的問題。聲音進(jìn)入電路的信號(hào)本身就是很弱的，要想獲得大音量必須借助聲卡和話筒放大器的物理信號(hào)增益功能，信號(hào)增益對(duì)人聲和噪音是一視同仁、等量放大的。而且專業(yè)的聲卡和話放價(jià)格非常昂貴。

綜上，從原理上來(lái)看，任何一種麥克風(fēng)在硬件功能上都無(wú)法提高人聲降低噪音，也無(wú)法獲得大音量。在低成本解決方案中，想要獲得高人聲低噪音的清晰音質(zhì)只有兩方面可以入手，一是讓麥克風(fēng)離嘴盡可能的近，二是利用軟件進(jìn)行音量虛擬增益放大和虛擬降噪[2]。

在麥克風(fēng)選擇上，不建議購(gòu)買太貴的專業(yè)麥克風(fēng)，可以選擇USB電容麥、USB接頭領(lǐng)夾麥，前者音質(zhì)相對(duì)好，后者更便攜。這些麥克風(fēng)便宜的幾十塊，最貴不過(guò)幾百元。盡量選擇USB接口設(shè)備，因?yàn)?.5毫米圓頭接口的麥克風(fēng)直接插在電腦上會(huì)有嗞嗞的電流噪音。由于上課時(shí)需要手寫板書、打字，有些老師還需要有手勢(shì)演示，麥克風(fēng)還要盡量靠近嘴，所以擺在桌面上是很不方便的。如果使用體積較大的USB電容麥，建議配懸臂麥克風(fēng)支架，把麥克風(fēng)吊起來(lái)，這樣不影響雙手的動(dòng)作。領(lǐng)夾麥直接夾在衣領(lǐng)或者胸前就可以。這兩種方案都可以縮短麥克風(fēng)和嘴的距離。如上課時(shí)手部動(dòng)作較少，自帶虛擬降噪的USB電腦桌面麥也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

不建議選購(gòu)無(wú)線麥克風(fēng)，一是聲音會(huì)有延遲，二是上課中途電量不足容易造成教學(xué)事故。尤其是藍(lán)牙耳機(jī)，再好的藍(lán)牙耳機(jī)與電腦的適配性都是存在問題的，會(huì)存在語(yǔ)音延遲、信號(hào)不穩(wěn)定、輸入和輸出無(wú)法同時(shí)使用等各種問題。

1.3?操作指南

準(zhǔn)備好硬件后，還需要用軟件對(duì)聲音進(jìn)行放大增益和降噪。和手機(jī)攝像頭的虛擬變焦比不過(guò)專業(yè)相機(jī)長(zhǎng)焦鏡頭原理一樣，聲音的虛擬增益是無(wú)法和話放的物理增益相比的，同時(shí)虛擬降噪會(huì)消除掉一定波長(zhǎng)頻率的聲音，音質(zhì)會(huì)有一定損失[3]。但環(huán)境、設(shè)備、發(fā)音標(biāo)準(zhǔn)程度都是一般水準(zhǔn)，就像水桶原理，其他板都不長(zhǎng)，所以降噪帶來(lái)的音質(zhì)損失也不會(huì)有太大影響。只要能讓學(xué)生清晰無(wú)干擾的聽到授課內(nèi)容，就達(dá)到了最終目的。

多數(shù)系統(tǒng)中，在屏幕右下角的小喇叭圖標(biāo)處，依次點(diǎn)擊：右鍵—錄音設(shè)備—麥克風(fēng)—右鍵—屬性，即可調(diào)出麥克風(fēng)音量選項(xiàng)卡，在這里將麥克風(fēng)的音量調(diào)到100。有些系統(tǒng)會(huì)帶有麥克風(fēng)加強(qiáng)選項(xiàng)，可以選擇+10?dB、+20?dB、+30?dB，數(shù)值越大，音量增強(qiáng)的越多，但通常加到20?dB，噪音就會(huì)非常大。還有些系統(tǒng)在選項(xiàng)卡里可以找到噪音抑制、回聲消除等選項(xiàng)。勾選對(duì)應(yīng)項(xiàng)可以使音質(zhì)得到一定程度改善，但效果并不理想。

由于系統(tǒng)自帶聲音放大和噪音抑制效果較差，甚至有些電腦系統(tǒng)和麥克風(fēng)沒有這類功能選項(xiàng)，所以需要安裝軟件EqualizerAPO及其librnnoise_vst降噪插件。此軟件及插件在搜索引擎就可以搜索到，找到后把它下載到電腦上。為保證音質(zhì)，在安裝軟件前，要先將聲音選項(xiàng)卡中的麥克風(fēng)音量調(diào)到100，麥克風(fēng)加強(qiáng)調(diào)到0，取消噪音抑制的勾選。

