信息化條件下數字微格教學系統構建

楊輝

摘要：隨著信息技術的飛速發展，數字化微格教學系統應運而生。對數字化微格教學系統構建及功能進行了闡述。微格教學是提高師范生教師教學技能的一種行之有效的手段。

關鍵詞關鍵詞：微格教學；網絡；數字化

DOIDOI：10.11907/rjdk.161254

中圖分類號：TP319文獻標識碼：A文章編號文章編號：16727800（2016）007007702

0引言

微格教學（Microteaching）又被稱為“微觀教學” 、“微型教學”、“小型教學”。它以現代教育理論為基礎，利用先進的媒體信息技術，依據反饋原理和教學評價理論，通過對教學行為記錄和研究，分階段培訓教師教學技能活動。1963年，斯坦福大學艾倫教授等人借助錄像、錄音設備和電教技術，對“角色扮演”（相當于我國師范生在教育實習前的試講訓練）進行改造，使其完善，最終形成了微格教學實踐課程。我國在20世紀80年代初期引進這種教學方法。微格教學的特點就是“微”，即微型、片段、小步子，微格教學采取小組進行技能試講實踐，授課時間一般為10～20分鐘，每個小組的人數控制在5～10名，有針對性地進行一種或兩種特定的教學技能訓練。微格教學對師范類人才的培養至關重要。

數字化微格教學系統將計算機技術、多媒體技術、網絡技術、存儲技術、音視頻處理技術、壓縮技術、通信傳輸技術等融為一體，并進行綜合運用，構建出的一個以音視頻錄制、視頻點播、實時監控等功能為一體的信息化系統。師范院校如何構建新型的微格教學系統以及實施微格教學模式，成為信息時代師范生教學技能培養的一個新課題。

1微格教學特點

1.1理論結合實踐

將教育教學理論應用在實踐教學環節，通過觀摩示范、備課寫教案、角色扮演等活動進行微格教學。

1.2目的明確，重點突出

由于微格試教訓練中每個受訓者所用的時間較短，分組后學生人數少，可以集中精力和時間訓練常用的教學技能，訓練目的更加明確具體。受訓者在短期內訓練一兩個教學技能，可以把精力集中在需要掌握的知識重難點上。

1.3及時反饋

微課訓練結束后，培訓者可馬上通過播放視頻及時進行自我分析和相互評價，找出教學中存在的優缺點。

1.4自我反思，壓力較小

微格教學使用的是視頻錄制技術，受訓者可以作為第三者觀察自己的教學活動，自我認識不足之處，受訓者不會因為試教失敗而產生不良心理反應。

2數字化微格教學系統職能

微格教學是以任務為驅動的教學實踐活動，既可進行師范生的課堂教學技能訓練，又能對在職教師教學技能提高起到積極作用。

2.1實踐培訓職能

可通過數字化微格教學系統傳播最新的教育理論、教學模式及教學方法，培養和提高教學技能。

2.2教育教學職能

數字化微格教學系統實現了教學資源的共享，有利于提高學生參與實踐教學的積極性和主動性，有利于實踐教學信息的反饋和對教學實踐的調控，為教師運用現代教育理論、教學模式、教學方法提供了很好的系統平臺，有利于培養高素質的師范生。

2.3師生服務職能

該系統可以完成精品課程的前期錄制、后期編輯、網絡上傳等工作，師生可以通過校園網進行網絡VOD視頻點播，收看優秀教師的授課視頻和實踐教學視頻，對學校建設和優化教學資源庫起到了重要作用。

3系統設計

數字化微格教學系統采用的是當前先進的數字化傳輸、數字化存儲和網絡應用方案，它由一個總控室（集控中心）和多個微格教室組成，是集網絡、數字、多媒體、聲音、視頻、存儲、傳輸等技術于一體的數字化網絡系統，具有網絡化、智能化、數字化、自動化、交互式可視化、個性化等特點，系統管理、操控簡單，可滿足師生的各種技能訓練需求。教輔人員可通過系統輔助現場教學，對教學現場或視頻錄像進行觀摩，對教學視頻及課堂直播或錄播進行控制管理。它明確了課堂教學的核心地位，提高了工作效率，改善了工作質量。系統由集控中心、數字化微格教室、教學視頻中心3個子系統構成。

3.1集控中心

集控中心是數字化微格教室集中控制管理的應用平臺，它具有遠程輔助教學、設備運維管理、教學觀摩、現場監控等功能，對各個微格教室整體運行進行管理。這些教室在集控中心的控制管理下協同工作，構成信息化教學環境。

集控中心在課堂教學過程中，實現了遠程輔助教學。系統具有遠程操控功能，比如遠程接管微格教室設備、控制設備的操作，如開啟關閉、播放暫停、設備切換等，還可對微格教室計算機進行遠程桌面管理。教輔人員根據教師需求操作教學設備，即進行輔助授課。按照教師要求，將優秀教師的授課視頻在全體、一組或多組、特定的微格教室內播放，實現示范教學的目的。

