基于BYOD的多媒體教室優化設計與應用

薛勝蘭

(韓山師范學院 教育技術系, 廣東 潮州 521041)

教室多媒體系統是承載信息化教學手段的重要設施[1]。在以往的多媒體教室的建設中,容易忽視一些問題。在系統功能方面,缺乏對智能手機課堂上教學應用的支持,手機上豐富的圖片、微信收藏等資源不能便捷在課堂中直接展示；在設備使用和管理方面,展示臺、音響話筒使用調整比較復雜,設備多、規格不一、可替換性差、維護工作難度較大。此外,多媒體教室設備較高的能耗和材料消耗也不容忽視。

筆者基于自帶設備(bring your own devices,BYOD)的理念,應用智能手機、電腦棒、同屏器等新媒體、新技術,優化教室多媒體系統的設計,為多媒體教學系統的建設提供了可參照的設計方案[2-5]。

1 系統優化設計

1.1 基于BYOD的設計理念

BYOD是指用戶將自己的移動智能終端(如智能手機、平板電腦、筆記本電腦等)應用于工作和學習中[6],現已成為世界教育信息化發展趨勢之一[7]。“思科伙伴網絡”調查發現:自帶裝備在各行各業的應用越來越廣泛,特別是在教育行業,隨著智能移動終端的日益普及和硬件性能的不斷提升,自帶設備將成為廣受歡迎的學習工具,對教育信息化有重要影響。目前,應用于教育領域的BYOD裝備,除常用的智能手機、手提電腦外,第四代PC——電腦棒的成功研制與正式應用,成為新型的BYOD裝備,具有獨特的優勢。

多媒體教室的設計基于BYOD理念,師生的智能手機、電腦棒等個人設備無縫接入教室多媒體系統,設備由師生各自管理、維護,減少使用中公共設備易發生的問題,各種損耗和故障會下降,并且能夠發揮智能手機這種富媒體平臺的優勢,實現教學方式的創新。

1.2 優化設計原則

教室多媒體系統的設計,除了必須遵循可靠性、方便性、安全性等原則外,也必須關注兼容性、節能性、標準化等方面的要求。

(1) 兼容性、替換性原則。師生的BYOD裝備具有多樣性,必須充分考慮系統的兼容性、替換性和容錯力,應兼容主流的安卓系統、蘋果系統的智能手機；能夠全面支持教師的U盤、移動硬盤等存儲設備；系統可替換性強,盡量選用即插即用產品,能夠快速替換故障設備。

(2) 低能耗、低耗材原則。多媒體系統的總功耗較大,教室多媒體系統的用電量往往超過照明用電量[8]；而在教室多媒體系統的運行中,電池、領夾話筒、投影燈泡等也會有大量消耗。因此,應盡量選用低功耗、自動休眠的節能產品。

(3) 標準化、實用性原則。中國教育技術協會技術標準委員會發布《多媒體教學環境工程建設規范》,在系統集成、多媒體智能控制、視音頻系統、配電和網絡等6方面制定了詳盡的技術規范,對多媒體教學環境中的技術指標進行量化,使多媒體教室的建設有章可循[9]。同時,教室多媒體系統的方案設計必須從教學實際需求出發,拒絕華而不實的設備,提高設備的利用率,構建適合學校未來發展、操作簡單、功能豐富、整合各類新媒體資源的教學平臺。

2 多媒體教室優化設計方案

多媒體教室是多系統集成的教學平臺,主要包括計算機系統、投影系統、音響系統、展示系統、中控系統和其他設備，其中計算機系統和投影系統是必不可少的。在小型多媒體教室,投影系統可由平板電視或電子白板取代。按控制方式不同,多媒體教室的設計方案分為以中控器為中心和以投影機為中心兩種方案。

2.1 中控器為中心的優化方案

為了達到系統對BYOD設備的支持,綜合考慮費用、能耗、使用、管理等因素,以中控器為中心的設計方案由同屏器、電腦棒、有源音箱等組成,適用于通用型多媒體教室的新建或升級改建,系統結構如圖1所示。系統中的VGA轉換器是可選設備,同屏器、電腦棒普遍是HDMI輸出,在升級、更新教室多媒體系統時,中控器普遍不具備HDMI高清輸入端口,但是通常具備多路VGA輸入[10],通過VGA轉換,才能接入教室多媒體系統。

圖1 以中控器為中心系統結構

2.1.1 以電腦棒優化計算機選型

計算機是多媒體教室的重要組成部分,在多媒體教室中主要是播放PPT、視音頻、文檔和網上教學資源的展示,對計算機硬件的性能要求不高；但是因非專人使用且工作時間長、啟動頻繁,易發生軟硬件故障。

