在線教學(xué)與直播技術(shù)

張 冀

（河南中醫(yī)藥大學(xué)管理學(xué)院，河南 鄭州 450000）

一、在線教學(xué)的問題

目前幾大在線教育平臺(tái)都提供了很多功能，讓教師在經(jīng)過簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)之后就可以輕松使用。例如筆者所在學(xué)校目前所使用的兩個(gè)在線教學(xué)平臺(tái)A和B，都能夠提供PPT實(shí)時(shí)推流、在線直播、課堂提問、互動(dòng)和其他多種在線教學(xué)及管理的功能。其中PPT實(shí)時(shí)推流和在線直播是線上教學(xué)最重要的功能和最主要的方式。目前A平臺(tái)和B平臺(tái)雖然都具備PPT實(shí)時(shí)推流，但都無(wú)法支持PPT推流的同時(shí)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音推流功能。所以教師們需要開啟PPT實(shí)時(shí)推流的同時(shí)使用其他語(yǔ)音互動(dòng)軟件進(jìn)行語(yǔ)音推流，或者直接使用在線直播的方式授課。而在線直播這一聽起來更加專業(yè)和復(fù)雜的詞語(yǔ)，對(duì)于很多教師來說似乎實(shí)現(xiàn)起來有相當(dāng)?shù)睦щy和不確定性。實(shí)際上就大多數(shù)教師和課程而言，無(wú)論線下線上教學(xué)，其用于教學(xué)的工具只有三項(xiàng)：講授、PPT或板書、視頻，其中講授和PPT占主導(dǎo)地位。因此，當(dāng)教師們開始轉(zhuǎn)為線上教學(xué)時(shí)，他們所需要的功能也是和這三項(xiàng)緊密相關(guān)的。

由此，我們發(fā)現(xiàn)兩個(gè)問題。一是大多數(shù)教師不會(huì)或不愿用直播的形式進(jìn)行在線教學(xué)。二是A和B平臺(tái)因無(wú)法實(shí)現(xiàn)PPT和語(yǔ)音的同時(shí)推流，導(dǎo)致教師必須選擇直播的模式進(jìn)行在線教學(xué)。這兩個(gè)問題似乎成了矛盾的雙方。因此，部分教師轉(zhuǎn)向了部分商業(yè)在線平臺(tái)，比如C和D。這兩個(gè)平臺(tái)都具備良好的多人實(shí)時(shí)語(yǔ)音互動(dòng)功能，但由于它們是針對(duì)大型公司或企業(yè)開發(fā)的在線管理平臺(tái)，暫時(shí)并未具備類似于A或B平臺(tái)的適合高校的管理工具。所以這部分轉(zhuǎn)向使用C或D平臺(tái)的教師大部分采用的是兩種平臺(tái)混合使用的方式，既通過A或B平臺(tái)推流PPT和其他在線課堂功能，比如簽到、提問、隨堂練習(xí)、互動(dòng)等，同時(shí)又通過C或D平臺(tái)進(jìn)行視頻直播和語(yǔ)音互動(dòng)。這樣的方式確實(shí)在初期保證了在線教學(xué)的順利進(jìn)行。其中，針對(duì)大型多人在線會(huì)議而開發(fā)的C平臺(tái)，除了有著良好的語(yǔ)音功能之外，它的屏幕共享功能既方便又流暢，使得越來越多的教師開始完全使用C平臺(tái)進(jìn)行在線教學(xué)，這個(gè)結(jié)果也反映在第二次教學(xué)反饋數(shù)據(jù)中，不論是教師還是學(xué)生，超過50%的人都認(rèn)可采用C平臺(tái)在線教學(xué)的方式。

