借助多維度模式實施全面線上教學的探索

□張偉宏 熊晟罡

隨著科技發展，視頻播放軟件由被動接受到按照自己的意愿點播視頻節目，甚至可以進行網上購物、在線教學等，使得觀眾收看節目的方式產生了翻天覆地的變化[1]。2020年疫情期間，線上教育的應用使得原本停滯的教育教學得以繼續。線上教育的優勢得到體現的同時，也存在一些不足，如教師無法把控課堂的節奏，學生參與度低，積極性差等問題。本文基于現有的線上教育提出多維度的概念，期望彌補傳統網絡教學的不足、給予觀眾更大靈活度。

一、在線教育軟件的應用現狀

(一)靜態視頻軟件。目前市場上存在的視頻播放軟件有暴風影音、優酷、西瓜影音、快播、百度影音、迅雷影音等，這是一種非對稱雙工形式的多媒體通信技術。

(二)動態視頻軟件。在線直播軟件類似抖音等實現以錄播端為主控方實時現場畫面傳送并且可以實現簡單交互；類似釘釘、騰訊課堂等以錄播端為主控方實現實時文字、語音、視頻交互；類似騰訊視頻會議的可以實現多人在線互動。

二、在線教育的不足

葉圣陶說過:教學有法,教無定法,貴在得法。目前不論是錄播或直播形式都是以播放端為主導，這樣固定、刻板的教學方式對學生沒有吸引力。

(一)錄播的不足。完全由播放端主導的自主學習模式，沒有溝通與反饋，學生參與度低，沒有積極性，學習體驗差。

(二)直播的不足。可提供部分局限性的互動，如點贊、評論、在線問答等，但是由于硬件條件限制、軟件收費、在線教育適應性等問題，導致線上直播課程效果普遍不如線下。

三、多維度的概念

本文將在線視頻維度分為時間軸維度、地理空間維度、軟件內、外維度四種。

(一)時間軸維度。在該模式下軟件提供具有時間軸標記的界面，用戶根據所需通過鼠標點擊相關標記在時間維度上進行切換。

(二)地理空間維度。根據需要，通過對攝像頭移動、縮放或攝像頭架設等操作實現視頻內容在地理空間上的切換。

(三)軟件內空間維度上。如圖1所示，C程序授課中從stdSqrt代碼切換至tcGraphics代碼，過程中觀眾如果對之前知識遺忘，該模式允許在不影響目前視頻播放順序，通過單擊選項卡切換回之前代碼選項卡。

圖1 C語言程序界面

(四)軟件外空間維度上切換。例如Premiere軟件的學習，教師常結合圖像處理、視頻處理等相關軟件進行教學，需要在不同軟件中頻繁切換。在該模式中觀眾可以通過單擊相應接口，如視頻中任務欄上任務，及時切換到不同軟件中。

四、多維度助力在線教學的模式分析

(一)時間軸維度實現。目前部分視頻播放軟件不僅可以實現智能地跳過開頭結尾，而且還可以識別影片時間軸的標識，讓大多數用戶較準確地跳轉至所需片段。已有的實現時間軸維度的軟件，如Camtasia studio、Windows media encoder等視頻編輯器就可以實現時間軸標記的添加。

(二)地理空間維度實現。該維度對錄播端和視頻播放平臺軟件提出新的要求。

1.采集端的軟、硬件。在隱私安全問題保障的前提下，視頻軟件應提供更加豐富的操控錄播端攝像頭的功能，如由用戶端控制攝像頭移動切換所需的播放場景；架設更多錄播端攝像頭拓展錄播端的空間；采用集成多個攝像頭功能的復眼攝像頭實現360度或3D采集畫面[4]。

2.視頻播放平臺多窗口模式。因為視頻的多源化，所以用戶端播放平臺軟件應具有呈現多視頻的能力，并提供友好的多源用戶控制界面，如類似監控屏模式的分屏方式來顯示、控制各采集終端的視頻源。

(三)軟件空間維度實現構思。軟件空間維度分為軟件內和軟件外，“軟件內”指的是在同一軟件內部切換，“軟件外”是在不同軟件之間的切換。

1.軟件空間維度的實現目標。軟件空間維度應實現在視頻播放過程中不影響播放順序，通過點擊視頻中的選項卡或者視頻中任務欄在任務之間實現切換。

2.軟件空間多維度視頻文件協議。針對該維度的實現需要，本文提出構建多維度視頻文件協議。協議包含視頻源數據分段數量、分段地址、用戶UI接口數據區地址、視頻編解碼、音頻編解碼、控制單元等。

3.軟件空間多維視頻壓縮協議。多維度視頻包含內容豐富，錄播端對授課內容不同維度獨立錄制，使得表示、傳輸和處理這些視頻源數據量非常大。一幅具有1,024*768分辨率32位真彩色圖像，它的數據量約為每幀3MB。若要達到每秒24幀的幀率，每秒所需的數據量為72MB，即要求系統的數據傳輸速率必須達到72MB/s，對表示、傳輸、處理帶來巨大壓力。為了減少數據量，應進行必要的存儲優化。大部分非活動窗口內容在播放中是不變的，非活動區的內容在時間軸方向上有很大的相關性,數據的冗余度很大。本文提出構建多維度視頻文件壓縮協議，該協議對多維度視頻中非活動窗口內容只存儲靜態內容及一些相關數據，來減少數據冗余。

4.軟件空間多維視頻錄制端實現。在該維度下的錄制端不再簡單地錄制活動窗口的內容，對錄制過程中使用的非活動窗口的軟件、選項卡中當前內容都要設置采集頭，錄制后采用多維度視頻壓縮協議壓縮，依據多維度視頻文件協議進行分段存放。

5.軟件空間多維度視頻播放平臺實現。能辨識多維度視頻源，提供友好用戶界面，能響應并為用戶切換資源。新的播放模式在原視頻播放原理基礎上修改。

五、結語

視頻軟件的應用很廣，諸如影視劇之類的視頻豐富了人們的業余生活，網絡的教學錄播視頻讓人們學習更加容易，在線課堂使學生們不僅可以在家學習還可以在線交流互動。多維度視頻模式的提出及應用將更加豐富和拓展了視頻的功能，提高用戶體驗度。視頻不再是靜態的流水賬式的呈現，播放端和受眾端不僅可以動態實時交互，還可以自由地在時空上、視頻內跳轉。讓個體得到重視、差異得到彌補，從而真正體現個性化學習，進而達到因材施教的教育目標。