云教室的建设技术集成与应用

虞江锋，陈东毅，罗 松，张吉先

（浙江广播电视大学 学习资源中心，浙江 杭州 310030）

云教室的建设技术集成与应用

虞江锋，陈东毅，罗 松，张吉先

（浙江广播电视大学 学习资源中心，浙江 杭州 310030）

从云教室在开放大学建设中的重要性出发，阐述云教室的建设目标和特征，分析云教室建设的设计原则、基本构建和业务流程，提出云教室应用原则和方法以及如何开展教学活动。

云教室；开放大学；教学活动

1 背 景

现代信息技术的广泛应用是教育现代化的重要标志之一。企业、高等院校等机构研发了众多信息技术产品并在教育领域广泛应用，尤其是用于搭建数字化学习环境的技术产品，如利用视频会议系统开展远程教学活动，利用云录播系统在教学过程中实现采集处理和合成，同步进行课件生成与发布。这些技术产品在教育教学领域的应用，不仅提高了教学信息化水平，还为实现教育公平化提供了有效手段，使得优质的教学资源快速推广和覆盖，然而，这些产品功能不关联互助、信息不共享互换以及信息与业务流程和应用相互脱节，导致出现信息孤岛、重复建设等突出问题，在实际使用和管理中产生负面影响。上述问题不仅是教育信息化逐步发展过程中产生的一种现象，还是由于在教育教学中实施局部信息化，而导致现有系统之间不能满足信息沟通需求以及教育教学自身产生新需求的问题。

国内外开展云教室系统实践化研究已有一些初步的探索，也取得了一定的研究成果。例如，美国麻省理工大学为改革传统物理教学方式，提出了TEAL智能教室，该教室主要由8部投影机、8部电子白板、13部摄像系统以及个人及时反馈系统构成[1]；中国台湾的网奕资讯科技集团考虑到对现有多媒体教室设备的整合使用，将教室的等级划分为经济级、互动级、旗舰级与专业级4种，与之相对应的教学系统也逐渐完善升级[12]；华东师范大学设计出由多屏显示器、活动桌椅、智能环境控制系统、桌面平板电脑、无线反馈系统、视频会议系统和智能课堂实录系统七大部分组成的智能教室教学系统[1]。

可以看到，目前对云教室系统的研究主要从教室本身的物理结构着手，研究如何实现新技术硬件设备的优化组合与应用，探索如何在这种高科技支持下的新学习环境中构建出教与学过程的最优化活动模式和方案[1]；而开放大学云教室系统技术不仅仅需要硬件设备上的集成和管理，借助软件的集成与开发来协调硬件之间的构成关系，简化复杂系统中的操作步骤[3]，更需要从开放大学办学体系入手，在信息化大背景下开展云教室建设，扩展云教室系统的服务功能。

2 云教室在开放大学建设中的意义

2016年初，教育部出台的《关于办好开放大学的意见》提出“建设‘云教室’，实现网络条件下的远程双向高清视频和互动教学”。开放大学建设要以现代信息技术为支撑，整合共享优质教育资源，创新教育教学模式，推进信息技术与教育教学深度融合，完善以学习者为中心、基于网络自主学习、远程支持服务与面授相结合的教学方式，创建友好的数字化学习环境[4]。云教室正处在网络技术、传感技术、云计算技术、富媒体技术、人工智能等充分发展的信息时代，能优化教学内容的呈现、便于学习资源的获取和促进远程教学业务的开展，是具有智能管理和智慧学习功能的新型教室，是开放大学建设中完善办学基础设施和营造数字化学习环境的重要举措。

建设互联互通的、具有情境感知和环境管理功能的云教室，将更好地集成现代信息技术在教育领域的应用成果，通过集成创新将先进的数字化和教育教学理论融入远程教育教学改革实践中，形成现代信息技术与远程开放教育深度融合的现代化教育服务模式；云教室也可为开放大学建设提供重要支撑，能促进各类教育信息化发展模式在远程教育中的应用推广，使开放大学成为推进教育信息化和实现教育现代化的试验田、示范区、排头兵和引领者，能将优秀的师资力量和教育资源通过技术手段推送到一线课堂，提高学习者素质并提升教育质量，使开放大学更好地服务于全民学习、终身教育体系构建和学习型社会建设。

