一種船校交互式的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)

郭云龍 劉芳武 李 偉

（南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 航海系，江蘇 南通 226010）

0 前言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和國(guó)家對(duì)遠(yuǎn)程教育的政策支持，遠(yuǎn)程教育已經(jīng)逐步得到普及，大到學(xué)歷教育，小到微課、慕課等形式的在線課程學(xué)習(xí)等各類形式的遠(yuǎn)程教育和校企間的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)都得到了快速的發(fā)展?，F(xiàn)代遠(yuǎn)程教學(xué)采用的雙向交互式通信技術(shù),是建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、雙向電子通信技術(shù)與現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論等基礎(chǔ)上的。但是，這些遠(yuǎn)程教學(xué)的應(yīng)用需要依托寬帶網(wǎng)絡(luò)通信的支持，僅限于在陸地上網(wǎng)絡(luò)資源比較豐富的地區(qū)。由于通信技術(shù)的不足船岸間的遠(yuǎn)程通信成本一直比較昂貴，船校間的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)更加不可能實(shí)現(xiàn)。但是隨著衛(wèi)星寬帶技術(shù)的發(fā)展和船岸間通信成本的下降，加之航海教育的實(shí)踐性要求使得船校遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究成為迫切的需要。

衛(wèi)星寬帶通信是指利用衛(wèi)星進(jìn)行語(yǔ)音、視頻和圖像等的處理和傳送。第一代寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用ku或c頻段進(jìn)行雙向衛(wèi)星通信，第二代寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用ka頻段進(jìn)行雙向衛(wèi)星通信，相比第一代可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域或全球覆蓋[1]。中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司正在部署一個(gè)低軌道通信衛(wèi)星星座將為“虹云工程”，整個(gè)系統(tǒng)規(guī)劃發(fā)射超過(guò)300顆通信衛(wèi)星，形成覆蓋全球的空間信息網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施體系，可以為陸上交通、航空、航海和偏遠(yuǎn)地區(qū)通過(guò)高速通信服務(wù)。由于衛(wèi)星通信沒(méi)有地域的限制，不需要地面有線網(wǎng)絡(luò)的支持，所以是交互式教學(xué)的理想手段[4]。通過(guò)寬帶通信衛(wèi)星構(gòu)建的船校間的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)，不受時(shí)空的限制，可以實(shí)現(xiàn)全球范圍的多媒體數(shù)字信息的實(shí)時(shí)交互。

基于衛(wèi)星寬帶通信技術(shù)的船?；?dòng)式遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)，實(shí)踐教學(xué)是高等職業(yè)院校教育教學(xué)的重要組成部分，是培養(yǎng)技術(shù)技能型人才的重要途徑，是實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，得到了國(guó)家和各個(gè)高職院校的高度重視[2]。隨著高等職業(yè)教育改革的不斷優(yōu)化，創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)涵和模式，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐知識(shí)與技能的提升已成為高等職業(yè)教育改革的重要方向。高職中的航海類專業(yè)是實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)，實(shí)踐教學(xué)對(duì)于教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生職業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)至關(guān)重要[3]。然而，由于船上環(huán)境和工作的特殊性，長(zhǎng)期實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐教學(xué)不太現(xiàn)實(shí)，為了加強(qiáng)教學(xué)效果和提高學(xué)生的實(shí)踐能力，研制一種遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)就具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)需求分析

船校交互式遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)的需求分析是進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前提，根據(jù)航海類實(shí)踐教學(xué)需要對(duì)系統(tǒng)的功能提出相應(yīng)的要求。

1.1 信息傳輸?shù)募尚院蛯?shí)時(shí)性

該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)航海類專業(yè)教學(xué)課堂與船舶生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的互動(dòng)學(xué)習(xí)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)念愋桶ㄒ曨l、圖像、語(yǔ)言和文字等多種形式，需要實(shí)現(xiàn)多種信息的繼承傳輸；此外，系統(tǒng)要滿足教師實(shí)施調(diào)取船舶生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)操作視頻的要求，能夠?qū)崿F(xiàn)音頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸速率要求較高[5]。

1.2 課堂和船舶的雙向交互需求

遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)需要滿足船舶與課堂教學(xué)的雙向交互，教師可以控制船舶的音頻設(shè)備獲取生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)操情況，學(xué)生可以通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)和留言咨詢，船上船員和教員可以通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行授課和答疑，實(shí)現(xiàn)學(xué)校用戶和船舶之間的雙向互動(dòng)功能[6]。

1.3 課程資源存儲(chǔ)與的處理需求

該系統(tǒng)應(yīng)該能夠根據(jù)課程教學(xué)需要對(duì)音頻等資源進(jìn)行錄制、分類和儲(chǔ)存，教師和學(xué)生可以根據(jù)需要調(diào)用之前的教學(xué)資源，其他教學(xué)點(diǎn)可以通過(guò)陸上寬帶網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)、調(diào)用主站的教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)資源的共享。

