基于智能手機移動授課平臺的構建與應用

薛勝蘭

摘要：智能手機是集多種功能于一體的移動多媒體平臺，隨著軟硬件性能和人機交互功能的不斷提升，應用于教育教學是必然的趨勢，該文應用同屏顯示技術和教師個人智能手機，以簡單、便捷的方式融入教室多媒體系統，構建移動授課平臺，解決多媒體系統自身的不足，發揮智能手機功能多、交互性強、移動方便、資源豐富、普及率高的優勢；通過比較研究和實際應用的方法，從系統結構、硬件選型、具體實施、問題解決、教學APP軟件選擇、課堂教學應用方式等方面進行論述，結果表明在同屏技術的支持下，利用教師個人智能手機構建移動授課平臺，具有簡單快捷、穩定可靠、實用性高的特點。智能手機融入課堂教學，充分利用師生個人設備，以較低的資金投入，優化多媒體輔助教學，實現教學方式的創新，對課堂教學有較大的幫助和促進作用。

關鍵詞：智能手機；同屏技術；教學應用

一、引言

目前，大屏幕多媒體演示已成為課堂教學的常態，支持設施主要由電腦、音響、投影機、銀幕或電子白板組成，為廣大教師的多媒體教學提供便利，但是也存在一些固有的局限性，教師為操作電腦不能隨意離開講臺，限制了與學生的近距離交流；多媒體講臺置于教室的一側，使傳統意義上教師中心地位被投影幕取代；展示臺的操作調整比較復雜，其強大的功能無法充分發揮；音響話筒由于使用維護不當，常出現音質不佳的現象；當使用電子白板時，教師會置身于較強的光電環境中。因此，針對多媒體設施自身的不足，提出應用智能手機構建移動授課平臺。

隨著智能手機的日益普及，智能手機媒體全方位、多層次地進入人們的生活，智能手機已突破傳統手機和電腦的范疇，成為除打電話以外承載著更多信息傳播的多媒體平臺。在硬件性能方面，智能手機數據處理能力越來越強，并配置獨立的圖形處理芯片，能夠運行各種應用程序，其性能與個人計算機不相上下；智能手機配備多點觸控屏幕、攝像頭、麥克風、重力感應器、GPS等裝置，有很多輔助應用功能是普通計算機所不能達到的。在軟件資源方面，個人智能手機存儲大量的照片、視頻、博文、微信收藏等精彩內容；與此同時，優秀的教學APP應用層出不窮，針對性與易用性不斷增強，能夠成為課堂教學中有益的補充；在方便性能方面，智能手機隨身攜帶，把教案、教學提綱、教學PPT等資源儲存于手機中，教師可以隨時查閱、完善和展示。但是，在課堂教學中智能手機屏幕小、音量小，需要借助投影和音響等播放終端，才能取得良好的展示效果。根據文獻研究和現實考查，現有教室多媒體系統，普遍沒有考慮教師個人智能手機作為教學媒體，個人智能手機不能方便快捷地融入教室多媒體系統，其強大的功能和豐富的教學資源不能很好地應用于課堂教學。因此，構建基于智能手機的移動授課平臺，能有效解決多媒體教學系統自身的局限和發揮智能手機強大的教學功能。

二、智能手機移動授課平臺的構建

智能手機融人多媒體教學系統，構成移動授課平臺，有三種方式：一是傳統的“有線”方案；二是“手機+軟件”方案；三是“手機+同屏技術”方案。對于最早的“有線”方案，因具備視頻輸出端口的手機少，且有線操作不便，此方案可行性低，不適合課堂教學應用。

（一）基于軟件的平臺構建

智能手機和教室電腦在同一個無線網絡內，通過手機上安裝發送軟件發送屏幕信號，計算機安裝接收軟件作為接收端，通過與電腦連接的投影機顯示手機畫面，常用的同屏軟件系統有MirrorOp、BBQScreen、Andriod Screen Capture等。軟件方案在不增加硬件設備的情況下，利用教室原有的多媒體系統，簡單方便地實現手機與大屏幕的鏡像同屏顯示。經過應用測試，此方案也存在一些不足，軟件操作專業性強，設置較復雜；受教室內電腦性能的影響，可靠性較低；因此，軟件方案，對技術熟練的教師有一定的應用價值。

（二）基于同屏技術的平臺構建

智能手機融入教室多媒體系統，通過增加硬件，即同屏傳輸器，其作用是接收智能手機播放的視音頻信息，以無線方式傳輸信號，同步顯示到大屏幕上，突破手機屏幕小、音質差的劣勢。

1.系統結構原理

智能手機通過“同屏模塊”發射屏幕內容數據流，同屏器接收到信號后，編碼成視音頻信號，以VGA或HDMI形式輸出信號，此時同屏器成為手機畫面、聲音輸出的信號源，將視音頻信號輸人教室多媒體系統的中控器進行選擇、分配到投影機和音響系統播放，手機屏幕內容鏡像顯示在多媒體系統中，系統結構如下圖所示。

