高标清网络电视系统教育模式开发及应用

杨定中， 罗惠平

(1.中南民族大学 实验教学中心， 武汉 430074; 2.中南民族大学 管理学院， 武汉 430074)



高标清网络电视系统教育模式开发及应用

杨定中1*， 罗惠平2

(1.中南民族大学 实验教学中心， 武汉 430074; 2.中南民族大学 管理学院， 武汉 430074)

网络电视作为一种新型现代媒体，以其操作便捷、内容丰富及互动交流等优势，成为现代教育教学新的学习方式.当前E-Learning系统普遍存在内容结构单一、教学资源凌乱、重用性与共享率不高、个性化学习需求难以满足等问题.本研究从网络电视与精品课程资源的整合应用、精品课程知识点虚拟切片、切片检索学习模式以及切片检索学习过程中知识点获取、学习习惯及交互环境等多角度构建了面向知识管理的网络电视切片检索学习系统，实现了低成本、支持IPv4/IPv6协议高标清网络电视系统虚拟切片学习平台，并利用这一平台从知识管理的视角分析了精品课程知识点虚拟切片检索学习与传统教育模式的异同.该研究为构建完善的网络电视切片检索学习模式与精品课程资源整合应用提供良好技术支持与平台服务.

知识管理； 虚拟切片； 切片检索学习； 精品课程整合与应用

目前我国E-Learning学习平台已成多样化的发展趋势，但大多数平台只是各种相关课程资源的简单堆砌，教学资源缺乏必要的逻辑性和系统性，不能满足不同层次和知识水平的学生学习，系统功能仅停留在较为低端的应用上，缺乏知识管理理念的指导及学习环境的支持.当前精品课程资源因过于分散形成信息孤岛，而且缺乏好的支撑应用平台与学习模式.怎样使广大教师和学生能够方便、快捷地享用优质教学资源，构建面向知识管理的精品课程学习环境平台及学习应用模式是一个有效途径[1-2].网络电视作为新的公共媒体平台，其面向知识管理的学习应用模式尚处于初级阶段.那么，如何构建面向知识管理的网络电视系统虚拟切片学习平台以及如何利用此系统与精品课程有机整合来开展虚拟切片检索学习以提升学生的学习能力和学习效率，挖掘其应该具有的教育潜能和教育价值是新时代亟需开发的课题.

1 系统开发原理及功能

1.1 系统开发原理

目前，传统的高校网络电视系统平台播出形式是：校内节目点播+电视台节目直播的模式，采用RM格式和ASF格式相结合的编码、解码技术，实现流媒体点播和直播应用[3].与它们不同的是本系统采用是m3u流媒体格式，可以接收转发并二次压缩网络流，支持IPv4/IPv6协议的网络视频点播与直播应用，其系统基本拓扑结构如图1所示.从图1中可知，信号采集服务器对包括有线电视/卫星电视信号在内的信号源进行编码和解码，使其能在互联网上传播的流媒体.高性能的服务器从信号采集服务器上获取流媒体信号，再通过支持流媒体服务器网络电视系统转播.

图1 网络电视系统基本拓扑结构图

1.2 系统功能

从图1可看出，系统平台是由硬件和软件两部分构成.在硬件方面，主要有两部分，分别是信号采集服务器和支持千兆网卡的大型高性能服务器.软件方面为支持流媒体服务器的网络电视虚拟切片学习系统.其中系统分为5大模块，分别是服务器模块、视频资源制作模块、资源选择交互模块、学习交互模块及虚拟切片模块.

1.2.1 服务器模块 从服务器系统的稳定性、安全性及远程控制角度来考虑，选择Linux作为其操作系统，后台数据库使用MYSQL5.0数据库.从技术角度来说，需要将硬件的配置及连接按科学合理的思路搭建好，譬如：服务器需配置视频源或节目源输入输出串流格式和进程端口号，交换机需配置IPv6协议，以确保校园网系统平台同时支持两种业务流的承载和互通.

