王玉祥

摘 要：高質(zhì)量、規(guī)?；⒄n程體系完善的教學(xué)視頻資源是優(yōu)質(zhì)數(shù)字教育資源的核心。文章分析了基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的課堂錄播系統(tǒng)設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)，闡述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則及建設(shè)過(guò)程中所需的關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)其在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用前景和價(jià)值作了深入研究。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)；課堂錄播系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2016）14-0088-03

教育信息化是國(guó)家整體信息化發(fā)展的重要組成部分和戰(zhàn)略重點(diǎn)之一，是教育與科技結(jié)合的標(biāo)志性領(lǐng)域。2012年3月13日，教育部印發(fā)了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》，指出推進(jìn)信息技術(shù)與教育的深度融合是未來(lái)我國(guó)教育發(fā)展的主要任務(wù)。自從教育部于2003年啟動(dòng)精品課程建設(shè)工程開(kāi)始，課堂網(wǎng)絡(luò)錄播產(chǎn)品如雨后春筍般的出現(xiàn)了[1]，特別是在課堂實(shí)時(shí)錄播以及微格教學(xué)等方面廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了教學(xué)過(guò)程更方便、更快捷、更有趣、更有效；加快了院校優(yōu)質(zhì)資源建設(shè)，拓寬了優(yōu)質(zhì)資源共享范圍；提供了更加豐富的學(xué)習(xí)工具、手段和實(shí)踐空間；提高了教育教學(xué)質(zhì)量和效益。因此，課堂錄播系統(tǒng)的應(yīng)用在教育的信息化支撐體系中是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，其對(duì)教育教學(xué)方式、方法和過(guò)程以及資源建設(shè)起到強(qiáng)有力的推動(dòng)作用。

一、課堂錄播系統(tǒng)概述

課堂錄播系統(tǒng)是將教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)的音視頻信號(hào)、VGA信號(hào)以及預(yù)設(shè)音視頻文件進(jìn)行同步整合的一體化系統(tǒng)平臺(tái)，錄制生成標(biāo)準(zhǔn)化的流媒體或廣播級(jí)視頻文件，用來(lái)同步直播、存儲(chǔ)、后期編輯和存儲(chǔ)。終端通過(guò)IE瀏覽器或登錄系統(tǒng)服務(wù)器收看現(xiàn)場(chǎng)直播，也可以后期點(diǎn)播視頻收看。主要應(yīng)用于課程錄制、視頻會(huì)議、教育培訓(xùn)、智能法庭等場(chǎng)合。特別是在各類講座、公開(kāi)課、優(yōu)質(zhì)課的現(xiàn)場(chǎng)直播和遠(yuǎn)程教學(xué)中，讓每個(gè)學(xué)生都感到如身臨課堂一樣。院校建設(shè)課程錄播教室（如圖1所示），能夠保持現(xiàn)有教學(xué)狀態(tài)和保證當(dāng)前教學(xué)常態(tài)化，同時(shí)減輕后期制作人員負(fù)擔(dān)，提高精品課程制作效率，減少制作成本。

對(duì)全部日常教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行全過(guò)程錄制是一項(xiàng)艱巨而復(fù)雜的任務(wù)，從效率、數(shù)量、人力成本上看，傳統(tǒng)的錄播系統(tǒng)無(wú)法滿足實(shí)際建設(shè)的需要[2]。為此，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的課堂錄播系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了課堂錄播的規(guī)范化、自動(dòng)化。

二、基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的課堂錄播系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

課堂錄播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則把握操作簡(jiǎn)便、安全穩(wěn)定，不僅滿足教學(xué)需求，而且具備最優(yōu)組合、最高性價(jià)比和最佳交互方式。整體方案設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：

先進(jìn)性：先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、開(kāi)發(fā)工具、標(biāo)準(zhǔn)化和技術(shù)成熟的軟硬件產(chǎn)品。

實(shí)用性：系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合國(guó)際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)技術(shù)規(guī)范，人機(jī)界面友好，方便實(shí)現(xiàn)各種功能。

