面向实训室的多媒体学习平台及应用

袁华 杜广龙 张凌

摘 要：针对实训室与数字资源教学平台实训效果差等问题，研发面向实训室实践能力培养的多媒体学习平台，包括视音频采集系统、在线学习系统和云存储系统三大部分。该平台可部署于不同专业的实训室，从不同角度采集示范操作，不仅可现场直播，还可存储资源以供点播;平台提供Andriod和IoS应用，学生学习不受时间、空间限制。将平台应用于某职校中西面点制作实训室，取得了很好的效果。

关键词：视音频采集;在线学习;实训室

0 引言

教育部2010年发布《国家中长期教育改革和发展规划纲要》，重点强调学生实践能力的培养[1]。因此各中、高等院校纷纷加强其实践能力培养的设施建设，尤其是一些职业院校，通过新建或改造大批实训室，添置大量教学仪器设备，增设实训建设项目，加大学生实训教学力度，逐步推行开放的实训教学[2～5]。但由于教学理念、管理方法和手段的落后，实训室使用率和效果亟待提升[6]。实训室普遍存在的问题包括[6～7]：重视硬件建设，轻视内容建设;理论和实训衔接不紧，实训前、中、后缺乏衔接;实训效果缺乏考评手段;实训室围观老师示范的效果差;实践技能滞后等问题。

针对实训室重建设、轻使用等问题，宋旭明[8]提出“研、观、练、评”的实践技能训练模式，“研”指学习相关理论并为掌握技能作充足的理论准备，“观”指观摩老师示范操作，“练”指在以上环节的基础上自己操练，“评”指老师点评学生的操练;胡宁等[9]提出实训链概念，完整设计并实施了实训的各个教学环节;耿阳婕等[10]主张实训室建设引入全时教育体系。

各职业院校也争相进行数字化教学资源平台建设，但平台使用效率并不高，存在的主要问题有：重视平台建设，忽视资源内容建设，最终导致平台沦为摆设;教学观念和模式与先进设备不匹配;标准不统一，功能不完善，且与其它系统的接口不顺畅;资源库存在安全隐患等[11-12]。

针对上述问题，本文设计一个面向实训室实践能力培养的课程学习系统，现场多角度采集老师操作视频，实时同步到各学生操作台，点到点全真演示，并多地存储，供学生课后点播、反复揣摩;系统功能贯穿研、观、练、评各教学环节，充分利用现有实训室，调动学生主动学习积极性，既为老师提供资源传递入口，还为学生提供随时随地学习的平台。

1 实训室多媒体学习平台构成与设计

多媒体学习平台是由实验室自行研发的视音频资源采集系统（CoolView）、在线学习系统（LMS）和私有云存储系统（WebLib）三大部分构成;CoolView负责采集和录制视频，然后调用WebLib接口，将视频存储到WebLib私有云系统中，LMS再调用WebLib接口使用视频资料。3部分可自成系统，也可集成在一起，形成一个无缝的多媒体学习平台，集中用户管理，数据完全同步。

1.1 用户管理中间件

3个系统均可作为独立的系统，为了将它们有机地集成在一起，使用户管理功能独立出来，设计一个用户管理中间件，为应用系统提供用户服务，不同用户被赋予不同权限，该中间件还可为新增的应用系统提供用户服务，如图2所示。

用户管理中间件把WebLib、CoolView等应用系统的用户管理与Grouper用户分组整合在一起[13-14]，实现用户管理、分组权限管理等使用功能。应用系统不再管理自身用户，而是通过接口从中间件获取相应信息，授权指定用户和用户组给对应的应用系统使用。当应用系统需获取用户及其分组信息时，通过接口访问用户管理中间件，实现其对访问来源的权限过滤，用户管理中间件结构如图2所示。

该用户管理中间件使WebLib更专注于存储服务与应用存储管理，使CoolView专注于视音频信号采集和存储，使LMS专注于在线学习功能设计;该设计可更好地为各应用系统提供用户管理服务，并实现用户同步与共享，且具有良好的扩展性，可灵活接入其它应用系统。

1.2 多进程录制服务器

CoolView视音频采集系统由编码器、录制服务器、SIP服务器和管理服务器构成。其中，录制服务器最重要[14]，它负责完成音视频流采集、传输及存储为标准MP4文件，再调用WebLib私有云存储系统接口，完成录制和分布式存储任务。该系统结构如图3所示。

為实现实时录制，采用多个进程协同工作，以克服单进程资源无法满足多点采集实时录制要求的问题;灾难性错误主要包括对空指针取值、写内存越界导致数据破坏、抛出未处理的异常导致进程无法继续运行等。为增强应用鲁棒性，最小化以上错误带来的影响，实现进程监控与恢复，当某进程崩溃后，可尽快被发现并从崩溃前的状态重新运行;同时降低模块间耦合度，使各模块实现升级而不影响进程间的协调运行。

录制服务器主要进程及其功能模块包括：

（1）主进程。其主要包括录制控制模块和用户界面。用户界面支持各种录制操作及录像作业状态监视，比如正在被录像的媒体流与音视频接收情况、录像时长与文件大小等信息;录制控制模块为录制服务器新加入模块，用于管理录像作业。

（2）SIP通信进程。该进程用于与SIP服务器通信，负责SIP信令封装发送和接收解析，协调模块间及服务器间的控制。

（3）监控与恢复进程。该进程监控硬件设备和进程的运行状态，当检测到异常情况时及时作出反应，如恢复崩溃的进程、提示或重启硬件异常等，以确保整个系统正常运行。

（4）媒体流指令分派器进程。该进程负责接收主进程控制消息，并创建媒体流处理进程，然后转发消息，维护媒体流处理进程的状态。

（5）媒体流处理进程，负责接收媒体流并转码和录制接收到的音视频。

（6）录制服务器进程。该进程用于实现实际录制之外的其它功能，主要包括：①远程控制，基于Web Service的远程控制接口，实现录制远程操作和录制状态查看;②数据库管理，将完成的录像信息写入数据库，并提供数据库查询功能;③远程查询和资源获取，可从PC端或移动端远程查询并下载录像信息;④磁盘容量监视，检测磁盘空间，在空间不足时作出响应，并滚动删除最早录像，确保录像数据完整。