教學(xué)錄播系統(tǒng)在工業(yè)機(jī)器人教學(xué)中的應(yīng)用研究

陳陵鋒

一、教學(xué)錄播系統(tǒng)的內(nèi)涵與特點(diǎn)

（一）內(nèi)涵闡釋

教學(xué)錄播系統(tǒng)是通過整合同步錄制現(xiàn)場產(chǎn)生的視頻、音頻、電子設(shè)備（包含電腦、視頻展臺等）的圖像信號，生成標(biāo)準(zhǔn)化的流媒體文件，以直播、存儲、后期編輯、點(diǎn)播等多種形式對所產(chǎn)生的媒體文件進(jìn)行處理后所得到的教學(xué)應(yīng)用。把錄播系統(tǒng)和學(xué)校教學(xué)整合起來，在教室安裝高分辨率攝像機(jī)、云臺、導(dǎo)播系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等硬件，適當(dāng)配置固定機(jī)位攝像頭和移動攝像頭。通過攝像頭采集教學(xué)空間的活動，通過局域網(wǎng)絡(luò)上傳至導(dǎo)播系統(tǒng)，經(jīng)過處理后，師生即可從不同的攝像機(jī)視角觀看學(xué)習(xí)和教學(xué)過程，如圖1為教學(xué)錄播系統(tǒng)的拓?fù)鋱D。同時，教學(xué)錄播系統(tǒng)也可以對網(wǎng)上資源進(jìn)行整合、再現(xiàn)，使學(xué)生獲得更多維度的知識體驗(yàn)，是實(shí)現(xiàn)“三全育人”目標(biāo)的有力技術(shù)支撐。教學(xué)與錄播系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，在教育信息化變革中起到重要作用，這種技術(shù)提升給學(xué)生以直觀和細(xì)節(jié)的體驗(yàn)，特別適合應(yīng)用于實(shí)操性強(qiáng)的科目教學(xué)。

（二）主要特點(diǎn)

教學(xué)錄播系統(tǒng)具有豐富的功能，如圖2所示為錄播主機(jī)控制畫面。

第一，能夠靈活進(jìn)行授課場景的畫面切換和調(diào)度，實(shí)現(xiàn)多視頻窗口監(jiān)視，例如教師授課、生生互動、授課課件、教師板書等都可以實(shí)現(xiàn)多窗口的實(shí)時播放。學(xué)生獲得知識更全面更高效。

第二，能選擇控制每個窗口視頻對應(yīng)的攝像機(jī)云臺和鏡頭進(jìn)行畫面的角度變換和放大縮小，如圖2所示。突出細(xì)節(jié)展示，將學(xué)生平時的觀察盲區(qū)和容易忽略的知識點(diǎn)放大展示，給學(xué)生以更直觀的觀察，引發(fā)他們思考。

第三，實(shí)現(xiàn)“畫中畫”顯示，將不同鏡頭采集的畫面呈現(xiàn)在一個窗口下，小畫面與大畫面視頻可相互切換，完美、真實(shí)、準(zhǔn)確表達(dá)教學(xué)互動的生動情景。

第四，具有窗口錄制、視頻后期編輯處理功能。將學(xué)生學(xué)習(xí)過程和教師授課過程錄制下來，有助于學(xué)生回看，在做中學(xué)，學(xué)中做，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。強(qiáng)大的視頻處理功能可以形成高質(zhì)量的課程建設(shè)所需的資料庫視頻。

二、教學(xué)錄播系統(tǒng)在工業(yè)機(jī)器人教學(xué)中的應(yīng)用分析

（一）實(shí)時投屏，解決課堂教學(xué)一人操作多人圍觀的弊端

根據(jù)揚(yáng)·阿姆斯·夸美紐斯的直觀性教學(xué)原則，教學(xué)需要讓學(xué)生直接感知事物、模型或教師形象的語言和動作。因此，在實(shí)操課堂中，教師進(jìn)行示范操作是必不可少的環(huán)節(jié)，關(guān)鍵的操作過程和技巧、重難點(diǎn)的突出和突破都需要教師的示范引領(lǐng)。對于傳統(tǒng)的課堂，只能是一個教師在工位中邊操作邊講解，幾十個學(xué)生圍在教師周圍聽講。這樣的教學(xué)示范呈現(xiàn)效果極差，遠(yuǎn)離教師中心區(qū)域的學(xué)生完全看不到操作的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，也無法領(lǐng)會教師所要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容。圍在后面的學(xué)生注意力游離于課堂，整個課堂看起來毫無秩序，學(xué)習(xí)效率極低，而且教師操作示范過程中既要講知識又要維持課堂秩序，最后淪為整個課堂只有教師的獨(dú)角戲，背離了以學(xué)生為中心的教學(xué)理念。

