移动数字化教学资源平台建设研究*

冀燕丽，段海涛

（北京科技大学 教务处现代教育技术中心，北京 100083）

一、引言

数字化教学资源的开发和利用是教育信息化的核心任务，也是教育信息化的薄弱环节。数字化资源开发和利用的程度是衡量一个高校教育信息化水平的一个重要标志。目前，我校数字化教学资源平台为我校师生提供了大量优质的数字化教学资源（包括教育部视频公开课、国家级资源共享课、北京市名师课堂、优质的微课、研究生视频公开课、来华留学生品牌课、北京市双语示范课、院士系列访谈课等等），这些优质课程均通过北京科技大学数字化教学资源平台面向在校本科生和在校研究生开放和共享。第一期开发的数字化教学资源平台的使用终端仅限于PC端。

随着移动互联技术和云计算的迅猛发展、智能手机的普及使用，师生更习惯利用移动网络来学习知识和共享资源，如何利用移动互联网新技术，使全校师生快捷有效地获取到优质的教学资源，提供翻转教学模式的技术支持平台，是我们研究的一个新课题。基于此，我们提出升级现有的数字化教学资源平台，建设配套的移动版数字化教学资源平台。建成后，全校师生可以通过手机、平板电脑等智能移动终端设备访问我校数字化教学资源平台，实现翻转课堂的教学效果。

二、建设移动数字化教学资源平台的必要性

1.新互联网技术的发展为建设移动资源平台提供了机遇

移动互联网是一种新的互联网技术，它的核心仍然是互联网。用户通过移动智能终端设备可以在移动状态下获取和使用互联网资源。[1]此时，学习资源的提供方式应该随着新技术的发展不断更新，比如现在日趋普及和完善的互联网通信技术，以智能手机为载体的4G/5G移动通讯技术的快速发展和运用，各种公共场所免费WIFI的覆盖以及360随身WIFI等应用，更为人们通过智能手机上网提供了便利。[2]学习资源通过这些新的互联网通信技术能够更直接有效地分享给人们。

2.“翻转”教学模式的发展需要移动资源平台来支撑

翻转课堂(flipped classroom)又称反转式教学[3]，传统学习模式是教师在课堂上传授知识，学生被动地接受知识，并在课后完成作业。学生在整个学习过程中缺乏主动性和针对性，而翻转课堂是对教学结构和教学流程的颠覆，学生课前可以主动通过在线教学资源学习和思考，课堂上主要是针对自己在课前学习中遇到的疑惑和问题进行针对性的解答和互助，课后通过在线交流和讨论，完成作业，这种模式把学习的主动权交给了学生。

这种翻转式教学模式需要将教学资源通过在线视频等形式呈现在学生面前，互联网技术的发展提供了移动资源平台，这样能够更便利地为学生提供教学资源，学生通过移动设备随时随地加强课前学习，教师也能随时发现问题并监督学生学习，移动设备和移动资源平台等信息化工具很大程度地提高了翻转课堂的效果。[4]

3.现代大学生的特点呼唤移动教学资源平台建设

如今，大学校园里90后是大学生主体。90后学生具有很强的自主意识、喜欢自由，他们更乐意通过自主的学习方式来获取教学资源。在依靠移动智能终端教学资源平台的教学中，学生可以自由地安排学习时间，提高学习的效率；可以自己选择学习难度和深度，培养自身的自学能力；可以反复学习，有助于解决不懂的问题。

三、移动数字化教学资源平台的关键技术分析

1.转码技术

因为平台资源多为视频资源，原始录制的视频码率高、体积大，并不适合通过移动终端进行分发、实时观看。为了方便师生在移动终端流畅地获取教学资源，我们采用了视频转码技术，主要包括视频码率的转换、视频空间分辨率的转换、视频时间分辨率的转换和视频编码格式的转换。

我们所建设的移动数字化教学资源平台中视频资源的转码工具是诸如ffmpeg和mencoder这样的开源软件。像素域转码结构主要采用“全解全编”模式。视频资源的码率转换原理是，从待转码的视频流中提取出运动矢量和编码模式这些信息，从而对图像进行重新编码。视频资源空间分辨率的转换原理是，在转码结构中，通过增加视频采样模块降低视频的空间分辨率。进行时间分辨率转换时，通过丢弃视频帧和帧类型转换的方式来降低时间分辨率。转码后的资源，最后呈现为H.264的视频格式和AAC的音频格式。

转码流程大致分为四步：第一步是分布式存储，第二步是任务分发，第三步是编码调度节点，最后一步是执行转码任务和监控转码任务。如图1所示。

图1 转码流程图

整个转码流程如下：

（1）上传资源

用户把公开课、共享课、微课、双语课等视频资源通过资源管理系统上传到资源平台上，这些文件又通过资源管理系统的TCP协议和存储主服务器上的上传服务通信功能保存到存储服务器。

