远程互动教学系统在现代化金工实习中应用的探究

孙 煦 陈晋市

1.吉林大学工程训练中心 吉林长春 130022

2.吉林大学机械科学与工程学院 吉林长春 130022

金工实习与传统的理论教学课程不同，它是一个工程性的实习训练教学计划。教学内容主要由多个实训工种组成，其中包括传统的基本机械加工工艺车削、铣削、铸造、焊接等，也包括现代新型的实训计划3D打印[1]、机器人学习[2]等。金工实习更加注重基本操作技能的训练，主要面向高校的工科及相关专业的学生。吉林大学工程训练中心每年承担大约3 500名左右的本科生实训教学任务，教学任务量非常繁重。传统的教学模式采用一个教师指导十几名到二十几名学生上课的模式，虽然指导教师可以面对面沟通辅导，学生遇到问题可以及时解决，但是面对大量的学生，这样的教学方式显然效率较低。本文借助远程视频会议系统结合现有的多媒体教室技术[3]，提出了一套符合我校学生特点的现代化金工实习远程互动教学系统，该系统打破了传统的课堂教学模式，使得指导教师能够在本地教室对学生进行远程教学。

1 现有的教学手段

1.1 多媒体教室技术

1.1.1 多媒体教室技术在现代化金工实习中的应用

传统的金工实习是以“师傅带徒弟”的方式展开教学活动的[4]。这种方式侧重于学生操作的安全性，教学模式相对固定，通常是教师进行操作示范、学生进行模仿加工的实习过程。现代化金工实习更加注重学生创新思维和创新能力的培养，培养方式从原来的被动实习模式转变为学生自主创新设计、制作的模式。这就要求在整个实习的过程中，教师需要给学生留出充足的时间进行自主学习。吉林大学工程训练中心借助多媒体教室技术展开上述培养模式。

多媒体教室主要由计算机、投影机、声音系统等设备组成，其教学流程主要由理论教学、教师示范操作、自主设计和创新实验4个部分组成。实际上，学生自主学习的时间占用整个教学活动的大部分时间，教师只起到一个辅助引导的作用。

1.1.2 多媒体教室技术的局限性

由于多媒体教室技术[5]自身的局限性致使教学活动的时间、地点固定不变，众多学生导致师生互动教学时间缩短、从而教学质量下降。另外，吉林大学是一所多校区的综合性大学，参加金工实习的学生来自不同校区、不同学院，其他校区的学生需要往返于校区间上课。由于往返校区间的途中可能发生交通拥堵等不可预料问题，从而无法保证教学时间的准确性，教学质量受到一定程度的影响。以上这些问题都是现有多媒体技术无法解决的。

1.2 远程教学

1.2.1 网络教学与远程视频会议系统

在远程教学领域中，主要存在两种教学模式。第一，网络教学平台或自主开发平台[6]。第二，远程视频会议系统[7]。通常情况下，网络教育平台不受时间、地点限制，学生可以自由下载课件或者远程观看课程视频影像。这种教学模式虽然打破了传统的本地教室课堂教学模式，即学生可以自由选择上课时间、地点，增加了灵活性，但它缺少了学生与指导教师的互动教学部分，自主开发教学平台虽然有交互功能，但其不够智能，教学效果一般。而现代化金工实习这门课程要求学生进行实习操作和指导教师互动教学不分，显然，第一种教学模式既没有硬件设备做支持也无法满足互动教学的需求，达不到预期的教学效果。远程视频会议系统可以提供一个实时、交互的多教室教学环境，指导教师既可以远程监督学生实习操作，还可以实时地进行互动交流，同时也满足了现代化金工实习这门课程对创新能力培养的教学要求。

1.2.2 远程视频会议系统简介

远程视频会议系统是一种借助现有网络通信技术实现远程互动交流的视频通信技术。现阶段该系统在很多企事业、机关单位[8]都有其一定的应用，它可以在同一时间将分散在不同地理位置的人集中在一起，传输实时、动态、有声音的画面。参加会议的单位或者个人可以提前约定时间，借助网络服务功能实现实时通信。该系统主要由视频会议服务器(MCU多点控制单元)、视频拼接控制器、视频会议终端、PC终端、摄像头等硬件设备以及相关配套软件组成。

MCU多点控制单元是远程视频会议系统的核心部件，它主要为整个视频会议的主会场和各个分会场提供连接、管理等服务功能；视频拼接控制器的主要功能是将一个完整的图像信号进行划分并将划分后的信号传递给不同的视频显示单元，用多个普通视频单元组成一个超大屏幕动态图像显示屏，可以支持多种视频设备的同时接入，完成多个信号源在屏幕墙上的开窗、移动、缩放等各种方式的显示功能；视频会议终端的主要功能是将本地的视频、音频、数据和控制信息进行编码打包并发送，对收到的数据包解码还原为视频、音频、数据和控制信息。

