在線教學與直播技術

張 冀

（河南中醫藥大學管理學院，河南 鄭州 450000）

一、在線教學的問題

目前幾大在線教育平臺都提供了很多功能，讓教師在經過簡單的學習之后就可以輕松使用。例如筆者所在學校目前所使用的兩個在線教學平臺A和B，都能夠提供PPT實時推流、在線直播、課堂提問、互動和其他多種在線教學及管理的功能。其中PPT實時推流和在線直播是線上教學最重要的功能和最主要的方式。目前A平臺和B平臺雖然都具備PPT實時推流，但都無法支持PPT推流的同時實現語音推流功能。所以教師們需要開啟PPT實時推流的同時使用其他語音互動軟件進行語音推流，或者直接使用在線直播的方式授課。而在線直播這一聽起來更加專業和復雜的詞語，對于很多教師來說似乎實現起來有相當的困難和不確定性。實際上就大多數教師和課程而言，無論線下線上教學，其用于教學的工具只有三項：講授、PPT或板書、視頻，其中講授和PPT占主導地位。因此，當教師們開始轉為線上教學時，他們所需要的功能也是和這三項緊密相關的。

由此，我們發現兩個問題。一是大多數教師不會或不愿用直播的形式進行在線教學。二是A和B平臺因無法實現PPT和語音的同時推流，導致教師必須選擇直播的模式進行在線教學。這兩個問題似乎成了矛盾的雙方。因此，部分教師轉向了部分商業在線平臺，比如C和D。這兩個平臺都具備良好的多人實時語音互動功能，但由于它們是針對大型公司或企業開發的在線管理平臺，暫時并未具備類似于A或B平臺的適合高校的管理工具。所以這部分轉向使用C或D平臺的教師大部分采用的是兩種平臺混合使用的方式，既通過A或B平臺推流PPT和其他在線課堂功能，比如簽到、提問、隨堂練習、互動等，同時又通過C或D平臺進行視頻直播和語音互動。這樣的方式確實在初期保證了在線教學的順利進行。其中，針對大型多人在線會議而開發的C平臺，除了有著良好的語音功能之外，它的屏幕共享功能既方便又流暢，使得越來越多的教師開始完全使用C平臺進行在線教學，這個結果也反映在第二次教學反饋數據中，不論是教師還是學生，超過50%的人都認可采用C平臺在線教學的方式。

其實不論是C平臺的屏幕共享功能，還是A和B平臺的PPT實時推流功能，都屬于網絡直播范疇，只是各平臺將網絡直播的某些特定功能集成在了平臺之中并采用了不同的叫法而已。這些功能都依附于網絡和終端，也即是說，網絡的速率和終端的性能決定了這些功能的特性。例如C平臺提供的多人在線語音互動功能，本質上是個人所使用的終端—電腦、手機等，將使用者說的話實時轉化為數字信號并通過網絡傳輸給C平臺的服務器，再由服務器加密打包后傳輸給會議室中其他的用戶，這些用戶手中的終端再將這些數字信號解碼為電信號傳遞給揚聲器或耳機從而發出聲音。多人在線語音互動即是上述流程的不斷重復的過程。我們在使用時之所以感覺語音清晰流暢，無延遲，背后的原因就是：第一，C平臺的服務器性能強勁；第二，個人終端性能滿足對語音的實時音頻轉碼；第三，網絡環境良好。反之，如果這三個原因當中只要有一條無法達到系統的最低要求時，就會出現卡頓或延遲的現象。當這些條件不成熟時，在線課程就會經常出現各種問題。教師或者學生面對這些突如其來的問題時，經常會顯得手足無措，導致上課效果大打折扣。很多教師在遇到這些問題時，會聯系平臺客服嘗試解決或直接更換上課平臺，但這些問題通常無法被及時的解決。

二、組建個人線教學平臺

想要避免、解決這些問題，提升在線課程的效果，其實并不困難。我們只需要一一排查上述三個原因，就可以逐步找出問題所在并加以解決。在這三個原因當中，只有平臺服務器性能是個人無法改變的。但我們可以根據網絡情況和實際測試結果選擇適合自己的上課平臺。只要我們知道了平臺的IP段，就可以輕松地查到平臺的服務器信息。比如，經測試，B平臺采用的是亞馬遜云服務，而A平臺采用的是阿里云、騰訊云、電信網絡、聯通網絡和教育網混合云服務。顯然A平臺的網絡通用性更好，實際使用效果也證實了我們的推斷。

個人終端性能也是造成在線上課卡頓或延遲的主要原因。很多教師認為只要有一臺聯網的電腦或手機就可以開始上課了，但實際上很多電腦或手機的性能并不能滿足在線上課的要求。對于需要在線教學的教師來說，建立一套相對專業的直播設備，已經是一種個人能夠負擔得起并且可以自行組建的事情。想要實現良好的在線教學效果，我們需要的基本設備包括以下幾點。

第一，一臺性能足夠的臺式主機、兩臺顯示器、高品質麥克風、高清攝像頭、耳機、數位板以及高速且穩定的網絡。如前文所述，一臺性能足夠的臺式主機，才能夠實現穩定且長期的在線教學要求。本人推薦至少配備了I5或I7系列或同性能CPU，并且安裝至少16G的內容和大于480G的固態硬盤，配備獨立顯卡的主機或同等性能的蘋果電腦。