工業(yè)機(jī)器人的實(shí)操教學(xué)如果用傳統(tǒng)方法，更難開展。工業(yè)機(jī)器人是精密的自動化設(shè)備，動作誤差達(dá)到微米級別，比如，利用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行焊接時，工件會對焊槍產(chǎn)生干涉，為了避免干涉，就需要微調(diào)機(jī)器人的姿態(tài)，教師將調(diào)姿態(tài)的關(guān)鍵步驟教給學(xué)生，就需要有實(shí)時同步的畫面投送給學(xué)生，讓所有學(xué)生都能看到如何正確調(diào)整工業(yè)機(jī)器人姿態(tài)。同時工業(yè)機(jī)器人示教器的顯示器尺寸只有10英寸左右，上面顯示的程序、速度、I/O等關(guān)鍵信息的字體都比較小，如果不通過具有實(shí)時放大功能的攝像頭，學(xué)生就無法看清教師對工業(yè)機(jī)器人編程、設(shè)置、開發(fā)等操作的關(guān)鍵信息和操作步驟。針對這些問題，使用錄播系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時投屏就可以完美解決，將錄播系統(tǒng)與大屏幕通過HDMI高清數(shù)據(jù)線連接，將攝像頭采集的教師或?qū)W生操作過程實(shí)時投放出來（如圖3所示）。這樣，學(xué)生就可以坐在座位上觀察操作細(xì)節(jié)并進(jìn)行討論，教師也可以一邊操作機(jī)器人一邊在屏幕對關(guān)鍵信息進(jìn)行批注，與全體學(xué)生互動，有效解決了教師反復(fù)講解而學(xué)生不得其法的窘境。學(xué)生有序坐在座位上聽講解，看操作，做筆記，將注意力聚焦于課堂，課堂效率大大提高。

（二）全過程記錄，學(xué)習(xí)行為有跡可循

學(xué)生的學(xué)習(xí)過程就是“學(xué)習(xí)-實(shí)踐-學(xué)習(xí)”辯證交替的過程。對于理論性強(qiáng)的科目，學(xué)生通過書面解題、論述、筆記等形式可以較完整記錄學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)行為，反思學(xué)習(xí)過程中的不足，進(jìn)而改進(jìn)，做到有的放矢。但是中職工業(yè)機(jī)器人教學(xué)側(cè)重于操作技能的掌握，此類學(xué)習(xí)過程具有即時性和不可重復(fù)性的特點(diǎn)。引入教學(xué)錄播系統(tǒng)就可很好地解決傳統(tǒng)手段無法對學(xué)生學(xué)習(xí)行為真實(shí)再現(xiàn)的問題，錄播系統(tǒng)具有強(qiáng)大的窗口錄制功能，配上數(shù)百萬級像素的攝像頭就可全程記錄每個學(xué)生的操作過程，學(xué)生也可以隨時回放查看自己學(xué)習(xí)過程中做得好和不好的方面，及時修正錯誤的操作。如圖4所示是工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室配置的錄播系統(tǒng)，每個工作站都有一個固定機(jī)位攝像頭和一個移動攝像頭，固定機(jī)位可以記錄工作站總體畫面，移動攝像頭則記錄細(xì)節(jié)畫面。

攝像頭都可以通過平板電腦（便攜式導(dǎo)播終端）進(jìn)行角度調(diào)節(jié)和畫面放大縮小，教學(xué)過程中教師也能隨時控制。如圖5所示是錄播系統(tǒng)“畫中畫”的顯示窗口，例如進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人碼垛操作的時候，可以將機(jī)器人碼垛的動作放在一個畫面，將示教器的屏幕信息放在另一個畫面，學(xué)生不僅可以看到機(jī)器人每個關(guān)節(jié)的動作和碼垛的過程，還能看到示教器上碼垛配置信息和編程過程，兩個畫面結(jié)合在一起就是完整的實(shí)際的操作過程。如果需要更多信息呈現(xiàn)，還可以分成三畫面、四畫面等。將兩個畫面同時記錄到一個窗口并錄制下來，學(xué)生就可以清楚地看到機(jī)器人的動作和示教器的操作過程，每一步都清晰記錄下來，學(xué)生在課前、課中、課后都可以通過平臺進(jìn)行回放觀察。全過程記錄學(xué)生學(xué)習(xí)痕跡，有助教師進(jìn)行學(xué)情分析，學(xué)生分組更科學(xué)，也有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的習(xí)慣。

