面向智慧课堂的视频服务系统设计与实现

陈凯旋 陈晖 黄照翠

摘要：随着智慧课堂的日益普及，急需构建安全、稳定、高效的视频服务系统，提供丰富海量的视频信息资源、个性化的视频服务、教与学数据分析与决策支持等。通过实践调查和文献分析，基于智慧课堂教学设计与实施对视频服务的需求，设计实现了面向智慧课堂教与学服务的视频服务系统。该系统采用MVC模式，基于ThinkPHP高性能框架开发，基于角色实现了海量视频信息资源的智能检索，用户个性化视频推荐和图形化数据统计分析等功能，为智慧课堂提供全方位、个性化、智能化的教与学环境和信息资源服务，解决了传统课堂教学平台缺失和信息资源受限问题。实践应用与课堂调查表明，教师更关注视频信息资源的便捷获取与灵活发布、学情智能分析，学生更偏爱视频学习与立体化交互，基于平台的分组讨论与汇报，汇聚了师生智慧，实现了学生知识、技能、情感等多维学习目标的达成。

关键词：智慧课堂;视频服务;系统设计与实现;视频检索;个性化推荐

DOI： 10. 11907/rjdk.191 829

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

中图分类号：TP319

文献标识码：A

文章编号：1672-7800（2020）004-0147-05

The Design and Implementation of Video Service System for Intelligent Classroom

CHEN Kai-xuan'. CHEN Hui. HUANG 2hao-cuj2

（I . Comm unication.s Engirzeering College，Army Engineering University of PLA ;

2. Teaching and Re.search .Support Center ， Army Engineering Univer.sity of P/A，lVanjing 210007，China ）Abstract： With the increasing popularitv of intelligent classroom. it is urgent to build a secure . stahle and efficient video service sys-tem to provide abundant video information resources， personalized video services. teaching and learning data analysis and decisionsupport， etc. Through practical investigation and literature analysis， this paper designs a video service system for intelligent classroomteaching and learning services based on the demand of intelligent classroom teaching design. The system uses MVC mode and developsbased on ThinkPHP high performance framework to realise intelligent retrieval of massive video information resources， personalizedvideo recommendation and graphical data statistical analy sis functions based on roles. The sy stem provides a comprehensive， personal-ized and intelligent teaching and learning environment and information resources services for intelligent classroom. which relieves thelimitation of traditional classroom teaching platform and inf'ormation resources. Practical application and classroom investigation showthat teachers pay more attention to the convenient acquisition and flexible release of video information resources and intelligent analysisof learning conditions， while students prefer video learning and three-dimensional interaction， group discussion and reporting， ，，-hichgathers the wisdom of teachers and students. and achieves students' multi-dimensional learning goals.Key Words ： intelligent classroom ; video services ; design and implementa tion of system ; video retrieval; personalized recommendation

O 引言

近年來，高校在教、学、研、管、用等各方面越来越多地使用视频、依赖视频，视频在高校信息化服务中扮演着越来越重要的角色…。除校园监控系统外，智慧课堂是一项发生于技术丰富存在的教学环境中的教学实践活动，其设计与实施必然也高度依赖于适切的教育信息技术[2]，特别是离不开视频资源。当前，高校视频资源越来越丰富，资源呈现规模大、增速快、内容杂的态势[3]，高校在视频服务方面存在一定局限性，表现在视频采集受限、视频存储无序、管理}昆乱、传输不够顺畅、压缩编码标准不统一、视频分析处于原始状态、检索与推送大多基于文本、监控主要靠人工、个性化视频中心缺失等，无法发挥视频信息资源在课程教学中的优势，更是给智慧课堂教学设计与实施带来了限制。因此，构建满足智慧课堂教学需求，服务于课程教学设计与课堂实施的视频服务系统具有重要意义。