其實(shí)不論是C平臺(tái)的屏幕共享功能，還是A和B平臺(tái)的PPT實(shí)時(shí)推流功能，都屬于網(wǎng)絡(luò)直播范疇，只是各平臺(tái)將網(wǎng)絡(luò)直播的某些特定功能集成在了平臺(tái)之中并采用了不同的叫法而已。這些功能都依附于網(wǎng)絡(luò)和終端，也即是說，網(wǎng)絡(luò)的速率和終端的性能決定了這些功能的特性。例如C平臺(tái)提供的多人在線語(yǔ)音互動(dòng)功能，本質(zhì)上是個(gè)人所使用的終端—電腦、手機(jī)等，將使用者說的話實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給C平臺(tái)的服務(wù)器，再由服務(wù)器加密打包后傳輸給會(huì)議室中其他的用戶，這些用戶手中的終端再將這些數(shù)字信號(hào)解碼為電信號(hào)傳遞給揚(yáng)聲器或耳機(jī)從而發(fā)出聲音。多人在線語(yǔ)音互動(dòng)即是上述流程的不斷重復(fù)的過程。我們?cè)谑褂脮r(shí)之所以感覺語(yǔ)音清晰流暢，無(wú)延遲，背后的原因就是：第一，C平臺(tái)的服務(wù)器性能強(qiáng)勁；第二，個(gè)人終端性能滿足對(duì)語(yǔ)音的實(shí)時(shí)音頻轉(zhuǎn)碼；第三，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境良好。反之，如果這三個(gè)原因當(dāng)中只要有一條無(wú)法達(dá)到系統(tǒng)的最低要求時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)卡頓或延遲的現(xiàn)象。當(dāng)這些條件不成熟時(shí)，在線課程就會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)各種問題。教師或者學(xué)生面對(duì)這些突如其來的問題時(shí)，經(jīng)常會(huì)顯得手足無(wú)措，導(dǎo)致上課效果大打折扣。很多教師在遇到這些問題時(shí)，會(huì)聯(lián)系平臺(tái)客服嘗試解決或直接更換上課平臺(tái)，但這些問題通常無(wú)法被及時(shí)的解決。

二、組建個(gè)人線教學(xué)平臺(tái)

想要避免、解決這些問題，提升在線課程的效果，其實(shí)并不困難。我們只需要一一排查上述三個(gè)原因，就可以逐步找出問題所在并加以解決。在這三個(gè)原因當(dāng)中，只有平臺(tái)服務(wù)器性能是個(gè)人無(wú)法改變的。但我們可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況和實(shí)際測(cè)試結(jié)果選擇適合自己的上課平臺(tái)。只要我們知道了平臺(tái)的IP段，就可以輕松地查到平臺(tái)的服務(wù)器信息。比如，經(jīng)測(cè)試，B平臺(tái)采用的是亞馬遜云服務(wù)，而A平臺(tái)采用的是阿里云、騰訊云、電信網(wǎng)絡(luò)、聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)和教育網(wǎng)混合云服務(wù)。顯然A平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)通用性更好，實(shí)際使用效果也證實(shí)了我們的推斷。

個(gè)人終端性能也是造成在線上課卡頓或延遲的主要原因。很多教師認(rèn)為只要有一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的電腦或手機(jī)就可以開始上課了，但實(shí)際上很多電腦或手機(jī)的性能并不能滿足在線上課的要求。對(duì)于需要在線教學(xué)的教師來說，建立一套相對(duì)專業(yè)的直播設(shè)備，已經(jīng)是一種個(gè)人能夠負(fù)擔(dān)得起并且可以自行組建的事情。想要實(shí)現(xiàn)良好的在線教學(xué)效果，我們需要的基本設(shè)備包括以下幾點(diǎn)。

第一，一臺(tái)性能足夠的臺(tái)式主機(jī)、兩臺(tái)顯示器、高品質(zhì)麥克風(fēng)、高清攝像頭、耳機(jī)、數(shù)位板以及高速且穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)。如前文所述，一臺(tái)性能足夠的臺(tái)式主機(jī)，才能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定且長(zhǎng)期的在線教學(xué)要求。本人推薦至少配備了I5或I7系列或同性能CPU，并且安裝至少16G的內(nèi)容和大于480G的固態(tài)硬盤，配備獨(dú)立顯卡的主機(jī)或同等性能的蘋果電腦。

