可视化课堂教学管理与资源建设技术方案.docx
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可视化课堂教学管理与资源建设技术方案
可视化课堂教学管理与资源建设系统
技术方案
一、需求分析
学校简单介绍
随着全国教育系统对教室信息化建设投入逐年加大,教师信息化能力的不断提高,教学信息化已逐步被广泛应用。
对于信息化的教学模式,教师及教学管理者对原来的教室的功能提出更高要求,比如:
要求所有的信息化教室都可以通过统一的控制中心控制;教学管理者在办公室就能查阅教室上课情况。
**大学为了更好的提升教学质量,提出了“可视化教学管理系统”的需求。
二、项目概况
本项目对**大学共计**教室进行统一规划,建设xx教室。
本项目的建设,将为一线教师、多媒体教学环境管理和维护人员、教学管理和质量评价人员提供一个统一软硬件平台,全方位推动教学设备管理、教学过程管理和教学资源管理的改革,促进教学环境的改善、教学手段的革新和教学质量的提升。
项目通过在教室安装网络中控、摄像机、编码器、IP电话、功放、音箱等设备设备,采集各个教室的音视频信号,通过网络上传到管理中心形成标准化考场、可视化教室、常态化录播教室、研究性学习教室、高清全自动录播教室等相应的功能教室;在管理中心配置相应的显示大屏、管理软件、云平台软件以及教学专网等形成整个教学智能化的系统平台。
并且通过和学校教务系统、网络学习平台、身份认证、一卡通的对接,实现教学资源的高度整合。
系统的建设充分利用原有教室的投影机、幕布、授课电脑等设备。
保证原有的资源最大利用化。
提高投资效益。
三、建设原则
(一)稳定性。
课堂教学过程应排除任何技术性干扰,因此稳定性是系统的第一原则。
为了保证这一点,必须遵循以下原则:
1、简单化。
要求系统设计的各项功能简单明确,防止由于功能的复杂化导致系统的不稳定。
2、低耦合。
降低对核心设备和主要通道的依赖,确保系统健壮稳定。
降低各个模块之间的耦合度,有效分散风险,使得在部分模块无法运行的情况下,整个系统不至于完全失效。
3、冗余。
一定程度的冗余是保证工程项目稳定可靠的常用方法。
当一个模块出问题,还能有其他途径完成相同的功能。
(二)兼容性。
良好的兼容性能使得系统具有较长的生命周期。
不至于因为部分的损坏没有替代品而导致必须整体更换;也不至于因为某个模块的升级而被迫进行整体改造。
(三)经济性。
决定功能由何种方式实现,或模块建设的先后次序和取舍必须考虑代价的合理性。
(四)安全可靠性原则
系统建设的目的是为了简化操作让老师能轻松自如控制各种设备,提供强大的多媒体教学辅助设备,从而达到事半功倍的教学效果,如果系统不稳定不仅不能简化操作,反而会影响老师教学效果。
因此在选择产品时应把选择产品的质量以及系统的稳定可靠性放在第一位。
(五)安装、操作、维护升级的简便性原则
以提高系统的整体运行效率为出发点,根据简便性原则,针对系统内各子系统操作人员的实际情况和实际操作需要,全面系统操作链进行优化设计,使信号采集、传输和操作控制等各子系统的功能应用操作实现最优的效率状态水平。
系统的安装简单、升级容易,添加、更换设备不麻烦;控制界面简单明快、逻辑清楚,操作方便、快捷。
四、建设目标
课堂教学系统建设的目标:
1.建设人性化、智能化的教学环境
Ø对教师而言,需要有舒适的教学环境体验,希望能只关注自己的教学,而不是将时间花费在操控设备之间。
教师的操作界面就是讲台,应将任何技术细节隐藏其后,抛弃使讲台往复杂操作台发展的做法。
Ø信息技术对研究性教学模式的支持。
研究性教学为小班化的特有形式,在普通教室开展多有不便,如分组、查阅资料、汇报成果等,缺乏一个激发学生主动思维地氛围。
2.实现课堂教学的精细化管理
课堂教学系统中的重要一环是评价课堂教学。
应用视音频处理技术和网络技术,完整记录教学实况并上传到服务器,可以实现在任何时间、任何地点进行评教。