在實際應用中，教室多媒體系統的中控器普遍不具備HDMI輸入，但是，具備多路VGA輸入，可以在同屏器之間增加VGA轉換器（需帶音頻輸出），接人教室多媒體系統。對于沒有中控器進行媒體切換的多媒體播放系統，只需要把同屏器接入投影機或大屏幕電視機等顯示終端，音頻信號根據實際情況，輸入功放，播放聲音。

本方案具有如下優勢：教師手機不需要進行線路連接和設定，也不需要額外安裝其它軟件，就可以在教室的任何位置，將各種智能手機與顯示設備相連接，隨意播放手機上的內容，在大屏幕上鏡像顯示。與利用軟件實現手機接人多媒體系統的方案相比，除不必安裝、設置軟件等環節外，同屏器不受教室電腦的影響，可直接與大屏幕電視機或投影機連接，課堂教學使用簡單方便、穩定性好，是高性價比的移動授課平臺方案。

2.教學用同屏器的選用

構建基于智能手機移動授課平臺，關鍵是同屏器的選擇，其性能影響在教學中的應用效果，而同屏器最初是面向家庭娛樂設計，而非教育應用，因此，產品眾多，性能各異、各廠商所采用的無線同屏協議互不相同，主要有支持Android系統的Miracast協議、支持iOS系統的Airplay協議、支持Win8系統的WiDi協議和家用電器的DLNA協議。同屏傳輸的設計原則是實現設備之間簡化對接和設置，體現“讓科技靜默，以教學實踐”的理念，用戶可以簡便、快速在各設備間實現通信聯系，即時實現高清視音頻的傳輸、文件共享、信息互動等功能；Miracast協議還進一步發展一對多、界面延伸等方面的應用，在課堂教學或會議展示中可以采用一對多的方式，把主講人智能手機的畫面直接推送到聽眾手機上，或者通過界面延伸功能，實現教師或特定學生的手機界面同步延伸到電子白板或投影上，智能手機應用于課堂教學將更加靈活、便捷。

教學用同屏器的性能主要體現在兼容性、標識名（SSID）、數據處理能力和傳輸頻段方面。在兼容性方面，主流智能手機操作系統是谷哥的Android和蘋果的iOS，同屏器應同時支持Mircacast和Airplay協議；標識名是同屏器各自的ID標識，由于無線信號的穿透性，也可能檢測到鄰近教室同屏信號，如果品牌相同，默認標識名相似，教師容易混淆而錯用，應選用標識名稱可更改的設備，并按“教學樓+教室編號”的形式命名，方便教師選擇使用；在傳輸頻段方面，應選用頻段寬，數據吞吐量大、抗干擾能力強的5G產品。經測試比較，選用主流品牌的同屏器，兼容Android和iOS操作系統，可更改SSID標識，四核以上處理器，具備VGA和HDMI雙輸出，滿足教學中數據處理能力強、穩定性高的要求。

3.手機端關鍵配置

智能手機與同屏器建立通信聯系，根據同屏協的設計理念，只需要進行簡單的配置就能實現，以主流的Android和iOS操作系統為例。

（1）Android系統

Android系統手機，在“設置”菜單，進入“顯示”頁面，選擇“多屏互動”項目，Android4.2以上版本系統標配此功能，但是不同手機品牌命名方式不同，如屏幕投射、屏幕共享、無線顯示或WiFi Display、Miracast等；將“多屏互動”功能開啟，手機即搜索同屏設備，并顯示在列表中，點選本教室的同屏器名稱，即可進行同屏通信，連接成功后，手機內容鏡像顯示到多媒體系統中。

（2）iOS系統

蘋果iOS系統手機，進入“無線局域網”菜單，搜索以同屏器為WiFi的無線網絡連接，調出控制中心，即可看到AirPlay選項，選擇本教室同屏器，開啟“Airplay鏡像”，投影機即鏡像顯示手機內容。

4.常見問題及解決

在教學應用過程中，常見的問題是投影畫面出現花屏、馬賽克或卡頓，主要原因及解決方法如下：

（1）在進行同屏傳輸中，智能手機消耗較多的系統資源，因此應盡量減少后臺程序運行，以免影響同屏傳輸的質量，在開啟同屏接入操作之前，手機進行清空或重啟，以釋放更多的內存空間；

（2）手機的CPU運算速度、編碼能力、WiFi天線設計、編碼模塊優化等，都會影響同屏傳輸效果；個別教師的手機，雖然支持同屏功能，但CPU速度跟不上，也容易出現花屏情況，這是手機本身問題：