1.2.2 视频资源制作模块 该模块主要是用来制作流媒体视频文件，其方法为在高性能服务器上通过VIM编辑并输入相应的命令行，以IPv6网络为例说明其IPv6资源制作过程，指令如下：

new tv10 broadcast enabled loop

setup tv10 input "http://[2001:da8:8000:6003::192]:3068 :http-caching=5000"

setup tv10 output #duplicate {dst=std{access=http，mux=ts，dst=:2009}}

指令中new 后面tv10为网络资源新建名.其中，input后面为IPv6服务器的输入源地址及缓冲时间，output后面为IPv6服务器的输出地址、访问协议、流格式及输出地址的端口号.

1.2.3 资源选择模块 服务器资源选择模块是在程序中定义了一个交互式的列表选项，选项中 value属性值是服务器地址，资源列表onChange事件调用函数doPlayer(this.value)对用户选择资源作出事件处理，doPlayer(this.value)函数首先检测信号源并获取资源列表地址，当信号源或节目资源存在时正常播放节目源，否则系统提示相应的错误信息.如图2所示为服务器系统节目源输出的错误信息窗口界面，其中，210.42.159.3为服务器地址，2009为资源进程端口，从源码中分析可知，对应的资源为tv-10.其资源选项事件处理主要源码如下：

onChange="doPlayer(this.value);"

〈value=http://210.42.159.3∶2009〉tv-10

function doPlayer(targetURL)

{ var vlc=getVLC("vlc");

vlc.playlist.items.clear();

var itemId=vlc.playlist.add(targetURL);

if( itemId !=-1 )

{ vlc.log.verbosity=1;

vlc.log.messages.clear();

vlc.playlist.playItem(itemId);

}

else

{vlc.log.verbosity=-1;

alert("can not play at the moment !");

}

};

图2 服务器资源选择交互信息窗口

1.2.4 学习交互模块 学习交互环境已成为影响数字化学习活动的关键因素之一，它不仅涉及到数字化学习中师生间与学生间共同构建的“学习情境”，而且还影响到数字化学习质量和学习氛围.从认知心理、认知习惯等方面看，应通过信息技术呈现出契合学习者需求的便于协作和会话交流的学习环境及交互通道,创造数字化学习中师生之间、学生之间多元即时互动的学习情境和学习氛围[4].从技术上来说，本系统以嵌入式方式通过API接口引入微博与微视应用服务，将微博、微视与传统的BBS论坛结合起来，其主要源码如下：

function doSearch() {

if(trim($('frmsearch').q.value)==' ')

{ alert('请输入搜索关键字');

return false;

}

frmsearch.submit();

}

〈form id="frmsearch" name=" ModuleName " action="http://www.google.cn/search" onsubmit="doSearch(); return false;" method=get target="google_window"〉

〈input type=radio value=Twitter name=ModuleName〉微博

〈input type=radio value=Microvideo

name=Module Name〉微视

〈input type=radio value=BBS

name=ModuleName〉论坛

从程序中可看出，学习者选择板块，输入关键字，通过提交按钮onSubmit调用doSearch()函数在站内进行包括微视等学习资源在内的多元互动与交流.

1.2.5 虚拟切片模块 虚拟切片是应用数字技术将有组织的图像记录、储存，并用适当的浏览软件还原，在计算机上模拟显微镜进行切片观察[5].技术上是通过切片软件把视频文件切割成时间短文件小的微视频片段，并对微视频片段进行主题或关键字文字编辑打点.切片打点后的微视频可十分直观的将带有主题打点标记的知识点微课资源呈现在学习者面前.虚拟切片技术对原物理文件的完整性并不损坏.

2 系统的实现及性能分析

平台系统在应用环境中开发、测试和实现，其基本软硬件环境如表1所示.