1 智慧课堂与视频服务系统

2018年4月，教育部印发《教育信息化2.0行动计划》[4]，提出实施智慧教育创新研究计划，智慧课堂成为该计划实施的核心载体[5]。智慧课堂是指在建构主义学习理论指导下，以物联网、大数据、学习分析、人工智能等新一代信息技术为支撑，将技术融人课堂教学中，通过构建多元交互的课堂环境，从而有效提升学习者高阶能力的新型课堂[6]，智慧课堂具有教学决策数据化、评价反馈即时化、交流互动立体化、资源推送智能化等特点，是翻转课堂在智慧教育中的升级[5]，广义上翻转课堂包含“课前一课中一课后”3阶段，其实就是自主学习与翻转课堂融合的混合学习，即课外知识获取、课堂知识内化与再创造、课后知识巩固与发散[7]。可以看出，翻转课堂实施的必要条件和有效条件是能够提供丰富优质视频信息资源与学习支持服务的技术与平台支撑，智慧课堂更是如此。因此，智慧课堂需要一个能够提供信息资源便捷发布（特别是视频资源）、信息资源智能分析、学生学习行为记录与数据分析、资源获取简易精准，以及师生、生生面向课堂学习友好交互的视频服务系统平台，为智慧课堂提供全方位、个性化、智能化的教与学环境。

目前，关于视频技术和视频服务的解决方案较多[l]，一般单纯产于技术公司，课程教学设计需求因素考虑较少。已有研究中，舒晖等[8]阐述了构建视频服务系统的必要性，针对视频服务系统的设计要求，对如何利用校园网构建视频服务系统及其应用进行了分析和探讨;沙玉萍等[9]仅探讨了面向图书馆的微视频服务;张政欢[lo]就云视频服务系统的资源配置和调度优化进行了研究;冯瑞[11]设计了基于OoE的视频服务平台系统，主要提供视频推荐、视频搜索、视频评论、视频上传下载等功能;黄照翠等…设计了一种异地多校区分布式智慧校园视频服务系统，针对智慧校园设计了适合多校区的综合性视频服务系统平台;文献[12-15]主要研究单项视频技术和功能有限的流媒体系统，主要用于公共服务方面，能夠满足智慧课堂教学实践需求，即使部分院校开发引进了相关视频服务系统，但在视频发布灵活度、视频检索和统计分析等方面并不能满足教师智慧课堂教学设计需求。

面向智慧课堂的视频服务系统具有视频灵活发布、视频智能分析、智能检索、用户行为智能分析、资源个性化推送功能，资源分级分类合理。同时，视频服务系统应具有完善的交互功能，一是视频交互区，师生可以在线对课程视频资源进行互动;二是附加有专门的功能强大的BBS，此BBS与系统视频资源库分级分类对接，课程教师可以白由创建课程视频区，BBS联动创建课程讨论区，鉴于系统灵活白由的视频发布功能、以用户为中心的设计理念以及合理的用户权限管理，能够带来用户人气聚集，资源量大而优，可为智慧课堂的实施提供安全、稳定、高效的智能平台和优质资源保障。

2 系统设计

2.1总体架构

视频服务系统是一个基于Web的为高校智慧课堂实施提供全面支持与服务的平台，为学生白主学习提供课程视频资源，学生可以检索视频，在线观看课程视频，也可以上传白己发掘和创作的信息资源，并参与课程讨论，分享学习成果等;为教师智慧课堂设计提供平台支持、资源支持和决策支持，教师课前上传课程分类学习视频，可依据学生课前课程视频学习情况和BBS学情，便捷利用系统优质信息视频资源进行教学设计，课后在线获取信息反馈，了解学生学习情况和学习行为，为后续课程设计作铺垫。

系统总体架构基于B/S结构，采用MVC模式，构建Web服务器、Serv-U视频等文件服务器以及数据库服务器。FTP服务器用于教师和学生上传存储视频等信息资源。Web服务器为用户提供HTTP服务，教师可以上传并管理学习资料、视频，检索所需视频资源，面向学生推送课程信息资源，查看学生学情、参与互动等。学生可以远程下载学习资料，在线浏览教师推送的学习资料、学习视频，参与课前讨论，提交个人或小组主题材料以及学习成果等。课程管理者对所有课程进行分级分类管理，资源管理者对各种媒体类型（文档、图片、视频、音频等）进行分级分类管理，所有资源都可由管理者进行增、删、查、改操作。

2.2功能模块设计

系统功能模块按用户智慧课堂教学需求设计，本着以用户服务为中心，分为前台公共平台和个性化门户、后台个性化用户中心。前台公共平台显示用户登入前公共信息资源，个性化门户是用户登入后根据用户基本信息、扩展信息和用户行为数据分析，提供与用户相关度高或用户可能感兴趣的信息资源。后台个性化用户中心根据用户角色权限提供可操作的功能菜单、显示推荐的信息资源和用户行为分析数据等。