可靠性：系統(tǒng)軟硬件具有高兼容性、高可靠性和高穩(wěn)定性。

靈活性：系統(tǒng)采用模塊組合和結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，配置靈活。

發(fā)展性：系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)滿足因技術(shù)發(fā)展需要而實(shí)現(xiàn)低成本擴(kuò)展和升級(jí)的需求。

開(kāi)放性：系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用開(kāi)放技術(shù)、開(kāi)放結(jié)構(gòu)、開(kāi)放系統(tǒng)組件和開(kāi)放用戶接口，以利于系統(tǒng)的維護(hù)、擴(kuò)展升級(jí)。

兼容性：系統(tǒng)具有良好的兼容性，充分考慮向下、向上的兼容，系統(tǒng)建設(shè)與校園網(wǎng)平臺(tái)、校園規(guī)劃充分結(jié)合。

2.系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

（1）高低雙碼流錄制、輸出模塊

課堂錄播系統(tǒng)錄制或存儲(chǔ)為主流音視頻格式，并根據(jù)需求對(duì)視頻的分辨率、碼流、采樣率等進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)置，高低雙碼流錄制大小在256K-50M之間任意調(diào)整。雙碼流輸出模式能夠解決直播時(shí)存在的技術(shù)問(wèn)題，既要考慮低碼流的網(wǎng)絡(luò)直播，又要考慮高碼流的電視直播，同時(shí)又保存高碼流的工程文件。工程文件可導(dǎo)入到大洋、索貝、Premiere等主流非編工作站，進(jìn)行精細(xì)的鏡頭調(diào)整和添加各種動(dòng)畫(huà)效果。

（2）文件錄制備份模塊

課堂錄播系統(tǒng)采用多機(jī)位、多通道完整、備份錄制模式，完成多路視頻信號(hào)、音視頻文件或PPT之間的自動(dòng)切換。如果現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)切換或合成錯(cuò)誤，后期仍然可以進(jìn)行再編輯。系統(tǒng)自動(dòng)生成音視頻標(biāo)準(zhǔn)的工程文件，同時(shí)滿足mp4、avi、asf、flv等視頻文件的錄制和保存，本地音視頻文件可作為片頭、片尾、墊播和插播使用。所有通道支持單一音頻、視頻播出或錄制，也可作為現(xiàn)場(chǎng)同期音播出。系統(tǒng)具備手動(dòng)、智能全自動(dòng)、遙控式課程錄播，由主講教師獨(dú)立、全程掌控錄播進(jìn)程，完整備份每個(gè)機(jī)位鏡頭數(shù)據(jù)，形成N+2個(gè)素材文件或工程文件。

（3）網(wǎng)絡(luò)直播模塊

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)可以將課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)直播，課堂內(nèi)容通常有視頻、音頻、演示文稿、文本等形式，用戶可通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)觀看。如果是基于Web課堂直播，則與網(wǎng)絡(luò)的平臺(tái)Web Server或?qū)W習(xí)管理系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫連接。

（4）電視直播模塊

課堂錄播系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同步電視直播，支持模擬、數(shù)字信號(hào)輸出，容易更改信號(hào)制式、分辨率，有多種音視頻輸出端口對(duì)接校園電視臺(tái)，視頻輸出接口包括HD-SDI、SD-SDI、YUV、Y/C、復(fù)合等接口，音頻輸出接口包括數(shù)字、模擬、監(jiān)聽(tīng)等。

（5）教師跟蹤模塊

系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤，無(wú)需人為干預(yù)，準(zhǔn)確無(wú)誤的跟蹤教師授課過(guò)程。具備自動(dòng)變焦跟蹤拍攝，拍攝過(guò)程順暢、平順，畫(huà)面穩(wěn)定。

