多媒体网络教学系统

北京求真学校网络工程部

1. 多媒体网络教学系统的发展

多媒体网络教学系统一般有几个层次（阶段）：一个是 多媒体教室系统 ，即以投影机为核心组建多媒体授课环境，这也是校园多媒体系统的最基本的要求；一个是 教学管理信息采集系统 ，即将多媒体教室系统扩充网络功能，借助校园网，实现多媒体教室的视频和音频信息的网上共享和全程录象，实现网上教学直播，电子监考，方便教学管理，同时一定程度地方便学员的课下复习；第三就是 网上教学录播系统 ，即将多媒体硬件手段用于教学课件的辅助制作，既可实现网上教学直播，同时可实现教员的课件和视音频自动整合为一体化的电子课件，并可网上共享下载，既方便了教学交流，同时对学员课程的复习也是一个图文并茂的有声教材；再往后就是更高层次的网络教学应用，主要是结合教学的需求开发相应的软件应用。

如下图所示：

由图可见：

•  多媒体教室和校园网络是后面基于网络的应用的基本条件。

•  教学管理信息采集系统是从教学管理的角度出发，在多媒体教室和校园网络的基础上衍生出来的，该系统方便了教学检查，校园重点部位的安全管理，电子监考，而且实现了网上教学直播和录象，扩大教育覆盖面和学术交流等。

•  网上教学录播系统重点在于网上教学直播和多媒体精品课件的自动制作，它可以是教学管理信息采集系统的延伸，也可以是基于多媒体教室和校园网的独立的应用。

•  如果已经建成了教学管理信息采集系统，则在该系统基础上扩充了教师上课用电脑屏幕信息采集，即可实现网上教学直播和课件自动合成。

•  如果直接建设网上教学录播系统，从系统的组成上和教学管理信息采集系统有相似之处，但侧重点不同，系统的使用对象不同，系统的使用方式也不同。教学管理信息采集系统是由学校管理人员使用，进行教学秩序的检查和监督，重点部位的安全保卫；而网上教学录播系统由教师和教学管理人员使用，侧重于辅助教学，教学资源的管理和再利用。

•  教学管理信息采集系统和网上录播系统是基于网络的集视频和音频于一体的多媒体应用的两种形式，实际上，更高层次的多媒体应用还有很多。

2. 多媒体教室系统

多媒体教室系统包含了全部电化教学、计算机辅助教学和演示的手段，是目前最受欢迎、最便于使用、效果最理想的教学演示系统。它将录相机、影碟机、多媒体计算机、多媒体视频实物展台、多媒体投影机等先进的视听设备以及其他可遥控设备 (如电动屏幕、电动窗帘、灯光等)有机地连接，构成现代化视听教学环境。系统由教师根据执教内容集中控制，能实现对各种设备常用功能的控制和音视频之间的切换操作，使教学的内容生动化、形象化和具体化，克服了以往呆板的灌输形式，学生对于声像并茂的教学方式更易于领会和接受。系统充分发挥了现代教学设备对提高教学质量的作用，缓解了上课教师的劳动强度，大大提高了各种设备的利用率。

从结构上看，多媒体教室系统包括投影显示系统和音响系统两个部分：

投影显示系统：一台投影机用于显示计算机、视频播放设备、大屏幕电视和实物展示台等设备的视频信号。

音响系统：要求声场均匀分布，音频扩音部分用于录像带、无线咪、卡座 DVD等音频信号的扩放，要具有良好声场效果。

3. 教学管理信息采集系统

多媒体教室系统使极大地方便了教员的授课，但其功能一般还局限于在上课的教室内，如果将教员上课的实况传送到校园网上，不仅能扩大受教育面，而且方便对教学的管理，包括电子监考等功能。

教学管理信息采集系统是对多媒体教室系统功能上的扩展，即利用视频服务器将上课的视频和音频实况传送到校园网络上，建成高效可靠的数字音视频管理信息采集系统，供授权用户查看，为学校的安全防范、高效管理提供更有力的技术保障，同时加强内部的教学管理，提高教学水平。同时该系统还可对学校重点安全部位实施 24小时无人职守的监控，有利于学校的安全保卫。

