常態(tài)化課堂錄播系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用

摘 要 隨著教育信息化的迅速發(fā)展，線上線下混合式教學(xué)成為重要的教學(xué)模式。教學(xué)視頻資源對(duì)促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和教師教學(xué)質(zhì)量的提升具有積極作用。通過對(duì)現(xiàn)有多媒體教室視頻監(jiān)控設(shè)備的擴(kuò)展應(yīng)用，設(shè)計(jì)開發(fā)線上線下同步課堂錄播系統(tǒng)用于日常教學(xué)，并對(duì)使用過程中出現(xiàn)的問題給出解決策略。

關(guān)鍵詞 常態(tài)化課堂錄播系統(tǒng)；課程視頻；混合式教學(xué)；在線學(xué)習(xí)

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

文章編號(hào)：1671-489X（2024）20-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.20.048

0 引言

2021年7月發(fā)布的《教育部等六部門關(guān)于推進(jìn)教育新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)構(gòu)建高質(zhì)量教育支撐體系的指導(dǎo)意見》提出：“統(tǒng)籌傳統(tǒng)基建與新基建，推動(dòng)線上線下融合發(fā)展。”“提升通用教室多媒體教學(xué)裝備水平，支持互動(dòng)反饋、高清直播錄播等教學(xué)方式。”2019年2月，中共中央、國務(wù)院印發(fā)《中國教育現(xiàn)代化2035》，提出創(chuàng)新教育服務(wù)業(yè)態(tài)，建立數(shù)字教育資源共建共享機(jī)制，完善利益分配機(jī)制、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)制度和新型教育服務(wù)監(jiān)管制度。

隨著高校逐步加強(qiáng)教學(xué)資源和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，為了給新的在線教學(xué)項(xiàng)目和課程提供支持，很多高校正專注于開發(fā)混合式在線教學(xué)法。網(wǎng)絡(luò)直播指在現(xiàn)場(chǎng)隨著事件的發(fā)生、發(fā)展進(jìn)程同步制作與發(fā)布信息，具有信息傳播的及時(shí)性特點(diǎn)?；谥辈デ榫车脑诰€學(xué)習(xí)，學(xué)生可以自由選擇地點(diǎn)開展學(xué)習(xí)，及時(shí)與教師和其他學(xué)生互動(dòng)，感受等同于現(xiàn)場(chǎng)的教學(xué)氛圍[1]。錄播系統(tǒng)是一種對(duì)客體進(jìn)行視頻錄制和播放，根據(jù)需求生成一個(gè)或多個(gè)數(shù)字視頻文件，具有各種硬件設(shè)備和應(yīng)用軟件的一體化智能數(shù)字系統(tǒng)[2]。隨著教育技術(shù)快速發(fā)展，基于MOOC、SPOC的線上線下混合式教學(xué)模式不斷推廣，課程視頻的直播錄制規(guī)模逐步擴(kuò)大。目前，有多所高校采用常態(tài)化自動(dòng)錄播形式，根據(jù)課表將教師上課過程錄制下來。根據(jù)部署方式采用本地或云錄播，根據(jù)錄制技術(shù)設(shè)置為自動(dòng)錄播或手動(dòng)錄播。某高校通過對(duì)現(xiàn)有多媒體教室教學(xué)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，將用于監(jiān)控教室安防的視頻監(jiān)控系統(tǒng)納入在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)課堂的直播與錄播，使學(xué)生可以異地同步上課并在課后回看視頻，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了在線學(xué)習(xí)資源。

1 常態(tài)化課堂錄播系統(tǒng)構(gòu)建

課堂是教學(xué)的主陣地，教室是教學(xué)的主要場(chǎng)所。為滿足部分無法到校的學(xué)生完成課堂學(xué)習(xí)的需求和學(xué)校線上線下同步課堂教學(xué)的需求，經(jīng)學(xué)校教學(xué)管理部門多方討論，最終決定以現(xiàn)有多媒體教學(xué)環(huán)境為基礎(chǔ)，建設(shè)常態(tài)化課堂錄播系統(tǒng)，將教室的物理空間與網(wǎng)絡(luò)空間融合，拓展課堂空間，實(shí)現(xiàn)異地同步課堂，以保障課堂內(nèi)外學(xué)生同上一門課。