3 云教室建设目标和特征

1）云教室建设目标。

云教室的建设目标就是要求能够从根本上提高开放教育体系下教与学的效率，从真正意义上做到对学习者的开放、学习场所的开放以及教学方法的开放。

（1）对学习者的开放。学习者是整个教学中的主体，没有学习者的教学也是没有任何意义的，建设开放大学就是要求能够对学习者开放。云教室利用现有远程视频会议、云录播、电子书包等信息技术手段，突破传统教学中固有的各种学习障碍，使学生可以自主选择学习内容、学习时间、学习地点和学习方式。

（2）学习场所的开放。云教室是以软件为灵魂、硬件为基础的系统性项目，能够支持学习者将手机、PAD等移动终端加入课堂教学中，通过在移动客户端软件内集成视频会议软终端，使广大学习者不仅能在远端通过移动终端与教室进行桌面互动，还能进行实时视频互动，从根本上解决线上教学“只能看、不能说”的困境。

（3）教学方法的开放。我们发现历年来开展的远程教育，确实解决了传统课堂教学中学习场所限制的问题，但是随之而来的问题就是广大学习者仍然将自身定位为教学过程中的旁观者。从最初的广播电视教学到如今的网络课堂，学生自始至终都难以参与实时的课堂教学互动。云教室的出现解决了这一问题，远程教育环境下，依托于视频会议终端、云录播系统等，不仅教师能够进行讲授性的课堂教学，而且教师与学生之间的讲授还能以探究性、合作性教学方式展开，即师生之间可以进行实时的课堂教学互动。

2）云教室特征。

云教室建设有利于创新远程教育模式与人才培养模式，促进优质教育资源共享，实现技术与教育的深度融合，提高人才培养数量和质量，为地方经济建设服务[5]。因此，云教室建设的特征表现在内容开放性、互动实时性、教学智慧性、终端多样性、生态系统性等。

（1）云教室的内容开放性主要是指云教室中所有教学互动内容都将通过教学录播设备，开放给电大体系内或电大体系外的学习者，可进行在线点播和直播。

（2）云教室的互动实时性主要表现在两方面：一方面，异地分散的学生能够根据移动终端直接接入课堂教学中，实时参与教学互动；另一方面，各教学点互动教学的开展，可以通过云教室系统实现两个乃至多个教学点实时在线互动教学。

（3）教学智慧性主要指云教室应是一个智慧型的教室，教室内的设备能够方便地服务于教师与学生；同时，师生操作性少，教学设备大多能够自动运行。

（4）终端多样性指的是移动设备和无处不在的连接可以保证师生群体随时随地展开教与学活动。生态系统性是指云教室系统是一个开放和谐的生态系统，遵循教育生态链法则和教育生态性原理，其根本目标是建立以人为本的教与学环境。

4 云教室系统设计

云教室系统就是以云计算为基础，以现代信息技术为支撑，以高清视频通讯为基础，以互动和共享为核心，集远程授课、课件录制、互动交流、考试监控等功能于一体，即将现代移动终端、云技术、大数据应用进行整合并应用于课堂教学的智慧型教室系统。

1）云教室的设计原则。

云教室项目要在数字化智慧校园“统一规划、统一部署、资源整合共享、均衡发展”的前提下，充分考虑到以下3点。

（1）互动性。系统的互动性主要体现在两方面：一方面是教学过程的实时互动性，主要包括音视频互动和实时的师生屏幕互动；另一方面是指学习者与教学资源的互动，学生观看教学视频时，通过插入的随堂测试题和课后的在线测试及时对学习者的答题情况进行反馈。

（2）统一管理性。由于云教室项目规模庞大，对整个项目的统一管理就显得非常重要。项目统一管理主要体现在两方面：一方面是对所有系统功能和设备的统一管理；另一方面是对大量课件及素材资源的统一管理。

（3）支持移动学习。充分考虑到未来移动学习的蓬勃发展，所有系统均支持跨平台的移动终端的直播、点播等功能。

2）云教室的基本构建。

云教室系统主要由服务端和应用端组成，服务端（云教室服务中心）包括数据中心、监控中心和云教室统一管理平台，应用端包括智慧教室和云课堂，如图1所示。

图1 云教室的物理架构

（1）云教室服务中心主要提供云录播管理服务、云课堂系统服务、资源管理系统服务及远程视频会议服务，主要包括云教室统一管理平台、数据中心和监控中心。其中，云教室统一管理平台主要对整个云教室项目所涉及的各类硬件设备、视频会议、点播直播以及云课堂系统进行统一整合和管理，即所有管理都是由云教室统一管理平台进行管理的。数据中心部署有多台服务器，用于安装云教室统一管理系统、云课堂系统、资源存储系统等应用程序；部署有MCU，用于实现多点视频会议。监控中心配备一块拼接屏，用于显示各智慧教室的监控画面，完成教学过程监控。