集控中心可對微格教室設備進行運維管理。管理人員將每間微格教室的設備在系統登記，系統可以自動記錄微格教室設備的使用情況，管理人員按照類別對設備數量、使用次數、使用時間進行分析，得出各類教室使用率等基本數據。管理人員還可通過微格集控系統，對教室進行日常管理，包括開關機管理、教室分類管理、教室任務管理等。如開關機管理，管理者可事先輸入微格教室相對應的課表，按照課表的時間要求，在上課前對微格教室內的教學設備啟動，授課結束后，系統可將這些設備自動關閉。特定設備如投影機，可以設定電源延時切斷時間。

集控中心還可進行教學現場監控和教學觀摩活動。在試講訓練時，系統可以對多個教學現場進行觀摩監控，集中或單獨顯示教學現場圖像。系統還可對教學現場進行監控錄制，錄制優秀的教師示范課程或精品課程，并將其存儲、管理，構建精品課程。

集控中心提高了學校教輔服務工作效率，擴大了教學服務管理范圍，提升了微格教室運行管理的工作質量。

3.2數字化微格教室

本微格教學系統除具備攝像機、云臺、云臺控制器、話筒、計算機、投影機和屏幕這些設備外，還包含網絡交換機、音頻切換矩陣、視頻切換矩陣、VGA切換矩陣、電源管理模塊、多路紅外設備控制、多路串行通訊設備控制等，能夠全面滿足教學需求。

數字化微格教室能實現多個教學場景的拍攝：教室教學場景、學生學習場景、電腦課件場景、多媒體設備場景、教師板書場景、教室全景。在對教師進行錄像時，可以根據教學需要對場景進行切換，授課教師采用超聲波和紅外兩種雙重定位方式，確保教學全場景的錄制。為了保護學校的知識產權，可在錄制的視頻中加入學校的標準等信息。為了更清晰得到音頻和視頻，本系統采用有源吊麥互動方案，采用空間智能定位方式，學生不需要作任何觸發性操作，比如站立、舉手等非常態化舉動，即可實現學生場景的智能定位及音視頻采集，最后將信號剪輯生成教學錄像視頻。

為了確保圖像清晰，能在網上直播或點播，錄制視頻控制碼流在400K以內，分辨率1 024×768，32bit真彩色，幀率25-30幀/s，錄制輸出格式為asf的單一標準流媒體格式。系統支持網絡直播，學生可選擇性收看，如校園網內的組播IE收視、跨網段的MediaPlay方式收視、網絡課件式收視（視頻+教學課件）。

本系統與集控中心、教學視頻中心無縫對接，通過網絡遠程對微格教室進行管理，可將錄制完成的視頻自動上傳到教學視頻網站中。

3.3教學視頻中心

教學視頻中心集計算機技術、網絡通訊技術、多媒體技術、數字壓縮技術等現代高新技術于一體，為廣大師生提供視頻資源，幫助師生打破傳統教學在時空上的限制，提高教學資源利用率。為師生提供實時點播、關鍵字搜索查詢等服務，師生可以方便快捷地查找視頻資源庫中的相關信息，還可以對視頻資源進行點評。

建立教學名師資源庫，讓學生有機會受益于名師，讓更多的師生足不出戶地觀摩名師教學，體驗名師的教學魅力。實現教師網絡培訓、網上教研和遠程協作等功能，提高教師的科研效率和能力。

師生可對教學視頻內容發表評論，讓課堂交流有效地延伸到課外。可就教師的教學目標、教學儀態、教學方法、教學內容、教學過程和教學效果等內容進行全方位評價，這對教師技能的培養至關重要。

3.4系統環境部署

學生社團從級別上可分為校級社團和院級社團，對社團的操作包括社團創建、社團信息維護、社團注銷、社團信息統計分析等，社團負責人在創建社團或修改社團信息時由管理員指定。校級管理員、院級管理員分別負責校、院兩級社團的上述管理。

1.3社團成員管理業務

社團負責人負責所在社團成員管理，主要包括學生入團申請審批、成員信息維護等。

1.4社團活動管理業務

社團活動主要由社團負責人進行管理，主要包括本社團公告管理、活動創建及其信息維護、成員參加活動記錄審核與統計等，但所創建的新活動需要相應級別的管理員審批后方可實施。

一般的社團成員功能包括申請入團、退團、查看社團介紹、個人社團活動情況查詢等。

1.5移動端應用

鑒于移動應用日益廣泛，許多學生依賴手機獲取信息，本系統提供Android版APP，即時向社團成員推送社團活動信息，社團成員也可隨時查看個人參加活動記錄情況，了解個人第二課堂學分信息。

