云课堂系统设计与实现
来源:用户上传
作者:李磊 谢淑娟 王剑
摘 要：当前，我国经济社会发展已经发生深刻变化，教育信息化已经成为时代发展的必然趋势。云课堂系统由大容量、高可靠的教育云平台和简单易用的教学智能终端组成，具有多场景、多功能、灵活易用的特点，能为师生带来“教-管-学”全方位的沉浸式教学与学习体验，为教育信息化提供实用的解决方案。文章对此展开分析。
关键词：教育信息化;云课堂;教学智能终端;教育云平台
1 云课堂系统的总体构成
云课堂系统整体由用户层、业务层、设备层、平台层构成。用户层为学生、家长、教师、校长、教育部门管理者等用户提供不同的产品和服务，基本覆盖教育行业各层级用户。平台层提供大平台管理模式[1]，通过强大的云视频会议服务器，互动平台、教管平台、资源平台、巡课中心多平台协同运作，各个教室互联互通、共治共享、协同服务。设备层在教室使用高度集成的一体化终端，集视频、音频、互动于智能教学一体机，即插即用，不需要复杂部署，无需专业人士维护，使得方案可以在每个教室快速部署，覆盖所有教室。此外，支持手机、电脑设备协同使用，满足用户在合适的场景使用合适设备的需求。业务特性支持以实时互动的方式[2]，让地域上相隔甚远的学生同上一节课，促进优质教育资源的共享。围绕这个中心，云课堂系统具有丰富的应用场景，将互动教学系统与学校常见应用场景结合起来，建立管理平台、资源平台、互动平台，满足来自于学生、教师、家长、学校领导等教育用户的需求，实现更多的教学场景。
2 云课堂系统软件介绍
2.1 公共教育服务云平台的构成
通过公共教育服务云平台，可以实现远程互动课堂、远程培训、远程教学教研，实现“内外资源整合”，促进教育资源的均衡化分布。其中，教管平台创建互动课堂参与的主体，互动课堂生成的资源导向资源平台，师生可以通过资源平台查看生成的课程资源，教管平台还能对资源平台的资源进行编辑。
用户的主体分为学生、家长、教师及教学管理者。一个互动课堂承载了学生及教師，作为一个大主体进行互动课堂的动作。同时，学生和教师、家长还作为个人主体在资源平台上获取资源。管理者可以通过教管平台、资源平台查看课程安排和课程效果。
教育公共服务云平台支持移动手机端、PC端、Web端、视讯一体机多个平台同时进行工作，满足用户在不同时期不同环境下的使用需求，如图1所示。
2.2 互动课堂
通过教育公共服务云平台将师资力量优秀的学校与师资力量不足的学校连接起来，主讲教师在本地课室即可远程与其他从课室进行互动教学。让地域上相隔甚远的学生能够通过同步课堂的硬件设备直接受益于优质课堂的教学。
在上课过程当中可选用PC、遥控器、电子白板触控作为载体进行主讲教室、听课教室的互动。
听课教室使用遥控器进行举手操作，主讲教室可以使用PC、遥控器、电子白板触控点名听课教室发言。
2.3 直录播资源平台
直录播资源平台包含互动课堂录制资源[3]、专题直播分享资源以及课件资源3大模块，且资源平台支持PC端、平板及手机端多个终端。
互动课堂的课程内容会自动录制并上传到直、录播资源平台存储，师生可以登录到资源平台点击课程表查看相应的课程。
专题直播包含名师讲堂、家长夜校、专题知识讲座等多个专题，各类学习交流或活动都可以进行云存储分享[4]。
教师和学生可以在资源平台上搜索相关课程的课件进行教学参考或学习。
2.4 教管平台
教管平台能对互动班级、课程资源、用户权限、课程课表进行编辑，通过教管平台，学校能更加便捷地安排互动课堂的班级课程、编辑互动课堂的信息、管理资源平台的视频资源，方便学校安排课程、进行教学规划。
教管平台可以根据实际将进行互动教学的学校、班级添加到同一个通讯录中进行管理，通过教管平台能更方便、快捷地编辑参与互动课堂的学校、班级信息，用户可最大限度地对通讯录进行可视化编辑。