（2）云教室应用端主要包括两大块内容，即智慧教室和云课堂。智慧教室部署有视频会议终端、录播系统终端、音视频采集设备等设备，用于实现远程视频教学、互动教学、课件录制等功能。教室中部署的摄像机负责对教师的跟踪拍摄及学生的全景拍摄，将视频信号接入云录播终端即可进行课件录制；同时，可将音视频信号接入视频会议终端，可实现远程视频会议信号的传输。云课堂系统能够在教、学、管、评、测、资源获取等方面，为用户提供全方位的应用手段；教师可使用云课堂系统进行授课，将授课使用的PPT通过云课堂系统直播至远程的学生端；学生可通过PC和各类移动终端进入云课堂，并可根据实际情况选择是否进入视频会议参与课堂教学，打破空间的限制，真正实现全省同上一堂课。

3）云教室系统业务流程。

建设云教室系统就是将物理教室搬到互联网上，最大限度地保留原物理教室特性，因此，云教室建设主要由视频会议系统、云录播系统、互动教学课堂系统等远程教学主流系统组成。在系统建设层次上，技术难点主要体现于能够在各类教学终端上，整合视频会议软终端、互动教学客户端及云录播客户端，使学习者只需登录一个客户端软件就可以完成课堂教学视频互动、板书互动、在线随堂练习等。整个云教室系统主要有5种身份权限，分别是系统管理员、地区管理员、主讲教师、辅导教师和学习者，如图2所示。

图2 云教室系统的业务流程

（1）系统管理员主要是对云教室系统内的课程排课、课程类型选择、课程录制、设备维护等进行统一管理和调度。

（2）地区管理员主要是对地区内云教室设备、地区内课程管理和云教室开展进行管理和调度，同时协助系统管理员完成系统内云教学的开展。

（3）主讲教师即云教室系统内开展课堂教学的授课教师。授课方式有两种：一种是在学校内开展课堂教学，主要借助学校智慧教室内的视频会议终端、录播设备、大屏系统和视音频采集设备，教师可以通过视频会议系统与远端学生进行视频互动，通过大屏系统内互动教学系统及云课堂系统与远端学生进行屏幕互动，通过软件终端远程发送问题，进行桌面互动，进而获得学生回答情况的实时反馈；另一种是在学校外的课堂教学开展，主要是在国外或者其他场所，因为某种原因不能在教室上课的教师，可以通过自己的手机或PAD登录云课堂教师端进行远程授课，与异地课堂内的学生进行远程视音频互动，还能通过云课堂软件撰写随堂练习等远程发送给学生，学生则可以通过学生端实时反馈回答情况。

（4）辅导教师并不是传统课堂教学内的助教，这里主要指的是远端教室内管理课堂并辅导学生的老师，协助主讲教师在云教学中完成课堂的开展，辅导学生完成课堂学习。

（5）学生用户即所有参与云教学活动的学习者。学习者的学习场所有两种：一种是在学校内的学生，可以在学校的智慧教室中听课，在大屏显示系统下观看远端教师授课，通过远程视频会议终端进行视频互动并参与课堂讨论，通过智慧教室内派发的装载有云课堂软件的PAD终端进行实时桌面互动、实时在线答题并实时反馈给教师；另一种就是不在学校内，而是可以在家里、医院、火车上等任何移动宽带覆盖的地域，通过移动手机或者PAD终端登录云课堂软件在线参与课堂教学，不仅能够实时与授课教师或者其他学习者进行视音频互动，还能观看教师授课PPT，进行桌面互动。

5 云教室系统应用建议

1）云教室应用原则和方法。

从远程教育和教学的特点出发，根据云教室的特征及功能，云教室系统应用须遵循以下几点原则和方法。

（1）课堂教学独立完整性。课堂教学完成性指的是云教室课堂教学同传统教室的课堂教学一样，要求能够保证课堂教学完整进行，课堂教学过程中所有教学环节的实施能够保证独立性，也就是说云教室中教学设备的使用以及管理人员的管理操作对于参与课堂教学的师生群体是透明的，不可以干扰和破坏课堂教学的进行。