找到下載的安裝包，雙擊，按照提示進(jìn)行安裝，此過(guò)程中需要記住安裝軟件的具體位置，通常為“C：＼Program?Files＼EqualizerAPO”。安裝完成后，軟件會(huì)提示選擇正在使用的設(shè)備，選項(xiàng)卡Playback是音箱耳機(jī)等輸出設(shè)備，Capture?devices是麥克風(fēng)等輸入設(shè)備，在這兩個(gè)選項(xiàng)卡中選擇正在使用的即可。如果不清楚正在使用哪一個(gè)，到屏幕右下角小喇叭處，右鍵分別查看播放設(shè)備和錄音設(shè)備，列表內(nèi)有綠色勾選的即為當(dāng)前使用設(shè)備。安裝完成后，軟件會(huì)提示重啟電腦，此時(shí)先不要重啟。把安裝包內(nèi)VST文件夾內(nèi)的文件librnnoise_vst右鍵復(fù)制，然后打開軟件安裝位置內(nèi)的VSTPlugins文件夾（通常為“C：＼Program?Files＼EqualizerAPO＼VSTPlugins”），將librnnoise_vst粘貼到此處。

完成后返回到上一級(jí)EqualizerAPO文件夾，在文件Editor.exe上，點(diǎn)擊右鍵—發(fā)送到—桌面快捷方式，可方便今后隨時(shí)設(shè)置。此時(shí)，重啟電腦。

重啟后，雙擊桌面上的Editor圖標(biāo)，打開軟件，在窗口中間上方Device下拉列表內(nèi)，選擇當(dāng)前使用的麥克風(fēng)。點(diǎn)擊下方空白窗口內(nèi)的綠色加號(hào)，選擇Basic?filters—Preamp（Preamplification），即成功設(shè)置麥克風(fēng)音量增益功能，可通過(guò)右側(cè)的旋鈕或數(shù)值調(diào)整音量增大幅度，通常調(diào)到15?dB至20?dB之間即可。

再次點(diǎn)擊綠色加號(hào)，選擇Plugins—VSTplugin，在創(chuàng)建的選項(xiàng)卡上找到“Options”，點(diǎn)擊它左側(cè)的方塊小圖標(biāo)，在彈出的窗口內(nèi)選擇上文提到的librnnoise_vst插件粘貼位置（通常為“C：＼Program?Files＼EqualizerAPO＼VSTPlugins”），雙擊文件librnnoise_vst，即可成功實(shí)現(xiàn)降噪功能。成功設(shè)置后，關(guān)閉軟件即可，每次開機(jī)也無(wú)須重新設(shè)置（如圖1）。

依托EqualizerAPO軟件的強(qiáng)大功能，可以得到十分滿意的音量和非常好的人聲清晰度。同時(shí)，環(huán)境中的各種噪音，包括近距離的鼠標(biāo)鍵盤敲擊聲音都能得到良好的屏蔽。經(jīng)過(guò)筆者的親身測(cè)試，隔壁裝修的電鉆聲音都能得到大幅衰減，完全不影響上課。EqualizerAPO軟件的硬件容忍度也非常高，如果預(yù)算有限，麥克風(fēng)的選擇也可以不限于前文所提到的幾種類型，十幾元的3.5?mm圓頭接口耳機(jī)話筒也能獲得較滿意的音質(zhì)。

2虛擬直播間

2.1功能說(shuō)明

在線下授課過(guò)程中，教師的神態(tài)、表情、動(dòng)作，都是課堂的有機(jī)組成部分，在提高學(xué)生注意力、輔助知識(shí)理解等方面有著不可替代的作用。然而線上授課時(shí)，即使老師們開啟攝像頭真人出鏡，由于清晰度、畫面尺寸、人物背景中的無(wú)關(guān)事物等各種因素制約，教師的表情神態(tài)和肢體語(yǔ)言傳遞信息的功能也大打折扣[4]。虛擬直播間搭建可有效地營(yíng)造教師出鏡的現(xiàn)場(chǎng)感，讓學(xué)生獲得身臨其境的聽課體驗(yàn)，下面就此技術(shù)做一探索。