（6）學(xué)生定位模塊

學(xué)生定位模塊可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位，當(dāng)探測(cè)到學(xué)生起立時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將學(xué)生攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)發(fā)言的學(xué)生。學(xué)生回答完畢，教師跟蹤系統(tǒng)自動(dòng)返回。

（7）智能導(dǎo)播切換模塊

課堂錄播系統(tǒng)具備傳統(tǒng)視頻切換臺(tái)功能，提供諸如劃像、畫(huà)中畫(huà)、淡入淡出等常用特技效果，實(shí)時(shí)輸出時(shí)鐘信號(hào)、角標(biāo)和支持色鍵摳像技術(shù)，支持本地文件作為虛擬背景進(jìn)行實(shí)時(shí)虛擬合成，內(nèi)置調(diào)音臺(tái)支持多路本地音頻播放，并實(shí)時(shí)切換通道同期音，能與外圍音頻保持均衡統(tǒng)一、相互切換或混音。內(nèi)置字幕編輯軟件，支持制作靜態(tài)、動(dòng)態(tài)字幕轉(zhuǎn)入字幕列表待播，如課程內(nèi)容、章節(jié)、重點(diǎn)提示、主題等，教師通過(guò)專屬遙控器來(lái)實(shí)現(xiàn)字幕的精準(zhǔn)輸出。

3.核心技術(shù)分析

（1）圖像自動(dòng)識(shí)別跟蹤技術(shù)

教學(xué)過(guò)程中主要有下列幾種情景：當(dāng)教師在講臺(tái)上講解時(shí)如何跟蹤拍攝，當(dāng)教師走下講臺(tái)講解時(shí)如何跟蹤拍攝，當(dāng)教師走下講臺(tái)和學(xué)生交互時(shí)如何跟蹤拍攝，當(dāng)1個(gè)學(xué)生起立回答問(wèn)題時(shí)如何跟蹤拍攝，當(dāng)2個(gè)或多個(gè)學(xué)生回答問(wèn)題時(shí)如何跟蹤拍攝，當(dāng)學(xué)生走上講臺(tái)回答問(wèn)題時(shí)如何跟蹤拍攝，當(dāng)講臺(tái)上的學(xué)生書(shū)寫(xiě)板書(shū)時(shí)如何拍攝，當(dāng)教師書(shū)寫(xiě)板書(shū)時(shí)如何拍攝，有2人或多人寫(xiě)板書(shū)時(shí)如何拍攝，當(dāng)教師講解PPT時(shí)如何采集等等，解決辦法就是運(yùn)用圖像自動(dòng)識(shí)別跟蹤技術(shù)。根據(jù)攝像機(jī)對(duì)比定位分析，如果圖像有變化，且變化幅度達(dá)到臨界點(diǎn)，控制攝像機(jī)對(duì)圖像變化區(qū)域做跟蹤拍攝，不受強(qiáng)光影響，定位準(zhǔn)確。

在錄播教室中，拍攝教師的攝像機(jī)一般定義為主攝像機(jī)，一切的自動(dòng)切換和跟蹤，最終復(fù)位到主攝像機(jī)。課堂錄播系統(tǒng)依據(jù)定位攝像機(jī)設(shè)置一個(gè)立體空間，在這個(gè)空間里運(yùn)動(dòng)的教師和學(xué)生會(huì)觸發(fā)多種跟蹤或切換策略，依據(jù)左右、前后、上下運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，使整個(gè)錄制過(guò)程顯得更加真實(shí)、平滑、順暢、自然，且不受立體空間以外的環(huán)境影響。在自動(dòng)錄播過(guò)程中，系統(tǒng)按照自己的運(yùn)行原則進(jìn)行錄制，除非教師結(jié)束錄制狀態(tài)。