第二，兩臺(tái)顯示器能夠讓教師一邊直播教學(xué)的同時(shí)，一邊通過平臺(tái)查看學(xué)生狀態(tài)，布置在線任務(wù)，瀏覽互動(dòng)彈幕等。

第三，不管是線上還是線下教學(xué)，語(yǔ)音都是最主要的傳播信息的方式。為了實(shí)現(xiàn)較好的在線教學(xué)的語(yǔ)音效果，推薦使用電容麥克風(fēng)并安裝適配的聲卡。普通麥克風(fēng)或手機(jī)、攝像頭自帶的麥克風(fēng)都會(huì)伴有一定程度的雜音和底噪。優(yōu)秀的人聲和干凈溫暖的音效能夠提升學(xué)生的專注度，并對(duì)教師產(chǎn)生信賴感和認(rèn)同感，能夠保證長(zhǎng)時(shí)間聽課而不感到厭煩。

第四，攝像頭是讓學(xué)生看到教師畫面的唯一途徑，目前市售1080P高清攝像頭的價(jià)格都在個(gè)人可接受范圍內(nèi)，能夠提供清晰優(yōu)質(zhì)的畫面并自帶美顏功能，非常適合在線教學(xué)使用。如對(duì)畫質(zhì)有更高要求，可使用微單相機(jī)連接電腦充當(dāng)攝像頭。拍攝出的畫面要盡量避免純正面或仰視的角度，不能太近或太遠(yuǎn)。推薦采用柔和明亮的光線均勻照亮被攝人物。我們可以拉上窗簾避免陽(yáng)光直射，在前方放置一個(gè)臺(tái)燈對(duì)人物面部進(jìn)行補(bǔ)光，也可在主光源的對(duì)側(cè)放置一塊較大的白板或白紙，給人物背光處進(jìn)行補(bǔ)光，平衡光比。有條件的教師可以采用人工布光的方式給自己營(yíng)造良好的光線效果。

第五，耳機(jī)可以方便我們上課時(shí)監(jiān)聽直播的聲音。如果用音箱監(jiān)聽，音箱的聲音有可能進(jìn)入麥克風(fēng)形成聲音回路，會(huì)造成巨大噪音或回聲。用單側(cè)耳機(jī)可以很好地避免這個(gè)問題，既能監(jiān)聽直播的聲音，又可以同時(shí)聽到環(huán)境音，平衡自己說話的音量。

第六，數(shù)位板可以方便教師在電腦上手寫和繪圖，比起鼠標(biāo)，數(shù)位板能夠提供手握筆和壓力感應(yīng)，能夠盡量模擬手寫或板書的效果，如利用相應(yīng)的軟件配合使用，可呈現(xiàn)豐富的手繪效果。

第七，除去上述這些要點(diǎn)之外，最為重要的便是網(wǎng)絡(luò)了。沒有網(wǎng)絡(luò)就不會(huì)誕生在線教學(xué)。一個(gè)速度良好且穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，是在線教學(xué)的基本，但這也是大部分教師最容易忽略的地方。目前大部分教師的家里或辦公室都具備WIFI上網(wǎng)模式，對(duì)于這樣的網(wǎng)絡(luò)連接方式來說，可以保證平時(shí)上網(wǎng)辦公、視頻會(huì)議或者觀看網(wǎng)絡(luò)電視，但對(duì)于在線教學(xué)來說，WIFI的連接方式始終存在著不穩(wěn)定因素且速度無(wú)法達(dá)到有線網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率。我們應(yīng)當(dāng)在開課前全面檢測(cè)一下網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

第一，使用全千兆且包含2.4G與5G無(wú)線發(fā)射頻段的路由器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸；

第二，將寬帶帶寬升級(jí)到至少200MB或300MB；

第三，將局域網(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)線更換為超五類（建議六類或更高）的網(wǎng)線并確保水晶頭連接正確；