2系統設計

2.1基于RBAC的訪問權限控制

RBAC（Role-Based Access Control，基于角色的訪問控制）的基本思想是“用戶—角色—權限”，由各級管理員根據用戶崗位職責對權限進行注冊，并為角色授予相應權限。社團管理機制具有內在性、系統性、自動性、可調性等特征，如學院輔導員、院級社聯負責人都屬于院級管理員角色，都具有院級管理員權限。基于RBAC的訪問權限控制很好地體現了業務管理中崗位職責與權限的關系，且非常靈活，一個用戶根據崗位職責可承擔多個角色，并可通過動態指定角色實現動態授權。

2.2社團活動管理設計

社團的具體活動由相應的社團負責人創建（發起），然后由相應級別的管理員審批后方能實施。活動實施后，社團負責人要登記、審核參加本次活動的成員，嚴格第二課堂學分管理。

2.3第二課堂學分計算

通過在社團活動表中設計相應的二課學分字段來表示本次活動可得的二課學分，由于有些活動需參加多次才能計一個學分，所以該字段值可以為小數，如參加5次學術講座才計一個學分，則此次學術講座活動的學分為0.2。學生某時間段（如某學年）參加社團活動所得二課總學分按時間段查詢學生參加活動記錄表和活動表進行匯總即可。

2.4數據庫設計

數據庫采用MySQL 5.5，數據表主要有用戶表、學生信息表、社團表、社團成員表、社團活動表、學生參加活動記錄表等。主要數據表結構如9User_IDCHAR（6）外鍵，引用用戶表中User_ID主鍵活動審批人ID10Exam_DateDATE審批日期11Exam_TextVARCHAR（100）審批意見3系統實現

系統基于JSP實現，采用B/S三層架構，可最大限度保證數據的唯一性和安全性。數據庫采用MySQL 5.5，并提供了Android版的移動端APP，可以實時推送社團活動公告等信息。

3.1系統框架

系統采用了MVC框架的設計模式，強制性地使系統的輸入、處理和輸出分開，程序被分成3個核心部件：模型、視圖、控制器，它們各自處理自己的任務，如圖2所示。采用MVC分層有助于管理復雜的應用程序，可以在一個時間內專門關注其中一個方面，實現各模塊間的高內聚低耦合，也讓后期測試更加容易；同時也簡化了分組開發，不同的開發人員可同時對視圖、控制器邏輯和業務邏輯的不同部分進行開發。

系統采用Struts2框架，Struts是世界最早的MVC框架，也是全世界應用最方便的MVC框架，技術相對成熟，因此本系統采用Struts2作為MVC框架。

系統采用Tomcat服務器，Tomcat與Java結合得最好，是Oracle官方推薦的JSP服務器，并且Tomcat是開源的Web服務器，其經過長時間的發展，具有良好的性能及穩定性。

3.2數據并發訪問管理

數據庫系統的一個明顯特點是多個用戶共享數據庫資源，但如果沒有鎖定且多個用戶同時訪問一個數據庫，則當他們同時使用相同的數據時可能會發生問題，即由于并發操作帶來的數據不一致性問題：丟失數據修改、讀“臟”數據、不可重復讀、產生幽靈數據等。

本系統使用Synchronized關鍵字對數據表的更新操作方法加對象鎖，使同一時刻最多只有一個線程可以訪問相關數據表，從而保證數據的正確性和一致性。例如，對社團活動表（Activity）的更新操作方法定義如下：

3.3移動端消息推送

目前有多個第三方移動推送服務平臺，多數都支持Android和iOS移動端消息推送，本系統采用百度“云推送”消息傳遞和通知服務實現移動端消息推送，百度“云推送”是一站式APP信息推送平臺，為企業和開發者提供消息推送服務，開發者可以通過“云推送”向用戶精準推送通知和自定義消息。

應用百度“云推送”的具體步驟為：首先在百度開發者中心創建項目，獲取API key，然后下載云推送客戶端SDK，將SDK中libs中的jar和so文件夾拷貝到新建項目中；修改manifest中application的值為com.baidu.frontia.FrontiaApplication，并添加相應權限：android.permission.INTERNET、android.permission.ACCESS_NETWORK_STATE、android.permission.READ_PHONE_STATE等；再自己實現一個Receiver，用來接收Push消息、接口調用回調以及通知點擊事件。

4結語

系統提供了高校社團統一管理平臺，采用RBAC權限控制模型實現了靈活的訪問控制，特別是提供了社團活動的二課學分計算功能。某高校試用反饋表明，該系統在社團管理統一性、信息資源共享性、管理規范性和效率上都有不同程度的提高，移動端APP也提高了學生用戶體驗。但限于管理體制，實際應用中也存在一些問題，如不能與現有學生學籍管理系統等相關系統進行有效融合，難以實現跨校社團管理等，這些都需要深化管理體制改革才能得到有效解決。

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