互动型智慧录播教室建设的研究和设计

陆 焱 李开明

(常州信息职业技术学院教务处 江苏常州 213164)

互动型智慧录播教室建设的研究和设计

陆 焱 李开明

(常州信息职业技术学院教务处 江苏常州 213164)

现代教育理念的发展，传统的直排过道型录播教室已无法满足需求。常州信息职业技术学院在新型录播教室建设中提出新设想，并付诸实施。通过分析互动教室和录播教室的优劣，根据功能需求，阐述设计方案。

互动智慧教室； 在线录播教室； 系统设计

0 引言

教室作为教学活动的场所，其伴随信息化技术的不断创新而发展。如今电脑、投影仪、数字白板、移动设备、影音录制设备、数据云存储等各式数字系统构成课堂的信息化环境。2016年常州信息职业技术学院(以下简称学院)提出了内容呈现、环境管理、资源获取、及时互动、情境感知的五个纬度[1]作为新建互动型智慧录播教室的设计宗旨。经过半年的市场调查发现，单一的智慧教室产品或在线录播教室产品都无法满足需求，智慧教室与录播教室功能对比如表1所示。

通过比较，学院决定由教务处设备保障科牵头，结合两个产品的优势制订教室设计方案。

表1 智慧教室与录播教室功能对比表

1 互动型智慧录播教室总体结构

综合学院提出的功能需求和市场主流产品的特点，最后决定采用南京腾优的互动智慧教室系统和中广上阳的在线录播系统的方案。在三方讨论下确定顶层设计和功能要求并联合解决两套系统的设备控制与数据共享等问题。互动型智慧录播教室体系结构如图1所示。

图1 互动型智慧录播教室体系结构图

2 详细设计

2.1 录播系统设计

录播系统为教师课堂活动采集实时的影音数据，包括录播系统软件、视频录制设备、音频录制设备、视频跟踪设备、系统控制设备、数据传输及供电系统。其系统结构图如图2所示。

图2 录播系统结构图

从结构图可知，系统通过9路视频数据信号以及1路教师机DVI信号录取课堂视频数据。教室挂麦、教师无线麦录取课堂音频数据进入音频处理主机。音视频数据再经过录播跟踪主机的剪辑之后形成课堂录像视频文件。其中5台广播级摄像机以1080P或4K格式录制课堂实况录像。具体分布如下：讲台全景摄像机、板书中景摄像机、教师特写摄像机、学生特写和学生全景摄像机。为满足多媒体教学的需要，教师机的PPT以及数字白板书写画面也需要进行采集，因此，需要对教师机DVI信号进行录制[2]。同时，系统采用最新的视频识别技术，录播跟踪主机通过2个学生监控探头、教师定位探头及板书定位探头对教室人物活动情况进行分析后控制教师特写摄像机、板书中景摄像机、学生特写摄像机进行拍摄。整套录播系统受到一台可编程的多媒体控制器控制。其集成了供电模块、各设备控制接口、外接视频音频输入/输出模块等可控制系统的供电、传输、预览、录播系统的启停等多项功能。

2.2 互动智慧教室设计

互动智慧教室设计主要考虑多屏互动功能、师生登录功能、互动教学功能、实时互动数据统计功能、教学环境智能控制系统等。如图3所示。

图3 互动智慧教室系统结构图

在传统的教室中，黑板是必不可少的教学工具。进入多媒体时代后，一台投影仪将教师机电脑上面的画面投影至教室前方幕布上面，同时保留部分黑板供教师书写板书，这便是教室多屏系统的雏形。但以投影仪为基础的模式普遍存在投影画面易被遮挡、只能用于电脑或移动设备画面的投影、数据传输是单向的问题，无法实现交互功能。