（3）當智能手機推送高清視頻時，因數據量大，容易出現花屏、聲畫不同步等問題，這是無線信道的數據傳輸速率所致，盡量保持手機與講臺之間適當的距離。另外，高清視頻對同屏器、手機的數據處理能力要求高；

（4）同屏器不要放置在鐵制講臺內，以免引起信號的屏蔽，一般通過延長線安置于講臺面或外置天線，當推送數據量大的視頻時，盡量保持手機直接面向同屏器。

三、課堂教學應用

教師利用同屏技術將智能手機無線融人教室多媒體系統，構成移動授課平臺，可以脫離講臺，在教室內自由走動，在手機上的操作同步鏡像顯示在大屏幕上，可以展示手機上的教學PPT、各類文檔、照片等，可以直接在手機屏幕上書寫展示例題、演示推導過程，可以隨時拍照展示學生的學習過程；學生端手機同樣可以隨時融人多媒體系統，展示自己的學習成果。

（一）課堂教學應用方式

1.作為電子白板

智能手機屏幕是高清多點觸控屏，在APP應用軟件的支持下，配合同屏鏡像投影，可以成為功能強大的手持電子白板，直接在屏幕上板書、畫畫等，并且具備筆跡優化、圖文混排等優勢，如表1所示。

具備電子白板功能的免費APP應用很多，如白板涂鴉、小黑板、畫圖板、隨手寫、好寫筆記等，它們功能各異。經應用比較，Android系統的“隨手寫”APP應用，具備繪圖、文字輸入、圖文混排及媒體支持功能，適合于課堂教學應用；而蘋果iOS系統的“Explain Every-thing”APP應用軟件，除了方便導入、批注圖片和視頻外，還能記錄屏幕上的書寫、繪畫的筆尖移動軌跡，通過手機的麥克風錄制講解音頻，最終把錄制的結果導出成MP4格式的視頻文件，適合用于制作微課。

利用智能手機隨身攜帶的優勢，充當隨身小黑板，可以在課前列提綱、要點，并隨時隨地熟悉完善教學內容，在課中補充完善、引導學生認知；課后總結回放，還可以把教學過程分享給學生，再現教學過程，有利于復習提高。

在傳統的課堂教學中，“粉筆+黑板”言傳身教的教學模式在形成學生邏輯思維，培養分析問題、解決問題的能力方面具有一定的優勢。智能手機融人多媒體系統，實現傳統黑板與電子白板的有機結合，將板書、推導、演算、標注等傳統課堂教學活動回歸現代課堂，實現“隨處可寫，隨時可寫”的效果，而且課堂板書自動分頁保存，可以隨時查閱與分享。

2.作為視頻展示臺

在多媒體教學中，視頻展示臺在課堂中的應用豐富教學方法、提高課堂效益、給學生更為直觀生動的感知。但是，展示臺也存在操作復雜、使用局限等問題，當智能手機融入教室多媒體系統，成為可移動的視頻展示臺，節約經費投入，減小系統管理維護的難度。

攝像頭是智能手機重要的組成部分，像素普遍達到500萬以上，具有拍照和錄像功能，在手機APP應用軟件的支持下，可以實現智能、3D全景、補光、特效等優化拍攝功能。手機實時圖像同步顯示于大屏幕上，可以直接分析講解，也可以拍成手機上的圖片，進行局部放大分析。

手機高清攝像和位置角度可以靈活移動、調整，使銀幕上顯示的畫面效果更清晰，操作更方便；相對于傳統視頻展示臺，利用手機無線同屏技術，教師可以走入學生中，可以快速展示不同位置的學生典型案例，學生也可以在自己的座位操作示范，并即時同步鏡像到大屏幕上，節約時間，提高效率；為了方便教師的展示操作，在教室配置“手機三腳架”固定手機，達到更好的應用效果。

3.作為無線話筒

教學中話筒擴音對減輕教師的工作強度有重要作用，但是教室配備的有線話筒不便教師移動和師生互動，而無線話筒存在電池消耗、維護比較麻煩的問題。因此，當智能手機融入教室多媒體系統后，配合手機的帶麥耳機作為拾音器，在拾音APP程序的支持下，便可以形成性能良好的無線話筒系統。具備拾音功能的APP應用程序很豐富，有MegaPhone、LoudSpeaker、VoiceSpeaker等。經對比測試，MegaPhone的音質好、延時少、操作簡單，并且支持后臺、鎖屏方式下運行，配合同屏器能組成性能良好的無線擴音系統。使用時，把話筒佩戴在合適位置，教學擴音就好比佩戴耳機打電話一樣方便，智能手機是教師熟悉的裝備，可靠性高，應用效果好。

