流媒體技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

黃偉源

摘 要 將目前流行的流媒體技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，討論了如何通過(guò)借助流媒體技術(shù)來(lái)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)在課堂和課后的效果，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的興趣與積極性。

關(guān)鍵詞 流媒體技術(shù) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：G71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，不僅要學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)的原理，還要培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作動(dòng)手能力，觀察檢測(cè)能力、數(shù)據(jù)處理能力、獨(dú)立思考能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在實(shí)驗(yàn)課開(kāi)展之前，先由老師講授實(shí)驗(yàn)過(guò)程中涉及到的原理，然后再通過(guò)老師的實(shí)驗(yàn)演示來(lái)介紹具體的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程和步驟，以及在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需注意的事項(xiàng)，最后讓學(xué)生自己完成課程所設(shè)置的實(shí)驗(yàn)。

為了使課堂的授課達(dá)到最佳的效果，老師會(huì)要求學(xué)生上課前對(duì)實(shí)驗(yàn)的課程進(jìn)行預(yù)習(xí)。然而對(duì)于一些比較復(fù)雜和大型的實(shí)驗(yàn)，僅僅通過(guò)在課堂上老師的一次演示，學(xué)生未必能夠掌握和理解實(shí)驗(yàn)的全部?jī)?nèi)容。往往需要在課堂上或課后通過(guò)自己的動(dòng)手操作，一步一步地慢慢理解和體會(huì)才能掌握實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。

但學(xué)生在自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，往往由于對(duì)老師的實(shí)驗(yàn)授課內(nèi)容理解不夠透切，或者上課時(shí)學(xué)生所處的課堂位置，角度和上課遲到等方面的原因，不能及時(shí)和完全看清楚老師的實(shí)驗(yàn)演示。從而使自己在獨(dú)立操作中不能完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)上，同學(xué)們可以對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題向老師請(qǐng)教。老師也會(huì)對(duì)同學(xué)的問(wèn)題作出詳細(xì)的解答。但由于課堂時(shí)間有限，不可能很快對(duì)每個(gè)同學(xué)的問(wèn)題都作出詳細(xì)解答，對(duì)于那些不能作出及時(shí)解答的同學(xué)，實(shí)驗(yàn)就會(huì)顯得無(wú)從下手。這樣就會(huì)使得課堂的實(shí)驗(yàn)效果不高。同樣在課后，對(duì)于沒(méi)有完全理解老師授課實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的學(xué)生，想通過(guò)在課后溫習(xí)上課的實(shí)驗(yàn)，更是無(wú)法進(jìn)行。

2流媒體技術(shù)

流媒體技術(shù)就是把采集的視頻和音頻信息，經(jīng)過(guò)編碼，壓縮處理后傳送到專(zhuān)用的流式服務(wù)器上，流式服務(wù)器可以采用RealNetworks公司的Helix Server或者微軟的windows media services進(jìn)行搭建。當(dāng)用戶(hù)需要請(qǐng)求流式服務(wù)器中的音視頻時(shí)，首先用戶(hù)的Web瀏覽器向Web服務(wù)器通過(guò)使用HTTP/TCP協(xié)議請(qǐng)求元文件，元文件包含了多媒體文件的相關(guān)信息如URL，編碼類(lèi)型等。然后Web瀏覽器將元文件傳送到媒體播放器，媒體播放器接收到元文件后，就可以與流媒體服務(wù)器對(duì)多媒體文件進(jìn)行請(qǐng)求與發(fā)送，在發(fā)送過(guò)程中，使用RTP/RTSP等實(shí)時(shí)交互應(yīng)用協(xié)議，將多媒體文件傳輸?shù)娇蛻?hù)端，這樣用戶(hù)不僅能供實(shí)時(shí)觀看，還可以一邊下載一邊觀看、收聽(tīng)，過(guò)程不需要等待整個(gè)多媒體文件存儲(chǔ)到自己的計(jì)算機(jī)上才可以觀看。流媒體技術(shù)分為流式存儲(chǔ)音頻、視頻，流式實(shí)況音頻、視頻和實(shí)時(shí)交互音頻、視頻。該技術(shù)對(duì)時(shí)延非常敏感，但容忍偶爾的丟包。下圖為流媒體傳輸過(guò)程。

3流媒體技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)

根據(jù)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，可以利用流媒體技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，將流媒體技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，來(lái)提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。

實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是一個(gè)局域網(wǎng)，且局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都在一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)傳輸不需要進(jìn)行路由和穿越防火墻，傳輸?shù)臅r(shí)延將非常小，能大大滿(mǎn)足對(duì)流媒體應(yīng)用的要求。