2.2硬件準(zhǔn)備

攝像頭無(wú)疑是真人出鏡最重要的設(shè)備之一，教師授課攝像頭應(yīng)力求寫實(shí)還原，畫面清晰。筆者這里推薦羅技系列攝像頭，物美價(jià)廉的C920已經(jīng)可以滿足大部分老師的需求。如果對(duì)畫質(zhì)有較高要求，可升級(jí)為C930或C1000。將攝像頭架設(shè)在主顯示器上沿中間即可，高度盡量與眼睛平齊，此角度和位置對(duì)營(yíng)造人物與觀眾的交流感是非常合適的。

為了減少授課背景中的無(wú)關(guān)干擾，需要購(gòu)買綠幕，通過(guò)軟件摳圖，僅讓教師人像出現(xiàn)在畫面中。如果授課位置后方有衣柜、窗簾桿或平整墻面，可以將綠幕懸掛起來(lái)，購(gòu)買普通幕布即可，價(jià)格大約每平米10元。如果不方便懸掛，可以購(gòu)買帶邊框支架的背景布，雖然價(jià)格稍貴一些，但其自帶落地三腳架不受場(chǎng)地限制，正反兩面紅藍(lán)雙色，鋼絲支撐邊框可有效避免背景布褶皺，能夠獲得更完美的摳像效果。綠幕的放置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離人物，且覆蓋整個(gè)畫面背景為宜[5]。

此外，良好的光線也對(duì)最終呈現(xiàn)畫面有著至關(guān)重要的作用，準(zhǔn)備兩盞家用臺(tái)燈或落地?zé)艏纯?。一盞放置在人物的側(cè)上方，照亮臉部等出鏡部分。此時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)人物的影子投射在綠幕上，需要讓另一盞燈照亮幕布，消除陰影。這樣，可使后期摳像人物邊界清晰，無(wú)毛邊[6]。如果有更高的需求，可以購(gòu)買專業(yè)的補(bǔ)光燈。若所處空間自然光線良好，也可不用燈光照明。

2.3?操作指南

所有硬件設(shè)備準(zhǔn)備就緒后，需要下載軟件OBS?Studio。這是一款視頻直播錄制軟件，提供了視頻、文本、圖像等的捕獲錄制功能。其以界面簡(jiǎn)潔，功能強(qiáng)大，完全免費(fèi)等特點(diǎn)，深受廣大用戶的喜愛。

下載安裝完成后打開軟件，上方的大窗口為對(duì)外輸出的畫面，下方通常有場(chǎng)景、來(lái)源、混音器、控件四個(gè)小窗口。想要獲得虛擬直播間效果，需要進(jìn)行一系列設(shè)置。

第一步，添加虛擬直播間背景。點(diǎn)擊“來(lái)源”小窗口下方的加號(hào)“+”—“圖像”—“確定”—“瀏覽”—“確定”，在電腦里選擇事先下載好的合適的背景圖片，可以是教室或其他房間場(chǎng)景圖片。此時(shí)可以在上方大窗口中看到選擇的圖片，用鼠標(biāo)拖動(dòng)邊緣的紅框調(diào)整圖片大小和位置，以圖片覆蓋整個(gè)背景不露黑邊為宜，如圖2所示。

第二步，添加邊框。和第一步一樣，依然點(diǎn)擊“來(lái)源”小窗口下方的加號(hào)“+”—“圖像”—“確定”—“瀏覽”—“確定”，在電腦里選擇事先下載好的合適的邊框圖片，可以是電視機(jī)或電腦顯示器圖片。再調(diào)整邊框大小，放置在合適的位置。

第三步，添加屏幕分享。點(diǎn)擊“來(lái)源”小窗口下方的加號(hào)“+”—“顯示器采集”—“確定”—在“顯示器”中選擇“顯示器1”—“確定”，用鼠標(biāo)拖動(dòng)邊緣的紅框，調(diào)整屏幕分享畫面的大小和位置，使其處于第二步添加的邊框內(nèi)。

第四步，添加人物畫面。點(diǎn)擊“來(lái)源”小窗口下方的加號(hào)“+”—“視頻采集設(shè)備”—“確定”—在“設(shè)備”中選擇想用的攝像頭—“確定”，用鼠標(biāo)拖動(dòng)邊緣的紅框，調(diào)整攝像頭畫面的大小和位置。在“來(lái)源”小窗口內(nèi)，右鍵點(diǎn)擊“視頻采集設(shè)備”—“濾鏡”—在效果濾鏡小窗口下方點(diǎn)擊加號(hào)“+”?—“色度鍵”，如果背景布是綠色，則在“關(guān)鍵的顏色類型”?中選“綠色”，其他顏色同理。然后，主要調(diào)整“相似度”和“平滑”兩項(xiàng)，觀察上方窗口，直至人物背景變?yōu)榛疑?，摳圖干凈無(wú)毛邊為止，通常默認(rèn)值即可達(dá)到比較好的效果。也可以把平滑調(diào)為0，然后不斷調(diào)整相似度，觀察效果。調(diào)整完畢后點(diǎn)“關(guān)閉”即可。