（2）輸出可編輯的XML工程文件

課堂錄播系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的行業(yè)音視頻編解碼技術(shù)，完整記錄攝像機(jī)所有數(shù)據(jù)，同時(shí)在系統(tǒng)執(zhí)行自動(dòng)或手動(dòng)切換跟蹤策略時(shí)，完整記錄每一個(gè)跟蹤、切換斷點(diǎn)，自動(dòng)形成可導(dǎo)入、可編輯的XML音視頻工程文件?？删庉嫷腦ML工程文件具有強(qiáng)大的兼容性，導(dǎo)入任何一款國(guó)內(nèi)主流非編軟件即可進(jìn)行再編輯，在本系統(tǒng)內(nèi)能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整鏡頭切換位置和時(shí)間點(diǎn)，添加更新字幕和特效。

（3）與校園電視臺(tái)無(wú)縫融合技術(shù)

校園電視臺(tái)配置完備的攝像、導(dǎo)播、編輯、直播等系統(tǒng)。課堂錄播系統(tǒng)具備多通道的高清導(dǎo)播切換錄制、高清虛擬合成、高清在線字幕、網(wǎng)絡(luò)直播、電視直播、LOGO水印等功能，而這些模塊都是“一鍵式”，不需要很復(fù)雜的操作，這樣使得課堂錄播系統(tǒng)與校園電視臺(tái)相互融合、相互支持。

通常錄制課程的視頻碼流一般不超過(guò)10M，便于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)直播或存儲(chǔ)。而校園電視臺(tái)錄制節(jié)目的視頻碼流至少達(dá)到25M，這樣才能達(dá)到播出要求，也就是要求課堂錄播系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高標(biāo)清兼容，視頻碼流從512K至50M可以進(jìn)行調(diào)整，畫(huà)面質(zhì)量不但滿足網(wǎng)絡(luò)直播或存儲(chǔ)，而且滿足校園電視臺(tái)需求。

三、基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的課堂錄播系統(tǒng)應(yīng)用

教學(xué)視頻作為一種最直接有效、最原汁原味、最生動(dòng)活潑的教學(xué)方式和展示手段，在教學(xué)研究、資源建設(shè)、教師發(fā)展、教育傳播等方面具有不可替代的作用?；诮虒W(xué)視頻的學(xué)習(xí)將會(huì)成為數(shù)字化教育的一個(gè)重要組成部分。[3]

1.教學(xué)反思常態(tài)化，促進(jìn)教師發(fā)展

教師在課堂上很難察覺(jué)自己課堂教學(xué)中的問(wèn)題所在。通過(guò)課堂錄播系統(tǒng)回放進(jìn)行觀摩和反思，可以起到照鏡子的效果，從中發(fā)現(xiàn)不足或需要改進(jìn)的地方。課堂錄播系統(tǒng)使教師教學(xué)反思行為常態(tài)化，促進(jìn)其教學(xué)水平不斷提升。尤其是對(duì)青年教師的成長(zhǎng)有很大幫助，加快青年教師的迅速成長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)從單一依賴師傅的指導(dǎo)到與師傅共同研究探討的轉(zhuǎn)變，也實(shí)現(xiàn)由被動(dòng)接受到主動(dòng)作為和從程式化到常態(tài)化的轉(zhuǎn)變。

2.校本教研常態(tài)化，提升教學(xué)質(zhì)量

校本教研活動(dòng)是教師專業(yè)發(fā)展的重要組成部分，是新入職教師快速成長(zhǎng)的重要一環(huán)。利用課堂錄播平臺(tái)的錄播教室、觀摩教室，方便同行教師現(xiàn)場(chǎng)聽(tīng)課、評(píng)課。教師也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)觀看同行教師上課的實(shí)時(shí)畫(huà)面，打破了時(shí)間和空間限制，實(shí)現(xiàn)同步觀摩，同時(shí)還能對(duì)教師授課進(jìn)行點(diǎn)播、回放和評(píng)價(jià)。課堂錄播平臺(tái)最大限度地?cái)U(kuò)展了校本研修的深度和廣度，有利于校本研修的持續(xù)和常態(tài)化開(kāi)展。