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

學(xué)校多媒體教學(xué)環(huán)境由網(wǎng)信中心教育技術(shù)部負(fù)責(zé)環(huán)境規(guī)劃、建設(shè)與運(yùn)行工作，共計(jì)350余間公共多媒體教室，全部采用中控式管理，通過在教室安裝網(wǎng)絡(luò)中控設(shè)施進(jìn)行集中控制。電腦系統(tǒng)統(tǒng)一采用“虛擬桌面”網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，教師上課前使用校園一卡通刷卡，即可實(shí)現(xiàn)所有多媒體設(shè)備開機(jī)和使用。如遇到設(shè)備故障，教師通過教室內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)IP電話報(bào)修即可獲得管理人員的技術(shù)支持。教室后墻安裝監(jiān)控設(shè)備，全程錄像，視頻存儲(chǔ)長達(dá)一年時(shí)間。常態(tài)化課堂錄播系統(tǒng)基于以上基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)接教學(xué)課表和教師、學(xué)生名單，實(shí)現(xiàn)教師按照課表時(shí)間、地點(diǎn)正常教學(xué)，無需其他操作，直播錄播系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)跨校區(qū)線上同步課堂；課堂外學(xué)生通過登錄直播錄播平臺(tái)電腦網(wǎng)頁端或手機(jī)App觀看課堂直播實(shí)現(xiàn)同步學(xué)習(xí)。同時(shí)，系統(tǒng)管理員可以對(duì)課程直播錄播進(jìn)行相應(yīng)管理，根據(jù)調(diào)課等需求調(diào)整上課地點(diǎn)或時(shí)間，課程結(jié)束后查看課程錄播文件和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)建設(shè)

系統(tǒng)建設(shè)的硬件部分包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、攝像頭等，軟件部分包括流媒體與錄像服務(wù)系統(tǒng)、視頻采集系統(tǒng)等。部署了九臺(tái)服務(wù)器，分別為一體化教學(xué)應(yīng)用云平臺(tái)應(yīng)用和負(fù)載均衡服務(wù)器一臺(tái)，用于提供平臺(tái)應(yīng)用、大數(shù)據(jù)、智能運(yùn)維等基礎(chǔ)服務(wù)，如錄制課程視頻并按教學(xué)日歷存儲(chǔ)和管理，實(shí)現(xiàn)資源的共建共享等；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器兩臺(tái)，用于對(duì)接本科生、研究生課表，系統(tǒng)按課表直播、錄制課程，并將課程信息推送至教師學(xué)生空間；教學(xué)互動(dòng)聽課服務(wù)器一臺(tái)，用于保障線上課1 000人以上同時(shí)流暢觀看；流媒體與錄像服務(wù)器五臺(tái)，用于支持視頻直播、點(diǎn)播和視頻錄制，存儲(chǔ)容量按每學(xué)期課程數(shù)和課時(shí)計(jì)算，設(shè)定為150 T，存儲(chǔ)時(shí)間為一學(xué)年。通過安裝負(fù)載均衡軟件，將直播、回放、教學(xué)數(shù)據(jù)訪問、視頻訪問、文檔調(diào)用等功能進(jìn)行多服務(wù)器并發(fā)分流，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化資源使用、最大化吞吐率、最小化響應(yīng)時(shí)間。同時(shí)安裝防護(hù)軟件，防止惡意攻擊。系統(tǒng)建設(shè)模型如圖2所示。