4.作為教學多媒體平臺

智能手機是功能強大的多媒體平臺，能直接編輯播放常用的教學PPT、文檔、圖像、視頻、動畫等教學資源；同時，智能手機的普及催生了應用商店的出現，具備大量通用性和學科性工具，使智能手機能夠有效地應用于各門課程的教學中。通用的教學應用APP有筆記類、作品創作類、辦公套件類等；而各門學科的教學應用也非常豐富，如小學語文的“筆順”這一知識點有“漢字筆順、寫漢字、筆順大全、筆順規則等”，與化學相關的有“元素周期表、神奇的化學實驗、化學方程式等”，豐富的學科APP軟件能夠幫助教師進行有效的教學，提升課堂效率，還原教學過程，摒棄單向講授式的弊端，讓學生高效、快速領會學習要點。

在課堂教學中，充分發揮教師都擁有智能手機、APP應用軟件發展迅速、與生活結合緊密、教師使用熟練等優勢，將最新信息引入課堂，教師平時通過微信、網絡瀏覽，對于教學有用的視頻、文章、新聞等各種信息通過收藏、拷屏等方式保存下來，在教學中直接展現，能夠實現課堂教學和信息發展實時同步，發揮“互聯網+”的優勢。

5.學生端的應用

在課堂教學中，學生的智能手機同樣可以融人多媒體系統，分享相關的學習成果，在手寫軟件的支持下，同學們的課堂練習、推導演練等，不僅能夠直接展示結果，還能再現推導過程，便于分析問題，找出原因。智能手機相當于手持電腦，在普通教室學生可以充分利用豐富的網絡資源開展探究學習、情景學習、合作學習等，特別是在高校的課堂教學中，大學生幾乎人人擁有智能手機，具備作為個性化學習工具的條件。

（二）課堂活動中的具體應用

在課堂講授活動中，智能手機發揮富媒體資源的優勢，創設教學情景，除了投影教學PPT、各類文檔、網絡資源以外，還能直接投影展示微信收藏、手機上的照片和視頻。在隨手寫、繪圖板等白板APP應用軟件的支持下，進行邏輯推導、重點提示、例題解答、公式運算等教學活動，實現傳統黑板的功能。

在課堂提問活動中，可以應用手機“隨機抽號器”，通過程序隨機抽選某個學號或某一小組進行回答，大屏幕直接投影抽號過程，在課堂中應用發現，抽號過程就像抽獎一樣，學生興奮度高，有利于保持學生注意力、活躍課堂氣氛，隨機選出的同學自覺起身回答，效果比教師直接點名更好。另外，對于一些比較有爭議的問題，利用手機對同學的回答進行即時錄音或錄像，并隨時播放進行精細化分析評價。

在課堂演示活動中，教師在講臺上進行操作演示，后排同學不能看清操作細節，演示效果受到影響，應用智能手機對演示過程進行直播投影，距離較遠的同學，也可以在大屏幕上看清操作細節和實驗結果；手機方便對整個操作過程進行錄像，關鍵步驟或瞬間即逝的實驗現象，可以通過特寫、全景錄像，以慢速播放方式，清晰再現實驗過程。

在課堂練習活動中，各學科、知識點都有大量的練習測評類APP應用，如“拼音大挑戰、速算盒子、物理課堂練習”等，能夠實現快速出題，即時呈現，學生能夠在教師的手機上，以交互游戲的形式完成練習，增加課堂練習的趣味性和效率；同時智能手機課堂練習中還可以充當記時器、記錄儀的作用，進行作品展示和結果分析；可以對學生的練習拍照，在“Pic Say”等應用的支持下，進行放大、批注、劃線等點評操作。

智能手機貫穿于課堂教學的全過程，有效應用于課堂教學的各個環節，需要相應APP軟件的支持，主要有學科通用和學科專用兩類，如表2所示。

四、結束語

在“互聯網+”時代，設計建設多媒體教學系統時，應考慮教師個人智能手機方便融入系統；同時，有效利用現有資源，在教室原有的多媒體系統上增加同屏器，方便智能手機應用于課堂教學。在應用方面，教育信息技術部門通過校園網、微信群等多種途徑，提供常用教學APP軟件下載；鼓勵教師注重學科APP資源的積累與優化；定期舉行教師使用培訓，從同屏設備操作、注意事項、可能出現的偶發事件的解決方法、常用智能手機終端APP軟件的下載安裝、應用以及教學應用模式等方面的培訓；經實際應用發現，具有硬件熟悉、操作簡易、實用等優點，受到教師們的普遍歡迎。

智能手機和智能APP軟硬件性能的不斷提升以及良好的人機交互持續發展，智能手機應用于課堂教學將越來越普遍，基于現有的多媒體教學系統，應用智能手機和無線同屏技術構建移動授課平臺，充分利用師生個人設備，以較低的資金投入，優化多媒體輔助教學，實現教學方式的創新，具有較大實踐意義和應用價值。