基于3D視頻流建模及誤差定量的中醫導引功法網絡課程改革

姬愛冬 宋雅芳 曹喜俊 詹秀菊 白東艷

摘要：?目的?該文旨在探索疫情期間基于3D視頻流建模及誤差定量的中醫導引網絡課程改革。方法?該文從疫情期間導引功法傳統網絡示范教學存在的問題、3D視頻流建模及誤差定量教學法的優勢、內容、實施方法，以及實際效果等幾個方面進行了詳細論述。結果?通過該學期的3D視頻流建模及誤差定量中醫導引功法教學改革，使學生的功法成績普遍達到了優秀，教學質量軟件TCA曲線峰值明顯右移，自動分析結果為優秀，達到了預期的效果。結論?3D視頻流建模及誤差定量教學法可以增強動作類課程的課堂互動，實現師生線上和線下的雙向互動，可以激發學生學習興趣，調動學習積極性，在網課期間對提高中醫導引功法的教學質量具有重要意義。

關鍵詞：教學改革??中醫導引術??網絡課程??中醫氣功學

中圖分類號：G807.4;R247.4????文獻標識碼：A

Reform?of?the?Online?Course?of?Guiding?Techniques?of?Traditional?Chinese?Medicine?Based?on?3D?Video?Stream?Modeling?and?Error?Quantification

JI?Aidong*??SONG?Yafang??CAO?Xijun??ZHAN?Xiuju??BAI?Dongyan

（Guangzhou?University?of?Chinese?Medicine，?Guangzhou，?Guangdong?Province，?510006?China）

Abstract：?To?explore?the?application?of?3D?video?streaming?modeling?and?error?quantification?teaching?method?of?TCM?QiGong?Course?during?COVID-19?period.?Method?This?article?discusses?in?detail?about?the?problems?of?traditional?action?demonstration?online?course，?and?the?advantages?，contents，?implementation?methods，?actual?effect?of?3D?video?streaming?modeling?and?error?quantification?teaching?method.?Results?Through?the?teaching?reform?of?this?semester?，the?students'?scores?are?generally?excellent，the?peak?value?of?TCA?curve?obviously?shifts?to?the?right，software?analysis?teaching?quality?is?excellent?，?the?expected?effect?has?been?achieved.Conclusion?3D?video?streaming?modeling?and?error?quantification?teaching?method?can?enhance?classroom?interaction，?realize?interactive?learning.?stimulate?students'?enthusiasm，?improve?teaching?quality，so?it?is?very?important?to?improve?teaching?quality?by?online?courses?during?COVID-19?period.

Key?Words：?Teaching?reform;?Guiding?techniques?of?TCM;?Online?course;?Chinese?Medicine?Qigong

中醫導引功法課程順應國家的大健康戰略[1]，是傳統醫學的重要組成部分，是養生和康復領域的重要手段[2]，受到了中醫院校越來越多的重視，因此參加該課程的學生報名非常積極，選課非常踴躍。但疫情期間現場授課受到了很大影響，中醫院校普遍采用了現場授課和網絡直播相結合的方式。但網課教功、帶功、查功很困難，學生模仿動作不規范的缺陷十分突出。尤其是低年級學生有著不同的專業和背景，生源多樣化，所以采取彈性化視頻流綜合教學和靈活多元的視覺刺激模式，以及用視頻捕捉和分析系統進行評價和定量，通過加大3D視頻投入的方式就非常重要[3]，因此該課題進行了基于3D視頻流建模及誤差定量的網絡教學改革，取得了預期的效果。

隨著“互聯網+”時代的到來，5G技術的發展和帶寬不斷加大，以3D視頻為元素組建的數據庫可以由單純游戲和娛樂的用途擴展為動作類教學的補充模式[4]。網絡的普及與發展為3D視頻流授課法的改革奠定了技術基礎，具體論述如下。

1?傳統動作類課程進行網課示范教學存在的問題和缺點

傳統動作類課程的網絡授課，其動作的示范教學設計單一，沒有真正利用起全維度視頻教學的技術優勢，僅僅從教學大綱出發確定動作的教學內容與動作的規范性技術要點，只能進行二維平面展示，無法及時糾正學生的錯誤及進行互動，這是一種單向模式，其糾錯具有滯后性的缺點。同時，傳統網課的主講教師在教學過程中往往對于學生是否掌握了動作要領以及無法進行現場糾正而無可奈何。

