智能化多媒體教學系統的設計與實現研究

摘 要：《教育部關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見》（教高〔2007〕2號）明確指出：高等學校要把信息技術作為提高教學質量的重要手段，要在教學活動中廣泛采用信息技術，不斷推進教學資源的共建共享，逐步實現教學及管理的網絡化和數字化。文章在分析傳統多媒體教學系統弊端的基礎上闡述了基于網絡環境的多媒體教學系統的優勢，著重研討了智能化中央控制多媒體教學系統的設計思路，以及如何將IC卡、遠程控制、流媒體等先進集中管理技術應用到教學實踐中的具體實現過程。

關鍵詞：智能化 網絡 控制 多媒體 教學系統

中圖分類號：TP37 文獻標識碼：B 文章編號：1673-8454（2007）12-0034-03

信息技術正在改變高等教育的人才培養模式。《教育部關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見》（教高〔2007〕2號）明確指出：高等學校要把信息技術作為提高教學質量的重要手段。事實上，體現現代信息技術在教育教學中應用的多媒體技術越來越受到教師和學生的普遍歡迎。它具有生動、直觀、靈活的特點，能在單位時間內增加更多的信息量、能將授課過程中的一些很難直觀表達的問題，生動、靈活地表現出來。[1] 因此，多媒體教學系統如雨后春筍般地在各個高等學校建立了起來。怎樣建好、用好、管好多媒體教學系統，使多媒體輔助教學手段在提高教學質量中發揮更大作用，是值得我們深入研討的問題。

一、傳統多媒體教學系統的不足

一般傳統的多媒體教學系統由中央控制器、控制柜、投影機、屏幕、計算機、影碟機、錄像機、功放、音箱、話筒等組合而成。其核心部分為中央控制器，其他的硬件通過與控制器連接并受控于它來實現多媒體教學。然而，由于傳統的中央控制器功能單一以及多媒體教學系統管理歸屬不同，建設地點分散，建設時間、規格和型號不統一等原因，給教師的使用和管理也帶來了很多的問題。結合湖南商學院傳統多媒體教學系統的使用情況，我們將其引發的問題概括為以下幾個方面：

1.使用手續繁雜

教師使用多媒體所需要辦理的手續繁雜。首先必須填寫《使用登記表》，然后才能領取控制柜的鑰匙，打開柜鎖，開啟必要的設備進行授課。下課后，將所有設備復位，關閉電源，鎖好柜門，最后歸還鑰匙。

2.故障排除不及時

多媒體系統的硬件設備種類繁多，設備之間的連線復雜，設備的故障率高，排除故障和維護的時間長。出現一些常見故障，只有通過電話或者下課時通知維護人員才能解決，不能及時排除，影響了正常的教學。

3.維護管理工作零碎繁重

在處理計算機病毒、系統破壞、軟件丟失、系統和病毒庫升級等問題時，只能在本地采取相應的解決措施，必須逐一操作而不能同時進行。這種單機的恢復無疑給維護人員帶來很大的工作量。

4.使用培訓效果不明顯

雖然開課前進行使用培訓，但是很多老師在上課的時候又忘記了操作步驟。還有因設備不統一而讓教師搞混了各自的操作，造成在運用過程中設備出現故障，人為增加了設備的故障率，影響了課堂教學效率且縮短了設備的使用壽命。

二、基于網絡環境下智能中控多媒體教學系統的優勢

如何克服上述問題，更好地方便老師們的教學，我們提出了基于智能化集中控制的多媒體教學系統的整體設計。在對各廠商生產的硬、軟件產品進行論證的基礎上，選擇了一些在市場上比較成熟、穩定性高且功能上完全能彌補傳統多媒體教學系統不足的先進產品和技術，創造性地成功建立了湖南商學院多媒體教學智能中控管理系統。該套系統由中控管理子系統、監控管理子系統、網控管理子系統、流媒體課件實時錄播系統組成，與傳統多媒體教學系統相比較具有如下優點：