（2）分配转码任务

当视频文件被传送至存储主服务器时，存储主服务器会启用转码调度任务。转码调度节点会挑选出当前没有执行任务的转码节点，根据待转码视频的文件大小，结合一定的算法，把转码任务分配给它。同时，会更新转码调度表，以备后续工作开展。

（3）执行转码任务

本地转码的任务节点接受到转码任务后，会通过本地服务器和远程存储服务器之间的通信协议，把待转码视频文件拷贝到本地，并将之加入到本地转码任务列表中，开始执行转码任务。转码任务完成后，会通知远方调度节点，更新转码调度表。同时，通知存储服务器再次执行分发任务操作。

（4）分发转码文件

转码任务完成后，转码调度节点会更新转码任务调度列表，并通知分布式存储系统分发转码文件。转码后的文件通过分布式存储在多个服务器上，这是为了减轻视频播放的网络带宽压力。

（5）监控转码任务

为了确保转码任务节点正常运行，本地的转码任务节点会与远程的转码调度节点进行定时通信，如果两者之间长时间没有通信，那么转码调度节点会在任务节点出现故障的前提下重新分配转码任务。

2.直播多播流转发

图2 多播流转发网络关系图

（1）多播流转发的两种情况

①单个IP客户端情况

客户端首先单播直连服务器接收信号，这时客户端从多播组内接收不到任何信号，也不会发送心跳信号。

②多个IP客户端情况

为了保证信号的畅通，新的客户机会首先选择采用单播直连的方式连接服务器。新客户机在接收多播组信号的同时发送心跳信号。新客户机的心跳信号在被多播组内的原有客户机接收后，多播组内的原有客户机为了完成转发主机的筛选任务，会向组内发送带有客户机附加信息的心跳信号。

收到心跳信号的客户机在符合条件的情况下开始转发多播信号，前提是子网内不存在多播转发主机，条件的判定是客户机根据特定的信息规则（目前是选择IP地址最小的那个客户端）计算出来的。

新客户机在接收到多播信号后，会停止单播直连服务器。图3为多播流转发流程示意图。

图3 多播流转发流程图

（2）迁移多播转发节点

当正在执行任务的多播转发主机停止任务后，就会迁移多播转发节点。流程描述如下：

为了确保信号的稳定性，当客户机接收不到多播信号时，会优先选择采用单播方式连接服务器。之后，客户机再发送心跳信号，与此同时，等待来自其他客户机发来的心跳信号。

当子网里只有一个客户机的情况下，客户机在等待的过程中不会再接受来自别的客户机的心跳信号。那么此时，客户机就只能采用单播方式直连服务器。

当来自外部的心跳信号接收完成后，为了找到新的超级客户机，它会根据一定的筛选原则，计算子网拓扑结构里的各个客户机。

如果找不到新的超级客户机，那么当前客户机依然会在保持单播直连的前提下，继续尝试接收多播信号。

3.共享代码技术

平台的共享按钮，可以生成在其他网站也可以播放的视频链接。目前使用的是内嵌frame技术，给出的播放链接类似＜iframe src=‘视频播放地址’＞＜/iframe＞。 第三方网页可以直接将这段代码嵌入自己的网页，frame中调用的则是资源门户对外共享的视频播放页面。

4.免浏览器播放技术

免浏览器播放技术目前主要有两种，一种是通过FLASH实现，另一种是通过HTML5实现。资源系统首先判断当前浏览器是否支持HTML5，如果支持，则使用HTML5，否则使用FLASH。

无论使用哪种免浏览器播放技术，播放的都是转码后的视频，视频编码格式为H.264，音频编码格式为AAC，封装为 MP4。

使用FLASH播放视频代码示例如下：

在HTML5里播放视频代码示例如下：

5.JS技术

JS（全称JavaScript）是一种动态类型、弱类型、基于原型的直译式脚本语言，内置支持类型。[6]就是我们所说的脚本语言。不同于C++/java等语言，它更加方便灵活，它的解释器被称为JavaScript引擎，用来给HTML网页增加动态功能。

（1）JavaScript组成部分如图 4所示。 其中，ECMAScript，欧洲计算机制造协会，对 JavaScript的编程语法和基本的对象做详细描述。文档对象模型（DOM），用于处理网页内容的方法和接口描述。浏览器对象模型（BOM），用于介绍与浏览器如何进行交互的方法和接口。[7]

图4 JavaScript组成部分

（2）基本特点

JavaScript是一种轻量级的编程语言。JavaScript插入HTML页面后，可由所有的现代浏览器执行。能够改变任意HTML元素的大多数属性，而不仅仅是图片。