本系统具有以下功能：

•  本系统可将教师授课全过程和其他现场的音视频信息实时在校园网络上同步直播，同时供多个人观看。

•  支持前端和中心视音频存储，既可以在网络上播放录象也可把录象资料下载刻录成光盘，既有利于教学的管理，同时可作为教学经验交流和学员学习的珍贵资料。

•  前端具有音、视频采集管理、录像、查询、日志等功能。

•  支持音视频对讲功能，便于学校下达通知和音视频信息交流。

•  对学校大门口、停车场等重点部位实行 24小时实时监看，保证校园的安全。

•  可对教室或考场进行音视频采集和记录，保证良好的教学秩序和考场秩序（电子监考）。

•  管理中心是整个系统的心脏，具有系统的最高使用和管理权限，可以对前端的云台、镜头等进行转动和变焦。

•  具有视频集中转发功能，便于构建多级分控，并使得大量的人员可同时观看同一路视频和音频，如教师的观摩课，保证系统图像和声音的流畅性。

•  同时可实现视频会议功能

4. 网上教学录播系统

网上教学录播系统是一套能够跨越空间及时间的限制，图文并举、声容并茂，将教员电子讲义与教师视频、语音相结合，制作成可以轻松发布于网上点播的教学课程录制系统。

教学管理视音频采集系统实现了视频和音频的网上传输和共享，便于教学管理人员随时检查教员上课和学员上课情况，电子监考，课程录象资料网上共享等功能，对学校教学秩序的管理起到了积极的作用，同时系统将安防监控融为一体，加强了学校的安全管理。

应该看到，教学管理信息采集系统主要还是侧重于教学的管理，从教学的角度出发，视音频采集系统将视频和音频数据实现了在校园网上的共享，除了已经实现的功能外，还有很大的潜力可挖。比如，一些有着丰富教学经验的教员，他们的上课现场资料（包括视音频及电子教案，如 PPT 文档）对学校来说是一份宝贵的资料，如果能够将他们的现场教学情况制作成集影象、声音和电子教案于一体的电子课件，既可用于教员之间教学经验的交流，尤其是年轻教员的学习，同时可使由于教室和上课时间的限制，无法现场听课的学生能够从校园网上直接听课，并可共享这些珍贵的教学资料，对扩大教育覆盖面，加强学术交流无疑将起到积极的推动作用。

系统能够实现远距离、快速度、高质量地传送教学声像、图文和数据，网上教学直播及电子课件的自动生成。

该系统基于校园网络，将教学中的视频、音频信号和计算机动态屏幕信号进行一体化的同步录制、直播。在视音频录播的基础上，创新地增加了对计算机动态屏幕信号的录制直播功能，该功能为全面记录教学实况，即时生成集声音、图象和文字于一体的多媒体教学课件提供了极大地方便，适合课件制作、多媒体教学、会议报告录制，及作为精品课程课件制作工具使用。

该系统是原有视音频采集系统功能上的延伸，系统利用现有的视频和音频采集设备，扩充了计算机屏幕的动态编码和存储，极大地降低建设成本。

通过这套系统，老师可以方便的建立一个功能强大的远程教学课件制作环境，轻松实现跨时间跨地区的远程教学目的。学生看到的不再是枯燥的静态文字，而是教室里教师、语音、演示过程的完全重现。

该系统适合大中专院校，中小学等教育系统用户用于课件制作、多媒体教学、会议报告录制，尤其适合高等院校作为精品课程课件制作工具使用。

1. 系统示意图

2. 功能说明

•  视音频编码器

视音频编码器将摄像机、麦克风等视音频设备采集到的数据进行编码、压缩，以数据流的方式将压缩后的数据进行存储和实时的发送。

•  屏幕数据编码器

为系统前台服务系统软件，在系统中负责计算机屏幕信号的采集，可将所在计算机的屏幕内容采集编码后通过网络发送给转发存储服务器

•  转发存储服务器

为系统后台设备，负责接收前台设备（视音频编码器和屏幕数据编码器）发送的视音频和计算机屏幕信息，完成视频、音频、计算机动态屏幕信号的录制和直播，录制生成的文件存储在该服务器上，支持大量用户同时访问，支持多级级联 。