1.3 數(shù)據(jù)對(duì)接

系統(tǒng)建設(shè)完成后與統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)、本科生和研究生教務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接。對(duì)接學(xué)校統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)，教師使用用戶名和密碼登錄系統(tǒng)進(jìn)入課程中心，即可看到按學(xué)期呈現(xiàn)教師本人所有課程資源，如課堂視頻、班級(jí)名單、教學(xué)日歷等，教師可以對(duì)視頻進(jìn)行查看、剪輯、下載、學(xué)生回看權(quán)限設(shè)置等操作。對(duì)接本科生和研究生教務(wù)系統(tǒng)，同步課程信息、教師信息、學(xué)生信息、學(xué)生選課信息等數(shù)據(jù)信息，每日更新，保障課程直播錄播的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)來源于本科生和研究生教務(wù)系統(tǒng)，通過建立中間庫共享各系統(tǒng)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)提取相關(guān)數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)視圖，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信、更新與共享，如圖3所示。教師抵達(dá)教室后無需任何操作即可按照課表時(shí)間直播課堂，視頻畫面同步顯示課堂信息，包括課程名稱、節(jié)次、周次、教師姓名、學(xué)生人數(shù)等。遠(yuǎn)程學(xué)生按照課表時(shí)間使用電腦或移動(dòng)端進(jìn)入直播，在線觀看課程直播。課后五分鐘內(nèi)，課程視頻會(huì)上傳到平臺(tái)，方便學(xué)生回看。

2 常態(tài)化課堂錄播系統(tǒng)的應(yīng)用

常態(tài)化課堂錄播系統(tǒng)于2022年2月投入運(yùn)行，運(yùn)行至今支持2 500余名學(xué)生同時(shí)在線觀看課程，平均每周錄制約1 400節(jié)課程，約有600余人觀看直播，實(shí)際線上直播聽課約900節(jié)，基本滿足教學(xué)需求。截至2023年9月底，累計(jì)課堂錄像存儲(chǔ)量約68 T。共有9 311名學(xué)生收看直播2 655門、

30 549節(jié)次課程，訪問量84 216人次。7 189名學(xué)生收看錄播回放218 558人次，為全校師生的教與學(xué)提供了有力保障。系統(tǒng)部署采用本地化部署，在運(yùn)行過程中建立答疑群，通過微信群、電話、面對(duì)面等方式與師生交流，方便及時(shí)解答師生遇到的各類技術(shù)、管理和應(yīng)用問題，保證直播錄播觀看效果，基本滿足用戶的使用需求，為開展混合式教學(xué)發(fā)揮了重要作用。同時(shí)，本系統(tǒng)在使用過程中也暴露出一些問題，通過梳理問題、查找解決方法等不斷優(yōu)化系統(tǒng)，逐步完善各項(xiàng)功能，為后續(xù)工作積累經(jīng)驗(yàn)。

3 常態(tài)化課堂錄播系統(tǒng)現(xiàn)存問題與應(yīng)對(duì)策略

3.1 現(xiàn)存問題

3.1.1 教室現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)直播錄播視頻畫面聲音質(zhì)量有較大影響

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像機(jī)通過傳感器采集教室內(nèi)部上課情境的視頻圖像，對(duì)圖像進(jìn)行壓縮處理，以保證圖像質(zhì)量和實(shí)時(shí)畫面流暢。學(xué)校多媒體教室有350余間，可容納人員范圍為40～300人不等，教室內(nèi)黑板和幕布位置、窗戶朝向、室內(nèi)面積等差異較大，教室內(nèi)的光照環(huán)境，如亮度、對(duì)比度等會(huì)直接影響視頻畫面的清晰度。目前投影幕布亮度較高，黑板部分亮度不足，使得板書在視頻中較為模糊，顯示效果較差。視頻拍攝設(shè)備采集現(xiàn)場(chǎng)聲音，教師與設(shè)備間的距離遠(yuǎn)近對(duì)音頻效果有較大的影響，面積較大的教室收音效果不佳。

3.1.2 課堂數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和即時(shí)性對(duì)課程直播錄播保障性與觀看體驗(yàn)有較大影響