而基于3D視頻流建模及誤差定量的教學改革則是一種三維立體投影的教學模式，其采用了三維視頻的數據庫建模，并且用數字化技術對視頻進行捕捉和分析，并基于標準模型進行對比，用類似人臉識別的算法，采取誤差定量法進行與標準視頻的正負值選擇，最終得到在離散閾值之內的分數作為評價標準。在疫情期間其優勢是可以在學習階段將傳統的記憶模式與視覺重復刺激相聯系，用3D投影增加了高品質視頻教學資源的多樣化和豐富性，并可加深動作記憶的條件反射，鞏固對動作的掌握[5]，3D立體視覺效果在一定程度上可以改善平面畫面造成的局限性，而有助于整體感覺的形成。而在評價階段，則可以對學生動作的離散度進行定量，從而判斷其掌握的效果。

2?基于3D視頻流建模及誤差定量教學法的優勢

2.1?3D視頻流建模及誤差定量教學法可以增強課堂互動，實現交互式學習

3D視頻流建模及誤差定量教學法整合了傳統課堂和現代AI技術的優勢，讓學生可以實現近似“面對面”教學與虛擬立體視頻的融合，具有真實和虛擬的交叉性[6]，打破了疫情期間的空間限制，能夠讓教師在網絡上與學生充分交互、溝通。這種實體與虛擬視頻流數據庫的結合可及時糾正動作錯誤，沒有時間差，可以高效地講解知識點，使學生擁有多方式的學習途徑，減少了形成錯誤動作習慣的機會。3D視頻流建模及誤差定量教學法中結合了多種多媒體元素，整合了視頻、圖像、聲音與文字，多管齊下，手段綜合而廣泛。作為一種互動平臺，3D功法視頻教學數據庫以教師自己錄制為主，具有很強的時代感和現代性，實現了師生交流的暢通無阻。因為視角和網絡游戲一樣可調，所以對學生的三維立體指導可以重點講解動作的要點，以及提醒考核的得分點，及時糾正錯誤，生動而活潑，拉近了師生間的距離。由于學生與教師之間的互動增多，動作學習的效果就會顯著提升。

2.2?可以提高對功法的學習熱情，促進練功的積極性

以3D視頻流建模及誤差定量的教學法講授傳統功法，可使學生在功法學習上采用現代科技而體驗到時代感，并且其3D影像產生的參與感、互動的立體感，增加了學生對動作規范化學習的現場感。3D視頻流建模及誤差定量教學法作為新穎的3D多媒體學習方式與網絡游戲有很大的相似性，無疑會使學生主動參與，提高積極性，但又沒有游戲的危害性，其評分體系還會引發學生間的競爭和帶動效應。

鑒于此，對于醫學基礎較薄弱的低年級學生及非醫學專業的二級學院學生而言，通過引入3D視頻流數據庫進行功法學習，可以突破場地的限制，讓他們充分從各個角度觀看到動作并進行學習，而不是只觀看正面影像。盡管有些教師可以錄制背面和側面動作，但分裂的視頻角度很難在抽象的思維中統一起來，而且增加了錄制成本和翻倍了服務器的儲存容量。只有通過極具時效性的3D立體視頻組合，小容量低延遲，類似VR體感游戲的感覺，才能調動學生學習的有效性，便于他們對動作的理解和糾正，提高學習效率。另外，3D視頻流建模及誤差定量的方式，激發了他們的學習動機，而硬件的成本非常低，甚至簡單的“i氣功”手機小程序和VR設備加上攝像頭就可以輕松實現網課的游戲化感受[7]，而誤差定量就類似體感游戲的輸贏，區別只是前者針對的是與標準數據庫的相似度計算出的高低分值，這有助于考試的趣味性和競爭性，寓教于樂。

3?3D視頻流建模及誤差定量教學法的內容

3.1?以AIR?DISK?遠程NAS平臺為基礎，圍繞功法建設視頻流標準資源庫

3D視頻流建模及誤差定量教學法分為建模的學習模塊與誤差定量的評分模塊兩大系統，其數據庫建模的部分為基礎，是構建一個比構基準線，其價值主要在于加深學生對動作的深入了解，動作類導引術教學的重點在于帶功，而網課期間由于空間有限，學生學習動作往往照貓畫虎流于形式，錯誤無法感知到和被糾正，就抵消了學生的學習效果，因此構建一個標準就成為了課程的前提條件。

