基于BYOD的多媒体教室优化设计与应用

薛胜兰

(韩山师范学院 教育技术系, 广东 潮州 521041)

教室多媒体系统是承载信息化教学手段的重要设施[1]。在以往的多媒体教室的建设中,容易忽视一些问题。在系统功能方面,缺乏对智能手机课堂上教学应用的支持,手机上丰富的图片、微信收藏等资源不能便捷在课堂中直接展示；在设备使用和管理方面,展示台、音响话筒使用调整比较复杂,设备多、规格不一、可替换性差、维护工作难度较大。此外,多媒体教室设备较高的能耗和材料消耗也不容忽视。

笔者基于自带设备(bring your own devices,BYOD)的理念,应用智能手机、电脑棒、同屏器等新媒体、新技术,优化教室多媒体系统的设计,为多媒体教学系统的建设提供了可参照的设计方案[2-5]。

1 系统优化设计

1.1 基于BYOD的设计理念

BYOD是指用户将自己的移动智能终端(如智能手机、平板电脑、笔记本电脑等)应用于工作和学习中[6],现已成为世界教育信息化发展趋势之一[7]。“思科伙伴网络”调查发现:自带装备在各行各业的应用越来越广泛,特别是在教育行业,随着智能移动终端的日益普及和硬件性能的不断提升,自带设备将成为广受欢迎的学习工具,对教育信息化有重要影响。目前,应用于教育领域的BYOD装备,除常用的智能手机、手提电脑外,第四代PC——电脑棒的成功研制与正式应用,成为新型的BYOD装备,具有独特的优势。

多媒体教室的设计基于BYOD理念,师生的智能手机、电脑棒等个人设备无缝接入教室多媒体系统,设备由师生各自管理、维护,减少使用中公共设备易发生的问题,各种损耗和故障会下降,并且能够发挥智能手机这种富媒体平台的优势,实现教学方式的创新。

1.2 优化设计原则

教室多媒体系统的设计,除了必须遵循可靠性、方便性、安全性等原则外,也必须关注兼容性、节能性、标准化等方面的要求。

(1) 兼容性、替换性原则。师生的BYOD装备具有多样性,必须充分考虑系统的兼容性、替换性和容错力,应兼容主流的安卓系统、苹果系统的智能手机；能够全面支持教师的U盘、移动硬盘等存储设备；系统可替换性强,尽量选用即插即用产品,能够快速替换故障设备。

(2) 低能耗、低耗材原则。多媒体系统的总功耗较大,教室多媒体系统的用电量往往超过照明用电量[8]；而在教室多媒体系统的运行中,电池、领夹话筒、投影灯泡等也会有大量消耗。因此,应尽量选用低功耗、自动休眠的节能产品。

(3) 标准化、实用性原则。中国教育技术协会技术标准委员会发布《多媒体教学环境工程建设规范》,在系统集成、多媒体智能控制、视音频系统、配电和网络等6方面制定了详尽的技术规范,对多媒体教学环境中的技术指标进行量化,使多媒体教室的建设有章可循[9]。同时,教室多媒体系统的方案设计必须从教学实际需求出发,拒绝华而不实的设备,提高设备的利用率,构建适合学校未来发展、操作简单、功能丰富、整合各类新媒体资源的教学平台。

2 多媒体教室优化设计方案

多媒体教室是多系统集成的教学平台,主要包括计算机系统、投影系统、音响系统、展示系统、中控系统和其他设备，其中计算机系统和投影系统是必不可少的。在小型多媒体教室,投影系统可由平板电视或电子白板取代。按控制方式不同,多媒体教室的设计方案分为以中控器为中心和以投影机为中心两种方案。

2.1 中控器为中心的优化方案

为了达到系统对BYOD设备的支持,综合考虑费用、能耗、使用、管理等因素,以中控器为中心的设计方案由同屏器、电脑棒、有源音箱等组成,适用于通用型多媒体教室的新建或升级改建,系统结构如图1所示。系统中的VGA转换器是可选设备,同屏器、电脑棒普遍是HDMI输出,在升级、更新教室多媒体系统时,中控器普遍不具备HDMI高清输入端口,但是通常具备多路VGA输入[10],通过VGA转换,才能接入教室多媒体系统。

图1 以中控器为中心系统结构

2.1.1 以电脑棒优化计算机选型

计算机是多媒体教室的重要组成部分,在多媒体教室中主要是播放PPT、视音频、文档和网上教学资源的展示,对计算机硬件的性能要求不高；但是因非专人使用且工作时间长、启动频繁,易发生软硬件故障。