当今远程视频会议系统的相关配套软件也有了很大的进步，它提供了丰富的视频会议管理和数据处理等功能，可以实现更多、更灵活的管理功能，起到了辅助教学管理的作用。它主要包括会议录制功能、多级会议管理权限、会议点名、会议字幕、会议巡场等。它还提供共享文件服务，包括发送和接收文件、共享PPT课件、共享影音文件、共享桌面、共享应用等。

1.3 现代化金工实习远程互动教学系统

1.3.1 现代化金工实习远程互动教学系统的应用

本文引入远程视频会议系统，针对现代化金工实习存在的问题，提出了一套符合现代化金工实习教学特点的远程互动教学系统，该系统将与现有多媒体教室技术相结合，实现了多样化的教学模式。

如图1所示，远程课堂由主会场和分会场两部分组成。主会场的上课地点在本地教室，可以对本校区的学生进行授课，主要的硬件设备包括MCU多点控制单元、视频会议终端、显示设备(投影仪)、PC终端、摄像头、声音系统等。分会场的上课地点在各校区的远程教室，可以对其他校区的学生进行授课，主要的硬件设备包含视频会议终端、显示设备(投影仪)、PC终端、摄像头、声音系统等。

图1 远程课堂的整体布置

图2 现代化金工实习远程互动教学系统数据传输流程图

如图2所示，图2a表示MCU与视频会议终端的外部数据传输，图2b表示各个会场视频会议终端与本地设备的内部数据传输和数据、视频流的显示，图2中所示的数字代表数据流传输的顺序。远程课堂的主要数据传输流程如下。

(1)参加远程课堂。本校区和其他校区的多点、异地教室分别加入到本次远程课堂中。MCU是这次教学活动的重要核心设备，它提供了多点连接和管理功能。

(2)内部数据传输。各个分会场将学生上课的视频画面传输到本地视频会议终端。同时，主会场将PPT文档数据、指导教师上课的视频画面传输到本地视频会议终端。

(3)远程数据传输。本地视频会议终端将各个会场的数据进行编码、打包，最终传输给MCU。然后MCU将本地文档、视频等数据传输到各分会场的目的端。

(4)显示设备显示远程数据、视频画面。主会场所在的教室显示了各个分会场教室的学生上课的视频画面。同时，各个分会场教室显示了PPT文档和指导教师上课的视频画面。

1.3.2 现代化金工实习远程互动教学系统的教学研究

如图3所示，本文借助上述现代化金工实习远程互动教学系统将金工实习教学流程主要分为以下5个部分(如图3a所示)。

图3 现代化金工实习教学流程

(1)理论教学。学生通过观看远程PPT文档、并结合指导教师远程视频画面教学，来简要学习理论教学内容。学生可以根据指导教师的声音、肢体语言等信息充分理解学习的内容。

(2)示范操作。指导教师在主会场教室进行示范操作。

(3)自主性设计。学生完成基本的操作之后，开始完成创新实验的设计内容。

(4)问题解答。为了维护好课堂纪律，如图3b所示，指导教师给每个分会场教室的学生提供了固定的时间进行问题解答。视频会议系统支持会议分组，不受其他分会场的干扰。

(5)创新实验。在学生实习操作的过程中，如果有问题可以随时与指导教师进行视频沟通。视频会议系统借助声音识别功能可以快速捕捉学生提问的视频画面，指导教师可以根据各个分会场教室学生提问的先后顺序有选择性地进行问题讨论和解答。

1.3.3 现代化金工实习远程互动教学系统的多功能研究

该系统的配套软件还能够提供数据共享、画面录制、学生点名等功能，这将有助于提高远程互动教学的教学质量和教学效率。

(1)数据共享。指导教师可以将Office文档、PDF、应用程序等同步展示给其他分会场教室的学生观看学习，PPT课件还可以同步进行标注、写字等操作，可以做到多样化教学展示。另外，通过桌面共享，分会场教室的学生还可以观看指导教师共享的整个或部分计算机桌面，也可以是指定的应用程序，指导教师有关计算机软件的示范操作不受远程条件限制，学生感觉像在本地教室上课一样。

(2)视频画面录制。各个分会场可以将本次教学活动的视频画面录制下来，方便学生课后补充学习。

(3)学生点名。指导教师可以提前将本次参加实习的学生名单录入系统，借助点名功能自动地对学生进行点名，提高了教学效率。

2 结语

远程视频会议技术经过一段时间的发展，现阶段相关技术已经比较成熟，系统的稳定性与可靠性也不断地提升，所以在管理和维护上不需要花费大量的时间和精力，各校区为系统配备1～2名专门的管理人员就可以满足日常维护管理的需要，不需要大量的人力、物力投入，这在一定程度上保证了远程教学的可靠性。今后，将继续围绕工程训练中心教学改革、结合现代化教育技术展开探究。