第四，確保用于教學(xué)的主機(jī)是有線上網(wǎng)；

第五，利于測(cè)速軟件對(duì)網(wǎng)絡(luò)測(cè)速，確保下載速率至少達(dá)到200MB/每秒，上傳速率至少達(dá)到20MB至30MB/每秒（推薦更高）。

三、利用OBS提升教學(xué)效果

當(dāng)我們配置好了上述這些設(shè)備和環(huán)境之后，已經(jīng)能夠滿足絕大部分在線教學(xué)平臺(tái)的直播教學(xué)。但如果想要實(shí)現(xiàn)更豐富的在線直播教學(xué)效果，我們需要使用更為專業(yè)的直播工具配合教學(xué)平臺(tái)使用。這里筆者推薦OBS（Openg Broadcast Studio）作為直播的主要工具。它是一款開源的免費(fèi)軟件，也是目前網(wǎng)絡(luò)直播所使用的最主流的軟件，前文所列的在線教學(xué)平臺(tái)用以實(shí)現(xiàn)在線教學(xué)的軟件比如屏幕共享等，其內(nèi)核都源自O(shè)BS。在OBS中，我們可以調(diào)整直播視頻的分辨率、碼率以及幀數(shù)，還可以根據(jù)電腦配置調(diào)整視頻解碼硬件。這些參數(shù)直接關(guān)系到在線直播教學(xué)時(shí)的畫面效果。如果學(xué)生聽課時(shí)較為卡頓或延遲較高，我們則可以降低這些參數(shù)，以在效果和流暢度之間保持一個(gè)平衡。我們還可以根據(jù)需要選擇使用不同的音頻硬件，控制不同媒體的聲音大小以及效果。這些功能能夠讓我們使用多臺(tái)麥克風(fēng)同時(shí)傳輸音頻，也能夠在不同的音頻流之間切換并控制音量。比如我們?cè)诓シ乓曨l時(shí)，可以暫時(shí)關(guān)閉麥克風(fēng)的音頻流，盡量保證視頻聲音的干凈清晰，或者我們可以將不同音頻流的音量調(diào)整到合適的位置，以提供良好的語(yǔ)音和背景音樂的混音。OBS還支持將某個(gè)應(yīng)用程序的窗口單獨(dú)顯示，或?qū)⒍喾N媒體文件在屏幕上進(jìn)行組合。比如我們可以將制作好的圖片作為在線教學(xué)時(shí)的背景圖片，也可制作某個(gè)窗口的裝飾框等。其實(shí)，OBS相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)播界面，我們只要深入了解其運(yùn)作機(jī)制和功能，只需一人就可以實(shí)現(xiàn)電視轉(zhuǎn)播級(jí)的畫面效果。

目前，利用OBS在線直播教學(xué)的唯一問題在于，除了上述A平臺(tái)之外，其余大部分在線教學(xué)平臺(tái)沒有開放用于直播的串流地址和密鑰，這直接導(dǎo)致我們無(wú)法使用OBS在這些平臺(tái)上進(jìn)行直播。但是經(jīng)過測(cè)試，在A平臺(tái)上利用OBS在線直播教學(xué)效果是好于其他平臺(tái)的。比如利用OBS在A平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)1080P的高清60幀直播，同時(shí)A平臺(tái)還能夠自動(dòng)錄制直播視頻并存放于教學(xué)資料中以便學(xué)生課下觀看。而B、C和D平臺(tái)自帶的在線直播功能或屏幕共享功能目前只能提供最高720P分辨率25幀/每秒的畫質(zhì)，并且碼率在2000以下，其他參數(shù)也不可調(diào)。

綜上所述，一方面，對(duì)于需要在線教學(xué)的教師來說，搭建自己的教學(xué)設(shè)備，學(xué)習(xí)使用更為專業(yè)的直播軟件，是提高在線教學(xué)質(zhì)量和效果的重要途徑。另一方面，希望各平臺(tái)能夠開放直播串流的地址和密鑰，方便教師使用OBS進(jìn)行直播。