（三）借助技術(shù)升級，促進(jìn)工業(yè)機(jī)器人課程建設(shè)

工業(yè)機(jī)器人專業(yè)在近5年才開始較大范圍在中職學(xué)校開設(shè)，對很多學(xué)校來說都是新專業(yè)，很多教學(xué)配套不完善，課程建設(shè)進(jìn)度有待進(jìn)一步加快，在現(xiàn)有資源中很難找到工業(yè)機(jī)器人優(yōu)秀的課例。教學(xué)錄播系統(tǒng)的引入是信息化、智慧化課堂的最好表現(xiàn)形式。新專業(yè)只有在新技術(shù)的加持下才能迸發(fā)出更強(qiáng)的生命力，課程建設(shè)才能快速推進(jìn)。教師可以通過錄播系統(tǒng)進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人微課建設(shè)，因?yàn)橛蟹€(wěn)定、高清的錄像技術(shù)，還有后期剪輯的功能，微課做出來的質(zhì)量都很高；錄播系統(tǒng)不僅可以輔助教學(xué)，還可以將整個教室的教學(xué)活動錄制下來，一堂課就是一個優(yōu)秀的課例，不斷豐富校本工業(yè)機(jī)器人教學(xué)視頻資源；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以將好的教學(xué)案例進(jìn)行同步直播，分享先進(jìn)的技術(shù)和教學(xué)理念，萬人同上一堂課有了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。這樣就可以快速高效建成有本校特色的工業(yè)機(jī)器人課程，每個專業(yè)課教師、信息教師都可以參與其中，形成一個開放、生動的教學(xué)教研實(shí)踐場所。

三、教學(xué)錄播系統(tǒng)在工業(yè)機(jī)器人教學(xué)中的應(yīng)用效果

教學(xué)錄播系統(tǒng)在工業(yè)機(jī)器人教學(xué)中產(chǎn)生了良好的效果，通過在線學(xué)習(xí)平臺數(shù)據(jù)反饋、問卷、平行班對比等形式可以看到，與傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人課堂教學(xué)相比成效明顯。100%的學(xué)生認(rèn)為教學(xué)錄播系統(tǒng)有助學(xué)習(xí)效率的提升，95.4%的學(xué)生會通過錄播系統(tǒng)記錄的學(xué)習(xí)過程反思自己學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人時出現(xiàn)的問題。與平行班對比，學(xué)生學(xué)習(xí)效率顯著提高。

四、教學(xué)錄播系統(tǒng)在工業(yè)機(jī)器人教學(xué)中存在的問題

（一）教師用不好

錄播教室的建設(shè)費(fèi)用不菲，很多學(xué)校投入大量資金建設(shè)，結(jié)果只有很少的教師會用或者堅持用。這一方面與教師本身的信息化能力有關(guān)，另一方面學(xué)校沒有組織信息化能力強(qiáng)的教師組成團(tuán)隊成立專門的培訓(xùn)部門。再者，沒有與建設(shè)方達(dá)成長期培訓(xùn)的協(xié)議，導(dǎo)致驗(yàn)收交付后，沒有后續(xù)技術(shù)支持。

（二）教師不想用

目前教學(xué)錄播系統(tǒng)建設(shè)企業(yè)良莠不齊，很多相關(guān)企業(yè)將大量的時間與精力傾注于產(chǎn)品本身，只是簡單地“將技術(shù)做出來，將產(chǎn)品賣出去”，而忽略教育的真正內(nèi)涵，導(dǎo)致產(chǎn)品不切實(shí)際，違背教育規(guī)律，所以教師棄之不用。

五、結(jié)束語

教學(xué)錄播系統(tǒng)在實(shí)時投屏、知識再現(xiàn)、遠(yuǎn)程教學(xué)和課程建設(shè)等方面具有強(qiáng)大的輔助作用。工業(yè)機(jī)器人教學(xué)課程新、教學(xué)內(nèi)容要求細(xì)節(jié)呈現(xiàn)多、學(xué)生需要隨時回看內(nèi)容，因此教學(xué)錄播系統(tǒng)非常契合工業(yè)機(jī)器人這門課程的特點(diǎn)。從教學(xué)實(shí)踐來看，也反饋出教學(xué)錄播系統(tǒng)對學(xué)生進(jìn)行知識掌握、知識總結(jié)和知識延伸有很大的幫助，非常值得在工業(yè)機(jī)器人教學(xué)中推廣。

責(zé)任編輯陳春陽