1.批處理開關機

可以通過中央控制室的多媒體中控管理子系統實現對所有多媒體教學系統內的主控柜和各種硬件設施（如電子柜門、電腦、投影、電動屏幕、功放、IP電話等）的批處理開關機。在多媒體教學系統上課的老師就無須填寫使用登記表和領用、歸還控制柜的鑰匙，從而簡化了多媒體使用的手續。

2.內置IP電話與遠程控制

能夠在中央控制室通過監控管理子系統以及中控管理子系統中的內置IP電話與遠程控制功能，及時發現并維護多媒體教學系統出現的故障，做到出現故障能在第一時間內解決，從而在很大程度上減小了故障對正常教學的影響。只需在中央控制室通過多媒體網絡中控管理子系統，就可以對每一間多媒體教學系統內的計算機同時進行查殺病毒、軟件安裝和系統升級，這大大減輕了管理和維護工作人員的工作量。

3.網絡環境教學質量監控

監控管理子系統以及中控管理子系統允許教學管理人員在校園網內任何有計算機的地方，通過授權實時對每間多媒體教學系統的授課情況進行教學質量監控，方便管理。

4.實時錄播

在中央控制室通過流媒體課件實時生成子系統，由一名操作人員控制，就能將優秀教師所授課程的內容進行實時的錄像、整合、編輯、播放，提高了時效性，實現了優勢資源共享。

三、網絡環境下智能中控多媒體教學系統設計

1.系統概述

多媒體智能中控管理系統由智能中控管理系統、監控子系統、流媒體課件錄播子系統、網控子系統四部分組成。能根據課表自動開啟或關閉教學系統設備，自動診斷故障。通過圖形化的顯示界面，實時顯示多媒體教學系統內中控、投影機、計算機、主控臺的工作狀態。遠程監視教學系統計算機桌面內容并能接管鍵盤和鼠標，方便進行遠程處理與控制，從而實現對故障的快速排查與維護。全方位、高清晰、實時監控，隨時提供設備狀態預警。系統能自動生成流媒體課件，完成寶貴的課件資源積累。

2.總體結構設計

整個多媒體智能中控系統，是由總控室、傳輸網絡以及各獨立的多媒體教學系統設備三部分組成，其中總控室包括一臺專業服務器和七臺高配置多媒體計算機，分別完成設備控制、視頻監控、網絡控制、教學錄播、課堂直播等工作。傳輸網絡包括現有校園網和監控網絡。多媒體教室內設備都是通過IP數據包在校園網上傳送的。監控的視頻信號、音頻信號是通過專用監控網絡來傳送。[2] 各教室相對獨立的多媒體教學設備較多，由智能中央控制器進行集中管理，主要完成上課時教師所需AV設備間的視頻、VGA信號的切換等。

3.主要系統功能設計

（1）智能中控管理系統

系統操作簡單方便，實現遠程一鍵開啟與關閉教學系統內所有設備(投影機關閉時有3~5分鐘散熱延時)，并完成設備檢測與故障排查。教師只需按課表安排，進教室即可進行多媒體教學。主控臺有蜂鳴器提示教師推開主控臺，教師在柜門鎖閉時可通過一鍵呼叫功能與主控室直接聯系；非接觸式IC卡可實現刷卡自動打開主控臺和多媒體系統。[3]

多媒體控制系統的核心設備是由控制計算機與教室內集中控制器組成，所有操作由控制計算機向集中控制器傳送232串口指令完成。集中控制器具有VGA矩陣、視頻矩陣、音頻矩陣、講臺門磁、投影機斷線、電腦斷線、大門門磁、投影燈開關檢測模塊、IP電話對講、一鍵開關機等功能模塊，通過集成電源管理和控制電動幕、投影機、電腦、功放等設備。

（2）監控子系統

多媒體教學系統全部實現不間斷高清晰數字監控和全數字錄像，能實時監控多媒體教學系統的課堂和設備運行情況。監控系統同時保持與教務處處長及教學主管副院長、院長辦公室的連通，真正實現了高清晰實時監控。監控系統的錄像（其攝像頭可以遠程任意變焦、350度自動旋轉）、回放、自動保存、更新都是通過內網實時傳遞的，同時還可以通過大屏幕背投系統監看所有多媒體教學系統。[4] 監控信息可經過系統錄制、編輯后，作為節目源供播放或點播。