2.2.1前台主要功能模块

（1）个性化视频推荐。前台提供个性化视频推荐，包括今日推荐、热门视频、为你推荐三大方面。

今日推荐：系统首页每日会推荐给用户20部优质资源，优质资源推荐来源于3个方面。一是师生白创或发掘的视频发布与推荐，根据类型不同分别由教务、政工、宣传等管理人员审核通过后显示在今日推荐栏目;二是由教务、政工、宣传等管理人员直接发布推荐;三是由图书馆信息资源采编部门人员发布推荐。更多推荐视频图文分页列于二级页面。

热门视频：系统对最近30天内视频点击次数，以及用户对视频的评分进行综合评价，按评分从高到底的顺序取出其中20部视频，显示在热门视频栏目中。

为你推荐：系统根据用户检索历史、视频浏览轨迹等分析用户行为，以及用户的专业、喜好等扩展信息，推荐给用户可能感兴趣或需要的视频资源。随着用户行为数据的积累，“为你推荐”栏目推荐视频准确率会越来越高。

（2）智能检索。随着系统运行时间的延续，系统资源越来越趋于海量。为使用户高效而准确地从海量视频信息资源中快速检索所需资源，系统采用基于文本与基于内容相结合的检索方式[3.16]，提供对视频信息资源的深度分类智能检索。用户可选择主题、简介、发布时间、发布人、制作人、来源、分类、学科、专业、专题、主演、参演、组织结构等13个类别之一，输入检索文本关键词或图片、声音和视频片段。一方面基于文本检索，简易快速，另一方面深度分类检索可缩小检索范围，提高检索速度，基于内容的检索降低了用户对视频描述的主观性，也有助于跨越人与计算机之间的“语义鸿沟”，提高搜索的匹配度和准确率。

2.2.2后台主要功能模块

后台也称个性化用户中心，即不同角色用户进入后台，显示的内容是不一样的，主要根据用户属性和用户行为分析，匹配与用户相关的信息资源，展现用户关心的信息和数据，提供用户角色权限范围内的功能菜单，系统用户权限管理由超级管理员控制，超级管理员具有所有功能操作权限，超级管理员可以设置其它角色用户权限，也可授权其它用户对相应功能的操作权限。

（1）用户权限管理。随着用户数量的增加，海量信息存储对数据库系统的访问安全和管理效率提出了严峻挑战，要保证系统安全、有序、高效运行，用户权限管理是一个不可或缺的环节。

系统采用基于角色的访问控制方法（ Role Based Ac-cess Control），提供系统用户权限分级管理[17]。系统将用户分为3类角色：管理员（包括超级管理员、系统管理员、用户管理员、学科专业管理员、班级管理员、新闻管理员、视频管理员等）、教师（包括课程教师、教学管理者）与学生。

系统用户角色分级分类，角色权限极其复杂，比如超级管理员具有管理信息资源分类、用户权限系统、新闻、单位、班级、学科、专业、专题等权限.能够查阅系统统计分析数据、报表和图表，在线备份和还原系统数据库，保障系统安全稳健运行。普通用户可以发布视频信息资源，查看、编辑、删除白己发布的信息资源，查看收藏的信息资源，浏览历史以及系统和课程教师推送的信息资源等。

（2）视频管理。视频管理是系统用户个性化中心的一项核心功能，管理员可以发布、编辑和删除视频，分页浏览图文视频信息，视频发布需提交视频相关详细信息，包括视频名称、简介、所属分类、来源、主演、参演、发布人、制作人、审核人、所属学科、专业、专题并上传视频资源及其缩略图（默认从视频画面中截图）。

（3）统计分析。统计分析是管理者和教师管理、分析、评价视频资源、监控学生学习状态、分析学生学习情况的重要工具，主要提供两方面的分析：用户分析和视频分析。

用户分析包括各单位用户分析、各学科用户分析、师生比例分析、用户浏览历史、用户发布信息资源趋势等，分别统计到当前时间为止的各单位用户数、各学科用户数以及师生用户数。

视频分析包括视频点击排行，各专业视频分析、视频分类分析等，视频点击排行按视频点击数分页显示所有视频，管理员、教学管理者等用户可以清楚地查看视频受欢迎程度，各专业视频分析和视频分类分析直观地展示各专业、各分类的视频数量。