表1 网络电视系统虚拟切片学习平台软硬件测试环境

通过分析其系统网络流量图在一定程度能够反映出学习者的使用情况和服务器运行情况.在学习过程中采集了本系统其中一路信号的月网络流量图，如图3所示.从图3中可以看出，月流量分布均衡，平均入口流量为44.18 M，出口流量为9.75 M，从月入口流量的峰值为621.20 M可以分析出，系统每路信号按照TS流码率为3 Mbps的标清格式输出，则可以统计出此期间平台系统数字化学习的最大学习人数近210人.服务器运行的最大进程数为9个，对于出口带宽为1 G校园网来讲，服务器系统负载平均仅占其出口宽带资源1%.

图3 系统月流量图

3 系统与精品课程资源整合及切片检索学习

3.1 基于知识管理的电视系统与精品课程资源的组织整合

与精品课程资源的组织整合，就是把大量分散的异构无序的优质课程进行合理有机整合，建立学科课程之间以及课程内部知识间的关联结构，使之系统化和结构化.各学科课程之间组织整合，本科按照工学、理学、法学、教育学、经济学、文学、管理学、历史学、农学、医学、两课、文化素质教育、哲学等 13个一级学科，73类二级学科类别分类，高职高专按照20个专业大类和86个专业类分类.每个学科层次中，相同学科类别与层次的课程按照申报时间先后顺序进行归类.学习资源分布按照学科层次及类别建立归属来源直观、层次结构分明、清晰可折叠的目录树，归类于资源列表栏.

3.2 基于精品课程知识点切片划分理论

知识点是信息组织与传递的基本单元，对知识点的合理划分直接影响着学习者的学习效果与认知结构.知识点划分太细，则显得太繁杂，不利于学习者把握课程知识结构体系；知识点划分太粗，涵盖的内容太多，难以体现课程内容知识点之间的内在联系及逻辑关系.

知识点理论认为，知识的细化并没有改变知识的组织结构.一般来说，知识的细化应保持知识点的局部完整性，要遵循一定的教学规律及有利于组织教学.知识点细化的粒度应根据一定的教学策略或经验、教学目的和教学对象等进行[6].

3.3 基于精品课程知识点切片划分实践操作

基于知识管理的精品课程虚拟切片技术上是对精品课程知识点按逻辑顺序以时间序列进行虚拟切片，实现知识点与视频进度的直接关联[7]，完成将物理视频切片成逻辑上局部完整连续、时间上以知识点标记的微课片段，其实践操作是先将需要切片的精品课程文件导入切片软件，软件分为自动切片和手动切片，其中，自动切片需定义切片的时间段长度、文件大小及切片块数，手动切片可任意的确定切片文件的起止时间段及切片块数.如图4所示，系统为某视频课程知识点虚拟切片运行实况截图，从图4中可以看出，视频虚拟切片从当前时间点开始划分，知识点视频片段分割为5块，每块的起止时间在视频进度条中以拖放进度标签的形式标示出来，点击分割按钮系统可依据知识点划分理论自动完成知识点虚拟切片.

图4 知识点虚拟切片实况图

精品课程知识点的切片是根据学科精品课程中每讲知识点间的逻辑关系结合教学经验、教学目的及对象选择自动或手动切片块数及时间段长短来进行知识点的虚拟切片，完成知识点逻辑上的虚拟切片后，需按照见名知义的原则给知识点切片文件打点命名存储于对应数据库中.

3.4 基于知识管理的网络电视系统切片检索学习

基于知识管理的网络电视系统切片检索学习是以网络电视系统为核心平台进行基于学习者自主学习、合作互助的学习方式，支持学习者自主与探究行为的发生，它是将电视模式与精品课程资源管理模式紧密结合形成的一种数字化学习应用模式.

