羌　紅　李　欣

【摘要】微格教學(xué)是對(duì)教師職業(yè)職前與職后技能培訓(xùn)的有效方法。為了優(yōu)化微格教學(xué)系統(tǒng)，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，提出了基于Web2.0與Web3D，并融合3D網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境（NVE）和虛擬交互社區(qū)（VIC）概念的遠(yuǎn)程虛擬微格教學(xué)系統(tǒng)架構(gòu)的可行性方案。著重對(duì)系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)、主要功能、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及相關(guān)協(xié)議，以及硬件需求進(jìn)行了分析與探討。

【關(guān)鍵詞】微格教學(xué)；虛擬交互社區(qū)（VIC）；遠(yuǎn)程教學(xué)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【論文編號(hào)】1009—8097（2009）06—0088—03

微格教學(xué)系統(tǒng)是教學(xué)技能訓(xùn)練的重要工具，它對(duì)于教師教學(xué)、人員培訓(xùn)、教師職前培訓(xùn)等都有重要的作用。隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)的發(fā)展以及教學(xué)改革的不斷深入，使得微格教學(xué)系統(tǒng)逐漸從模擬視、音頻信號(hào)的采集、處理與存儲(chǔ)向數(shù)字化的集成處理轉(zhuǎn)變，也為基于數(shù)字微格的協(xié)作學(xué)習(xí)提供了技術(shù)支撐，并為基于數(shù)字微格的遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)提供了可能。

構(gòu)想中的遠(yuǎn)程虛擬微格教學(xué)系統(tǒng)，是一個(gè)基于Web2.0與Web3D并融合了3D網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境（NVE）和虛擬交互社區(qū)（VIC）概念的混合平臺(tái)。它通過(guò)三維環(huán)境建模真實(shí)重現(xiàn)微格訓(xùn)練教室，然后把各種同步的交流工具集成到3D虛擬環(huán)境，除了支持文本交談、音頻會(huì)話(huà)、視頻會(huì)議以及基于視頻的替身交互外，還具有社區(qū)支持功能，如：身份認(rèn)證和授權(quán)、學(xué)伴名單列表、在場(chǎng)狀態(tài)呈現(xiàn)（顯示誰(shuí)在線(xiàn)、是什么情緒、追求什么類(lèi)型的活動(dòng)）等等。目的是在實(shí)現(xiàn)原有微格教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大受益面，系統(tǒng)所提供的沉浸感、臨場(chǎng)感（be there），可使在職教師不必親臨培訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)也能感受到學(xué)習(xí)的氛圍，強(qiáng)化微格教學(xué)訓(xùn)練過(guò)程的體驗(yàn)。

一 虛擬交互社區(qū)（VIC）及其社會(huì)功能

虛擬交互社區(qū)（VIC）定義為3D網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境（NVE），在里邊許多有相同興趣和想法的人可以更容易地交流[1]。過(guò)去十年，VIC發(fā)展很快。當(dāng)今最流行的VIC是大規(guī)模多用戶(hù)角色扮演游戲（MMORPGs），全球擁躉數(shù)以?xún)|計(jì)，典型代表有Second Life、World of Warcraft等。這些VIC的共同點(diǎn)是，建立在高速終端PC上，擁有永久進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的帶寬。而且它們大多數(shù)依賴(lài)文本交談作為主要的交流方式（盡管一些已經(jīng)支持語(yǔ)音交流，但通常需要額外付費(fèi)）。

大多數(shù)的VIC，用戶(hù)由虛擬動(dòng)畫(huà)角色來(lái)代表，稱(chēng)作替身，它們代表用戶(hù)在虛擬世界的位置和動(dòng)作。學(xué)者P. Quax、C. Flerackers、T. Jehaes和W. Lamotte還提出了這些替身的擴(kuò)展——結(jié)合3D世界與實(shí)時(shí)視頻流的視頻替身（Video Avatar），將在線(xiàn)用戶(hù)的面部視頻信息融入到虛擬的三維場(chǎng)景中[2]。筆者認(rèn)為這樣的擴(kuò)展很適合遠(yuǎn)程虛擬微格教學(xué)的開(kāi)展，因?yàn)槠鋵?shí)時(shí)視頻流的傳輸能夠及時(shí)反映微格訓(xùn)練的實(shí)景，使得學(xué)習(xí)環(huán)境更具探索性和趣味性。

二 構(gòu)建遠(yuǎn)程虛擬微格教學(xué)系統(tǒng)的整體方案

遠(yuǎn)程虛擬微格教學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)建立在虛擬交互社區(qū)（VIC）概念之上的微格教學(xué)系統(tǒng)。

1 邏輯結(jié)構(gòu)

遠(yuǎn)程虛擬微格教學(xué)系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。在系統(tǒng)中，需要構(gòu)建一個(gè)主虛擬微格訓(xùn)練教室和多個(gè)子教學(xué)訓(xùn)練基地，每一個(gè)訓(xùn)練基地都需要VIC的支持。分布于異地的子訓(xùn)練基地的成員可以在本地登錄系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，通過(guò)Internet與主控室聯(lián)系，獲得訓(xùn)練指導(dǎo)與交流。