圍繞功法進行3D視頻流標準數據庫制作，是以AIR?DISK?Q3C遠程訪問NAS平臺建立起樹狀數據庫視頻池[8]。在課程前，對學生進行興趣點調研，收集學生的想法，了解他們感興趣的功法類型，想知道的知識領域，和平日練功感到困惑的實際問題；隨后由教學團隊集體分析需求，收集和制作或者購買有版權的課程視頻流內容，用雙攝像機在每個維度都考慮后期的雙眼視覺差效果，以便以后與VR設備配合產生立體知覺，讓視頻流數據庫的在后期能真正為學生學習及期末考核服務。

3.2?整合3D視頻流數據庫的技術方案和教學難點的解決方法

3.2.1?演示視頻流數據庫的“活化工程”

疫情期間學生動作學習困難的原因有幾個，即網課場地受限的問題、視覺模仿與動作不同步的延遲問題、互動太少的問題、動作無法糾正和指導的問題等。故需要重點開展兩步工作。

（1）重新匯編視頻流集合。選取3D高清視頻，基于DMOS系統實現的兼具公有云和私有云便利的數據池，用全方位的視覺效果吸引學生[9]。

（2）利用信息化手段，通過AES256位加密，支持公共空間用戶之間交換數據和分享的機制，學生可以在線觀看或者快速下載拷貝，通過視頻化多媒體教學，以直播+互動的形式向學生展示功法要點，增強表現力與感染力，以及便于課后復習。

3.2.2?建立學生3D對照基準視頻數據庫

（1）通過對學生具體功法的動作收集，集中制作優秀功法的3D立體多媒體對照視頻文件，匯編成圍繞學生的視頻流集合，用軟件打分引起學生興趣，可以參照主成分分析（Principal?Component?Analysis，PCA）和支持向量機（Support?Vector?Machine，SVM）的內核方法，以大數據加算法模型為基礎，定標人體骨骼點，輔以動作捕捉技術[10]，只要對著攝像頭運動，就能實現軌跡跟蹤，自動精準計數，與體感游戲一樣具備娛樂性，可以增強學習效果。讓尤其是非醫學專業的學生更容易把功理與視覺用互動指導統一聯系在一起，并和標準資源庫進行對照和比較，而離散量作為評分嚴格度的閾值，可以在軟件端根據不同專業進行微調，使考核難度可控，這在“天天跳繩”等App已經實現，而3D視頻流建模及誤差定量教學法是要更加專業化。

（2）采取網課互動播放視頻流的手段，因為云盤數據庫具有文件分類展示、時間軸展示、數據自動備份、開關時間控制、遠程文件訪問、文件秒傳等功能，可以讓學生不受練功場地和人數的限制，讓他們更容易更輕松地在疫情期間，無遮擋地獲取課程內容與功法指導。由于學生經濟的局限性以及商業云盤的容量限制，因此不采用收費的云平臺，而是共享一個網絡附屬存儲（Network?Attached?Storage，NAS）和獨立磁盤冗余磁盤陣列（?Redundant?Array?of?Inexpensive?Disks，RAID），把多塊獨立的物理硬盤組合起來形成一個邏輯硬盤組，從而提供比單個硬盤更高的存儲性能和提供數據備份技術[11]，達到讀寫同步，減少錯誤，增加效率和可靠度。

（3）創新視頻傳播模式，改變現有的“老師→學生”單向傳播模式，變為雙通道式的“老師→學生”和“學生→老師”的雙向傳播模式。而基于本地云的安全性是優先考慮的選項，使上傳下載與雙向的信息流動統一起來，沒有了教師與學生主次的差異性，而是成為了一個不可分割的整體系統，而信息交流量越大，反而系統的動態穩定性會越高，這種交流存在一個閉環的反饋通道，互動會加大反饋的增益，形成良性循環。

3.2.3?解決教學中的難點問題

（1）首先要克服初學者對于功法學習的生疏感。復雜的動作規范對于初學者而言，短期掌握是困難的，3D視頻流建模及誤差定量教學法將圍繞功法教學的需求使學生盡快熟悉動作。誤差定量評分系統是一個積分型的控制系統，攝像頭通過視頻捕捉與3D數據庫的基準值進行比較，獲得誤差信號后將其量化輸出，容錯系數可以靈活調整，通過反饋，使誤差輸出逐漸減少，也就是同學的功法質量逐漸提高。

（2）疫情期間練功環境有局限性，場地有限和互動缺乏，使功法教學困難。而構建的3D視頻流課堂可以有助于這種困難環境下輕松獲取功法指導，使教功、領功、帶功、查功一個都不能少，最大限度模擬現場感，甚至效果要高于現場感。

