云課堂系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李磊 謝淑娟 王劍

摘? ?要：當(dāng)前，我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展已經(jīng)發(fā)生深刻變化，教育信息化已經(jīng)成為時(shí)代發(fā)展的必然趨勢。云課堂系統(tǒng)由大容量、高可靠的教育云平臺(tái)和簡單易用的教學(xué)智能終端組成，具有多場景、多功能、靈活易用的特點(diǎn)，能為師生帶來“教-管-學(xué)”全方位的沉浸式教學(xué)與學(xué)習(xí)體驗(yàn)，為教育信息化提供實(shí)用的解決方案。文章對此展開分析。

關(guān)鍵詞：教育信息化;云課堂;教學(xué)智能終端;教育云平臺(tái)

1? ? 云課堂系統(tǒng)的總體構(gòu)成

云課堂系統(tǒng)整體由用戶層、業(yè)務(wù)層、設(shè)備層、平臺(tái)層構(gòu)成。用戶層為學(xué)生、家長、教師、校長、教育部門管理者等用戶提供不同的產(chǎn)品和服務(wù)，基本覆蓋教育行業(yè)各層級(jí)用戶。平臺(tái)層提供大平臺(tái)管理模式[1]，通過強(qiáng)大的云視頻會(huì)議服務(wù)器，互動(dòng)平臺(tái)、教管平臺(tái)、資源平臺(tái)、巡課中心多平臺(tái)協(xié)同運(yùn)作，各個(gè)教室互聯(lián)互通、共治共享、協(xié)同服務(wù)。設(shè)備層在教室使用高度集成的一體化終端，集視頻、音頻、互動(dòng)于智能教學(xué)一體機(jī)，即插即用，不需要復(fù)雜部署，無需專業(yè)人士維護(hù)，使得方案可以在每個(gè)教室快速部署，覆蓋所有教室。此外，支持手機(jī)、電腦設(shè)備協(xié)同使用，滿足用戶在合適的場景使用合適設(shè)備的需求。業(yè)務(wù)特性支持以實(shí)時(shí)互動(dòng)的方式[2]，讓地域上相隔甚遠(yuǎn)的學(xué)生同上一節(jié)課，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源的共享。圍繞這個(gè)中心，云課堂系統(tǒng)具有豐富的應(yīng)用場景，將互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)與學(xué)校常見應(yīng)用場景結(jié)合起來，建立管理平臺(tái)、資源平臺(tái)、互動(dòng)平臺(tái)，滿足來自于學(xué)生、教師、家長、學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)等教育用戶的需求，實(shí)現(xiàn)更多的教學(xué)場景。

2? ? 云課堂系統(tǒng)軟件介紹

2.1? 公共教育服務(wù)云平臺(tái)的構(gòu)成

通過公共教育服務(wù)云平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程互動(dòng)課堂、遠(yuǎn)程培訓(xùn)、遠(yuǎn)程教學(xué)教研，實(shí)現(xiàn)“內(nèi)外資源整合”，促進(jìn)教育資源的均衡化分布。其中，教管平臺(tái)創(chuàng)建互動(dòng)課堂參與的主體，互動(dòng)課堂生成的資源導(dǎo)向資源平臺(tái)，師生可以通過資源平臺(tái)查看生成的課程資源，教管平臺(tái)還能對資源平臺(tái)的資源進(jìn)行編輯。

用戶的主體分為學(xué)生、家長、教師及教學(xué)管理者。一個(gè)互動(dòng)課堂承載了學(xué)生及教師，作為一個(gè)大主體進(jìn)行互動(dòng)課堂的動(dòng)作。同時(shí)，學(xué)生和教師、家長還作為個(gè)人主體在資源平臺(tái)上獲取資源。管理者可以通過教管平臺(tái)、資源平臺(tái)查看課程安排和課程效果。

教育公共服務(wù)云平臺(tái)支持移動(dòng)手機(jī)端、PC端、Web端、視訊一體機(jī)多個(gè)平臺(tái)同時(shí)進(jìn)行工作，滿足用戶在不同時(shí)期不同環(huán)境下的使用需求，如圖1所示。