3.1流式實(shí)時(shí)教學(xué)音頻和視頻的實(shí)現(xiàn)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，由于每個(gè)學(xué)生在課室中坐的角度和位置的不同，或者由于有些學(xué)生遲到而不能及時(shí)趕到課堂上，從而導(dǎo)致并不是所有的學(xué)生都能清晰地觀察到老師的實(shí)驗(yàn)全部操作過(guò)程。一般老師通過(guò)在教師機(jī)的實(shí)驗(yàn)演示，例如，軟件實(shí)驗(yàn)的具體的軟件操作，代碼的編寫(xiě)，都通過(guò)在教師上運(yùn)行并通過(guò)投影機(jī)顯示給學(xué)生看，但如果投影機(jī)的效果不好，又或者坐的靠后，就會(huì)使得學(xué)生對(duì)演示的實(shí)驗(yàn)或授課的內(nèi)容接受不夠清晰。為了解決上述問(wèn)題可以借助流媒體技術(shù)，使得學(xué)生能從教室的不同位置都能清晰地接收授課內(nèi)容，同時(shí)也能解決因?yàn)檫t到而不能及時(shí)上課的學(xué)生，能借助移動(dòng)終端通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)登錄到流媒體服務(wù)器及時(shí)接收老師上課的內(nèi)容，從而避免了因遲到而影響后續(xù)的上課效果。首先，可以通過(guò)音頻和視頻的采集卡，將老師正在演示的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行采集，對(duì)于使用具體儀器進(jìn)行演示的實(shí)驗(yàn)，可采用攝像機(jī)進(jìn)行采集。然后將采集后的音視頻，通過(guò)編碼器進(jìn)行編碼，并進(jìn)行壓縮后，傳輸并存儲(chǔ)到流媒體服務(wù)器上。這樣學(xué)生就可以使用學(xué)生機(jī)或者移動(dòng)設(shè)備的媒體播放器如Readplayer，windows media player 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與流媒體服務(wù)器，使用RTP/RTCP協(xié)議進(jìn)行多媒體交互，可以將老師的授課內(nèi)容實(shí)時(shí)傳到學(xué)生端，由于進(jìn)行流式實(shí)況音視頻傳輸，從流式服務(wù)器傳到學(xué)生端媒體播放器的音視頻，不需在學(xué)生端進(jìn)行存儲(chǔ)即可播放，實(shí)時(shí)的教學(xué)內(nèi)容同時(shí)向很多接收相同的音視頻的學(xué)生端分發(fā)，這里采用通過(guò)應(yīng)用層多播，或通過(guò)多個(gè)獨(dú)立服務(wù)器到學(xué)生端的單播流實(shí)現(xiàn)。這樣，在課堂進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，學(xué)生除了通過(guò)投影機(jī)看到實(shí)驗(yàn)過(guò)程，還可以通過(guò)學(xué)生端的媒體播放器實(shí)時(shí)接收到授課內(nèi)容。由于局域網(wǎng)時(shí)延小，實(shí)況的多媒體接收效果非常好。

3.2存儲(chǔ)教學(xué)多媒體

在課后，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室要對(duì)上課的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)和獨(dú)立操作。傳統(tǒng)的做法，是通過(guò)書(shū)本或老師提供的ppt實(shí)驗(yàn)教材進(jìn)行。但如果對(duì)老師上課的內(nèi)容沒(méi)有理解透切，通過(guò)自己?jiǎn)为?dú)看書(shū)，復(fù)習(xí)的效果并不好，可能花很長(zhǎng)的時(shí)間也不能把問(wèn)題解決。如果能將授課的音視頻內(nèi)容進(jìn)行重現(xiàn)，學(xué)生就可以對(duì)在課堂上不能立即理解的內(nèi)容，通過(guò)多次和反復(fù)的觀看授課的多媒體內(nèi)容，進(jìn)行學(xué)習(xí)和理解，這樣達(dá)到的學(xué)習(xí)效果，會(huì)事半功倍。為了達(dá)到這樣的效果，可以將老師在課堂上的授課內(nèi)容進(jìn)行錄制，采集，編碼，壓縮存儲(chǔ)到流媒體服務(wù)器。課后，學(xué)生就可以利用自己的終端通過(guò)媒體播放器從流式服務(wù)器上請(qǐng)求和搜索上課的音視頻多媒體文件，此時(shí)音視頻就可以經(jīng)HTTP/TCP協(xié)議傳輸，并利用實(shí)時(shí)流協(xié)議（RTSP）來(lái)交換播放控制信息，學(xué)生端的媒體播放器就可以播放課堂上老師的授課音視頻內(nèi)容，學(xué)生可以根據(jù)自己對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的理解程度，對(duì)多媒體進(jìn)行播放、暫停、倒退、前進(jìn)等操作。學(xué)生端進(jìn)行的是一邊下載一邊觀看、收聽(tīng)，相比于流式實(shí)況的音視頻，可以容忍的時(shí)延相對(duì)寬松，這樣，學(xué)生不僅可以在校內(nèi)的局域網(wǎng)進(jìn)行，還可以在外網(wǎng)進(jìn)行，如在家里，或者通過(guò)移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行。

3.3流式交互音頻和視頻

同樣在課后，對(duì)于上課的內(nèi)容和老師課后布置的作業(yè)，學(xué)生通過(guò)看課本，ppt和老師上課視頻仍不能理解，這就需要與老師進(jìn)行實(shí)時(shí)的交換互動(dòng)，網(wǎng)上在線(xiàn)答疑。可以利用微軟的Netmeeting，Skype等實(shí)時(shí)交互產(chǎn)品，可以不受地點(diǎn)的限制，實(shí)現(xiàn)學(xué)生與老師的實(shí)時(shí)交流，當(dāng)學(xué)生在自己復(fù)習(xí)遇到問(wèn)題時(shí)，可以實(shí)時(shí)在線(xiàn)呼叫老師，并把遇到的問(wèn)題請(qǐng)教老師，同時(shí)老師也可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線(xiàn)解答。

在提供多媒體內(nèi)容方面，除了提供實(shí)時(shí)教學(xué)視頻外，老師還可以制作生動(dòng)的課件，來(lái)進(jìn)行輔助教學(xué)，使教學(xué)內(nèi)容更加豐富，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，對(duì)培養(yǎng)他們的操作動(dòng)手，觀察檢測(cè)、獨(dú)立思考能力，提供很大的幫助。流媒體技術(shù)可以貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，包括課堂的教學(xué)，課后的復(fù)習(xí)與答疑，使學(xué)生能隨時(shí)獲取教學(xué)信息，從而提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。

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