用户可在通讯录管理内部模块建立互动班级与终端的联系，对班级的终端进行管理。教管平台针对互动课堂这种特殊性的课程，设计了一套最符合互动教学的排课方式，协助学校对互动课堂班级进行高效排课管理。
3 云课堂系统核心设备
云课堂系统由核心设备智能教学一体机连接伸缩摄像机、显示屏幕、音箱、电脑等设备，再通过网络与云平台连接。智能教学一体机通过高清多媒体接口（High Definition Multimedia Interface，HDMI）矩阵集成了视频互动系统、蓝牙、投屏、路由、功放等功能，可与手机、电脑、平板等信号源无线连接，可同时投屏在投影幕布、电视屏幕等多个显示设备上。云课堂系统采用的核心设备智能教学一体机可以把4个高清信号源与两个高清显示设备连接起来，内置同屏器和路由WiFi，性能更佳;内置蓝牙种子（Bit Torrent，BT）与功率放大器;同时支持两路话筒输入、一路光纤输入、一路光纤输出，可以很清晰地将3个高清信号源和内置路由WiFi高清信号在两个兼容高清信号的显示器或者投影仪上自由切换或分配。另外，还可以将音频部分从HDMI信号中分离出来，通过光纤到内置功放接口输出，是一款集功放于一体的产品。该产品还支持手机WiFi投屏功能，通过Aiplay，Miracast、数字生活网络联盟（Digital Living Network Alliance，DLNA）技术将iOS和安卓系统的设备内容投影到显示设备显示。
4 云课堂系统的特点
云课堂系统具有以下特点：
（1）保障教学。可以实现移动终端授课，易携带、易操作、易教学，弥补了传统多媒体教室中电脑、网络或其他相关设备出现故障导致无法授课的不足。 （2）智能教學设备一体化高度集成。性价比高，投入少，功能强，易安装、易维护、易管理。
（3）视频跟踪智能化。伸缩摄像机系统内置各种智能跟踪策略，通过智能策略的控制，系统能自动识别教学过程中的各种关键环节（教师板书、使用教学课件、与学生互动等）[5]，自动切换场景，从而实现全程全场景全自动录制。
（4）音视频切换。音频、视频可在多个屏幕上自由切换或同屏，手机等多个信号源在多个显示屏幕自由同屏或切换。
（5）互动教学。主讲教师在本地教室即可远程与其他从教室进行互动教学，让地域上相隔甚远的学生能够通过同步课堂的硬件设备直接受益于优质课堂的教学。
（6）教学资源共享。利用云平台储存优质教学资源，可点播共享。
5 结语
云课堂系统可以实现主讲课堂与异地视听课堂之间的互动，移动授课、教学监管、视频会议等应用场景，能提供更先进的远程互动教学、常态化录播、精品课堂、专递课堂、双师课堂、家校互动、听课巡课、在线评课、教研师培、数据统计分析、实验考试、教学管理。
[参考文献]
[1]白培翔，于灏，刘富超，等.云课堂教育平台的系统架构与关键技术研究[J].中国科技论文在线精品论文，2019（3）：390-396.
[2]王鶄，杨倬.基于云课堂的混合式教学模式设计—以华师云课堂为例[J].中国电化教育，2017（4）：85-89，102.
[3]林敦.互动录播系统的发展及其在教育资源普及中的挑战[J].软件导刊（教育技术），2014（8）：94-95.
[4]陈晓娟，陈红普.腾讯课堂在线教学模式探究[J].软件导论，2015（8）：221-224.
[5]黄小丽.浅谈全自动录播系统在精品课程教学录像制作中的应用[J].教育观察，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
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