•  配置服务器

用户权限认证和管理，后台运行程序，系统设备信息的存储和管理

•  系统控制台

由系统管理员使用的前台运行软件，运行在 Windows 平台上（支持 2000/XP 及以上版本），可对系统进行远程管理，进行系统各项参数配置，录制功能的开启及配置，录制文件的管理等功能 。

•  网络客户端

软件，运行在 Windows 平台上（支持 2000/XP 及以上版本），可采用组播或单播等多种方式实时接收转发存储服务器的直播内容，也可播放录制好的文件。

5. 多媒体网络教学系统实例分析

1. 项目名称

某学校教学管理信息采集系统

2. 项目需求

项目的提出基于以下几个方面的原因：

1) 教学检查的需要

上系统之前，学校每个学期需安排教学督导人员到各个班级听课检查，需要组织、协调相关人员等，耗时长，而且大家都需要暂时放下手边的工作，而且教学督导组成员本身一般也担的有课，因为要抽出大概一周左右的时间去听课，所以自己的课程也受影响，而且检查结束后，一般只能基于当时听的那节课（一般不到 50 分钟）的效果对教师作评价，结论不可避免地带有一定的随机性和主观性，教学检查逐渐变成为一种形式，难以达到预期的目的；

2) 电子监考的需要

上系统之前，学生考试现场主要是依靠人员巡视进行监考，学校也需要协调安排众多的监考人员，考场纪律完全依靠监考人员本身的责任心，效果不好；

3) 学术交流的需要

学校之间经常有学术交流，如果外校老师观摩教学，从主办方角度考虑，因为可能外校人员多，场地安排受限，而且不易组织，从外校来学习的角度出发，也不希望到指定的教室听指定老师的课，而是喜欢随意抽取自己感性趣的课程来听。最关键地是，没有办法把好的上课现场情况有效地记录下来，教师回到本校后，向同校教师介绍情况也主要是依据当时的笔记来讲，如果有现场的视频和音频录象，效果会好的多；

4) 学生辅导的需要

有些学生由于生病请假等原因无法到教室听课，只能依靠教师补课，或问同学借听课笔记，考试前的复习也是主要依靠教师的辅导和课堂笔记，如果有当时教师上课的现场视音频录象资料会好的多；

5 ）学校安全保卫方面的需要

盗窃、学生打架等事件时有发生，以前基本都是事后处理，不能及时发现防患于未然，即使事后处理也常常因为缺乏有效的证据而无法作出及时有效的评判；

6 ）政策层面的需要

教育部对学校的电子监考和安全保障工作也有相关的要求；

3. 项目预期目标

实现教师上课视频和音频的直播和录象，实现停车场、大门口等重点部位的安全防护，中心采用电视墙，中心可对前端摄象机进行控制，根据管理人员的职责分配相应的操作权限，支持大用量的同时访问，为上级主管部门留有网络接口，以便随时检查学校的教学情况。

4 ．项目示意图

5 ．系统实施效果

1 ）上系统之后，每个教学督导组成员直接在自己的电脑上就可对上课情况实时查看，综合评价一个教师上课的情况，而且可以综合几节课的内容综合评价，并且可随时调阅上课录象，保证了评价的客观性。

2 ）教学秩序、课堂秩序和考场秩序得到明显的提高。

3 ）教师上课情况的视音频录象资料为学校之间和学校内部的学术交流带来了极大的便利。

4 ）因为实现了教学网上直播，提高了教育普及面，而且学生可以将录象资料从网上下载保存，为复习提供了有效的手段。

5 ）学校的安全状况得到改善，车辆丢失、学生打架等事件明显减少

6 ．系统效益分析

安装了教学管理信息采集系统之后，在几个方面带来了明显的效益：

•  学校的知名度得到提高

学校成为现代化的教学管理手段成功运用的典型，得到了上级主管部门和周边学校的赞誉。

•  节省了大量的人力、物力和财力

学校的教学检查、学术交流等可以随时进行，不仅效果大大提高，而且节省了学校的开支，也节省了相关人员大量的宝贵时间。学校的安全状况得到改善，为营造良好有序的教学环境起到了积极的推进作用。

•  学生的收益

学生从单纯依赖课堂教学和课堂笔记转变为随时随地的课堂，依靠生动的录象资料提高了学生的学习积极性和课下复习的效果