近年来,随着计算机技术的迅速发展,已开发出体积如U盘大小、低功耗、高性能的电脑棒(compute stick),其核心指标已达到2.8 GHz四核CPU/4 GB内存/128 GB外存,主要性能与普通台式电脑、笔记本电脑相近,完全能够满足课堂多媒体教学的要求。电脑棒也称“口袋电脑”,比便携式电脑更加轻便,适合于教学应用和移动展示。与传统电脑相比,电脑棒应用于多媒体教室中具有显著的优势。

2.1.2 以同屏器优化系统功能

同屏器是智能手机无线接入教室多媒体系统的关键设备,其作用是实现手机画面、视音频在大屏幕和音响设备上同步播出。智能手机普及率高、功能强大、资源丰富,通过同屏器将师生智能手机上的照片、视频、微信、文档等无线同步显示在大屏幕上,在手机摄像和拾音APP应用程序的支持下,通过“智能手机+同屏器”,可以实现视频展示台和无线话筒的功能。智能手机可靠性高、操作简单、经费投入少、管理维护的难度小。

2.1.3 以有源音箱优化音响系统

多媒体教室音响系统的配置通常是AV功放+音箱,但是往往对邻近教室产生声音干扰。对于60人以下的教学班而言,可以采用功率适当的有源音箱而非大功率的音响系统。根据教学实践,60个座位的多媒体教室配置一对额定功率60 W的木质有源音箱,而60～120个座位的多媒体教室采用2对有源音箱并联即可满足教学要求。

2.1.4 优化投影机选用

投影机等显示终端是决定多媒体教室使用效果的核心部分。教学用投影机工作时间长,应选用性能好,采用高效防尘、0秒直接关机技术的中高端设备,并且具有网络接口,以实现网络化集中管理和远程监控。

2.1.5 优化控制台设计

多媒体教室为防盗而采用钢制讲台,存在体积大、遮挡视线、与教室环境不协调的问题。通过对多媒体系统的设备进行优化设计,减少了电脑主机、音响功放、展示台等“大件”设备,而增加了同屏器、电脑棒等体积小、价格相对低廉的设备,因而可以使讲台回归传统讲台的形态。讲台设计有2个带锁抽屉,将电脑棒和同屏器等置于讲台的“维修抽屉”内,仅管理人员能打开；而鼠标、键盘、遥控器、电源开关等放置于“上课抽屉”内,供教师教学使用。

2.2 投影机为中心的优化方案

教育工程投影机虽然在具体功能和性能上存在差异,但都具备多输入切换、声音控制和信号转接等通用功能。以投影机为中心的多媒体教室优化方案可以节约资金、便于操作和减少故障。以投影机为中心的系统结构如图2所示。

图2 投影机为中心的系统结构

在课堂教学使用中,仅需要使用投影机遥控器就可以实现信号切换和音量调整。通过教学录像分析,课堂教学内容的呈现基本由电脑完成,课中进行信号切换的操作并不多,通常也只是展示台(即同屏器)与电脑之间切换,二者均采用HDMI或VGA信号,在投影机的遥控器上操作简便。对于音量调整,与家用电器的音量增减相同,教师易于掌握。

教育工程投影机稳定性、可靠性高。以投影机为中心的优化方案,可以提高设备的利用率,减少多媒体教室的故障,使维护更简单。在经费一定的情况下,由于减少了中控器的购置,可以提高投影机和计算机的技术指标,使系统的关键性能得到提升。

2.3 优化集控管理方式

随着学校多媒体教室数量的增加,分布分散、配置复杂、使用频繁、故障率较高的问题已不可忽视。为了减轻管理、维护工作的压力,提出集控管理的方式。

常用的集控管理有2种:一种是在教室增加视频监控系统或内部通话系统,进行远程视频监控或通话沟通,达到辅助管理的目的,但是这种方式不仅建设、运行维护费用高,而且监控、通话系统本身产生的故障,也会增加不少工作量,所以难于普及应用。另一种是选用网络中控器,实现对各教室多媒体系统状态监控,但也存在多媒体系统中控器的品牌、型号复杂多样,不同中控器所采用的软件系统无法兼容[11]的问题。此外,这种方式集控管理功能非常有限,仅仅是其本身功能的远程控制,不能对计算机、投影机等核心设备进行远程监控、设置等,这种方法通用性、实用性也不高。

经过比较,应用成熟的校园网和相关的软件系统，能够简单、方便、零投资实现对计算机、投影机等核心部分的远程可视化状态监控和设置、常见故障排除等,系统拓扑结构如图3所示。