（1） 虛擬環(huán)境中的受訓(xùn)人員 VIC提供一個(gè)真實(shí)再現(xiàn)教學(xué)環(huán)境的虛擬教室場(chǎng)景。受訓(xùn)人員和指導(dǎo)人員之間的交流通過(guò)視頻替身進(jìn)行，將實(shí)時(shí)視頻信息融入到虛擬教室的三維場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)虛擬會(huì)晤。而在會(huì)話(huà)（包括師生和學(xué)伴之間的會(huì)話(huà)）時(shí)則切換到一對(duì)一的實(shí)時(shí)視頻雙向交互模式，類(lèi)似于使用一個(gè)遠(yuǎn)程會(huì)議系統(tǒng)。[3]因此，受訓(xùn)人員需裝備網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)（包括主攝像機(jī)與輔助攝像機(jī)，用于多角度拍攝）以及帶有耳機(jī)和話(huà)筒的耳麥。

在主控室授權(quán)的情況下，受訓(xùn)人員可以通過(guò)虛擬微格訓(xùn)練教室的嵌入式終端自主地進(jìn)行練習(xí)，并把訓(xùn)練情況實(shí)時(shí)地記錄在主控電腦的硬盤(pán)上。

（2） 虛擬環(huán)境中的指導(dǎo)人員與受訓(xùn)人員類(lèi)似，指導(dǎo)人員通過(guò)虛擬環(huán)境的導(dǎo)航進(jìn)入虛擬教室。指導(dǎo)人員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)觀察每位受訓(xùn)人員的教學(xué)過(guò)程，針對(duì)教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)行單獨(dú)地指導(dǎo)和評(píng)價(jià)，或者組織全體受訓(xùn)人員對(duì)共性的問(wèn)題和優(yōu)秀教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行觀摩、交流和評(píng)價(jià)。另外，指導(dǎo)人員具有獲取和傳送當(dāng)前的內(nèi)容和記錄音頻、視頻消息的權(quán)限。

2 主要功能

（1） 即時(shí)反饋功能該功能通過(guò)對(duì)受訓(xùn)人員在虛擬教室內(nèi)部活動(dòng)的存取來(lái)實(shí)現(xiàn)。它可以通過(guò)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)錄制，經(jīng)過(guò)采集卡實(shí)時(shí)采A/V流、再壓縮、編碼、上傳存儲(chǔ)到流媒體服務(wù)器，再由指導(dǎo)人員添加錄像課程，即提取A/V流，播放受訓(xùn)人員自身的表現(xiàn)，使其能夠?qū)崟r(shí)了解自身表現(xiàn)，通過(guò)自我診斷、反饋調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自我完善。[4]

（2） 即時(shí)指導(dǎo)功能指導(dǎo)人員通過(guò)觀看受訓(xùn)人員的表現(xiàn)，來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)指導(dǎo)。最簡(jiǎn)單的方法可采用Net meeting來(lái)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的音頻和視頻對(duì)話(huà)。作為雙向可視，受訓(xùn)人員也可看到指導(dǎo)人員的畫(huà)面。

（3） 雙向交流功能實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程交互可將指導(dǎo)人員的指導(dǎo)與遠(yuǎn)程受訓(xùn)人員練習(xí)的過(guò)程實(shí)時(shí)傳輸?shù)搅髅襟w編碼機(jī)，經(jīng)過(guò)采集卡的采集、編碼后實(shí)時(shí)上傳到流媒體服務(wù)器，再由流媒體服務(wù)器實(shí)時(shí)發(fā)布到終端計(jì)算機(jī)，從而達(dá)到教師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生之間的雙向交流。

（4） 異步功能視頻點(diǎn)播傳統(tǒng)（VOD）能夠?yàn)槭苡?xùn)人員提供各項(xiàng)教學(xué)技能的教學(xué)示范以及供觀摩見(jiàn)習(xí)的優(yōu)秀教師的課例等視音頻學(xué)習(xí)資源。借助流媒體技術(shù)，通過(guò)視頻采集卡將豐富的電視教材的音、視頻信號(hào)進(jìn)行壓縮錄制成流媒體文件，通過(guò)站點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)直播，或者保存為相應(yīng)的流媒體文件后，根據(jù)學(xué)生的需要進(jìn)行播放，實(shí)現(xiàn)異步教學(xué)。[5]