第五步，啟動(dòng)虛擬攝像機(jī)。想要將設(shè)置好的虛擬直播間畫面應(yīng)用于網(wǎng)課，還需要點(diǎn)擊右下角“控件”小窗口中的“啟動(dòng)虛擬攝像機(jī)”。然后打開授課軟件，如釘釘、騰訊會(huì)議等，在其中的攝像頭選項(xiàng)中，選擇OBS?Virtual?Camera，呈現(xiàn)的就是設(shè)置好的虛擬直播間畫面。

這一方法也適用于教師錄制個(gè)人微課，只需要將第五步中點(diǎn)擊“控件”小窗口中的“啟動(dòng)虛擬攝像機(jī)”改為點(diǎn)擊“開始錄制”即可。OBS的其他功能也非常強(qiáng)大，能實(shí)現(xiàn)非常多樣的教學(xué)場(chǎng)景，各位老師可以自行探索學(xué)習(xí)。

比較遺憾的是，目前釘釘如果不購(gòu)買會(huì)員，攝像頭畫質(zhì)會(huì)受到很大限制，清晰度非常差。虛擬直播間畫面中，PPT上的字可能會(huì)看不清。此外，像智慧樹這樣的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)是不支持電腦端攝像頭分享的，只能使用屏幕分享功能。

那么，使用屏幕分享功能如何實(shí)現(xiàn)高清逼真的真人出鏡效果呢。推薦使用“攝像頭錄像大師”這款免費(fèi)軟件[7]。下載安裝后，打開軟件，點(diǎn)擊“菜單”—“系統(tǒng)設(shè)置”—“視頻設(shè)置”，在右側(cè)“攝像頭”中選擇要使用的攝像頭，下方的“錄像分辨率”選擇“440×440”，然后點(diǎn)擊“保存”。在軟件窗口畫面點(diǎn)擊右鍵，勾選“窗口永居最前”和“精簡(jiǎn)模式”這兩項(xiàng)。這樣就獲得了一個(gè)永遠(yuǎn)置頂顯示在屏幕上的無(wú)邊框攝像頭畫面，無(wú)論網(wǎng)課軟件是否支持?jǐn)z像頭分享，都可以實(shí)現(xiàn)人物出鏡功能。

綜上，借助信息技術(shù)，在聲音系統(tǒng)、真人出鏡、虛擬直播間等方面尋求突破，力爭(zhēng)達(dá)到更好的線上教學(xué)效果，使學(xué)生獲得不輸線下教學(xué)的體驗(yàn)，甚至在某些方面勝過(guò)線下教學(xué)。隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，教師的教學(xué)方法也要與時(shí)俱進(jìn)，豐富的技術(shù)手段不止于融入線上教學(xué)，下一步也要探索將其利用在線下實(shí)體教學(xué)中。在廣闊的后疫情時(shí)代，打通線上線下的分界線，探索教學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李芝萱.校園線上教育平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2016.

[2] 高巍，楊根博，蔡博文.高等學(xué)校四種線上教學(xué)模式效果比較研究[J].黑龍江高教研究，2022，40（2）：155-160.

[3] 顧麗愛.開放大學(xué)線上教學(xué)現(xiàn)狀與對(duì)策研究[D].石家莊：河北師范大學(xué)，2019.

[4] 李克寒，劉瑤，謝蟪旭，等.新冠肺炎疫情下線上教學(xué)模式的探討[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2020，34（3）：264-266.

[5] 李祥輝，林東紅，洪小穎，等.臨床實(shí)驗(yàn)室管理學(xué)課程全線上教學(xué)模式的實(shí)踐與探索[J].福建醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2021，22（2）：72-74.

[6] 陳磊，周楠迪，陳鵬程.適應(yīng)新工科特色的《食品發(fā)酵技術(shù)》線上教學(xué)模式探索與反思[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2022，48（3）：325-330.

[7] 羅振南.三晉理工學(xué)院線上教學(xué)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連：大連理工大學(xué)，2020.