第二，兩臺顯示器能夠讓教師一邊直播教學的同時，一邊通過平臺查看學生狀態，布置在線任務，瀏覽互動彈幕等。

第三，不管是線上還是線下教學，語音都是最主要的傳播信息的方式。為了實現較好的在線教學的語音效果，推薦使用電容麥克風并安裝適配的聲卡。普通麥克風或手機、攝像頭自帶的麥克風都會伴有一定程度的雜音和底噪。優秀的人聲和干凈溫暖的音效能夠提升學生的專注度，并對教師產生信賴感和認同感，能夠保證長時間聽課而不感到厭煩。

第四，攝像頭是讓學生看到教師畫面的唯一途徑，目前市售1080P高清攝像頭的價格都在個人可接受范圍內，能夠提供清晰優質的畫面并自帶美顏功能，非常適合在線教學使用。如對畫質有更高要求，可使用微單相機連接電腦充當攝像頭。拍攝出的畫面要盡量避免純正面或仰視的角度，不能太近或太遠。推薦采用柔和明亮的光線均勻照亮被攝人物。我們可以拉上窗簾避免陽光直射，在前方放置一個臺燈對人物面部進行補光，也可在主光源的對側放置一塊較大的白板或白紙，給人物背光處進行補光，平衡光比。有條件的教師可以采用人工布光的方式給自己營造良好的光線效果。

第五，耳機可以方便我們上課時監聽直播的聲音。如果用音箱監聽，音箱的聲音有可能進入麥克風形成聲音回路，會造成巨大噪音或回聲。用單側耳機可以很好地避免這個問題，既能監聽直播的聲音，又可以同時聽到環境音，平衡自己說話的音量。

第六，數位板可以方便教師在電腦上手寫和繪圖，比起鼠標，數位板能夠提供手握筆和壓力感應，能夠盡量模擬手寫或板書的效果，如利用相應的軟件配合使用，可呈現豐富的手繪效果。

第七，除去上述這些要點之外，最為重要的便是網絡了。沒有網絡就不會誕生在線教學。一個速度良好且穩定的網絡環境，是在線教學的基本，但這也是大部分教師最容易忽略的地方。目前大部分教師的家里或辦公室都具備WIFI上網模式，對于這樣的網絡連接方式來說，可以保證平時上網辦公、視頻會議或者觀看網絡電視，但對于在線教學來說，WIFI的連接方式始終存在著不穩定因素且速度無法達到有線網絡的傳輸速率。我們應當在開課前全面檢測一下網絡環境。

第一，使用全千兆且包含2.4G與5G無線發射頻段的路由器負責網絡設備的數據傳輸；

第二，將寬帶帶寬升級到至少200MB或300MB；

第三，將局域網內的網線更換為超五類（建議六類或更高）的網線并確保水晶頭連接正確；

第四，確保用于教學的主機是有線上網；

第五，利于測速軟件對網絡測速，確保下載速率至少達到200MB/每秒，上傳速率至少達到20MB至30MB/每秒（推薦更高）。

三、利用OBS提升教學效果

當我們配置好了上述這些設備和環境之后，已經能夠滿足絕大部分在線教學平臺的直播教學。但如果想要實現更豐富的在線直播教學效果，我們需要使用更為專業的直播工具配合教學平臺使用。這里筆者推薦OBS（Openg Broadcast Studio）作為直播的主要工具。它是一款開源的免費軟件，也是目前網絡直播所使用的最主流的軟件，前文所列的在線教學平臺用以實現在線教學的軟件比如屏幕共享等，其內核都源自OBS。在OBS中，我們可以調整直播視頻的分辨率、碼率以及幀數，還可以根據電腦配置調整視頻解碼硬件。這些參數直接關系到在線直播教學時的畫面效果。如果學生聽課時較為卡頓或延遲較高，我們則可以降低這些參數，以在效果和流暢度之間保持一個平衡。我們還可以根據需要選擇使用不同的音頻硬件，控制不同媒體的聲音大小以及效果。這些功能能夠讓我們使用多臺麥克風同時傳輸音頻，也能夠在不同的音頻流之間切換并控制音量。比如我們在播放視頻時，可以暫時關閉麥克風的音頻流，盡量保證視頻聲音的干凈清晰，或者我們可以將不同音頻流的音量調整到合適的位置，以提供良好的語音和背景音樂的混音。OBS還支持將某個應用程序的窗口單獨顯示，或將多種媒體文件在屏幕上進行組合。比如我們可以將制作好的圖片作為在線教學時的背景圖片，也可制作某個窗口的裝飾框等。其實，OBS相當于一個導播界面，我們只要深入了解其運作機制和功能，只需一人就可以實現電視轉播級的畫面效果。

目前，利用OBS在線直播教學的唯一問題在于，除了上述A平臺之外，其余大部分在線教學平臺沒有開放用于直播的串流地址和密鑰，這直接導致我們無法使用OBS在這些平臺上進行直播。但是經過測試，在A平臺上利用OBS在線直播教學效果是好于其他平臺的。比如利用OBS在A平臺可以實現1080P的高清60幀直播，同時A平臺還能夠自動錄制直播視頻并存放于教學資料中以便學生課下觀看。而B、C和D平臺自帶的在線直播功能或屏幕共享功能目前只能提供最高720P分辨率25幀/每秒的畫質，并且碼率在2000以下，其他參數也不可調。

綜上所述，一方面，對于需要在線教學的教師來說，搭建自己的教學設備，學習使用更為專業的直播軟件，是提高在線教學質量和效果的重要途徑。另一方面，希望各平臺能夠開放直播串流的地址和密鑰，方便教師使用OBS進行直播。