2.2? 互動(dòng)課堂

通過教育公共服務(wù)云平臺(tái)將師資力量優(yōu)秀的學(xué)校與師資力量不足的學(xué)校連接起來，主講教師在本地課室即可遠(yuǎn)程與其他從課室進(jìn)行互動(dòng)教學(xué)。讓地域上相隔甚遠(yuǎn)的學(xué)生能夠通過同步課堂的硬件設(shè)備直接受益于優(yōu)質(zhì)課堂的教學(xué)。

在上課過程當(dāng)中可選用PC、遙控器、電子白板觸控作為載體進(jìn)行主講教室、聽課教室的互動(dòng)。

聽課教室使用遙控器進(jìn)行舉手操作，主講教室可以使用PC、遙控器、電子白板觸控點(diǎn)名聽課教室發(fā)言。

2.3? 直錄播資源平臺(tái)

直錄播資源平臺(tái)包含互動(dòng)課堂錄制資源[3]、專題直播分享資源以及課件資源3大模塊，且資源平臺(tái)支持PC端、平板及手機(jī)端多個(gè)終端。

互動(dòng)課堂的課程內(nèi)容會(huì)自動(dòng)錄制并上傳到直、錄播資源平臺(tái)存儲(chǔ)，師生可以登錄到資源平臺(tái)點(diǎn)擊課程表查看相應(yīng)的課程。

專題直播包含名師講堂、家長夜校、專題知識(shí)講座等多個(gè)專題，各類學(xué)習(xí)交流或活動(dòng)都可以進(jìn)行云存儲(chǔ)分享[4]。

教師和學(xué)生可以在資源平臺(tái)上搜索相關(guān)課程的課件進(jìn)行教學(xué)參考或?qū)W習(xí)。

2.4? 教管平臺(tái)

教管平臺(tái)能對互動(dòng)班級(jí)、課程資源、用戶權(quán)限、課程課表進(jìn)行編輯，通過教管平臺(tái)，學(xué)校能更加便捷地安排互動(dòng)課堂的班級(jí)課程、編輯互動(dòng)課堂的信息、管理資源平臺(tái)的視頻資源，方便學(xué)校安排課程、進(jìn)行教學(xué)規(guī)劃。

教管平臺(tái)可以根據(jù)實(shí)際將進(jìn)行互動(dòng)教學(xué)的學(xué)校、班級(jí)添加到同一個(gè)通訊錄中進(jìn)行管理，通過教管平臺(tái)能更方便、快捷地編輯參與互動(dòng)課堂的學(xué)校、班級(jí)信息，用戶可最大限度地對通訊錄進(jìn)行可視化編輯。

用戶可在通訊錄管理內(nèi)部模塊建立互動(dòng)班級(jí)與終端的聯(lián)系，對班級(jí)的終端進(jìn)行管理。教管平臺(tái)針對互動(dòng)課堂這種特殊性的課程，設(shè)計(jì)了一套最符合互動(dòng)教學(xué)的排課方式，協(xié)助學(xué)校對互動(dòng)課堂班級(jí)進(jìn)行高效排課管理。

3? ? 云課堂系統(tǒng)核心設(shè)備

云課堂系統(tǒng)由核心設(shè)備智能教學(xué)一體機(jī)連接伸縮攝像機(jī)、顯示屏幕、音箱、電腦等設(shè)備，再通過網(wǎng)絡(luò)與云平臺(tái)連接。智能教學(xué)一體機(jī)通過高清多媒體接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）矩陣集成了視頻互動(dòng)系統(tǒng)、藍(lán)牙、投屏、路由、功放等功能，可與手機(jī)、電腦、平板等信號(hào)源無線連接，可同時(shí)投屏在投影幕布、電視屏幕等多個(gè)顯示設(shè)備上。云課堂系統(tǒng)采用的核心設(shè)備智能教學(xué)一體機(jī)可以把4個(gè)高清信號(hào)源與兩個(gè)高清顯示設(shè)備連接起來，內(nèi)置同屏器和路由WiFi，性能更佳;內(nèi)置藍(lán)牙種子（Bit Torrent，BT）與功率放大器;同時(shí)支持兩路話筒輸入、一路光纖輸入、一路光纖輸出，可以很清晰地將3個(gè)高清信號(hào)源和內(nèi)置路由WiFi高清信號(hào)在兩個(gè)兼容高清信號(hào)的顯示器或者投影儀上自由切換或分配。另外，還可以將音頻部分從HDMI信號(hào)中分離出來，通過光纖到內(nèi)置功放接口輸出，是一款集功放于一體的產(chǎn)品。該產(chǎn)品還支持手機(jī)WiFi投屏功能，通過Aiplay，Miracast、數(shù)字生活網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟（Digital Living Network Alliance，DLNA）技術(shù)將iOS和安卓系統(tǒng)的設(shè)備內(nèi)容投影到顯示設(shè)備顯示。