Ø校级:
在教务处的计划和安排下,相关校领导、处室和督导对全校教师随机进行听课。
可在教学服务中心或个人电脑上实时听课或查看教学录像并填写评价信息。
结合课堂听课与网络听课形式,双轨运作。
Ø院级:
院主要领导在同一时间安排下,对本院教师及学生所在班级随机进行听课,完成常态教学检查,方便针对出现的问题做出及时反应。
Ø教研室:
在教研室一级的目标在于建立青年教师教学帮助机制。
要注重课后的分析指导,促进其专业素质和教学技能的提高。
通过三级听课机制的建立,可以将学校听课量大大增加。
在这种覆盖面下,量的倍增将促进教学水平质的变化。
这一机制的建立,依托于常态化录播教室。
常态化录播教室包含了教师教学近景,学生正面观察两路高清晰视频及教学课件的VGA信号。
其“不介入、全方位、可还原”的特点使传统的教学过程管理与评价发生了质的变化:
不干扰课堂,不限制听课人数;不限制听课时间,提高效率,有经验的教学人员在15分钟内基本可以完成一节课的评价;学生视频为正面影像,可以清楚的观察学生神态,掌握其对知识的接受情况。
3.促进教学经验传承和青年教师发展
“慕课”、“微课”、视频公开课、资源共享课项目都是以教学视频为核心,其目标都是促进教学质量的提高与优质资源共享。
而在校级层面,通过更广范围的建设,促进学校教学水平整体的提高,需要常态化录播教室的技术支持。
优秀教师的课堂教学,融合了其学科知识、教学设计和情感关怀,包含了其长期的教学实践和对学科的理解,呈现了一种教学的艺术。
将其完整保存,作为学科的教学传承,尤其对于年轻教师的教学水平提高将起到肩膀的作用,将大大缩短年轻教师的成长时间。
五、设计理念
可视化课堂教学管理与资源建设系统是教学信息化的重要一环。
该系统集多媒体教学、可视化教学质量管理、课堂录像资源建设、教学设备网络化管理于一体,极大的改善了教师教学体验、创新了教学管理方法、丰富了教学资源积累手段。
其中,以教学环境建设为基础,以教学视频资源为工作的支撑,开展教学评价,落实教师发展,并为网络辅助教学平台提供可视化教学资源。
六、系统效益
可视化课堂教学系统建设的意义,是一次传统多媒体教室建设到信息化的可视化教学系统的改革,改革能给学校带来:
1)提高学校信息化建设水平。
通过全网络中控的覆盖,形成统一的管理,并将教学资源进行存储及共享。
2)设备统一集中管理,节约人力和财力。
通过管理中心,真正实现“可一人管理所有设备运行,二人解决所有问题”。
3)提高教学管理水平。
通过可视化的管理,在教学管理过程中更容易远程解决教学问题,提高效率。
4)促进教学质量的提高。
通过读卡器系统的考勤功能;教学资源的网上发布功能,更能从宏观上提高教师的上课质量。
5)更具真实性的教学评估。
在领导办公室就能对所有教室进行教学观摩。
增加评估的真实性及公开性。
6)教学资源积累与共享。
通过B/S平台对资源进行整合及发布,提高教学资源的利用率。
七、实现功能
七.1.教学管理
远程督导
督导小组及相关领导可通过网络对任意授课教师进行教学评估,并可纪录教学评价,促进学校教学水平的提高。
教学评价
教务管理者如听查课小组成员、院校领导可以通过系统平台随时随地进行远程听课,并可录制相关教学片断,附上评语及得分。
教学反思。
教师可对自己上课过程的录制视频进行自我反思或是集体讨论,逐步改善提高自身的教学业务水平
纪律检查
教务管理者可以远程对教学课堂纪律进行监察、记录、纠正,提高师生的学习成效。
七.2.教室管理
各种设备远程集中式管理
可远程集中式控制多种设备,包括录播系统、投影仪、教学电脑、视频展台等多种通用教学设备。
从而避免老师在课堂中自己操作设备而影响教学流畅度。
便于使用
整合校园一卡通,上课老师插入IC卡就可以打开计算机、投影仪,并按照课表录播计划启动课件录制,拔卡后延迟≥90秒即关闭所有设备。