图3 集控管理系统结构

(1) 计算机的集控管理。通过学校广泛应用的极域、凌波等电子教室软件系统,在值班室电脑安装教师端软件,在各教室电脑上安装学生端软件,通过校园网组建成电子教室,应用电子教室软件的“监控、远程命令”等功能,在值班室实现对所辖多媒体教室电脑的状态监控、远程设置、排除故障等。

(2) 投影机的集控管理。网络接口是主流教育工程投影机的标配,其主要作用是通过软件实现网络化集中管理,可以通过计算机对1台或多台投影机进行远程操控。仅需要将投影机连接校园网并配置IP地址,管理员就可以远程检查投影机的工作状态,进行远程参数设定、查看投影机灯泡用时等经常性操作。应用校园网和通用软件系统对多媒体教室核心部分进行远程集控管理,不但零投资或少投资,而且适用性强、易于实现。

多媒体教室的传统设计方案与BYOD优化方案比较如表1所示。

表1 系统组成部分比较

2.4 系统安装

在BYOD优化方案中,主要设备的安装、使用与传统多媒体教室区别不大。同屏器和电脑棒是新一代信息技术产品。同屏器应选用频段宽、兼容性强的产品,以满足课堂教学高清无线传输的要求。电脑棒有别于传统的台式电脑,在安装使用中应注意以下问题:

(1) 电脑棒启动按钮比较小,不便于按压开机,应设置为“通电自动启动”(在BIOS中设置),即接通系统电源后即自动开机,以方便教师使用；

(2) 教师利用移动硬盘、U盘等携带教学资源,但是电脑棒放置在讲台抽屉内,不便连接USB装备,而且本身USB接口少,需要配置USB集线器(USB HUB),应选用具有独立电源的USB HUB,以提供足够的电量支持。

(3) 电脑棒没有光盘驱动器,少数课程需要用到教学光盘,可以制作成ISO格式光盘镜像,通过虚拟光驱运行,也可以配备外置光驱。

2.5 应用效果分析

在韩山师范学院教学大楼近百间教室的多媒体教学系统安装中,应用了基于BYOD理念的优化设计方案。与以往方案建设的多媒体系统比较,基于BYOD设计教室多媒体系统具有节约费用、节能、减少故障的优势。

(1) 节约费用。根据供应商报价和网上商城数据,基于BYOD的优化方案比传统方案有较大的价格优势。电脑棒、普通讲台、有源音箱等相对价格低廉,而且节省了展示台、中控器、无线话筒等,使建设成本和后期运维费用大幅度减少。

(2) 降低能耗。多媒体教室主要设备的功率如表2所示。从表中数据可见,在基于BYOD的优化方案中,每间教室多媒体系统的总功率可减少330 W[12]。

表2 多媒体设备功率比较

(3) 故障率低。选择设备状态均处于稳定期、课时相似的传统方案和基于BYOD的优化方案各10套多媒体系统,在2017年春季学期进行详细的故障记录。将多媒体教学设备故障的性质分为硬件故障、软件故障和误用性故障。硬件故障包括硬件损坏、线路松脱等；软件故障包括计算机和智能手机的软件故障；误用故障指因操作错误而发生的故障,包括电池电量缺失等。两种方案的多媒体教学设备故障统计如表3所示。

表3 2017年春季学期多媒体故障统计 次

表3说明优化方案的硬件故障和误用故障大幅减少。硬件故障减少的原因主要是优化方案结构简单、线路简洁,减少了中控器故障及中间接插环节,例如电脑棒的故障远低于台式主机,且不存在台式主机的内存松动、电源损坏等常见故障；误用故障低，反映优化系统操作简单、易于使用。优化方案的软件故障比传统方案高,但是其中包括因教师智能手机缺少APP应用程序而需要管理员协助解决的问题。

3 结语

基于BYOD的多媒体教室系统优化了多媒体教室的建设。一方面,有利于提升系统投影机、电脑棒等核心部分的性能,节省建设成本和后期运维费用,降低能耗、减少故障；另一方面,有利于创新教学方法和手段,充分利用师生的个人智能设备方便携带、与生活紧密结合、使用熟练、应用软件发展迅速等特点,将最新信息引入课堂,发挥移动互联网的优势,让普通多媒体教室具备了“互联网+”的时代特征。

参考文献(References)

[1] 教育部.教育信息化十年发展规划(2011—2020年)[A/OL].(2012-03-29)[2017-11-03].http:// http://old.moe.gov.cn/ewebeditor/uploadfile/2012/03/29/20120329140800968.doc.

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