近年來,隨著計算機技術的迅速發展,已開發出體積如U盤大小、低功耗、高性能的電腦棒(compute stick),其核心指標已達到2.8 GHz四核CPU/4 GB內存/128 GB外存,主要性能與普通臺式電腦、筆記本電腦相近,完全能夠滿足課堂多媒體教學的要求。電腦棒也稱“口袋電腦”,比便攜式電腦更加輕便,適合于教學應用和移動展示。與傳統電腦相比,電腦棒應用于多媒體教室中具有顯著的優勢。

2.1.2 以同屏器優化系統功能

同屏器是智能手機無線接入教室多媒體系統的關鍵設備,其作用是實現手機畫面、視音頻在大屏幕和音響設備上同步播出。智能手機普及率高、功能強大、資源豐富,通過同屏器將師生智能手機上的照片、視頻、微信、文檔等無線同步顯示在大屏幕上,在手機攝像和拾音APP應用程序的支持下,通過“智能手機+同屏器”,可以實現視頻展示臺和無線話筒的功能。智能手機可靠性高、操作簡單、經費投入少、管理維護的難度小。

2.1.3 以有源音箱優化音響系統

多媒體教室音響系統的配置通常是AV功放+音箱,但是往往對鄰近教室產生聲音干擾。對于60人以下的教學班而言,可以采用功率適當的有源音箱而非大功率的音響系統。根據教學實踐,60個座位的多媒體教室配置一對額定功率60 W的木質有源音箱,而60～120個座位的多媒體教室采用2對有源音箱并聯即可滿足教學要求。

2.1.4 優化投影機選用

投影機等顯示終端是決定多媒體教室使用效果的核心部分。教學用投影機工作時間長,應選用性能好,采用高效防塵、0秒直接關機技術的中高端設備,并且具有網絡接口,以實現網絡化集中管理和遠程監控。

2.1.5 優化控制臺設計

多媒體教室為防盜而采用鋼制講臺,存在體積大、遮擋視線、與教室環境不協調的問題。通過對多媒體系統的設備進行優化設計,減少了電腦主機、音響功放、展示臺等“大件”設備,而增加了同屏器、電腦棒等體積小、價格相對低廉的設備,因而可以使講臺回歸傳統講臺的形態。講臺設計有2個帶鎖抽屜,將電腦棒和同屏器等置于講臺的“維修抽屜”內,僅管理人員能打開；而鼠標、鍵盤、遙控器、電源開關等放置于“上課抽屜”內,供教師教學使用。

2.2 投影機為中心的優化方案

教育工程投影機雖然在具體功能和性能上存在差異,但都具備多輸入切換、聲音控制和信號轉接等通用功能。以投影機為中心的多媒體教室優化方案可以節約資金、便于操作和減少故障。以投影機為中心的系統結構如圖2所示。

圖2 投影機為中心的系統結構

在課堂教學使用中,僅需要使用投影機遙控器就可以實現信號切換和音量調整。通過教學錄像分析,課堂教學內容的呈現基本由電腦完成,課中進行信號切換的操作并不多,通常也只是展示臺(即同屏器)與電腦之間切換,二者均采用HDMI或VGA信號,在投影機的遙控器上操作簡便。對于音量調整,與家用電器的音量增減相同,教師易于掌握。

教育工程投影機穩定性、可靠性高。以投影機為中心的優化方案,可以提高設備的利用率,減少多媒體教室的故障,使維護更簡單。在經費一定的情況下,由于減少了中控器的購置,可以提高投影機和計算機的技術指標,使系統的關鍵性能得到提升。

2.3 優化集控管理方式

隨著學校多媒體教室數量的增加,分布分散、配置復雜、使用頻繁、故障率較高的問題已不可忽視。為了減輕管理、維護工作的壓力,提出集控管理的方式。

常用的集控管理有2種:一種是在教室增加視頻監控系統或內部通話系統,進行遠程視頻監控或通話溝通,達到輔助管理的目的,但是這種方式不僅建設、運行維護費用高,而且監控、通話系統本身產生的故障,也會增加不少工作量,所以難于普及應用。另一種是選用網絡中控器,實現對各教室多媒體系統狀態監控,但也存在多媒體系統中控器的品牌、型號復雜多樣,不同中控器所采用的軟件系統無法兼容[11]的問題。此外,這種方式集控管理功能非常有限,僅僅是其本身功能的遠程控制,不能對計算機、投影機等核心設備進行遠程監控、設置等,這種方法通用性、實用性也不高。