3.教學(xué)評(píng)比網(wǎng)絡(luò)化，評(píng)比形式豐富多樣

教學(xué)評(píng)比或教學(xué)比賽是學(xué)校教學(xué)管理部門(mén)考核教師教學(xué)水平的常用方法和手段，也是促進(jìn)教師提高其課堂教學(xué)水平的有效激勵(lì)措施。然而，傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)比活動(dòng)往往采用隨堂聽(tīng)課的形式展開(kāi)，一定程度上會(huì)對(duì)正常的課堂教學(xué)秩序造成影響，最終影響評(píng)比結(jié)果的公平性。且受到時(shí)間和場(chǎng)地的限制，評(píng)比活動(dòng)的組織規(guī)模往往有限。引入課堂錄播系統(tǒng)后，多名教師可以同時(shí)授課，評(píng)委也可以在任何地方通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聽(tīng)課、評(píng)課。打分結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)匯總，即時(shí)形成參賽者最終成績(jī)。避免了許多中間環(huán)節(jié)，從根源上保證了評(píng)比活動(dòng)的公平、公正、公開(kāi)。另外，比賽結(jié)束后，選手如果對(duì)比賽結(jié)果存在異議，還可以對(duì)比賽過(guò)程和講課細(xì)節(jié)進(jìn)行回訪、查詢。

4.教學(xué)研究遠(yuǎn)程化，促進(jìn)教育公平

目前，各院校之間師資力量和教學(xué)資源的不均衡是教育差距的主要矛盾和主要表現(xiàn)。解決教育差距和不均衡需要教育主管部門(mén)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)部署，從制度層面上引導(dǎo)，逐步實(shí)現(xiàn)。建立區(qū)域院校同盟，共享優(yōu)質(zhì)師資和教學(xué)資源，是避免資源浪費(fèi)和重復(fù)建設(shè)、促進(jìn)教育公平的有效途徑。課堂錄播平臺(tái)在促進(jìn)院校之間優(yōu)秀教師和優(yōu)質(zhì)資源的共享方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。錄播平臺(tái)使跨院校、跨班級(jí)同步授課變得簡(jiǎn)單、方便。不同院校的教師可以通過(guò)平臺(tái)形成教學(xué)共同體，共同開(kāi)展教研活動(dòng)，相互促進(jìn)、共同提高。

5.優(yōu)質(zhì)資源數(shù)字化，推進(jìn)精品課程建設(shè)

隨著院校信息化建設(shè)的推進(jìn)，目前各個(gè)院校校園網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)都已完成，然而最大的問(wèn)題是平臺(tái)上缺乏相應(yīng)的數(shù)字化教學(xué)資源。資源的質(zhì)量和應(yīng)用的效度是院校信息化建設(shè)的瓶頸。應(yīng)用課堂錄播系統(tǒng)將加快院校數(shù)字化資源建設(shè)速度和改變建設(shè)模式，有了豐富的教學(xué)資源，就會(huì)有效促進(jìn)學(xué)科發(fā)展和專業(yè)建設(shè)。另外，這些精品課程有助于青年教師專業(yè)水平的提升，也改變著學(xué)生傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式，促進(jìn)自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化學(xué)習(xí)。

6.教育活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)化，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展

學(xué)校教學(xué)活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)以課堂錄播系統(tǒng)為平臺(tái)來(lái)組織，不但完成在全校范圍內(nèi)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)或電視直播，而且能夠提供網(wǎng)絡(luò)提問(wèn)、網(wǎng)絡(luò)投票等互動(dòng)環(huán)節(jié)，同時(shí)視頻文件被保存到學(xué)生成長(zhǎng)的記錄袋中，畢業(yè)時(shí)作為禮物贈(zèng)送給他們。這些活動(dòng)的開(kāi)展將促進(jìn)教育活動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)化，極大地促進(jìn)學(xué)生的全面協(xié)調(diào)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[3]李小剛.教學(xué)視頻支持下的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代個(gè)性化學(xué)習(xí)研究[J].中國(guó)遠(yuǎn)程教育，2013（7）.

（編輯：魯利瑞）