錄播教室學生分組訓練視頻展示系統設計與應用

張有坤 趙健民 張欣怡

摘? 要 以全國職業院校教學能力比賽課程錄制為例，基于還教學于真實課堂、“一鏡到底”單機位拍攝的要求，學生分組訓練場景在錄課視頻中無法呈現。該系統在錄課時可以將學生分組訓練場景在視頻中很好地展現出來，同時利于授課教師獲得區域反饋、利于學生互相觀摩學習。該系統可安裝于錄播教室，也可拓展應用于其他教學實訓室等場景。

關鍵詞 職業院校;教學能力;錄播教室;分組訓練視頻展示系統;黑板一體機;實訓室

中圖分類號：G434? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）18-0014-04

1? 背景

隨著我國教育的深度發展，精品課程建設的推廣、計算機多媒體及網絡新技術的發展，大力推動了教學手段的現代化進程。目前，錄播教室已成為各中小學校、高校的基本建設項目，得到普及應用。全國職業院校技能大賽教學能力比賽堅持“以賽促教、以賽促學、以賽促改、以賽促建”，全力提升新時代職業院校教師教書育人能力素養，有力促進了職業教育改革發展。

2? 系統設計

2.1? 賽課錄制的技術要求

2018年開始，教學能力比賽為了正本清源，還教學于真實課堂，對課堂教學實錄視頻提出一個機位一鏡到底錄制的要求。具體描述：課堂實錄視頻須采用單機方式全程連續錄制（不得使用搖臂、無人機、虛擬演播系統、臨時拼接大型LED顯示屏等脫離課堂教學實際、片面追求拍攝效果、費用昂貴的錄制手段），不允許另行剪輯及配音……[1]

課堂實錄杜絕“為賽而賽”的做法。

2.2? 課堂呈現需求

多數高校參賽教學課程選擇在錄播教室錄制。但參賽課程不能采用多機位錄制，且錄播教室的固定機位靈活性無法滿足錄制要求，只能作為錄制課程的授課現場。課堂教學的錄制需要改為人工單機位拍攝。

懷化師范高等專科學校參賽的實用美術課程“傳承民間工藝美術? 厚植鄉村教師情懷——傳統手工制作”經歷省賽和國賽選拔賽后獲得國賽參賽資格。為進一步提高參賽課程質量，省廳派專家指導組對授課團隊提出：要對課程進行重構設計，學生人數需增加到正常課堂的30多人，教學視頻需要對課堂及學生分組訓練情況進行真實呈現。

一個攝像機位在教室后面拍攝，對教師的授課情況可以展現，但30多名學生在畫面中呈現的是“黑壓壓的一片后腦勺”。攝制時更無法調度攝像機位去拍攝學生分組練習與訓練情況，因此，分組學習效果無法及時、直觀地在錄課視頻中展現出來。經過與授課團隊分析、討論，有必要在錄播教室安裝一套用于呈現課堂學生分組訓練情況的視頻展示系統，才能更好地保障課堂錄制效果。

2.3? 系統設計思路

由于錄制的課程設計了四個小組進行分組訓練，就需要在錄播教室吊裝四個攝像頭分別拍攝四個小組的學習情況，由黑板一體機將訓練情況顯示出來。一方面，錄課的攝像機可以對黑板上多媒體一體機進行拍攝，一體機上展現的各小組訓練情況畫面自然進入錄課攝像機的鏡頭，從而達到呈現學生分組訓練情況的效果;另一方面，小組訓練的畫面展現在黑板一體機上，可供授課教師及時獲得各小組訓練的反饋，學生也可以觀摩其他各小組的訓練情況，互相學習。這一思路得到授課團隊的積極認同，也得到省派指導專家團隊的高度肯定。