在教学管理中心可远程控制设备的开关机,记录教师信息和课程信息并导入课件,方便易用。
七.3.教研
微格教室
支持远程教学评价,教学专家可在异地观看教学过程并进行微格点评。
系统鼓励教师间相互学习,促进教学业务,可直接帮助学校提高教学质量,提升学校核心竞争力;
远程观摩教学
通过网络直播课堂教学场景,远端教室同步观看教学场景,达到沉浸式教学效果。
远程互动教学
系统支持远程互动教学,可以让远程教室的学生和主讲教室的老师进行提问或者答疑;主讲教室和听课教室的所有音视频均会被完整记录。
七.4.课程资源建设
高并发量多画面直播
通过多服务器负载均衡技术系统可实现实时高并发量的教学直播,适用于公开课、会议厅重要讲话的集体学习、收视。
课件自动生成,汇聚
系统可将每间常态化录播教室的每节课自动录制成视频课件,在较短时间内就可以快速生成大量课件资源,形成内容丰富的课件资源库。
按学科,知识点分类
课件可以按学科、知识点、授课教师、授课日期等进行分类管理,便于师生找到自己感兴趣的资源。
高并发量的录播视、音频资源剪辑
系统同时支持大规模用户通过web网页对录播视、音频资源进行便捷的剪辑,添加片头片尾,形成较正式的课件资源。
web后期导播
系统可以通过web网页将已录制的资源模式多流视频合成为单路电影模式视频,解决一次性导播视频无法进行二次调整的难题,并且使用方便,无需安装软件。
PPT索引自动生成
系统可以将老师授课PPT的内容自动生成课件的索引信息,便于后期点播观看。
资源检索
用户可以通过课程名称、授课老师等多种信息对资源进行快速检索。
电子书包,泛在学习
系统支持用户通过移动终端(手机、平板等)对视频课件进行随时随地的泛在学习,提升学习效率。
七.5.数字化校园多平台融合
一卡通系统融合
与校园一卡通系统对接可以让教师通过原有的IC卡实现插卡自动开机、录课的功能。
课表系统融合
系统可以通过与课表系统融合实现自动录课,自动将有关课程信息输入到录制课件中,降低教师工作量。
学校门户网站融合
系统也可以将直播、点播资源直接嵌入到学校的门户网站中,丰富学校门户网站的表现形式。
八、系统总体设计
教育信息化的核心是信息技术与教育教学实践的深度融合,重点是师生对现代信息技术的应用。
常态化录播教室融合了传统多媒体教室的建设思路,能够实现传统多媒体教室的集中控制管理功能,利用音视频采集技术实时录制课堂教学音频和视频,使课堂教学资源往片段化知识点资源发展,达到资源的高效利用。
八.1.系统架构
系统以网络为基础,音视频采集设备和多媒体网络中控为核心,通过多媒体技术、网络技术、控制技术以及信息处理等相关技术的结合,把多媒体集中控制教室、常态录播教室、全自动录播教室实现
八.2.总体设计思路
1、人性化、智能化的设备集中控制,突出教室的用户体验:
与校园卡对接,老师通过校园卡即可打开或关闭所有设备。
由于扩音采用移频技术,教师不许任何借用手续,不须面对中控设备,不和任何管理人员发生联系,使教师的教学环境体验最舒适。
教师的操作界面就是讲台,应将任何技术细节隐藏其后。
抛弃使讲台往复杂操作台发展的做法,还原传统平整木质桌面,解决了静电、安全与舒适问题;讲台机架结构仍然为钢制,桌面可以替换设计,不安装故障率高的电磁锁;隐藏了中控操作面板,绝大部分教师在初始设计状态下完成教学,不需要使用中控。
2、控制中心网络远程控制功能。
通过良好的网络状况和稳定的设备性能保障远程控制的准确性。
可以通过网络对每间多媒体教室进行管理,实现远程开关设备,远程接管教室内计算机、资产统计、IP电话远程协助、课堂教学观摩等功能。
3、大屏幕显示功能:
将教室端视音频及VGA信号汇聚到控制中心,通过轮巡策略,显示在液晶拼接屏上,供管理员随时了解课堂情况;系统还可以将多个显示单元拼接,显示一个教室的三画面,用于在中心听课时显示听课教室教学情况。
4、简易录播功能:
实时录制课堂教学场景和声音,生成三画面课件(老师、学生、课件),其中以教师画面为主画面,根据教室光学环境调整合适安装机位,优化画面质量,提供PPT索引,存储于指定服务器,使课堂教学资源往片段化知识点资源发展。
5、教学直播功能:
所有多媒体教室都可以实现实时的直播功能,将本教室的教学情况直播到任意指定教室,同时也可以接受其他教室的直播功能。
九、各个子系统技术方案
九.1.多媒体集中控制系统方案
多媒体集中控制系统主要体现系统的人性化、智能化的设备集中控制,突出教室的用户体验:
1、系统与校园卡对接,老师通过校园卡即可打开或关闭所有设备。
扩音采用移频技术,教师不许任何借用手续,不须面对中控设备,不和任何管理人员发生联系,使教师的教学环境体验最舒适。
2、教师的操作界面就是讲台,应将任何技术细节隐藏其后。
抛弃使讲台往复杂操作台发展的做法,还原传统平整木质桌面,解决了静电、安全与舒适问题;讲台机架结构仍然为钢制,桌面可以替换设计,不安装故障率高的电磁锁;隐藏了中控操作面板,绝大部分教师在初始设计状态下完成教学,不需要使用中控。
九.1.1.系统架构
系统在教室端以网络中控为核心,所有的控制信号、输入、输出信号连接到网络中控,设备的供电由电源箱提供,通过IC卡读卡器实现插卡开启多媒体教学设备,也可以通过教室端面板控制教室多媒体设备。
多间多媒体教室通过网络中控连接到校园网通过管理软件进行集中管理,实现教室管理的功能。
在每间多媒体教室配置独立硬件IP电话,通过校园网和教学管理中心相连,IP电话不受中控设备影响,实现和管理中心双向通话,支持呼叫等待功能。
九.1.2.系统优势
网络中控采用ARM芯片作为核心处理芯片,功耗低,采用无风扇设计,可以实现24小时不间断工作。
网络中控内置硬件看门狗电路,当遭遇外界特殊情况中控无反应时可自动重启中控,整个过程不影响教师授课内容,保证中控可以7*24小时不间断工作。
网络中控自带12路电源箱,电源箱具有延时断电保护以及可编程控制的顺序开关机功能,投影机和电脑电源设定延时关闭电源。
每路电源都有一对一的手动开关,作用是:
一自动挡,通过中控发指令实现自动开关,二是手动挡(此功能不受中控主机影响,可一对一开启相应的电源,保证在中控出现故障时不影响正常教学)。
为保证在非上课时间段(如课间10分钟休息时间、中午午休时间)设备的安全,系统采用配套的锁桌面设备可保证非上课时间,本地面板完全锁死,按键不起作用,需通过本地IC卡或远程开启。
课件电脑关机设计正真的实现软件关机功能,而非一般的厂家控制电脑开关机按钮跳线实现关机。
九.1.3.实现实现主要功能
九.1.3.1.网络远程控制
采用最先进的网络技术,配合控制室端管理平台,运用TCP/IP协议实,使系统控制实现与网络的紧密连接,实现了系统控制的灵活性和多样性。
基于专网,网管中心可以远程控制、管理所有教室的设备,如投影延时开关机、输入信号的切换、幕布的升降等等,设备的管理支持自定义分级管理,可极大的节约系统、设备的维护管理开销。
当远程开关设备时在网管平台开启多媒体教室设备时,通过网络发送指令到网络中控,网络中控按顺序给设备加电启动,完成设备开启任务进入可使用状态。
在网管平台关闭多媒体教室设备时通过网络发送指令到网络中控,网络中控按顺序设备关闭,其中电脑、投影机实现软关机,投影机延时关闭电源,保证投影机灯泡的使用寿命。
九.1.3.2.设备远程检测
网管中心可实时监测教室端设备使用状态,如随时了解教室端中控系统、投影等设备的使用状态、已使用时间、开启次数等,并可以统计投影机灯泡的累积使用时间并在达到临界值时进行提醒,并及时形成输出资产报表(EXCEL格式),让管理员快速准确的掌握教室端设备状况,提高管理效率。
九.1.3.3.资产管理
网管系统可以远程准确、快速地搜集教师机、投影机的软、硬件信息,及时形成并输出资产报表(Excel格式),可以使学校快速准确的掌握自身的IT资产状况,提高管理效率。