在该平台的数字化学习中，传统的课堂学习模式依然发挥着它独特的作用，而虚拟切片数字化学习弥补了传统课堂学习的不足，很好地保持了教与学的完整性和连续性，充分地发挥了教师的知识点引导作用，极大地促进了数字化资源的利用、选择与共享.避免了由于使用新技术教学而割裂课程学习的问题.传统的课堂学习自然地与虚拟切片数字化学习有机结合地起来，共同构成整个课程教学设计的关键要素[8].不可否认，传统教学有其自身的优点，个性化学习与合作互助模式则能把数字化学习优势与传统班级教学的优势很好地结合起来.也就是说，将传统教学与面向知识管理的网络电视切片学习有机结合起来不仅能提升学生能力和学习效率[9]，还能更好地适应现有的教学传统和学习传统.众所周知，传统的在线学习平台侧重于教学内容的传递，注重显性知识的整体性、系统性、逻辑性、编码化；而基于知识管理的网络电视切片检索学习除了具备传统在线学习平台的功能外，它将课程知识点与学习者的学习风格、学习习惯、认知习惯及认知心理等非理性因素结合起来，并通过学习者普遍接受网络电视这一娱乐形式，将单一的、零散的学习走向基于知识管理的知识点学习，进一步走向自适应的数字化切片检索学习.传统的E-Learning学习是学习者按照树状结构的课程章节路径依次学习各教学单元的内容[10]，而基于知识管理的虚拟切片检索学习是学习者通过虚拟切片中一个缩略的知识点标注导航图十分直观准确地对知识检索学习，这种学习方式既为学习者提供针对性的视频片段学习，又保证了知识的局部完整性.并且学习者还可通过微博同步服务与BBS异步交流来拓展学习活动的开展，使各种学习资源及学习经验在学习者之间自动流转[11].不仅如此，师生与学生间从不同角度和层面通过同步服务与异步互助交流不断地积累了大量的处于零乱状态新的学习资源，通过对新学习资源的分类归纳，使之结构化和系统化，从而形成师生共建的一个宝贵课程知识库[12].知识库作为课程电子笔记的学习内容，包含了丰富的隐性知识，学习者结合课程中显性知识对其加工使用，以此促进学习者的知识建构.

4 结语

本文构建了面向知识管理的网络电视系统虚拟切片学习平台并与精品课程进行有机的整合及虚拟切片应用，实现了以网络电视系统为支撑平台的虚拟切片检索学习应用模式，但如何对应用效能进行全面、客观、有效的评价尚有待于进一步研究.

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Development and application in education model HD and SD platform of network TV system

YANG Dingzhong1， LUO Huiping2

(1.Experimental Teaching Center， South-Central University for Nationalities， Wuhan 430074;2.Management School， South-Central University for Nationalities， Wuhan 430074)

Network television as a new type of modern media， with its convenience in operation， abundance in content， and the advantages of the interactive environment， is becoming a new approach to learning modern education teaching. The current E-Learning system has universal problems such as the simplification of content and structure， disorders of teaching resources and low reusing and sharing of teaching resources， lack of personalized learning and education， and so on. The present study constructs knowledge management-oriented virtual slice learning model of network television education system including the integration application of network television and excellent curriculum resources， virtual slice of key knowledge point in high-quality courses， application model and knowledge resource acquisition in slice retrieval， study habits， interactive environment， etc. and realizes digital virtual slice learning platform of a low-cost HD and SD network television system supporting IPv4/IPv6 protocol. The similarities and differences about how to manage knowledge between the virtual slice retrieval learning of excellent courses knowledge and traditional educational model are investigated by this platform. This study provides a good technical support and platform services not only for constructing virtual slice retrieval learning mode of network TV system， but also for intergration and application of high-quality courses．

knowledge management; virtual slice; slice retrieval learning; integration and application of high-quality courses

2014-06-22.

中央高校基本科研业务费专项资金项目(CZQ12018).

1000-1190(2015)01-0073-05

G431

A

*E-mail: yydz0790@sina.com.