2.4? 對比研究不同的解決方案

經過市場考察、征詢廠商意見、研究類似應用，提出兩個初步設計方案。

2.4.1? 基于移動錄播主機方案設計的分組視頻展示系統（廠家推薦解決方案）? 信息技術中心分別向有錄播教室設計、建設經驗的廠商提出需求意向，征詢具體的解決方案。有三家廠商報送了已應用于智慧教室的基于微課制作或移動錄播主機系統設計的解決方案，即將攝像頭接入移動錄播主機，與電腦聯網，輸出視頻經HDMI數據線接入黑板一體機上進行顯示，供教師、學生觀看，供錄課攝像機拍攝錄入課堂視頻。教師通過講臺上的電腦用軟件控制切換展示畫面，必要時后臺技術員也可以用后臺電腦協助授課教師控制，如圖1所示。經過分析，發現該方案視頻質量很好，能夠達到拍攝所需效果;但授課教師必須使用講臺電腦通過軟件進行操控，在教學實踐中操控體驗不好，視頻有延時，且費用昂貴。

2.4.2? 基于類監控系統方案設計的分組訓練視頻展示系統? 學校電子鋼琴實訓教室有基于類監控系統設計，用于展示教師鋼琴指法教學及展示學生鋼琴指法訓練的系統，即由N路攝像頭接入監控錄像機，直接使用鼠標控制硬盤錄像機切換視頻，通過云臺控制器控制云臺及變焦操作，錄像機輸出視頻由HDMI數據線連接到黑板一體機向學生展示指法練習。經過改造設計，也可以應用于錄播教室，實現分組展示訓練的效果，如圖2所示。經對比分析，發現該方案簡單，可接入攝像頭數量多，視頻低延時，造價低，在一些職業院校的烹飪實訓室也有類似應用;但教師必須在講臺上用鼠標操控，操控體驗也不理想，且視頻質量一般，比較適合對視頻質量要求不高的場景。

2.5? 基于畫面分割器設計的錄播室學生分組訓練視頻展示系統

在詳細分析初步解決方案，了解功能與設備構成，查閱技術性能、支持協議等參數后，根據教師實際授課體驗需求，設計更實用的基于畫面分割器的錄播教室學生分組訓練視頻展示系統方案，如圖3所示。基于畫面分割器設計的錄播教室學生分組訓練視頻展示系統由21倍變焦云臺攝像頭、遙控HDMI數字畫面分割器、黑板一體機、交換機、后臺控制電腦、配套網線、HDMI線材等組成。

畫面分割器采用紅外遙控器操控，可對視頻進行硬件切換，實現全部或單獨顯示其中任一路畫面的視頻展示;采用HDMI高清數字線H.264編碼傳輸。系統由教師端、技術員端兩個部分組成。

1）教師端（前臺），由攝像頭—畫面分割器—黑板一體機組成，全HDMI高清數字鏈路組網，H.264編碼視頻無轉換傳輸，畫面分割器硬件切換視頻。教師通過紅外遙控器控制視頻切換展示小組活動，有需要時也可通過攝像頭遙控器控制變焦、云臺。

2）技術員端（后臺），由攝像頭—交換機—后臺控制電腦組成，由交換機通過網線組網。必要時技術員可以在后臺監看，通過后臺電腦協助教師進行變焦、云臺等控制。

3? 系統安裝與應用

3.1? 基于錄播教室的安裝

基于本次課程錄制分為四個小組的教學需要，制作視頻展示系統采用四路畫面分割器，對四個小組的分組訓練進行同時或單獨展示，稱為四機位系統。根據實際需要可以采用N路分割器，實現N機位系統的拓展。

錄播教室一般為扣板吊頂裝修，攝像頭吊裝在扣板下方;畫面分割器、交換機、電源、線材均隱藏安裝于扣板上方。教師端由畫面分割器的視頻輸出通過HDMI線接入黑板一體機顯示;技術員端的交換機引出一根網線接入錄播教室后方的觀摩教室的后臺控制電腦實現監看及控制，安裝圖如圖4所示。