根據(jù)課表自動(dòng)直播錄播課堂，學(xué)生上課前登錄系統(tǒng)觀看課程直播，課程結(jié)束后可在系統(tǒng)中回看視頻，課表數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及即時(shí)性對(duì)課程直播與錄制很重要。影響課程數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和即時(shí)性的問題主要包含以下兩個(gè)方面。

1）課堂數(shù)據(jù)分別來自兩個(gè)教務(wù)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同、編碼標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等，如同一個(gè)教室出現(xiàn)兩種地點(diǎn)編號(hào)等問題，導(dǎo)致部分課程建設(shè)失敗；多名授課教師同上一門課程，課程錄制存放賬戶存在問題等。

2）開學(xué)初學(xué)生自主選課期間每日選退課數(shù)據(jù)量較大，課表數(shù)據(jù)變動(dòng)較大，同時(shí)由于學(xué)生人數(shù)較多，教務(wù)選課系統(tǒng)容量有限，部分學(xué)生無法完成網(wǎng)上選課，需人工手動(dòng)填寫選課信息，本系統(tǒng)無法做到與教務(wù)系統(tǒng)同步，影響了部分課程的直播與錄播。

3.1.3 用戶弱口令、系統(tǒng)漏洞等安全問題需要關(guān)注

當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜，存在多種安全風(fēng)險(xiǎn)和系統(tǒng)攻擊，系統(tǒng)的安全性影響平臺(tái)穩(wěn)定性，因此必須確保系統(tǒng)的安全性。本系統(tǒng)包含大量人員信息、課程信息、課程視頻等數(shù)據(jù)，師生用戶數(shù)量較大，存在一定的信息泄露、非法用戶訪問、利用系統(tǒng)漏洞進(jìn)行攻擊等安全隱患。同時(shí)管理機(jī)制不夠完善，缺乏技術(shù)保障人員，處理和解決復(fù)雜的技術(shù)和管理問題水平有待提高。

3.2 應(yīng)對(duì)策略

針對(duì)上述問題，從學(xué)校現(xiàn)有教學(xué)環(huán)境和情況出發(fā)，制定以下應(yīng)對(duì)方案。

3.2.1 通過技術(shù)手段調(diào)整設(shè)備參數(shù)、采用數(shù)字化板書等，提升視頻畫面和聲音質(zhì)量

對(duì)于教室內(nèi)亮度不同，拍攝畫面質(zhì)量參差不齊的問題，一方面可以根據(jù)教室實(shí)際情況開關(guān)頂燈或窗簾調(diào)整室內(nèi)亮度，另一方面可以通過設(shè)置攝像頭分辨率、對(duì)比度、色差、白平衡等參數(shù)保證視頻圖像清晰度。同時(shí)建議引入數(shù)字化智慧黑板，一方面數(shù)字化只會(huì)黑板可以回看多張書寫板面，拓展了黑板面積；另一方面可以將板書內(nèi)容保存在系統(tǒng)中，直接共享給學(xué)生，方便線上觀看直播和錄播的學(xué)生學(xué)習(xí)。而音頻信號(hào)是連續(xù)變化的模擬信號(hào)經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號(hào)，由于監(jiān)控視頻系統(tǒng)作為安防設(shè)備，圖像信息方面的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于音頻部

分[3]，音頻處理方面的設(shè)計(jì)和應(yīng)用并不突出，為獲得較好的聲音質(zhì)量，大于100人的教室建議添加輔助擴(kuò)聲設(shè)備，如手持無線麥克，或在教室內(nèi)不同位置增加固定麥克，以此提高課程視頻的聲音質(zhì)量。

