一种船校交互式的远程教学系统

郭云龙 刘芳武 李 伟

（南通航运职业技术学院 航海系，江苏 南通 226010）

0 前言

随着网络技术的发展和国家对远程教育的政策支持，远程教育已经逐步得到普及，大到学历教育，小到微课、慕课等形式的在线课程学习等各类形式的远程教育和校企间的远程教学系统都得到了快速的发展。现代远程教学采用的双向交互式通信技术,是建立在计算机技术、网络技术、多媒体技术、双向电子通信技术与现代学习理论等基础上的。但是，这些远程教学的应用需要依托宽带网络通信的支持，仅限于在陆地上网络资源比较丰富的地区。由于通信技术的不足船岸间的远程通信成本一直比较昂贵，船校间的远程教学系统更加不可能实现。但是随着卫星宽带技术的发展和船岸间通信成本的下降，加之航海教育的实践性要求使得船校远程教学系统的开发研究成为迫切的需要。

卫星宽带通信是指利用卫星进行语音、视频和图像等的处理和传送。第一代宽带卫星通信系统采用ku或c频段进行双向卫星通信，第二代宽带卫星通信系统采用ka频段进行双向卫星通信，相比第一代可以实现区域或全球覆盖[1]。中国航天科技集团有限公司正在部署一个低轨道通信卫星星座将为“虹云工程”，整个系统规划发射超过300颗通信卫星，形成覆盖全球的空间信息网络的基础设施体系，可以为陆上交通、航空、航海和偏远地区通过高速通信服务。由于卫星通信没有地域的限制，不需要地面有线网络的支持，所以是交互式教学的理想手段[4]。通过宽带通信卫星构建的船校间的远程教学系统，不受时空的限制，可以实现全球范围的多媒体数字信息的实时交互。

基于卫星宽带通信技术的船校互动式远程教学系统，实践教学是高等职业院校教育教学的重要组成部分，是培养技术技能型人才的重要途径，是实现人才培养的重要环节，得到了国家和各个高职院校的高度重视[2]。随着高等职业教育改革的不断优化，创新实践教学的内涵和模式，促进学生实践知识与技能的提升已成为高等职业教育改革的重要方向。高职中的航海类专业是实践性很强的专业，实践教学对于教学质量和学生职业素质的培养至关重要[3]。然而，由于船上环境和工作的特殊性，长期实施现场实践教学不太现实，为了加强教学效果和提高学生的实践能力，研制一种远程教学系统就具有重要的现实意义。

1 远程教学系统需求分析

船校交互式远程教学系统的需求分析是进行系统设计的前提，根据航海类实践教学需要对系统的功能提出相应的要求。

1.1 信息传输的集成性和实时性

该系统要实现航海类专业教学课堂与船舶生产现场的互动学习，数据传输的类型包括视频、图像、语言和文字等多种形式，需要实现多种信息的继承传输；此外，系统要满足教师实施调取船舶生产现场操作视频的要求，能够实现音频数据的实时传输，对于数据传输速率要求较高[5]。

1.2 课堂和船舶的双向交互需求

远程教学系统需要满足船舶与课堂教学的双向交互，教师可以控制船舶的音频设备获取生产现场的实操情况，学生可以通过系统平台进行学习和留言咨询，船上船员和教员可以通过系统平台进行授课和答疑，实现学校用户和船舶之间的双向互动功能[6]。

1.3 课程资源存储与的处理需求

该系统应该能够根据课程教学需要对音频等资源进行录制、分类和储存，教师和学生可以根据需要调用之前的教学资源，其他教学点可以通过陆上宽带网络访问、调用主站的教学资源，实现资源的共享。

2 远程教学系统结构设计

根据以上系统的需求分析，针对航海教育的需要提出一种结构简单、设计合理的船校交互式远程教学系统，采用卫星宽带技术实现数据的传输，船舶在海上的任何地方都可使用该系统进行远程教学实践。主要包含学校船舶终端和学校终端，两者通过卫星宽带设备进行连接。其中船舶终端包括服务器一、音像设备一、控制模块和答疑模块，音像设备包括音频设备和视频设备；学校终端包括服务器二、音像设备二、教师模块和学生模块（如图1所示）。

该系统包含船舶终端与学校终端，学校终端与船舶终端间通过卫星宽带通信系统进行数据传输。卫星宽带通信设备置于船舶终端之中，两个终端通过卫星宽带连接到Internet中，可以实现在线远程信息的交互。

其中船舶终端包括服务器一、音像设备一、控制模块和答疑模块。服务器一负责船舶音像设备收集数据的处理和储存及通过卫星宽带接入Internet网络与学校终端相连接进行数据的交流；音频设备一与控制计算机相连接，该计算机通过Internet网络连接服务器一，音像设备一包括集音频录制、音频编辑、效果处理等为一体的音频设备，和可控云台摄像头及视频处理的视频设备组成，音像设备一主要对船舶驾驶台、甲板、机舱和周边等处的关键作业进行视频和声音的收集，并将这些数据通过网络传输给服务器一；船舶终端计算机中的控制模块主要对音像设备一进行控制，船员可以在解答学校终端的问题时进行选择控制，此外对于一些涉密操作船员可以选择性地将音像内容进行屏蔽；船舶终端计算机中的答疑模块根据船员岗位不同进行设置，学校终端的提问根据工作分工传输给相应的职位船员，船员根据自己的职位进行选择答疑，做到分工明确。

所述的学校终端包括服务器二、教师模块、学生模块和音像设备二。服务器二负责对船舶传输来的数据的处理、存储和Internet网络的连接等功能；计算机中的教师模块通过Internet网络连接服务器二，并通过卫星宽带与船舶终端相连，可以实现学习内容的设置、船舶视频设备的远程控制、与船舶终端的互动等功能；计算机中的学生模块通过Internet网络连接服务器二，并通过卫星宽带与船舶终端相连，可以查阅服务器一和服务器二中储存的相应授权的学习内容和进行留言提问；音像设备二包括投影设备和音像设备，通过连接的计算机控制，该计算机通过Internet网络连接服务器二。

采用上述系统结构后，船舶终端和学校终端之间通过卫星宽带的连接，学生可以在学校教室实现对船舶实际操作和船舶教员授课的观摩，教师通过远程控制船舶摄像设备的移动来进行选择性实操演习，也可以选择储存的音像资料进行选择演示讲解，学生课后也可登录系统进行选择学习，此外学校终端可以采用提问的方式来获得船舶人员的解答，实现船校间的交互式远程教学[7]。

3 总结

各国对于卫星宽带技术的研发和投入越来越大，我国将于2022年完成“虹云工程”全球卫星宽带系统的建设，届时将实现全球移动宽带通信。本文所提出的基于卫星宽带通信的船校交互式远程教学系统也将迎来巨大的发展基于，该系统的推广应用将为航海类专业实践教学带来重大改革。