6.jQuery技术

jQuery是一个兼容多种浏览器的javascript框架，它的语法设计让开发者使用起来感到更加方便快捷，比如在文档对象、动画效果的制作、DOM元素的选择等方面。jQuery是一种具有结构化功能的开发技术，它更加注重模块化，这就方便开发者可以利用它提供的API来直接编写自己所需要的插件，从而开发出非常强大的功能网页。

其特点如下：与其它的js库相比较，jQuery是轻量级的js库，因为其压缩后只有21k。它不仅兼容CSS3，还兼容各种浏览器。jQuery技术能够把用户的网页代码和网页内容分割开来，这方便了用户。

四、移动数字化教学资源平台的应用

改造完成后，各种移动终端，如平板电脑、智能手机等设备完全可以通过此平台进行精品课程浏览、接收电视节目直播，摆脱时间和空间的限制将数字化教学平台的应用范围扩大到校园的任何角落，使平台的应用做到师生可以随时随地对资源进行访问。具体实现的功能如下：

1.移动资源门户应用

①系统可以直接调用数字化教学资源平台的用户管理子系统中的用户体系及用户信息。②系统服务器端支持集群转码功能，可指多台服务器同时转码，并可监控到当前多台转码服务器的状态，如服务器是否正常，服务器CPU、服务器内存占用情况、当前转码文件、转码类型、分辨率、码流等。③系统服务器端可设置转码文件的类型，如flv、mp4，并可设置同时转两种格式资源。④系统支持转码参数设置，可自定义转码文件的分辨率、音视频码流。⑤系统可以直接调用数字化教学平台的资源中心管理系统中的资源。可先对资源中心管理系统的资源栏目进行发布，同时支持整体发布，然后对发布栏目下的资源进行管理。⑥系统可设置栏目下资源的转码参数，也可单独设置资源的转码参数，同时可以监控到资源的转码状态、转码完成后可取消，并可设置转码的优先级等。⑦转码完成的资源文件，PC端浏览时，不需要安装播放插件即可播放。⑧客户端采用B/S架构，支持多种浏览器访问。⑨系统支持基于IOS操作系统的PAD、PHONE及Android2.1以上版本的移动终端进行浏览。

图5为开发完成的移动版资源平台及其使用情况。

图5 移动版数字化平台资源目录及名师课堂目录

2.移动直播应用

此模块主要是基于流媒体应用服务器，直播学校原来建成的数字有线电视信号。并且通过多码率编码技术编码数字电视信号，这样可以适应学生区和教学区不同的带宽需求。建成后的移动直播平台有如下几个特点：①移动终端支持IOS及Android系统，IOS系统采用浏览器访问直接播放；Android系统采用APP应用方式，访问直播页面后直接提示下载应用，安装后即可接收直播。②移动支持栏目及频道管理。③移动直播后台管理与原后台管理统一。④系统支持不同码流直播，可设置不同的直播码流提供给PC客户端和移动终端。

图6 移动直播平台频道目录图和BBC、CCN截图

建成后的移动直播频道，支持包括BBC、CNN、NHK在内的多路境外节目的直播，从而为原有的数字有线电视资源赋予了新的生命力，全校师生可以随时随地观看原汁原味的外语教学资源，而不再受时间与空间的限制（见图 6）。

五、结论

通过北京科技大学移动数字化教学资源平台，全校师生可以利用微信、qq、浏览器的扫一扫功能，在校园网环境下，随时随地免流量获取平台上的所有优质的数字化教学资源。同期，与学校信息办合作沟通，开通了平台的校外网络访问权限，至此，在校学生可以在包括管庄校区、天津学院在内的任何地点、任何时间，访问本校的数字化资源平台。此次开发移动版数字化教学资源平台并不是要替代pc版的资源平台，两者是共同协调发展，服务于全校师生，从而真正意义上达到了我校优质数字化教学资源的全面开放和共享。

[1]薛建强.大学英语移动学习模式的构建与发展研究[J].实验技术与管理,2014(3):176-179.

[2]石昌远,聂国东,陈红兵.手机使用对大学生行为影响分析及对策研究[J].教育与职业,2014(15):185-187.

[3]曾贞.反转教学的特征、实践及问题[J].中国电化教育,2012(7):114-117.

[4]A New Method of Teaching Is Turning the Traditional Class-room on Its Head[EB/OL].[2013-04-09].http://www.knew-ton.com/flipped-classroom/.

[5]李海龙,邓敏杰,梁存良.基于任务的翻转课堂教学模式设计与应用[J].现代教育技术,2013(9).

[6]刘倩汝.大学生移动学习现状及影响因素分析[D].兰州:西北师范大学,2014.

[7]陈楠楠.基于HTML5的移动学习资源设计及应用研究[D].西安:西安电子科技大学,2013.