（2）课堂教学群体参与性。云教室课堂教学不是一个人的教学活动，而是群体性的活动。一门课程要求由多名教师参与进行，不仅有远端教学教师，还有本地课堂管理教师，无论哪类人员都须参与教学活动中，只有保证在课前、课中及课后的所有教学活动都以群体的性质开展并且群体真正参与整个教学以及教学反思，才能通过群策群力优化教学内容和师资。

（3）课堂教学技术备案性。云教室课堂教学不同传统课堂教学，有的课堂教学活动过于依赖教学终端和网络设备，因此，在课堂教学中存在有诸多不确定性因素，这就要求在课堂教学过程中能够实现技术备案性，即要求有一定的容灾备份方案，在出现设备异常的情况下，也可以保证课堂教学正常进行。技术人员则需在教学过程中提供至少两种技术方案。

2）云教室的应用。

（1）在线教学。利用云教室实现在线实时教学，教师的讲解与云端资源和学习平台相结合，完成在线课程。

（2）远程实时教学（异地课堂教学同步）。利用云教室实现不同电大之间任意组合的远程实时教学，教师可以在任何地方完成多个地方的面授教学任务，学习者可以在云教室、办公室等场所与远端的教师进行实时提问与互动。

（3）网络直播教学。云教室支持所有教学活动的网络直播教学，学习者在其他教室、其他校区或任何可以联网的场所，都可以通过PC或PAD收看网络直播课程并可以对课程提出问题，与教师进行互动交流[6]。

（4）远程面试与答辩。利用云教室实现教师或学生的远程面试和毕业生的远程答辩，支持教师对学生面试与答辩过程的实时记录、分析、提问、互动等功能[6]。

（5）远程教学研讨。利用云教室实现课程教学团队或科研团队的远程互动交流与研讨，支持全省教学团队的协调配合工作，有效提高工作效率。

（7）协同教学。教师团队人员通过相互辅助，共同完成互动教学。

（8）课程实时录播。在云教室内完成的所有课堂内容可以根据需求进行实时录制，录制完成的资源自动存储在服务器端；录播服务器及管理平台可以通过接口与资源库互联，将资源呈现在资源库上。

（9）高清视频会议。利用云教室实现本地教师团队或管理者与异地远端教师的视频通信，开展实时工作研讨与教学交流。

（10）网络考试与考试视频监控。利用云教室设备，对远程学习者进行网络考试的试题推送，对考试现场进行视频监控，将监控画面输送至考试监控系统，实现网络考试与考试监控功能。

6 结 语

搭建多终端无缝接入以及个性化学习支持与服务的数字化学习环境——云教室系统，促进数字化学习标准、技术、服务和产业链相关技术及产品在国内外的推广应用，加强数字化学习技术的基础研究和产业开发之间的有机衔接，从产业技术源头上强化技术创新体系布局，提高生产企业的持续创新能力，促进产学研用的有机结合；同时，云教室建设要依托电大系统，主动顺应信息技术发展趋势，构建多终端融合的数字化教学环境，变革教师教学方式，改善学习者的学习体验，促进信息技术与教育教学的深度融合。此外，还要在云教室建设与应用中，逐步形成基于云教室教学的应用模式，凸显云教室的应用特色，探索适应我国国情的远程教育新方式，提升开放大学的办学实力。

[1] 胡卫星, 田建林. 智能教室系统的构建与应用模式研究[J]. 中国电化教育, 2011(9)： 127-132.

[2] 普旭. 我国中小学智慧教室建设规范初探[D]. 武汉： 华中师范大学, 2013.

[3] 徐菊红. 浅谈未来教室系统技术的研究趋势[J]. 美术教育研究, 2013(5)： 66-67.

[4] 国开在线. 一所新型大学——国家开放大学成立[EB/OL]. (2012-08-01)[2016-06-03]. http：//dianda.china.com.cn/news/2012-08/01/content_5207484.htm.

[5] 赵珂苑, 牛慧. 国家开放大学体系建设中的基层电大转型对策探析[J]. 广播电视大学学报(哲学社会科学版), 2012(3)： 104-108.

[6] 范建新. 开放大学数字化虚拟校园架构与内涵建设策略[J]. 江苏开放大学学报, 2014(2)： 23-28.

（编辑： 宋文婷 ）

1672-5913(2017)03-0072-06

G642

浙江省教育技术中心2014年度研究规划课题“数字化学习环境建设技术集成与应用研究——以云教室为例”（JA013）。

虞江锋，男，副教授，研究方向为教育技术、网络技术和远程教育技术，15977835@qq.com。