2.3数据库设计

数据库结构设计对数据库模型使用有很大影响，在设计数据库表时要充分考虑不同表的每个字段，使其功能齐全，关联性更加紧密。系统主要采用MySql作为数据库管理T具对系统中的相关数据表结构进行设计，主要数据库表有：

Category视频分类表存储了id、分类名称、上级分类id、分类简介。

Code学号表存储了id，学号。

Dept单位表用来存储单位名称。

Identitv身份表存储用户身份，分为教师、学生和其他。

News新闻表存储了id、标题、内容、创建时间、修改时间、发布者、审核者、点击数、是否删除、是否置顶、来源、缩略图路径等。

Role角色表存储用户角色权限。

Specialty专业表存储了专业id、专业名称、专业介绍、专业所属教师。

Stu—class班级表存储了班级id、班级名称、班主任、班级代号、创建时间、修改时间。

Stu_ info学生库存储了id、用户id、学号、所属班级id、专业id、单位id、班主任id、导师id。

Suhject学科表存储了学科id、学科名称、学科介绍、学科所属教师。

Teacher_ info是教师库存储了id、用户id、教师类别、教师专业、职称、职务、单位。

Topic专题表存储了id、专题名称、倡导者、组织者、专题时间、简介。

Users用户表存儲了id、用户名、密码。

User_ info用户信息表存储了id、用户id、角色id、性别、真实姓名、email、电话、手机、注册时间、身份id。

Video视频表存储了视频id、视频名称、简介、缩略图、视频地址、创建时间、修改时间、点击数、发布者、制作者、来源、审核者、分类id、专题id、主演、参演、组织机构。

3 系统实现

3.1系统环境

系统采用PHP技术和MvSQL数据库实现客户端和服务器端的动态交互与功能模块，开发环境为WAMP（ Win-dows+Aapche+MySql+PHP），采用MVC模式，基于Thinkphp

5.O高性能框架进行开发。

MVC是模型（Model）、视图（View）、控制器（Controller）的缩写，它是一种软件设计典范，用业务逻辑、数据与界面显示分离的方法组织代码，将众多业务逻辑聚集到一个部件里，在需要改进和个性化定制界面以及用户交互时，不需要重新编写业务逻辑，以减少编码时间。

Thinkphp是一个开源、免费的轻量级国产高性能开发框架，使用面向对象的开发结构和MVC模式，遵循Apache2开源协议发布。Thinkphp框架具备良好的可移植性和多数据库支持[1]，除了保证框架正常运行的核心库，Thinkphp框架还具备丰富的扩展组件，能够解决应用开发中的大多数需求，其自身包含了底层架构、兼容处理、基类库、数据库访问层、模板引擎、缓存机制、插件机制、角色认证、表单处理等常用组件，保证了框架的易用性和丰富性。

系统开发过程中多次利用开源代码和插件，如系统统计分析图表基于FusionCharts的图形插件，将枯燥的数据转化为直观形象的图表。新闻编辑使用百度Ueditor在线编辑器，界面友好、简单易用，前端开发使用了Bootstrap，使得页面更加简洁、直观，Web开发更迅速、简单。

3.2关键技术实现

3.2.1检索系统

系统为用户提供了按照主题、简介、发布时间、发布人、制作人、来源、分类、学科、专业、专题、主演、参演、组织结构等13个分类检索功能，其中按学科检索代码如下：

3.2.2视频管理

视频管理主要包括视频发布、编辑、删除和查看。以视频发布为例，视频表单涉及多个表数据绑定、视频和缩略图上传。以下是视频上传和数据提交代码：

3.2.3统计与分析

统计分析模块基于Fu sionChartsh图表插件，Fu sion-Charts能够提供互动性强大、种类繁多的图表，极大简化了统计分析中的代码编写。

以各专业视频数统计分析为例，将数据库中专业名称和各专业视频数量使用循环函数统计，并赋值给变量，再将它使用Fu sionC harts渲染成图表。以下是各专业视频统计的Controller层代码： 在VIEW层需要调用fusioncharts的资源文件fu sion-charts.js、fu sioncharts.charts.js、fu sioncharts.theme.fu sion.js，再创建一个容器，渲染结果如图1所示。