同时可以在计算机的硬件和或软件配置更改、投影机灯泡需要更换时向服务器发出警报,这个功能真正实现了资产管理,它可以让管理员真正做到随时监视资产情况。
除了可以进行基本的信息收集,还能进行分组别条件查询、报表输出等高级管理、统计工作,提高整体的管理效率。
网管系统可检测统计所有投影机的开关状态、开启次数、灯泡累积用时和使用残率,可检测教室端幕布的使用状态,确认是处在上升/下降/停止。
且可形成输出资产统计报表。
主控中心可以远程准确、快速地搜索教室内计算机的软/硬件信息,生成相应的资产报表,实现多媒体网络中控与教学计算机的完美结合。
九.1.3.4.远程诊断
通过网管系统及时捕获远程教师机、投影机、多媒体网络中控等多媒体教学设备的远行状况,及时发现故障和隐患。
同时可以提供对系统资源情况变化的故障警报,用来监控系统参数是否超过预先设定的标准,当达到警报的条件后,还可以选择自动处理的方法,例如“普通警报”提醒等。
九.1.3.5.远程协助
在主控中心可以通过网络远程监看和操作教室终端,帮助、协助老师完成一些常规操作。
如,在老师上课前打开各种需要使用的设备,老师到教室可直接上课,节省时间。
九.1.3.6.远程接管
在主控室可以通过网络远程监视和操作教室的终端。
实现对教室计算机的屏幕监视,随时了解计算机的工作状态、上课教室的课程进度等,亦可依此完成对教师的教学评估。
而且可通过网络远程接管教室的屏幕、键盘、鼠标,实现远程协助、指导操作的功能。
九.1.3.7.IP对讲
在教学过程中,使用者总会碰到一些难题,为了让使用者能迅速地和管理部门进行沟通,我们利用多媒体网络中控的以太网口,配置了独立的硬件IP语音网关电话系统,在多媒体系统出现故障时,可通过IP对讲系统寻求网管部门的帮助。
该系统与传统软件IP电话的主要区别在于,不依赖于计算机,拥有独立的IP地址,通过网络完成语音通话,保证了在计算机系统及其他设备出现故障时能及时与网管人员沟通解决问题;也可在专网其他地点配置IP电话机,实现教室和主控室的直接沟通。
同时利用软件IP电话作为备份。
在每间网络多媒体教室及主控制室各配置了1台IP电话机,给每部电话机分别设置了不同的电话号码,只需要为每部电话机接通网络就可以实现任意的电话呼叫功能,教室呼叫主控制中心、控制中心呼叫教室等,通过IP电话机方便内部的联系沟通。
九.2.高清常态化录播教室
教育信息化的核心是信息技术与教育教学实践的深度融合,重点是师生对现代信息技术的应用。
常态化录播教室融合了传统多媒体教室的建设思路,能够实现传统多媒体教室的集中控制管理功能,利用音视频采集技术实时录制课堂教学音频和视频,使课堂教学资源往片段化知识点资源发展,达到资源的高效利用。
其特点是实时录制课堂教学场景和声音,生成三画面课件(老师、学生、课件),其中以教师画面为主画面,根据教室光学环境调整合适安装机位,优化画面质量,提供PPT索引,存储于指定服务器,使课堂教学资源往片段化知识点资源发展。
同时通过大屏幕显示功能:
将教室端视音频及VGA信号汇聚到控制中心,通过轮巡策略,显示在液晶拼接屏上,供管理员随时了解课堂情况;系统还可以将多个显示单元拼接,显示一个教室的三画面,用于在中心听课时显示听课教室教学情况。
九.2.1.系统架构
系统主要分为教室端和教学管理中心两大部分,教室端主要包括一台云台一体化摄像机负责老师和板书区域的拍摄,摄像机自带跟踪模块,实现对老师讲台区域的跟踪,一台云台一体化摄像机负责学生的拍摄,课件电脑通过VGA采集,经网络传送至服务器。
教学管理中心主要包括服务器、平台管理软件、存储、显示大屏等,为教室前端的音视频设备提供互联手段,把信号源有机结合起来,实现教学实况实时录制、同步直播。
九.2.2.系统特色
支持多种移动设备,如苹果、IOS(ipad、iphone)、Android等,进行课件点播、点评,移动学习。
支持多种浏览器,如:
IE、safari、谷歌、火狐等,无需额外安装任何插件,即可进行课件的直播、点播。
听课系统与教学课程表相关联,无需人工干预,按课表设定的课程时间,自动完成课程的录制。
用户登录后,在主界面显示正在上课的课程,直接选课、听讲。
具有视频监控功能,显示所有教室信息及教室状态,校领导可在控制中心集中在线巡查,对教学活动进行远程指挥。
系统可设置个性化综合管理,集用户权限管理(学生、教师等)、课程管理、编辑管理、部门管理、资源管理、评教评学功能于一体。
基于Flash编码压缩技术,用户无需下载任何客户端软件、插件,用IE浏览器即可直接收看视频,数据压缩比例高,数据小,传输速度快。
九.2.3.系统实现主要功能
九.2.3.1.统一管理,集中录制
可以实现对任意多间教室进行课件录制,实时生成课件,录制停止自动在服务器端生成课件,便于课件的统一管理。
九.2.3.2.实时在线直播
课件录制的同时可以通过网络将课堂内容直播出去,课堂内容包括音频、视频以及计算机屏幕内容,并具有同步性。
支持多种浏览器,如:
IE、Google、safari 、火狐等,无需额外安装任何插件,即可收看直播。
九.2.3.3.课表功能
根据学校的课程安排设置课表,按课表的课程时间的设定,自动录制课程和停止录制,无需人工干预,自动完成课程的录制。
听课系统与教学课程表相关联,用户登录后,系统自动查询课表,在主界面显示出正在上课的课程,直接选课、听讲。
学生只能查看本班课表,且不能有相关按钮,但是会有状态。
教师可以查看自己相关的班级、课程的课表。
校长可以查看所有课表,且可控制。
九.2.3.4.在线编辑
在课件录制完成后,为实现课件的零瑕疵,通过网络,可以进行课件的在线编辑,例如课件的剪切、合并等。
九.2.3.5.点播点评
经过在线编辑且发布后的课件,可以进行课件的点播,在点播课件的同时可进行实时点评。
在点播课件的时候,可以对课件进行微格方式的打点点评,课件回放的时候,可以对打点内容进行快速定位,快速查看点评内容。
九.2.3.6.课件多级管理
录制好的课件可分别根据课件类型、用户角色来进行管理。
课件分为:
发布课件、未发布课件。
未发布课件:
课件已经录制,但是还没有发布,供录课老师进行反思录课质量。
发布课件:
可以供学习当前课程的学生进行观看,讨论。
九.2.3.7.巡查课
可以实现多路音视频信号及计算机屏幕信号的监控,查看所有教室的状态。
校领导可在教学指挥中心集中在线巡查,以及对教学活动进行远程指挥。
九.2.3.8.自动生成文字索引
在课件录制的同时能够根据教师的PowerPoint幻灯片换页时间,自动生成文字索引。
后期还可以对生成的文字索引进行编辑修改。
九.3.研究性教学教室
九.3.1.概述
研究性教学主要是为学校启发式、探究式、讨论式、案例式、任务驱动式等研究性教学实施创造条件;
研究性教学教室是实现教学中PBL教学、CAS教学、情境教学、小组协作教学等的关键手段。
通过教与学相互积极影响,采用多种教学手段教学,充分调动学生的学习激情,发挥学生的主观能动性,以教师是主导,学生为主体,走出传统教学模式,更新传统的教育观念,培养适应未来社会的人才,极大缩短对人才的培养周期,有利于促进我国教育事业的发展。
九.3.1.1.系统功能
整个教室设计包含两个部分:
课堂教学部分和教学实况录制部分。
教学部分:
研究性教室主要采用的是提出问题——分组讨论——解决问题、演示解答这样一个教学过程,因此我们在教学设计上采用目前非常实用的交互式液晶触摸一体机作为教室的教学核心设备,在这个上面,进行交互式演示以及教学,在分组讨论之后的演示以及讲解中,充分体研究性教学的特点。
整个教学系统简洁、实用。
教学实况录制部分:
作为每一次的研究性教学,都是一次很
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