2 遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)以上系統(tǒng)的需求分析，針對(duì)航海教育的需要提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理的船校交互式遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)，采用衛(wèi)星寬帶技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，船舶在海上的任何地方都可使用該系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)實(shí)踐。主要包含學(xué)校船舶終端和學(xué)校終端，兩者通過(guò)衛(wèi)星寬帶設(shè)備進(jìn)行連接。其中船舶終端包括服務(wù)器一、音像設(shè)備一、控制模塊和答疑模塊，音像設(shè)備包括音頻設(shè)備和視頻設(shè)備；學(xué)校終端包括服務(wù)器二、音像設(shè)備二、教師模塊和學(xué)生模塊（如圖1所示）。

該系統(tǒng)包含船舶終端與學(xué)校終端，學(xué)校終端與船舶終端間通過(guò)衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。衛(wèi)星寬帶通信設(shè)備置于船舶終端之中，兩個(gè)終端通過(guò)衛(wèi)星寬帶連接到Internet中，可以實(shí)現(xiàn)在線遠(yuǎn)程信息的交互。

其中船舶終端包括服務(wù)器一、音像設(shè)備一、控制模塊和答疑模塊。服務(wù)器一負(fù)責(zé)船舶音像設(shè)備收集數(shù)據(jù)的處理和儲(chǔ)存及通過(guò)衛(wèi)星寬帶接入Internet網(wǎng)絡(luò)與學(xué)校終端相連接進(jìn)行數(shù)據(jù)的交流；音頻設(shè)備一與控制計(jì)算機(jī)相連接，該計(jì)算機(jī)通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)器一，音像設(shè)備一包括集音頻錄制、音頻編輯、效果處理等為一體的音頻設(shè)備，和可控云臺(tái)攝像頭及視頻處理的視頻設(shè)備組成，音像設(shè)備一主要對(duì)船舶駕駛臺(tái)、甲板、機(jī)艙和周邊等處的關(guān)鍵作業(yè)進(jìn)行視頻和聲音的收集，并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給服務(wù)器一；船舶終端計(jì)算機(jī)中的控制模塊主要對(duì)音像設(shè)備一進(jìn)行控制，船員可以在解答學(xué)校終端的問(wèn)題時(shí)進(jìn)行選擇控制，此外對(duì)于一些涉密操作船員可以選擇性地將音像內(nèi)容進(jìn)行屏蔽；船舶終端計(jì)算機(jī)中的答疑模塊根據(jù)船員崗位不同進(jìn)行設(shè)置，學(xué)校終端的提問(wèn)根據(jù)工作分工傳輸給相應(yīng)的職位船員，船員根據(jù)自己的職位進(jìn)行選擇答疑，做到分工明確。

所述的學(xué)校終端包括服務(wù)器二、教師模塊、學(xué)生模塊和音像設(shè)備二。服務(wù)器二負(fù)責(zé)對(duì)船舶傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)和Internet網(wǎng)絡(luò)的連接等功能；計(jì)算機(jī)中的教師模塊通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)器二，并通過(guò)衛(wèi)星寬帶與船舶終端相連，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的設(shè)置、船舶視頻設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、與船舶終端的互動(dòng)等功能；計(jì)算機(jī)中的學(xué)生模塊通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)器二，并通過(guò)衛(wèi)星寬帶與船舶終端相連，可以查閱服務(wù)器一和服務(wù)器二中儲(chǔ)存的相應(yīng)授權(quán)的學(xué)習(xí)內(nèi)容和進(jìn)行留言提問(wèn)；音像設(shè)備二包括投影設(shè)備和音像設(shè)備，通過(guò)連接的計(jì)算機(jī)控制，該計(jì)算機(jī)通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)器二。

采用上述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)后，船舶終端和學(xué)校終端之間通過(guò)衛(wèi)星寬帶的連接，學(xué)生可以在學(xué)校教室實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶實(shí)際操作和船舶教員授課的觀摩，教師通過(guò)遠(yuǎn)程控制船舶攝像設(shè)備的移動(dòng)來(lái)進(jìn)行選擇性實(shí)操演習(xí)，也可以選擇儲(chǔ)存的音像資料進(jìn)行選擇演示講解，學(xué)生課后也可登錄系統(tǒng)進(jìn)行選擇學(xué)習(xí)，此外學(xué)校終端可以采用提問(wèn)的方式來(lái)獲得船舶人員的解答，實(shí)現(xiàn)船校間的交互式遠(yuǎn)程教學(xué)[7]。

3 總結(jié)

各國(guó)對(duì)于衛(wèi)星寬帶技術(shù)的研發(fā)和投入越來(lái)越大，我國(guó)將于2022年完成“虹云工程”全球衛(wèi)星寬帶系統(tǒng)的建設(shè)，屆時(shí)將實(shí)現(xiàn)全球移動(dòng)寬帶通信。本文所提出的基于衛(wèi)星寬帶通信的船校交互式遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)也將迎來(lái)巨大的發(fā)展基于，該系統(tǒng)的推廣應(yīng)用將為航海類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)帶來(lái)重大改革。