常態化課堂錄播系統建設與應用

摘 要 隨著教育信息化的迅速發展，線上線下混合式教學成為重要的教學模式。教學視頻資源對促進學生自主學習能力和教師教學質量的提升具有積極作用。通過對現有多媒體教室視頻監控設備的擴展應用，設計開發線上線下同步課堂錄播系統用于日常教學，并對使用過程中出現的問題給出解決策略。

關鍵詞 常態化課堂錄播系統；課程視頻；混合式教學；在線學習

中圖分類號：G434 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）20-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.20.048

0 引言

2021年7月發布的《教育部等六部門關于推進教育新型基礎設施建設構建高質量教育支撐體系的指導意見》提出：“統籌傳統基建與新基建，推動線上線下融合發展?！薄疤嵘ㄓ媒淌叶嗝襟w教學裝備水平，支持互動反饋、高清直播錄播等教學方式?！?019年2月，中共中央、國務院印發《中國教育現代化2035》，提出創新教育服務業態，建立數字教育資源共建共享機制，完善利益分配機制、知識產權保護制度和新型教育服務監管制度。

隨著高校逐步加強教學資源和基礎設施建設，為了給新的在線教學項目和課程提供支持，很多高校正專注于開發混合式在線教學法。網絡直播指在現場隨著事件的發生、發展進程同步制作與發布信息，具有信息傳播的及時性特點。基于直播情境的在線學習，學生可以自由選擇地點開展學習，及時與教師和其他學生互動，感受等同于現場的教學氛圍[1]。錄播系統是一種對客體進行視頻錄制和播放，根據需求生成一個或多個數字視頻文件，具有各種硬件設備和應用軟件的一體化智能數字系統[2]。隨著教育技術快速發展，基于MOOC、SPOC的線上線下混合式教學模式不斷推廣，課程視頻的直播錄制規模逐步擴大。目前，有多所高校采用常態化自動錄播形式，根據課表將教師上課過程錄制下來。根據部署方式采用本地或云錄播，根據錄制技術設置為自動錄播或手動錄播。某高校通過對現有多媒體教室教學設備進行升級改造，將用于監控教室安防的視頻監控系統納入在線學習平臺，實現課堂的直播與錄播，使學生可以異地同步上課并在課后回看視頻，為學生自主學習提供了在線學習資源。

1 常態化課堂錄播系統構建

課堂是教學的主陣地，教室是教學的主要場所。為滿足部分無法到校的學生完成課堂學習的需求和學校線上線下同步課堂教學的需求，經學校教學管理部門多方討論，最終決定以現有多媒體教學環境為基礎，建設常態化課堂錄播系統，將教室的物理空間與網絡空間融合，拓展課堂空間，實現異地同步課堂，以保障課堂內外學生同上一門課。

1.1 系統設計

學校多媒體教學環境由網信中心教育技術部負責環境規劃、建設與運行工作，共計350余間公共多媒體教室，全部采用中控式管理，通過在教室安裝網絡中控設施進行集中控制。電腦系統統一采用“虛擬桌面”網絡操作系統，教師上課前使用校園一卡通刷卡，即可實現所有多媒體設備開機和使用。如遇到設備故障，教師通過教室內的網絡IP電話報修即可獲得管理人員的技術支持。教室后墻安裝監控設備，全程錄像，視頻存儲長達一年時間。常態化課堂錄播系統基于以上基礎設施，對接教學課表和教師、學生名單，實現教師按照課表時間、地點正常教學，無需其他操作，直播錄播系統即可實現跨校區線上同步課堂；課堂外學生通過登錄直播錄播平臺電腦網頁端或手機App觀看課堂直播實現同步學習。同時，系統管理員可以對課程直播錄播進行相應管理，根據調課等需求調整上課地點或時間，課程結束后查看課程錄播文件和統計數據等。系統設計模型如圖1所示。

1.2 系統建設

系統建設的硬件部分包括服務器、網絡設施、攝像頭等，軟件部分包括流媒體與錄像服務系統、視頻采集系統等。部署了九臺服務器，分別為一體化教學應用云平臺應用和負載均衡服務器一臺，用于提供平臺應用、大數據、智能運維等基礎服務，如錄制課程視頻并按教學日歷存儲和管理，實現資源的共建共享等；數據庫服務器兩臺，用于對接本科生、研究生課表，系統按課表直播、錄制課程，并將課程信息推送至教師學生空間；教學互動聽課服務器一臺，用于保障線上課1 000人以上同時流暢觀看；流媒體與錄像服務器五臺，用于支持視頻直播、點播和視頻錄制，存儲容量按每學期課程數和課時計算，設定為150 T，存儲時間為一學年。通過安裝負載均衡軟件，將直播、回放、教學數據訪問、視頻訪問、文檔調用等功能進行多服務器并發分流，實現優化資源使用、最大化吞吐率、最小化響應時間。同時安裝防護軟件，防止惡意攻擊。系統建設模型如圖2所示。

