遠程實時教學技術(shù)方案的比較與實踐(2)

1、遠程實時教學技術(shù)方案的比較與實踐(2)目前，大多數(shù)的自動錄播系統(tǒng)都支持學生起立的圖像跟蹤觸發(fā)機制，即當學生由坐姿到站立的時候，高度發(fā)生了變化，從而起到觸發(fā)作用，運用圖像識別技術(shù)進行定位，進而圖像可自動切換到該學生畫面。經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn)，中小學的學生由于他們的上課管理制度較為嚴格，隨意性較低，學生與教師在課堂上的交流方式主要以站立為主，上述觸發(fā)機制正是以高度的變化為觸發(fā)點的，因此這種方式對于中小學的學生來說較為適合，并不具有普遍性。對于高校學生而言，他們的交流方式較為隨意，既有起立進行交流，也有坐在座位上的方式交流。因此，在系統(tǒng)的設計時我們采取了觸發(fā)式的模式。這種模式的優(yōu)點就是不受學生行為動作的影響

2、，而且由于其原理是機械性的所以穩(wěn)定性及準確性都較高。這種方式有兩種實現(xiàn)辦法。第一種是在遠程教室中每個學生位置都安裝觸發(fā)裝置，這種做法最容易實現(xiàn)，但其維護、管理較困難，并且成本較高。第二種是選擇接收端帶有發(fā)碼功能的無線手持麥克，每個遠程教室根據(jù)人數(shù)配置相應麥克個數(shù)，一般每10個人為一個區(qū)域，配置一只麥克，即每個麥克代表一個區(qū)域，當觸動麥克開關時即代表發(fā)出交互請求，攝像機也會同時根據(jù)此麥克定義的區(qū)域進行定位抓取。實踐表明，第二種方法更加符合實際需求。3.2 采集及呈現(xiàn)模式設計的實踐遠程交互教學系統(tǒng)建立的首要目標就是要實現(xiàn)跨區(qū)域的實時音視頻交互，因此，對于教學活動音視頻的采集和呈現(xiàn)方式有著不同的設計

3、要求。為保證教室的通用性，我們把教室的采集及顯示設備方案進行統(tǒng)一化設計，這樣就能保證所涉及的教室可以適應所有角色。系統(tǒng)的使用對于用戶主體（主講教師和學生）來講，存在3種不同角色場所，分別是主講教室、遠程交互教室以及直播教室。一般情況下，對于一節(jié)課程來說，主講教室只有1間、遠程交互教室和直播教室可以是多間，也就是一點對多點，當然普遍情況下直播教室的數(shù)量會遠遠多于遠程交互教室。對于3種不同角色類型的教室，它們所展示的內(nèi)容是有很大區(qū)別的，因此，我們需要對3種角色類型教室畫面所呈現(xiàn)的模式分別做出不同的設計。3.2.1 采集及顯示設備方案的設計為充分利用學校現(xiàn)有系統(tǒng)和資源，因而對于它們的設計是以原有傳統(tǒng)

4、錄播教室的基礎而進行的。對于原有傳統(tǒng)錄播教室，主要采集及顯示設備部署如圖1所示。整個教室中有5臺攝像機（部分廠家的方案為4臺攝像機），教室后端3臺攝像機分別用來拍攝教室全景、教師近景和板書，教室前端兩臺攝像機分別用來拍攝學生正面全景和學生特寫。主講教師所用計算機及顯示屏幕安放于多媒體講臺中，而用于學生觀看主講教師課件內(nèi)容（即VGA畫面）是由一塊大屏幕來呈現(xiàn)的。然而對于進行遠程交互教學的主講教室而言顯然這樣的配置是不夠的。對于主講教室中的主講教師而言有3種狀態(tài)的收視需求：第一種狀態(tài)是主講教師在發(fā)生交互前（即正常本地授課過程中），需要看到全部加入到遠程交互教室的情況；第二種狀態(tài)是在發(fā)生有交互請求時

5、可以看到是哪些遠程交互教室在請求互動，以用來對交互請求做出選擇；第三種狀態(tài)是在與遠程交互教室發(fā)生互動時，可以看到遠程交互的學生的畫面，并聽到其聲音。而對于主講教室中的學生而言還需要觀看本地主講教師課件的VGA畫面。目前，在主講教室中用于顯示的設備共有兩種，分別是教師計算機的顯示屏幕和多媒體大屏，它們可以滿足主講教師對于現(xiàn)場多媒體教學的需要和本地學生學習的需要。但為了能夠?qū)崿F(xiàn)遠程交互，就必須要添加另外的顯示設備?；谏鲜龇治龊突粳F(xiàn)狀，為滿足主講教師對于交互教室情況和交互過程中遠程學生的觀看，前后進行了3種方案的設計及實踐。第一種方案是在教室正后端安置兩臺液晶大屏，分別用于顯示全部遠程交互教室情