3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及相關(guān)協(xié)議

系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其邏輯實(shí)體由四個(gè)擔(dān)負(fù)不同職責(zé)的服務(wù)器構(gòu)成，分別為會(huì)話(huà)服務(wù)器、A/V流媒體服務(wù)器、VIC服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。會(huì)話(huà)服務(wù)器管理授權(quán)用戶(hù)、注冊(cè)用戶(hù)的登錄和離開(kāi)，也用來(lái)初始化A/V傳輸會(huì)話(huà)。為了傳輸和管理這些會(huì)話(huà)，使用了會(huì)話(huà)發(fā)起協(xié)議SIP。A/V流媒體服務(wù)器用來(lái)傳輸。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸僅在有兩個(gè)對(duì)象參與時(shí)才可能。當(dāng)更多對(duì)象參與時(shí)，就需要使用傳輸服務(wù)器，因?yàn)槎鄠€(gè)對(duì)象之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接由于帶寬限制是不可能建立的。本方案把單個(gè)流發(fā)給傳輸服務(wù)器，然后再轉(zhuǎn)發(fā)給不同對(duì)象，這樣每個(gè)參與者僅需要發(fā)送單個(gè)A/V流而不是給每個(gè)參與者都發(fā)一個(gè)。會(huì)話(huà)服務(wù)器負(fù)責(zé)指明客戶(hù)端使用哪個(gè)傳輸服務(wù)器（假如一個(gè)以上可用的話(huà)）。由于A/V流的實(shí)時(shí)特點(diǎn)，實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（RTP）是顯然的協(xié)議選擇。其他更有效的A/V流傳輸?shù)目赡苄允鞘褂媒M播。[6]為了不超過(guò)128kbps（或256kbps）的上傳帶寬限制，我們需要壓縮A/V流。目前使用MPEG-4 80Kbit QCIF壓縮視頻，Speex Narrowband 15Kbit壓縮音頻，實(shí)現(xiàn)可用帶寬的最優(yōu)化。[7]管理3D 虛擬環(huán)境的同步化和持續(xù)性是VIC服務(wù)器的職責(zé)。它包括傳輸虛擬世界本身、物體和用戶(hù)狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示以及管理、儲(chǔ)存一個(gè)連續(xù)的世界狀態(tài)。文件傳輸通過(guò)使用文本傳輸協(xié)議（FTP）。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器為存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中的兩類(lèi)數(shù)據(jù)服務(wù)：一類(lèi)數(shù)據(jù)包含用戶(hù)個(gè)人信息諸如A/V參數(shù)和社區(qū)地址列表的配置文件，另一類(lèi)數(shù)據(jù)是該服務(wù)器傳輸和存儲(chǔ)（共享）的媒體及其他數(shù)據(jù)文件。底層協(xié)議使用了FTP和超文本傳輸協(xié)議（HTTP）。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及使用的相關(guān)協(xié)議如圖2所示。

4 硬件和網(wǎng)絡(luò)要求

VIC平臺(tái)可經(jīng)由語(yǔ)言（如C++）編程運(yùn)行于大多數(shù)的Windows系統(tǒng)。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，320 x 240 像素、28fps就能提供較舒適的視覺(jué)觀感，它甚至能拍攝教室內(nèi)電視上播放的影片。關(guān)于音頻，可將耳機(jī)和話(huà)筒集成到網(wǎng)絡(luò)攝像頭，建議無(wú)線(xiàn)話(huà)筒與固定話(huà)筒一起使用，這要求將回音取消（AEC）功能整合到話(huà)筒或軟件中。最后，為了流暢地渲染3D 虛擬場(chǎng)景，客戶(hù)端的計(jì)算機(jī)還需配置3D 圖形加速卡。為了保持網(wǎng)絡(luò)信息流通量的最大化，A/V 流在輸出之前要求被壓縮，需選擇合適的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。

三 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了基于虛擬交互社區(qū)（VIC）平臺(tái)的遠(yuǎn)程虛擬微格教學(xué)系統(tǒng)架構(gòu)方案。這種新型的虛擬教學(xué)系統(tǒng)，無(wú)疑更有利于創(chuàng)設(shè)課堂教學(xué)情境，給遠(yuǎn)程學(xué)員帶來(lái)更多探究性的、有趣的學(xué)習(xí)氛圍。隨著系統(tǒng)功能的拓展和完善，其在教師教育培訓(xùn)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值將凸顯。同時(shí)，作為一種嘗試，系統(tǒng)功能遠(yuǎn)未完善，尚有許多關(guān)鍵技術(shù)有待解決，需進(jìn)一步深入的研究。

參考文獻(xiàn)

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Constituting Long-range Virtual Micro-teaching System

QIANG Hong LI Xin

( College of Teacher Education , Zhejiang Normal University , Jinhua ,Zhejiang,321004,China )

Abstract: Micro-teaching is an effective way for the training of teachers both before serving and after serving. The article puts forward the feasible way of constituting long-range virtual micro-teaching system based on the Web2.0 and Web 3D, combined with the concept of 3D network virtual environment (NVE) and virtual interactive system (VIC), the new constituting is to optimize the former micro-teaching system and to widen its using content. The logic frame of the system, the main function, the network architecture, the related agreement and the hardware requirements are also analyzed and discussed.

Keywords: Micro-teaching; Virtual Interactive Communities (VIC); Long-range Teaching