考慮到實際課堂教學中學生分組位置的不確定性，攝像頭吊裝位置設計為可移動機位，即吊裝在經過加固的單獨扣板上，根據教學分組需要，更換活動扣板位置即可改變攝像頭機位。畫面分割器安裝在教室講臺附近上方扣板上，有利于實現授課教師遙控操作。

用于展示的一體機可以利用原黑板一體機，將畫面分割器的HDMI輸出接入一體機相應接口;也可以單獨增加一塊顯示屏（懷化師范高等專科學校國賽課程錄制基于信息化教學內容較多，采用增加一塊75英寸一體機的辦法）。

后臺控制電腦可以利用原錄播室的控制電腦，安裝攝像頭自帶的操控軟件，實現對攝像頭變焦、云臺等控制（亦可取消交換機和后臺電腦，采用多路硬盤錄像機組網并操控，接入一臺顯示器監看）。

3.2? 視頻展示系統的使用

基于畫面分割器設計的學生分組訓練視頻展示系統安裝在錄播室。授課時，教師可使用遙控器在講臺附近遙控切換，實現多路、單路小組視頻展示的目的。攝像頭云臺、變焦一般在課前由后臺或教師端遙控調試好，教師在授課過程中若需要臨時調整，可通過遙控器進行操控，必要時也可由技術員在后臺協助控制操作。

3.3? 真實呈現課堂

學生分組訓練視頻展示系統，在一鏡到底的課堂攝制要求下，能更好地將學生分組練習、訓練的場景呈現出來，更為真實地對課堂錄制效果進行表達。在授課時通過系統對分組訓練情況的展示，授課教師、學生可以了解分組訓練的情況，在教學中可以建立及時的區域反饋，利于及時評價，在一定程度上豐富、創新了課堂互動，為教學監測提供了新思路及技術保障。

經過十多位教師長達半年的授課實踐檢驗，系統操作便捷、畫面高質量且視覺體驗無延時，受到他們的高度評價。本系統應用于錄制參賽的實用美術課程“傳承民間工藝美術? 厚植鄉村教師情懷——傳統手工制作”課堂教學視頻錄制，參加2020年全國職業院校技能大賽教學能力比賽，獲得高職組全國一等獎。

4? 技術特點

4.1? 畫面分割器硬件切換，高畫質高可靠傳輸，視覺體驗好

教師端從攝像頭到畫面分割器再到黑板一體機，采用HDMI高清數字鏈路組網，H.264編碼視頻無轉碼傳輸，實現高碼流高畫質實時傳輸，視覺體驗無延時，具有穩定、高可靠性。

4.2? 通過紅外遙控控制，操控便捷、切換靈活，教師操控體驗好

授課教師切換畫面采用紅外遙控控制，實現多路視頻展示、單路視頻（單獨任意一組）展示。教師切換自由，使用簡便，在講臺上、講臺下均可實現無線操控。

4.3? 前臺與后臺可獨立操控，實現應急互補

前臺教師端HDMI高清數字鏈路傳輸、遙控操作，后臺控制端采用交換機組網傳輸與控制（支持通用控制協議），互相獨立，在教學過程中可滿足獨立操控、應急互補的需要。

5? 結語

目前，錄播教室已經普及到中職、高職、高校，縣級、部分鄉鎮級的中小學校。分組訓練視頻展示系統在展示課堂教學分組學習情況方面效果突出，提高了課堂效率，可在巨量的錄播教室中推廣應用，新建錄播室可將之設置為配套子系統或進行模塊化配置。職業院校、高校有更多的各種實訓系統，均可安裝學生分組訓練視頻展示系統，如中職學校、高職院校的汽修實訓室、烹飪實訓室等有學生分組實訓的場景均可安裝。■

參考文獻

[1]關于舉辦2020年全國職業院校技能大賽教學能力比賽

的通知[EB/OL].[2020-08-13].http：//www.moe.gov.cn/s78/

A07/A07_sjhj/202008/t20200814_478105.html.

[2]T/JYBZ 002—2018.教育用音視頻錄播系統[S].北京：中國教育裝備行業協會，2018.