4 结语

随着智慧课堂的日益普及，视频服务系统在教学过程中的支撑作用越来越大，主要表现在系统安全、稳定、高效运行，个性化用户服务提升，信息资源丰富，教与学数据分析与决策支持等方面。实践应用与课堂调查表明，教师更关注视频信息资源的便捷获取与灵活发布、学情智能分析，学生更偏爱视频学习与立体化交互。基于平台的分组讨论与汇报，汇聚了师生智慧，智慧课堂浅表学习和深度学习相结合，实现了学生知识、技能、情感等多维学习目标的达成。

根据课程差异和教学对象不同，智慧课堂教学设计在教学组织、教学媒体设计、内容资源设计等方面有很大差别。为了更好服务于智慧课堂，视频服务系统需要根据师生教与学活动需求作进一步优化，特别是智慧课堂教学动态生成性数据的可视分析方法与交互呈现方式[18]研究与技术实现，最大程度地挖掘师生在视频服务系统中丰富的行为数据和学习数据的教育价值。后期需要设计一套保障视频服务系统可持续运维的智慧校园视频服务体系，包括制度标准、文化标准、组织标准、安全标准、技术标准、评价标准制定，如此配套，才能保证视频服务系统为智慧课堂提供高质量的平台与资源服务。

为了系统能进一步推广应用，后续将在基于视频服务系统的智慧课堂应用方面作深入调查研究。一方面根据调查结果优化系统功能，另一方面研究智慧课堂教学设计方法和视频服务系统应用模型，旨在充分发挥视频服务系统在智慧课堂教学实践中的应用效能。

参考文献：

[1]黄照翠，陈晖，张鹏亮，等，一种异地多校区分布式智慧校园视频服务系统设计研究[J]中国教育信息化，2018（21）：80-85.

[2]阮高峰.智慧课堂实践现状及其建议[J].中国信息技术教育，2019（9）：5-9.

[3]黄照翠，张学平，陈晖，等，媒体直播系統环境下高校网络视频资源库构建研究[J].中国教育信息化，2016（23）：51-54

[4]中华人民共和国教育部.教育部关于印发《教育信息化2 0行动计 划》的通知[Z].2018.

[5]鲜丹丹，黄冠，刘倩倩.面向智慧课堂的微视频教育资源评价指标体系构建研究[J].中国教育信息化，2018（24）：10-14.

[6]马勋雕，解月光，庞敬文.智慧课堂中学习任务的构成要素及设计过程模型研究[J].中国电化教育，2019（4）：29-35.

[7]黄照翠，李兴德，邹珊，等，高校翻转课堂有效实施的影响因素研究[J]中国教育信息化，2018（5）：7-14.

[8] 舒晖，王以伍，黎成.校园网视频服务系统的构建研究[J]中国现代教育装备，2015（11）：12-14

[9]沙玉萍，周建芳.高校图书馆微视频服务探析[J].图书馆学研究，2015（19）：60-63，73.

[10] 张政欢云视频服务系统的资源配置和调度优化[D].合肥：中国科学技术大学，2016

[11]冯瑞.基于OoE视频服务平台系统的设计与实现[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2017

[12]王必尧内容服务系统内容采集和缓存部署策略研究[D].合肥：中国科学技术大学，2012.

[13]黄志宏，张波，巫莉莉，等.基于J2ME的流媒体视频服务系统的设计与实现[J]计算机工程与设计，2010，31（19）：4154-4157.

[14]彭一凌.基于Red5流媒体服务系统的设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，2013

[15]邵明欣基于GStreamer的视频监控流媒体服务系统研究[D].青岛：中国海洋大学，2012.

[16]高宏卿，冯运生.基于内容的视频检索技术教学应用研究[J]现代教育技术，2008（7）：101-103.

[17]马铭，刘玲，田龙.B/S模式下基于角色的用户权限设计[J].安阳工学院学报，2012，11（2）：48-52

[18]王冬青，韩后，邱美玲，等.基于智慧课堂动态生成性数据的交互可视化分析机制研究[J].电化教育研究，2019，40（5）：90-97

（责任编辑：孙娟）

收稿日期：2019-06-28

基金项目：2018年度陆军工程大学教育教学研究专项项目（GJ1815099）

作者简介：陈凯旋（1997-），男，陆军工程大学通信工程学院学生，研究方向为系统研发设计;陈晖（1974-），男，硕士，陆军工程大学通

信工程学院教授，研究方向为军事网络与信息管理;黄照翠（1977-），女，硕士，陆军工程大学教研保障中心副教授，研究方

向为信息资源建设与学习支持服务、智慧校园。本文通讯作者：陈晖。