云課堂系統設計與實現

李磊 謝淑娟 王劍

摘? ?要：當前，我國經濟社會發展已經發生深刻變化，教育信息化已經成為時代發展的必然趨勢。云課堂系統由大容量、高可靠的教育云平臺和簡單易用的教學智能終端組成，具有多場景、多功能、靈活易用的特點，能為師生帶來“教-管-學”全方位的沉浸式教學與學習體驗，為教育信息化提供實用的解決方案。文章對此展開分析。

關鍵詞：教育信息化;云課堂;教學智能終端;教育云平臺

1? ? 云課堂系統的總體構成

云課堂系統整體由用戶層、業務層、設備層、平臺層構成。用戶層為學生、家長、教師、校長、教育部門管理者等用戶提供不同的產品和服務，基本覆蓋教育行業各層級用戶。平臺層提供大平臺管理模式[1]，通過強大的云視頻會議服務器，互動平臺、教管平臺、資源平臺、巡課中心多平臺協同運作，各個教室互聯互通、共治共享、協同服務。設備層在教室使用高度集成的一體化終端，集視頻、音頻、互動于智能教學一體機，即插即用，不需要復雜部署，無需專業人士維護，使得方案可以在每個教室快速部署，覆蓋所有教室。此外，支持手機、電腦設備協同使用，滿足用戶在合適的場景使用合適設備的需求。業務特性支持以實時互動的方式[2]，讓地域上相隔甚遠的學生同上一節課，促進優質教育資源的共享。圍繞這個中心，云課堂系統具有豐富的應用場景，將互動教學系統與學校常見應用場景結合起來，建立管理平臺、資源平臺、互動平臺，滿足來自于學生、教師、家長、學校領導等教育用戶的需求，實現更多的教學場景。

2? ? 云課堂系統軟件介紹

2.1? 公共教育服務云平臺的構成

通過公共教育服務云平臺，可以實現遠程互動課堂、遠程培訓、遠程教學教研，實現“內外資源整合”，促進教育資源的均衡化分布。其中，教管平臺創建互動課堂參與的主體，互動課堂生成的資源導向資源平臺，師生可以通過資源平臺查看生成的課程資源，教管平臺還能對資源平臺的資源進行編輯。

用戶的主體分為學生、家長、教師及教學管理者。一個互動課堂承載了學生及教師，作為一個大主體進行互動課堂的動作。同時，學生和教師、家長還作為個人主體在資源平臺上獲取資源。管理者可以通過教管平臺、資源平臺查看課程安排和課程效果。

教育公共服務云平臺支持移動手機端、PC端、Web端、視訊一體機多個平臺同時進行工作，滿足用戶在不同時期不同環境下的使用需求，如圖1所示。

2.2? 互動課堂

通過教育公共服務云平臺將師資力量優秀的學校與師資力量不足的學校連接起來，主講教師在本地課室即可遠程與其他從課室進行互動教學。讓地域上相隔甚遠的學生能夠通過同步課堂的硬件設備直接受益于優質課堂的教學。

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

聽課教室使用遙控器進行舉手操作，主講教室可以使用PC、遙控器、電子白板觸控點名聽課教室發言。

2.3? 直錄播資源平臺

直錄播資源平臺包含互動課堂錄制資源[3]、專題直播分享資源以及課件資源3大模塊，且資源平臺支持PC端、平板及手機端多個終端。

互動課堂的課程內容會自動錄制并上傳到直、錄播資源平臺存儲，師生可以登錄到資源平臺點擊課程表查看相應的課程。

專題直播包含名師講堂、家長夜校、專題知識講座等多個專題，各類學習交流或活動都可以進行云存儲分享[4]。

教師和學生可以在資源平臺上搜索相關課程的課件進行教學參考或學習。

2.4? 教管平臺

教管平臺能對互動班級、課程資源、用戶權限、課程課表進行編輯，通過教管平臺，學校能更加便捷地安排互動課堂的班級課程、編輯互動課堂的信息、管理資源平臺的視頻資源，方便學校安排課程、進行教學規劃。

教管平臺可以根據實際將進行互動教學的學校、班級添加到同一個通訊錄中進行管理，通過教管平臺能更方便、快捷地編輯參與互動課堂的學校、班級信息，用戶可最大限度地對通訊錄進行可視化編輯。

用戶可在通訊錄管理內部模塊建立互動班級與終端的聯系，對班級的終端進行管理。教管平臺針對互動課堂這種特殊性的課程，設計了一套最符合互動教學的排課方式，協助學校對互動課堂班級進行高效排課管理。

3? ? 云課堂系統核心設備

云課堂系統由核心設備智能教學一體機連接伸縮攝像機、顯示屏幕、音箱、電腦等設備，再通過網絡與云平臺連接。智能教學一體機通過高清多媒體接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）矩陣集成了視頻互動系統、藍牙、投屏、路由、功放等功能，可與手機、電腦、平板等信號源無線連接，可同時投屏在投影幕布、電視屏幕等多個顯示設備上。云課堂系統采用的核心設備智能教學一體機可以把4個高清信號源與兩個高清顯示設備連接起來，內置同屏器和路由WiFi，性能更佳;內置藍牙種子（Bit Torrent，BT）與功率放大器;同時支持兩路話筒輸入、一路光纖輸入、一路光纖輸出，可以很清晰地將3個高清信號源和內置路由WiFi高清信號在兩個兼容高清信號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信號中分離出來，通過光纖到內置功放接口輸出，是一款集功放于一體的產品。該產品還支持手機WiFi投屏功能，通過Aiplay，Miracast、數字生活網絡聯盟（Digital Living Network Alliance，DLNA）技術將iOS和安卓系統的設備內容投影到顯示設備顯示。

4? ? 云課堂系統的特點

云課堂系統具有以下特點：

（1）保障教學。可以實現移動終端授課，易攜帶、易操作、易教學，彌補了傳統多媒體教室中電腦、網絡或其他相關設備出現故障導致無法授課的不足。

（2）智能教學設備一體化高度集成。性價比高，投入少，功能強，易安裝、易維護、易管理。

（3）視頻跟蹤智能化。伸縮攝像機系統內置各種智能跟蹤策略，通過智能策略的控制，系統能自動識別教學過程中的各種關鍵環節（教師板書、使用教學課件、與學生互動等）[5]，自動切換場景，從而實現全程全場景全自動錄制。

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

（5）互動教學。主講教師在本地教室即可遠程與其他從教室進行互動教學，讓地域上相隔甚遠的學生能夠通過同步課堂的硬件設備直接受益于優質課堂的教學。

（6）教學資源共享。利用云平臺儲存優質教學資源，可點播共享。

5? ? 結語

云課堂系統可以實現主講課堂與異地視聽課堂之間的互動，移動授課、教學監管、視頻會議等應用場景，能提供更先進的遠程互動教學、常態化錄播、精品課堂、專遞課堂、雙師課堂、家校互動、聽課巡課、在線評課、教研師培、數據統計分析、實驗考試、教學管理。

[參考文獻]

[1]白培翔，于灝，劉富超，等.云課堂教育平臺的系統架構與關鍵技術研究[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模式設計—以華師云課堂為例[J].中國電化教育，2017（4）：85-89，102.

[3]林敦.互動錄播系統的發展及其在教育資源普及中的挑戰[J].軟件導刊（教育技術），2014（8）：94-95.

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

[5]黃小麗.淺談全自動錄播系統在精品課程教學錄像制作中的應用[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