監控顯示畫面可手動、自動切換，可25幀/秒全屏顯示，可單畫面、四畫面、十六畫面回放，壓縮算法MPEG-4/H.264，錄像速度50—200M/小時/路，音視頻同步，可設置COM口與485的轉發速率，可控制云臺鏡頭與快球。

（3）流媒體課件實時錄播系統

流媒體課件自動生成子系統的功能是通過軟件實現完成寶貴的課件資源積累，把整合疊加的視頻、音頻和計算機圖像（課件）數據保存到教學系統端或者遠程服務器上。[5] 系統采用流媒體技術發布課件到Internet。視頻課件同步錄制、同步生成、同步直播、同步網絡存儲、實時點播。適應從寬帶到窄帶各種接入方式。

在視頻壓縮策略上采用目前世界最先進的MPEG－4壓縮編碼技術，對連續性或清晰性計算機畫面采取了智能變率的壓縮技術，清晰度可調，以調整數據量；采用流媒體格式傳輸，可以選擇不同的編碼壓縮格式；實現在窄帶上傳輸動態性高的變化。通過VGA采集，不需要在教學用計算機上安裝任何特別程序，并可以將計算機顯示器能顯示的內容全都采集（包括視頻畫面）。系統通過網絡遠程控制管理，網頁式錄入、維護；自動生成、自動同步更新記錄庫。

（4）網控子系統

網控子系統可以對教學系統中各計算機進行遠程管理，進行系統病毒庫升級、遠程維護，達到實時維護的效果。具有網絡對拷功能，可以快速將一臺機器上安裝好的系統部署到整棟教學樓的所有計算機上。網控系統通過發射端收集所有網卡的MAC地址，在發射端進行排序，然后將參數傳遞過去，就能將所有的計算機的IP地址進行自動分配、修改并固定下來、通過傳遞參數還能實現批處理修改計算機名、設置DNS和網關等。[6]

四、多媒體智能中控教學系統在實際運用中的成效

湖南商學院網控多媒體教學系統投入使用已有近兩年的時間，系統運行情況良好，解決了傳統多媒體教學系統存在的一些不足，管理便捷，大大降低了維護人員的勞動強度。同時，由于管理的智能化，相應減少了課堂因多媒體出現故障而影響教學的現象，對于一些優秀教師的課堂教學實況進行直播，深受學院師生歡迎，同時減少了維護和管理人員的數量，并能滿足對課堂教學質量進行遠程評估和跟蹤的要求。

五、結束語

隨著國家、省、校三級教育質量工程實施方案的出臺，加強學科建設、深化教學改革、嚴格教學管理、保障和提高人才培養質量已成為重中之重。智能化多媒體教學系統的應用與管理，與教學改革創新有著密不可分的關系，高等院校要在教學活動中廣泛采用信息技術，不斷推進教學資源的共建共享，逐步實現教學及管理的網絡化和數字化。

參考文獻：

[1]彭妙顏.多媒體視聽教學系統中的智能化群體互動技術[J].華北航天工業學院學報，2006(1):69-70

[2]萬華明，吳軍，易力. 可管理開放式智能網絡化多媒體教室教學系統的設計構建與實現[J].江西科學，2005(3):259-263

[3]石良武.湖南商學院多媒體教學應用分析[J].教育信息化，2006(10):54-57

[4]雒偉群，劉春貴.WWW技術在智能多媒體教學系統中的應用[J].雁北師范學院學報，2004(2):100-102

[5]陳杰，王晏平，蔣婷婷，方潛生，周原.智能小區教學多媒體演示系統[J].安徽建筑工業學院學報(自然科學版)，２００４（４）：２０－２３

[6]馬青玉.多媒體教學智能控制系統的設計[J].南京師范大學學報(工程技術版)，2003(3):35-38