4? ? 云課堂系統(tǒng)的特點(diǎn)

云課堂系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

（1）保障教學(xué)。可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端授課，易攜帶、易操作、易教學(xué)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)多媒體教室中電腦、網(wǎng)絡(luò)或其他相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)故障導(dǎo)致無法授課的不足。

（2）智能教學(xué)設(shè)備一體化高度集成。性價(jià)比高，投入少，功能強(qiáng)，易安裝、易維護(hù)、易管理。

（3）視頻跟蹤智能化。伸縮攝像機(jī)系統(tǒng)內(nèi)置各種智能跟蹤策略，通過智能策略的控制，系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別教學(xué)過程中的各種關(guān)鍵環(huán)節(jié)（教師板書、使用教學(xué)課件、與學(xué)生互動(dòng)等）[5]，自動(dòng)切換場景，從而實(shí)現(xiàn)全程全場景全自動(dòng)錄制。

（4）音視頻切換。音頻、視頻可在多個(gè)屏幕上自由切換或同屏，手機(jī)等多個(gè)信號(hào)源在多個(gè)顯示屏幕自由同屏或切換。

（5）互動(dòng)教學(xué)。主講教師在本地教室即可遠(yuǎn)程與其他從教室進(jìn)行互動(dòng)教學(xué)，讓地域上相隔甚遠(yuǎn)的學(xué)生能夠通過同步課堂的硬件設(shè)備直接受益于優(yōu)質(zhì)課堂的教學(xué)。

（6）教學(xué)資源共享。利用云平臺(tái)儲(chǔ)存優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，可點(diǎn)播共享。

5? ? 結(jié)語

云課堂系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)主講課堂與異地視聽課堂之間的互動(dòng)，移動(dòng)授課、教學(xué)監(jiān)管、視頻會(huì)議等應(yīng)用場景，能提供更先進(jìn)的遠(yuǎn)程互動(dòng)教學(xué)、常態(tài)化錄播、精品課堂、專遞課堂、雙師課堂、家?；?dòng)、聽課巡課、在線評課、教研師培、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、實(shí)驗(yàn)考試、教學(xué)管理。

[參考文獻(xiàn)]

[1]白培翔，于灝，劉富超，等.云課堂教育平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究[J].中國科技論文在線精品論文，2019（3）：390-396.

[2]王鶄，楊倬.基于云課堂的混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)—以華師云課堂為例[J].中國電化教育，2017（4）：85-89，102.

[3]林敦.互動(dòng)錄播系統(tǒng)的發(fā)展及其在教育資源普及中的挑戰(zhàn)[J].軟件導(dǎo)刊（教育技術(shù)），2014（8）：94-95.

[4]陳曉娟，陳紅普.騰訊課堂在線教學(xué)模式探究[J].軟件導(dǎo)論，2015（8）：221-224.

[5]黃小麗.淺談全自動(dòng)錄播系統(tǒng)在精品課程教學(xué)錄像制作中的應(yīng)用[J].教育觀察，2012（5）：85-87.

Design and implementation of cloud classroom system

Li Lei1， Xie Shujuan2， Wang Jian1

（1.Jiangxi Vocational College of Mechanical & Electrica Technology， Nanchang 330013， China;

2.Nanchang Institute of Science & Technology， Nanchang 330013， China）

Abstract：At present， there have been great changes in Chinese economical and social development， and thereby educational informatization has already become a tendency. System， with multiple scenes， functions and flexibility， is consisted of education cloud platform with great capacity and high reliability and teaching intelligent terminal which is easy to use. It enables both the teachers and the students to conduct immersion teaching and learning experience of the model of “Teaching- Instructing-Learning”， and provides a pragmatic solution for educational informatization. This paper analyzes it.

Key words：educational informatization; cloud classroom; teaching intelligent terminal; education cloud platform