6、況和發(fā)生交互時遠程交互學生的近景畫面。這種方案不僅能夠?qū)崿F(xiàn)上述主講教師觀看要求，而且對于交互時主講教師畫面的構(gòu)圖也滿足對于遠程互動學生以及直播教室學生收看的需要。經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn)這種方案也存著一些問題，如對于較大教室來說，教室縱深較長，主講教師距離2塊液晶大屏的距離較遠（甚至可能超過20米），對于觀看交互時遠程學生的近景還可以接受，但對于眾多交互教室情況的觀看和操控就顯得不太容易了，這會直接影響到整個教學過程的流暢度。第二種方案是采用在教室的正后端安置一塊液晶大屏用于顯示交互發(fā)生時遠程交互學生的近景畫面，而在多媒體講臺中教師計算機顯示屏側(cè)面安放一個一臺同大小的液晶屏幕用于對全部交互教室情況的觀看和

7、操作。這種解決方案可以達到上述的要求，但也存在其不利之處，如使用同一鼠標操控2臺顯示器，加大了主講教師對于計算機的操控難度，并且對于多媒體講臺還需要重新制作，浪費了資源，另外對于遠程交互學生的近景畫面的觀看還是有些不便。因此，由于眾多原因，經(jīng)過改進產(chǎn)生了第三種設計方案。將用來顯示遠程互動學生近景的液晶大屏放置教室靠前位置的側(cè)方，而用于顯示全部交互教室和操作的設備采用Surface平板電腦實現(xiàn)，這樣可以把Surface平板電腦鑲嵌到原有多媒體機柜中而不用重新制作，并且Surface平板電腦使用的Windows操作系統(tǒng)相對于基于iOS系統(tǒng)和Android系統(tǒng)的平板電腦通用性較強。此外，為保障在播放

8、交互時主講教師的構(gòu)圖，設計在側(cè)前方液晶大屏上端加裝一臺攝像，用來拍攝交互發(fā)生時主講教師的視頻。具體設備部署如圖2所示。3.2.2 呈現(xiàn)模式的設計由于收視者對于遠程交互教學系統(tǒng)的應用不同，因此，對于不同角色的教室在畫面的呈現(xiàn)方式上是不同的。首先，在主講教室中，當正常本地授課時，用來顯示全部交互教室情況的Surface平板電腦和顯示交互學生近景的液晶大屏顯示的內(nèi)容是一致的，采用九宮格的方式，當發(fā)生交互時，顯示交互學生近景的液晶大屏變換為兩路信號的交互界面（遠程交互學生近景與主講教師近景），而Surface平板電腦不發(fā)生變化。當交互結(jié)束后顯示交互學生近景的液晶大屏再回到九宮格畫面，如圖3所示。其次，

9、在交互教室中，當主講教室的教師進行正常本地授課時（即發(fā)生交互前），遠程交互教室前的投影幕布顯示的是主講教師和主講教師計算機的VGA畫面，當發(fā)生交互時，我們需考慮的是在進行交互的學生可能要根據(jù)主講教師計算機的VGA畫面的內(nèi)容進行提問和討論，這時既要保障學生能看到交互雙方的畫面又要能看到主講教師計算機的VGA的畫面，因此，采用了圖4所示的方案，交互完成后返回原畫面。3.3 操控方式設計的實踐由于遠程交互教學系統(tǒng)使用的主導對象為教師，而教師的主要精力是放在教學活動中的，因此，作為輔助教學的系統(tǒng)其設計必須簡潔、易用，對于其操控方式主要進行了三方面的設計。首先，遠程交互教學環(huán)境的創(chuàng)建。主講教師可根據(jù)具備

10、交互功能的教室列表進行選擇需要遠程實時教學的教室，添加完畢后，就可在交互液晶屏及平板電腦中觀看到所有加入教室的圖像。其次，直播和錄制的創(chuàng)建及停止。通過明確的按鈕及信息填寫表單完成直播和錄制的開啟，并在圖像區(qū)域顯著顯示當前直播時間和錄制時間，同樣通過停止按鈕可結(jié)束當前的直播和錄制。最后，交互過程的建立及停止。當遠程學生發(fā)出交互請求的時候，交互液晶屏及平板電腦的九宮格畫面中相應教室的圖像將發(fā)生閃動，并發(fā)出提示聲音，主講教師可根據(jù)需要直接點擊相應的圖像區(qū)域即可實現(xiàn)交互過程的建立，交互停止通過點擊同樣圖像區(qū)域完成。4 總結(jié)與展望通過對遠程交互教學技術(shù)方案的研究與實踐，對現(xiàn)有教學環(huán)境進行改造，在原有系統(tǒng)條件的基礎上，進行部分設備的添加及簡單系統(tǒng)的設計，達到了遠程交互教學的目的，不僅深度挖掘了原有系統(tǒng)的功能，豐富了教學手段，更為學校信息化的進程提供了有效的技術(shù)保障條件。當然現(xiàn)有的技術(shù)方案并不能完全達到理想狀態(tài)，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，將遠程交互教學擴展到移動終端上的應用以及與多媒體教學控制系統(tǒng)的整合是今后需要進一步研究及發(fā)展的目標。參考文獻1 陳麗，林世員，鄭勤華。互聯(lián)網(wǎng)+;時代中國遠程教育的機遇和挑戰(zhàn)J.