1.3 數據對接

系統建設完成后與統一身份認證系統、本科生和研究生教務系統進行數據對接。對接學校統一身份認證系統，教師使用用戶名和密碼登錄系統進入課程中心，即可看到按學期呈現教師本人所有課程資源，如課堂視頻、班級名單、教學日歷等，教師可以對視頻進行查看、剪輯、下載、學生回看權限設置等操作。對接本科生和研究生教務系統，同步課程信息、教師信息、學生信息、學生選課信息等數據信息，每日更新，保障課程直播錄播的準確性。數據來源于本科生和研究生教務系統，通過建立中間庫共享各系統數據。系統根據設計提取相關數據，建立數據視圖，實現數據通信、更新與共享，如圖3所示。教師抵達教室后無需任何操作即可按照課表時間直播課堂，視頻畫面同步顯示課堂信息，包括課程名稱、節次、周次、教師姓名、學生人數等。遠程學生按照課表時間使用電腦或移動端進入直播，在線觀看課程直播。課后五分鐘內，課程視頻會上傳到平臺，方便學生回看。

2 常態化課堂錄播系統的應用

常態化課堂錄播系統于2022年2月投入運行，運行至今支持2 500余名學生同時在線觀看課程，平均每周錄制約1 400節課程，約有600余人觀看直播，實際線上直播聽課約900節，基本滿足教學需求。截至2023年9月底，累計課堂錄像存儲量約68 T。共有9 311名學生收看直播2 655門、

30 549節次課程，訪問量84 216人次。7 189名學生收看錄播回放218 558人次，為全校師生的教與學提供了有力保障。系統部署采用本地化部署，在運行過程中建立答疑群，通過微信群、電話、面對面等方式與師生交流，方便及時解答師生遇到的各類技術、管理和應用問題，保證直播錄播觀看效果，基本滿足用戶的使用需求，為開展混合式教學發揮了重要作用。同時，本系統在使用過程中也暴露出一些問題，通過梳理問題、查找解決方法等不斷優化系統，逐步完善各項功能，為后續工作積累經驗。

3 常態化課堂錄播系統現存問題與應對策略

3.1 現存問題

3.1.1 教室現場環境對直播錄播視頻畫面聲音質量有較大影響

網絡監控攝像機通過傳感器采集教室內部上課情境的視頻圖像，對圖像進行壓縮處理，以保證圖像質量和實時畫面流暢。學校多媒體教室有350余間，可容納人員范圍為40～300人不等，教室內黑板和幕布位置、窗戶朝向、室內面積等差異較大，教室內的光照環境，如亮度、對比度等會直接影響視頻畫面的清晰度。目前投影幕布亮度較高，黑板部分亮度不足，使得板書在視頻中較為模糊，顯示效果較差。視頻拍攝設備采集現場聲音，教師與設備間的距離遠近對音頻效果有較大的影響，面積較大的教室收音效果不佳。

3.1.2 課堂數據的準確性和即時性對課程直播錄播保障性與觀看體驗有較大影響

根據課表自動直播錄播課堂，學生上課前登錄系統觀看課程直播，課程結束后可在系統中回看視頻，課表數據的準確性和及即時性對課程直播與錄制很重要。影響課程數據準確性和即時性的問題主要包含以下兩個方面。

1）課堂數據分別來自兩個教務系統，數據庫表結構設計不同、編碼標準不統一等，如同一個教室出現兩種地點編號等問題，導致部分課程建設失??；多名授課教師同上一門課程，課程錄制存放賬戶存在問題等。

2）開學初學生自主選課期間每日選退課數據量較大，課表數據變動較大，同時由于學生人數較多，教務選課系統容量有限，部分學生無法完成網上選課，需人工手動填寫選課信息，本系統無法做到與教務系統同步，影響了部分課程的直播與錄播。

3.1.3 用戶弱口令、系統漏洞等安全問題需要關注

當前網絡環境復雜，存在多種安全風險和系統攻擊，系統的安全性影響平臺穩定性，因此必須確保系統的安全性。本系統包含大量人員信息、課程信息、課程視頻等數據，師生用戶數量較大，存在一定的信息泄露、非法用戶訪問、利用系統漏洞進行攻擊等安全隱患。同時管理機制不夠完善，缺乏技術保障人員，處理和解決復雜的技術和管理問題水平有待提高。