3.2.2 通過完善數(shù)據(jù)處理和同步頻次的設(shè)置，提升課程直播錄播有效性

由于課表數(shù)據(jù)分別來自本科教務(wù)和研究生教務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，業(yè)務(wù)信息不統(tǒng)一，在保障數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性前提下，需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗處理，如統(tǒng)一格式、標(biāo)識(shí)、列表信息等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一體性。每學(xué)期開學(xué)初學(xué)生選退課數(shù)據(jù)變化頻繁，周期約為30天。為保障系統(tǒng)課程數(shù)據(jù)及時(shí)更新，同時(shí)減少后臺(tái)服務(wù)器內(nèi)存過載、服務(wù)未響應(yīng)、服務(wù)中斷等問題的發(fā)生，將教務(wù)數(shù)據(jù)推送更新設(shè)計(jì)為每24小時(shí)1次，以此保證數(shù)據(jù)更新的穩(wěn)定性和學(xué)生觀看課程直播的時(shí)效性。對(duì)于上課當(dāng)天臨時(shí)調(diào)整上課地點(diǎn)或上課時(shí)間的課程，可采用手動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)課表實(shí)現(xiàn)直播錄播課程。

3.2.3 推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)支撐和相關(guān)設(shè)施建設(shè)，提升網(wǎng)絡(luò)安全意識(shí)

為提升直播錄播平臺(tái)的安全性和穩(wěn)定性，學(xué)校網(wǎng)絡(luò)安全部門統(tǒng)籌安排了專業(yè)設(shè)備、技術(shù)人員等保障全校系統(tǒng)的防護(hù)安全。除此以外，針對(duì)系統(tǒng)潛在的安全漏洞、信息泄露等問題，需安排網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)人員定期對(duì)服務(wù)器進(jìn)行巡檢、漏洞掃描并修改中高危漏洞，采用技術(shù)手段減少風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，建立安全保障體系，建立健全信息安全保障機(jī)制，開展技術(shù)培訓(xùn)、編制安全事件應(yīng)急處置手冊(cè)，培養(yǎng)師生網(wǎng)絡(luò)安全意識(shí)、法律意識(shí)，敦促用戶修改密碼、安裝防護(hù)軟件、升級(jí)系統(tǒng)版本等，減少系統(tǒng)安全問題，切實(shí)維護(hù)好同步課堂秩序。

4 結(jié)束語

在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下，教學(xué)已不再局限于課堂。隨著線上線下混合式教學(xué)模式的深入應(yīng)用，基于現(xiàn)有設(shè)備與環(huán)境建設(shè)的常態(tài)化課堂錄播系統(tǒng)為教師和學(xué)生提供了一種新型教學(xué)方式。課堂直播可以滿足異地學(xué)生同步上課的需要，擴(kuò)展學(xué)生的學(xué)習(xí)空間；課堂錄播可幫助學(xué)生課后復(fù)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。同時(shí)，教師也可以回看教學(xué)視頻，發(fā)現(xiàn)授課過程中的問題與不足，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)方法，對(duì)拓展教學(xué)策略、提升學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)具有積極作用。本系統(tǒng)在建設(shè)和應(yīng)用過程中存在一定的軟、硬件技術(shù)與管理問題，硬件方面的問題可以通過調(diào)整原有設(shè)備或增加新設(shè)備改善視頻畫面和聲音質(zhì)量，提升觀者體驗(yàn)解決；軟件問題主要出現(xiàn)在課表數(shù)據(jù)對(duì)接方面，可以通過優(yōu)化系統(tǒng)提升課程直播和錄播的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和時(shí)效性。本系統(tǒng)已運(yùn)行近四個(gè)學(xué)期，累積直播和錄播近3 000門逾6萬節(jié)課程。隨著語音識(shí)別、圖像處理、智能字幕等視頻AI技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，如何更好地利用這些教學(xué)錄播資源，幫助教師提升教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生提供優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資源，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，是未來研究的方向。

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*項(xiàng)目來源：2022年度北京市數(shù)字教育研究課題“高校常態(tài)化錄播視頻資源建設(shè)與應(yīng)用研究”（BDEC2022619046）。

作者簡(jiǎn)介：黃欣，實(shí)驗(yàn)師；徐世東、曹茜、宋亮，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師。