（3）針對遠程授課不能解決的課后鍛煉問題，學生可以通過視頻流和App下載使教學延伸到課后鍛煉中去，教師與學生的互動可以通過雨課堂等方式繼續進行討論分析，使空間和時間都得到無限延伸。

（4）課程教學團隊的協同創新問題。原導引課程只有氣功專業老師參與，沒有形成合力，缺乏集體備課的契機，而3D視頻流建模及誤差定量教學法形成了氣功、信息、體育等專業隊伍組成的專家團隊共同進行視頻流資料制作和數據庫建設，以及App開發和視頻識別算法分析，這都增強了協同創新的能力。

4?3D視頻流建模及誤差定量教學法的實施方法

4.1?構建以學生為驅動的3D立體視頻網絡課堂

經過專家團隊的討論與思考，基于對學生群體的分析，構建一個以功法3D視頻流為驅動的互動課堂，一方面，通過調研，教師團隊制作功法視頻流數據庫，以“虛擬直播+互動帶教”相結合的方式引起學生的學習興趣；另一方面，以任務驅動方式，比如定期考核和平時成績，鼓勵并指導學生進行課后鍛煉打卡，讓他們真正成為課堂、課后的結合體。

4.2?通過利用新技術手段的3D視頻流方式，來增進導引功法授課新手段的師生統一性

首先，從功法特點、內容以及結合疫情之前的傳統帶功經驗，盡可能地使互動更親近學生。其次，參考現階段國內比較流行的慕課教學平臺的運作經驗，進行調研分析，再通過視頻軟件Adobe?Premiere或剪映App等的后期加工技術，與課程內容進行結合，使同學課后也同樣可以通過下載視頻流資源庫進行復習[12]，并反饋學習效果給任課教師，進而形成一種更親切且無障礙的互動，加深課程在課前、課中、課后的統一性。

4.3?意見的反饋渠道

在實施過程中，為了得到教學效果的反饋信息，可以采用問卷調查法、資料查閱法、訪問法3種調查方法。

4.3.1?問卷調查法

在雨課堂平臺，對參加導引課的學生發送相關課程內容和授課方式的調查問卷，回收并做統計分析，以此來探討導引類課程引入視頻流創新內容和授課方式的整改方向。

4.3.2?資料查閱法

通過查閱相關書籍、論文、互聯網慕課資料等，了解同行中對現場教學存在的不足與弊端，并進行系統的分析、整理，理清核心概念，了解中醫導引功法課程的教學技巧，對已有研究成果進行歸納、重組，來為視頻流功法教學的創新作鋪墊。

4.3.3?訪問法

為了更加全面、真實地了解利用視頻流數據庫進行教學的可能性，組織學校醫工學院的工程師、專職視頻教師和技術制作人員，進行一對一的交流咨詢，通過合作進一步了解視頻流教學形式的具體應用以及如何對功法的網絡教學起促進作用，并對功法內容繼續擴充和完善。

5?教學效果

2021—2022下半學期，通過對廣州中醫藥大學康復專業及臨床專業鐵濤班的教學實踐，在期末考試后對功法成績進行了教學質量軟件的TCA曲線分析，結果顯示TCA曲線峰值較基準中位值明顯右傾，提示教學質量為優秀，功法成績普遍為熟練（見圖1）。

6?結語

3D視頻流建模及誤差定量教學法創新了以功法教學為本位的網絡課程設計。從學生的需求調研、3D視頻流制作、數據庫匯編及展示形式，都以疫情期間的實際情況為出發點，按功法的動作要領及學生的興趣點進行VR多媒體制作，并針對學生的心理特點和易于接受的表現形式對3D視頻流進行立體投影展示，務求做到與學生的互動、糾錯接軌。

另外，3D視頻流建模及誤差定量教學法還可以做到“教”“練”相長。功法動作類教學和氣功純理論教學比較具有獨特的差異性，基于3D視頻流建模及誤差定量教學法是對傳統平面演示教學的最好補充，其能搭建一座橋梁，讓“教”與“練”在網課期間不會脫節，而是互相促進。

此教學法還可以跨界融合。由于導引類課程具有涵蓋面廣的特點，其包含人文、醫學、養生、體育等多學科的基礎知識，故在實施中遇到某些交叉領域問題時，會進行跨專業合作，使經驗共享，迸發新的教學靈感，有利于疫情期間其他動作類網絡課程的借鑒。

參考文獻[1] 鄢行輝，林輝.在大健康背景下高等院校中醫導引運動處方的教學研究[J].體育世界（學術版），2020，799（1）：2.