經過比較,應用成熟的校園網和相關的軟件系統，能夠簡單、方便、零投資實現對計算機、投影機等核心部分的遠程可視化狀態監控和設置、常見故障排除等,系統拓撲結構如圖3所示。

圖3 集控管理系統結構

(1) 計算機的集控管理。通過學校廣泛應用的極域、凌波等電子教室軟件系統,在值班室電腦安裝教師端軟件,在各教室電腦上安裝學生端軟件,通過校園網組建成電子教室,應用電子教室軟件的“監控、遠程命令”等功能,在值班室實現對所轄多媒體教室電腦的狀態監控、遠程設置、排除故障等。

(2) 投影機的集控管理。網絡接口是主流教育工程投影機的標配,其主要作用是通過軟件實現網絡化集中管理,可以通過計算機對1臺或多臺投影機進行遠程操控。僅需要將投影機連接校園網并配置IP地址,管理員就可以遠程檢查投影機的工作狀態,進行遠程參數設定、查看投影機燈泡用時等經常性操作。應用校園網和通用軟件系統對多媒體教室核心部分進行遠程集控管理,不但零投資或少投資,而且適用性強、易于實現。

多媒體教室的傳統設計方案與BYOD優化方案比較如表1所示。

表1 系統組成部分比較

2.4 系統安裝

在BYOD優化方案中,主要設備的安裝、使用與傳統多媒體教室區別不大。同屏器和電腦棒是新一代信息技術產品。同屏器應選用頻段寬、兼容性強的產品,以滿足課堂教學高清無線傳輸的要求。電腦棒有別于傳統的臺式電腦,在安裝使用中應注意以下問題:

(1) 電腦棒啟動按鈕比較小,不便于按壓開機,應設置為“通電自動啟動”(在BIOS中設置),即接通系統電源后即自動開機,以方便教師使用；

(2) 教師利用移動硬盤、U盤等攜帶教學資源,但是電腦棒放置在講臺抽屜內,不便連接USB裝備,而且本身USB接口少,需要配置USB集線器(USB HUB),應選用具有獨立電源的USB HUB,以提供足夠的電量支持。

(3) 電腦棒沒有光盤驅動器,少數課程需要用到教學光盤,可以制作成ISO格式光盤鏡像,通過虛擬光驅運行,也可以配備外置光驅。

2.5 應用效果分析

在韓山師范學院教學大樓近百間教室的多媒體教學系統安裝中,應用了基于BYOD理念的優化設計方案。與以往方案建設的多媒體系統比較,基于BYOD設計教室多媒體系統具有節約費用、節能、減少故障的優勢。

(1) 節約費用。根據供應商報價和網上商城數據,基于BYOD的優化方案比傳統方案有較大的價格優勢。電腦棒、普通講臺、有源音箱等相對價格低廉,而且節省了展示臺、中控器、無線話筒等,使建設成本和后期運維費用大幅度減少。

(2) 降低能耗。多媒體教室主要設備的功率如表2所示。從表中數據可見,在基于BYOD的優化方案中,每間教室多媒體系統的總功率可減少330 W[12]。

表2 多媒體設備功率比較

(3) 故障率低。選擇設備狀態均處于穩定期、課時相似的傳統方案和基于BYOD的優化方案各10套多媒體系統,在2017年春季學期進行詳細的故障記錄。將多媒體教學設備故障的性質分為硬件故障、軟件故障和誤用性故障。硬件故障包括硬件損壞、線路松脫等；軟件故障包括計算機和智能手機的軟件故障；誤用故障指因操作錯誤而發生的故障,包括電池電量缺失等。兩種方案的多媒體教學設備故障統計如表3所示。

表3 2017年春季學期多媒體故障統計 次

表3說明優化方案的硬件故障和誤用故障大幅減少。硬件故障減少的原因主要是優化方案結構簡單、線路簡潔,減少了中控器故障及中間接插環節,例如電腦棒的故障遠低于臺式主機,且不存在臺式主機的內存松動、電源損壞等常見故障；誤用故障低，反映優化系統操作簡單、易于使用。優化方案的軟件故障比傳統方案高,但是其中包括因教師智能手機缺少APP應用程序而需要管理員協助解決的問題。

3 結語

基于BYOD的多媒體教室系統優化了多媒體教室的建設。一方面,有利于提升系統投影機、電腦棒等核心部分的性能,節省建設成本和后期運維費用,降低能耗、減少故障；另一方面,有利于創新教學方法和手段,充分利用師生的個人智能設備方便攜帶、與生活緊密結合、使用熟練、應用軟件發展迅速等特點,將最新信息引入課堂,發揮移動互聯網的優勢,讓普通多媒體教室具備了“互聯網+”的時代特征。

參考文獻(References)

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