学院在此次互动教室的设计中采用分组式学生课桌椅分布，为每组学生提供一块小组大屏方便学生观看[3]。整个多屏互动功能是由教师协调器、小组协调器、教师端显示单元、小组大屏、移动设备组成。其中教师协调器主要功能为接收教师电脑DVI信号进行复制并分别传输给教师端显示单元如电子白板、投影仪、电脑显示器，并通过网络传输给小组协调器和各种移动设备。同时将电子白板等触摸设备的数据进行处理模拟成一块多点触摸设备后传送给教师机操作系统。小组协调器主要功能为接受教师协调器的视频信号并传送给小组大屏。教学互动功能则主要由教师协调器、小组协调器、小组网关、答题器组成。教师在大屏上面发布各种题目后，学生操作安装在桌面的答题器发出按钮数据途经小组网关、小组协调器、教师协调器后汇总到教师机进行处理。为实现答题器和学生的一一对应，小组网关还需具备一卡通刷卡绑定功能。整套互动教室系统都由一台带读卡功能的教师网关控制。其功能有触摸屏操作，一键控制教室所有设备，课堂测评、视频交互、实训观摩一键操作、教师卡登录功能等。通过教师卡登录功能为定时、定人、定课程的三定功能预留硬件基础。全套系统由教师网关发出指令，控制一台电源管理器实现设备供电统一管理、功耗实时采集、电源远程控制等功能。

2.3 录播系统和互动教室系统集成

录播教室系统和互动教室系统是各自独立的系统。教师在上课时如何同时自动开启两套系统和系统之间数据如何进行传输处理是需要解决的问题。

1)录播系统受一台多媒体控制主机控制。它采用目前主流的嵌入式系统，接受控制面板发出的16进制指令后，控制相应继电器开关状态来实现整套录播系统的供电控制，同时转发控制面板录播功能开关指令以控制录播跟踪主机的工作状态。互动智慧教室同样由一台教师控制网关发出16进制指令控制继电器来实现相关设备供电和教室上课状态的变化。整套录播系统控制功能集成在互动智慧教室的教师控制网关上。具体功能如下：一是系统启动功能。将原本智慧教室刷卡启动改为在验证教师卡数据后，教师控制网关先向录播系统的多媒体控制主机发送启动信号开启相关设备的供电，再开启互动教室系统。二是上课启动功能。当教师按下上课键后，录播系统的多媒体控制主机将收到课程录制激活指令启动系统，进入录播状态后，互动教室再开启上课状态。三是系统关闭功能。当教师按入下课键后，教师控制网关发送停止录制信号和关闭信号关闭录播系统的相关设备供电后关闭互动教室。具体如图4所示。

2)在系统数据共享方面主要为视频信号数据传送。录播系统在录制课堂实况画面，同时将互动教室的教师机DVI信号接入录制跟踪主机加以录制。具体图5所示。

图4 互动型智慧录播教室控制系统图

图5 互动型智慧录播教室影音系统图

3 结束语

本系统以市场主流设备为基础，根据学院要求进行系统设计，在引进新技术的同时，又保证了经济性和稳定性。为学院线上、线下课程奠定硬件基础，为教师探究教学模式创新和改革提供环境。

[1] 勒旭莹，马晓萍，申巍.智慧教室的初探[J].教育教学论坛，2014(44)：8-10.

[2] 黄山涯，陈磊.录播教室的功能设计及其建设[J].实验室研究与探索，2010(10)：378-380.

[3] 谢家雄，宓宁宁.小组互动型教室的构建[J].软件导刊(教育技术)，2012(11)：53-55.

Design and Study on Construction of Interactive Intelligent Studio Classroom

LU Yan LI Kaiming

(Office of Academic Affairs, Changzhou College of Information Technology, Changzhou 213164, China)

With the development of modern educational concept, the traditional straight aisle recording and broadcasting classrooms could not need the demand. In the construction of new-style recording and broadcasting classrooms, Changzhou College of Information Technology has presented a new idea, and put into effect. By analysing the merits and demerits of interactive classrooms and recording and broadcasting classrooms, the design plan is elaborated.

interactive intelligent studio classroom; online recording classroom; system design

2017-09-28

陆 焱(1981-)，男，助教，研究实习员，主要研究方向：计算机应用技术、教学信息化技术

G 434

B

1672-2434(2017)06-0028-03

李娟]