面向實訓室的多媒體學習平臺及應用

袁華 杜廣龍 張凌

摘 要：針對實訓室與數字資源教學平臺實訓效果差等問題，研發面向實訓室實踐能力培養的多媒體學習平臺，包括視音頻采集系統、在線學習系統和云存儲系統三大部分。該平臺可部署于不同專業的實訓室，從不同角度采集示范操作，不僅可現場直播，還可存儲資源以供點播;平臺提供Andriod和IoS應用，學生學習不受時間、空間限制。將平臺應用于某職校中西面點制作實訓室，取得了很好的效果。

關鍵詞：視音頻采集;在線學習;實訓室

0 引言

教育部2010年發布《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》，重點強調學生實踐能力的培養[1]。因此各中、高等院校紛紛加強其實踐能力培養的設施建設，尤其是一些職業院校，通過新建或改造大批實訓室，添置大量教學儀器設備，增設實訓建設項目，加大學生實訓教學力度，逐步推行開放的實訓教學[2～5]。但由于教學理念、管理方法和手段的落后，實訓室使用率和效果亟待提升[6]。實訓室普遍存在的問題包括[6～7]：重視硬件建設，輕視內容建設;理論和實訓銜接不緊，實訓前、中、后缺乏銜接;實訓效果缺乏考評手段;實訓室圍觀老師示范的效果差;實踐技能滯后等問題。

針對實訓室重建設、輕使用等問題，宋旭明[8]提出“研、觀、練、評”的實踐技能訓練模式，“研”指學習相關理論并為掌握技能作充足的理論準備，“觀”指觀摩老師示范操作，“練”指在以上環節的基礎上自己操練，“評”指老師點評學生的操練;胡寧等[9]提出實訓鏈概念，完整設計并實施了實訓的各個教學環節;耿陽婕等[10]主張實訓室建設引入全時教育體系。

各職業院校也爭相進行數字化教學資源平臺建設，但平臺使用效率并不高，存在的主要問題有：重視平臺建設，忽視資源內容建設，最終導致平臺淪為擺設;教學觀念和模式與先進設備不匹配;標準不統一，功能不完善，且與其它系統的接口不順暢;資源庫存在安全隱患等[11-12]。

針對上述問題，本文設計一個面向實訓室實踐能力培養的課程學習系統，現場多角度采集老師操作視頻，實時同步到各學生操作臺，點到點全真演示，并多地存儲，供學生課后點播、反復揣摩;系統功能貫穿研、觀、練、評各教學環節，充分利用現有實訓室，調動學生主動學習積極性，既為老師提供資源傳遞入口，還為學生提供隨時隨地學習的平臺。

1 實訓室多媒體學習平臺構成與設計

多媒體學習平臺是由實驗室自行研發的視音頻資源采集系統（CoolView）、在線學習系統（LMS）和私有云存儲系統（WebLib）三大部分構成;CoolView負責采集和錄制視頻，然后調用WebLib接口，將視頻存儲到WebLib私有云系統中，LMS再調用WebLib接口使用視頻資料。3部分可自成系統，也可集成在一起，形成一個無縫的多媒體學習平臺，集中用戶管理，數據完全同步。

1.1 用戶管理中間件

3個系統均可作為獨立的系統，為了將它們有機地集成在一起，使用戶管理功能獨立出來，設計一個用戶管理中間件，為應用系統提供用戶服務，不同用戶被賦予不同權限，該中間件還可為新增的應用系統提供用戶服務，如圖2所示。

用戶管理中間件把WebLib、CoolView等應用系統的用戶管理與Grouper用戶分組整合在一起[13-14]，實現用戶管理、分組權限管理等使用功能。應用系統不再管理自身用戶，而是通過接口從中間件獲取相應信息，授權指定用戶和用戶組給對應的應用系統使用。當應用系統需獲取用戶及其分組信息時，通過接口訪問用戶管理中間件，實現其對訪問來源的權限過濾，用戶管理中間件結構如圖2所示。

該用戶管理中間件使WebLib更專注于存儲服務與應用存儲管理，使CoolView專注于視音頻信號采集和存儲，使LMS專注于在線學習功能設計;該設計可更好地為各應用系統提供用戶管理服務，并實現用戶同步與共享，且具有良好的擴展性，可靈活接入其它應用系統。

1.2 多進程錄制服務器

CoolView視音頻采集系統由編碼器、錄制服務器、SIP服務器和管理服務器構成。其中，錄制服務器最重要[14]，它負責完成音視頻流采集、傳輸及存儲為標準MP4文件，再調用WebLib私有云存儲系統接口，完成錄制和分布式存儲任務。該系統結構如圖3所示。

為實現實時錄制，采用多個進程協同工作，以克服單進程資源無法滿足多點采集實時錄制要求的問題;災難性錯誤主要包括對空指針取值、寫內存越界導致數據破壞、拋出未處理的異常導致進程無法繼續運行等。為增強應用魯棒性，最小化以上錯誤帶來的影響，實現進程監控與恢復，當某進程崩潰后，可盡快被發現并從崩潰前的狀態重新運行;同時降低模塊間耦合度，使各模塊實現升級而不影響進程間的協調運行。

錄制服務器主要進程及其功能模塊包括：

（1）主進程。其主要包括錄制控制模塊和用戶界面。用戶界面支持各種錄制操作及錄像作業狀態監視，比如正在被錄像的媒體流與音視頻接收情況、錄像時長與文件大小等信息;錄制控制模塊為錄制服務器新加入模塊，用于管理錄像作業。

（2）SIP通信進程。該進程用于與SIP服務器通信，負責SIP信令封裝發送和接收解析，協調模塊間及服務器間的控制。

（3）監控與恢復進程。該進程監控硬件設備和進程的運行狀態，當檢測到異常情況時及時作出反應，如恢復崩潰的進程、提示或重啟硬件異常等，以確保整個系統正常運行。

（4）媒體流指令分派器進程。該進程負責接收主進程控制消息，并創建媒體流處理進程，然后轉發消息，維護媒體流處理進程的狀態。

（5）媒體流處理進程，負責接收媒體流并轉碼和錄制接收到的音視頻。

（6）錄制服務器進程。該進程用于實現實際錄制之外的其它功能，主要包括：①遠程控制，基于Web Service的遠程控制接口，實現錄制遠程操作和錄制狀態查看;②數據庫管理，將完成的錄像信息寫入數據庫，并提供數據庫查詢功能;③遠程查詢和資源獲取，可從PC端或移動端遠程查詢并下載錄像信息;④磁盤容量監視，檢測磁盤空間，在空間不足時作出響應，并滾動刪除最早錄像，確保錄像數據完整。