3.2 應對策略

針對上述問題，從學?，F有教學環境和情況出發，制定以下應對方案。

3.2.1 通過技術手段調整設備參數、采用數字化板書等，提升視頻畫面和聲音質量

對于教室內亮度不同，拍攝畫面質量參差不齊的問題，一方面可以根據教室實際情況開關頂燈或窗簾調整室內亮度，另一方面可以通過設置攝像頭分辨率、對比度、色差、白平衡等參數保證視頻圖像清晰度。同時建議引入數字化智慧黑板，一方面數字化只會黑板可以回看多張書寫板面，拓展了黑板面積；另一方面可以將板書內容保存在系統中，直接共享給學生，方便線上觀看直播和錄播的學生學習。而音頻信號是連續變化的模擬信號經模/數轉換器轉換成的數字信號，由于監控視頻系統作為安防設備，圖像信息方面的應用遠遠高于音頻部

分[3]，音頻處理方面的設計和應用并不突出，為獲得較好的聲音質量，大于100人的教室建議添加輔助擴聲設備，如手持無線麥克，或在教室內不同位置增加固定麥克，以此提高課程視頻的聲音質量。

3.2.2 通過完善數據處理和同步頻次的設置，提升課程直播錄播有效性

由于課表數據分別來自本科教務和研究生教務系統數據庫，業務信息不統一，在保障數據準確性前提下，需對數據進行清洗處理，如統一格式、標識、列表信息等，實現數據一體性。每學期開學初學生選退課數據變化頻繁，周期約為30天。為保障系統課程數據及時更新，同時減少后臺服務器內存過載、服務未響應、服務中斷等問題的發生，將教務數據推送更新設計為每24小時1次，以此保證數據更新的穩定性和學生觀看課程直播的時效性。對于上課當天臨時調整上課地點或上課時間的課程，可采用手動調整系統課表實現直播錄播課程。

3.2.3 推進網絡安全技術支撐和相關設施建設，提升網絡安全意識

為提升直播錄播平臺的安全性和穩定性，學校網絡安全部門統籌安排了專業設備、技術人員等保障全校系統的防護安全。除此以外，針對系統潛在的安全漏洞、信息泄露等問題，需安排網絡安全專業人員定期對服務器進行巡檢、漏洞掃描并修改中高危漏洞，采用技術手段減少風險。同時，建立安全保障體系，建立健全信息安全保障機制，開展技術培訓、編制安全事件應急處置手冊，培養師生網絡安全意識、法律意識，敦促用戶修改密碼、安裝防護軟件、升級系統版本等，減少系統安全問題，切實維護好同步課堂秩序。

4 結束語

在“互聯網+教育”背景下，教學已不再局限于課堂。隨著線上線下混合式教學模式的深入應用，基于現有設備與環境建設的常態化課堂錄播系統為教師和學生提供了一種新型教學方式。課堂直播可以滿足異地學生同步上課的需要，擴展學生的學習空間；課堂錄播可幫助學生課后復習，培養學生的自主學習能力。同時，教師也可以回看教學視頻，發現授課過程中的問題與不足，優化教學設計與教學方法，對拓展教學策略、提升學生學習成績具有積極作用。本系統在建設和應用過程中存在一定的軟、硬件技術與管理問題，硬件方面的問題可以通過調整原有設備或增加新設備改善視頻畫面和聲音質量，提升觀者體驗解決；軟件問題主要出現在課表數據對接方面，可以通過優化系統提升課程直播和錄播的準確性、穩定性和時效性。本系統已運行近四個學期，累積直播和錄播近3 000門逾6萬節課程。隨著語音識別、圖像處理、智能字幕等視頻AI技術的發展與應用，如何更好地利用這些教學錄播資源，幫助教師提升教學質量，為學生提供優質學習資源，培養學生的自主學習能力，是未來研究的方向。

5 參考文獻

[1] 蔣志輝，趙呈領，李紅霞，等.在線學習者滿意度影響

因素：直播情境與錄播情境比較[J].開放教育研究，

2017，23（4）：76-85.

[2] 宋建功，張冀中.課程錄播系統的研究與應用[J].現代教育技術，2010，20（8）：44-47.

[3] 鄧宗權.監控視頻中音頻信號的應用[J].刑事技術，

2016，41（2）：158-160.

*項目來源：2022年度北京市數字教育研究課題“高校常態化錄播視頻資源建設與應用研究”（BDEC2022619046）。

作者簡介：黃欣，實驗師；徐世東、曹茜、宋亮，高級實驗師。