在线教学与直播技术

张 冀

（河南中医药大学管理学院，河南 郑州 450000）

一、在线教学的问题

目前几大在线教育平台都提供了很多功能，让教师在经过简单的学习之后就可以轻松使用。例如笔者所在学校目前所使用的两个在线教学平台A和B，都能够提供PPT实时推流、在线直播、课堂提问、互动和其他多种在线教学及管理的功能。其中PPT实时推流和在线直播是线上教学最重要的功能和最主要的方式。目前A平台和B平台虽然都具备PPT实时推流，但都无法支持PPT推流的同时实现语音推流功能。所以教师们需要开启PPT实时推流的同时使用其他语音互动软件进行语音推流，或者直接使用在线直播的方式授课。而在线直播这一听起来更加专业和复杂的词语，对于很多教师来说似乎实现起来有相当的困难和不确定性。实际上就大多数教师和课程而言，无论线下线上教学，其用于教学的工具只有三项：讲授、PPT或板书、视频，其中讲授和PPT占主导地位。因此，当教师们开始转为线上教学时，他们所需要的功能也是和这三项紧密相关的。

由此，我们发现两个问题。一是大多数教师不会或不愿用直播的形式进行在线教学。二是A和B平台因无法实现PPT和语音的同时推流，导致教师必须选择直播的模式进行在线教学。这两个问题似乎成了矛盾的双方。因此，部分教师转向了部分商业在线平台，比如C和D。这两个平台都具备良好的多人实时语音互动功能，但由于它们是针对大型公司或企业开发的在线管理平台，暂时并未具备类似于A或B平台的适合高校的管理工具。所以这部分转向使用C或D平台的教师大部分采用的是两种平台混合使用的方式，既通过A或B平台推流PPT和其他在线课堂功能，比如签到、提问、随堂练习、互动等，同时又通过C或D平台进行视频直播和语音互动。这样的方式确实在初期保证了在线教学的顺利进行。其中，针对大型多人在线会议而开发的C平台，除了有着良好的语音功能之外，它的屏幕共享功能既方便又流畅，使得越来越多的教师开始完全使用C平台进行在线教学，这个结果也反映在第二次教学反馈数据中，不论是教师还是学生，超过50%的人都认可采用C平台在线教学的方式。

其实不论是C平台的屏幕共享功能，还是A和B平台的PPT实时推流功能，都属于网络直播范畴，只是各平台将网络直播的某些特定功能集成在了平台之中并采用了不同的叫法而已。这些功能都依附于网络和终端，也即是说，网络的速率和终端的性能决定了这些功能的特性。例如C平台提供的多人在线语音互动功能，本质上是个人所使用的终端—电脑、手机等，将使用者说的话实时转化为数字信号并通过网络传输给C平台的服务器，再由服务器加密打包后传输给会议室中其他的用户，这些用户手中的终端再将这些数字信号解码为电信号传递给扬声器或耳机从而发出声音。多人在线语音互动即是上述流程的不断重复的过程。我们在使用时之所以感觉语音清晰流畅，无延迟，背后的原因就是：第一，C平台的服务器性能强劲；第二，个人终端性能满足对语音的实时音频转码；第三，网络环境良好。反之，如果这三个原因当中只要有一条无法达到系统的最低要求时，就会出现卡顿或延迟的现象。当这些条件不成熟时，在线课程就会经常出现各种问题。教师或者学生面对这些突如其来的问题时，经常会显得手足无措，导致上课效果大打折扣。很多教师在遇到这些问题时，会联系平台客服尝试解决或直接更换上课平台，但这些问题通常无法被及时的解决。

二、组建个人线教学平台

想要避免、解决这些问题，提升在线课程的效果，其实并不困难。我们只需要一一排查上述三个原因，就可以逐步找出问题所在并加以解决。在这三个原因当中，只有平台服务器性能是个人无法改变的。但我们可以根据网络情况和实际测试结果选择适合自己的上课平台。只要我们知道了平台的IP段，就可以轻松地查到平台的服务器信息。比如，经测试，B平台采用的是亚马逊云服务，而A平台采用的是阿里云、腾讯云、电信网络、联通网络和教育网混合云服务。显然A平台的网络通用性更好，实际使用效果也证实了我们的推断。

个人终端性能也是造成在线上课卡顿或延迟的主要原因。很多教师认为只要有一台联网的电脑或手机就可以开始上课了，但实际上很多电脑或手机的性能并不能满足在线上课的要求。对于需要在线教学的教师来说，建立一套相对专业的直播设备，已经是一种个人能够负担得起并且可以自行组建的事情。想要实现良好的在线教学效果，我们需要的基本设备包括以下几点。

第一，一台性能足够的台式主机、两台显示器、高品质麦克风、高清摄像头、耳机、数位板以及高速且稳定的网络。如前文所述，一台性能足够的台式主机，才能够实现稳定且长期的在线教学要求。本人推荐至少配备了I5或I7系列或同性能CPU，并且安装至少16G的内容和大于480G的固态硬盘，配备独立显卡的主机或同等性能的苹果电脑。

第二，两台显示器能够让教师一边直播教学的同时，一边通过平台查看学生状态，布置在线任务，浏览互动弹幕等。

第三，不管是线上还是线下教学，语音都是最主要的传播信息的方式。为了实现较好的在线教学的语音效果，推荐使用电容麦克风并安装适配的声卡。普通麦克风或手机、摄像头自带的麦克风都会伴有一定程度的杂音和底噪。优秀的人声和干净温暖的音效能够提升学生的专注度，并对教师产生信赖感和认同感，能够保证长时间听课而不感到厌烦。

第四，摄像头是让学生看到教师画面的唯一途径，目前市售1080P高清摄像头的价格都在个人可接受范围内，能够提供清晰优质的画面并自带美颜功能，非常适合在线教学使用。如对画质有更高要求，可使用微单相机连接电脑充当摄像头。拍摄出的画面要尽量避免纯正面或仰视的角度，不能太近或太远。推荐采用柔和明亮的光线均匀照亮被摄人物。我们可以拉上窗帘避免阳光直射，在前方放置一个台灯对人物面部进行补光，也可在主光源的对侧放置一块较大的白板或白纸，给人物背光处进行补光，平衡光比。有条件的教师可以采用人工布光的方式给自己营造良好的光线效果。

第五，耳机可以方便我们上课时监听直播的声音。如果用音箱监听，音箱的声音有可能进入麦克风形成声音回路，会造成巨大噪音或回声。用单侧耳机可以很好地避免这个问题，既能监听直播的声音，又可以同时听到环境音，平衡自己说话的音量。

第六，数位板可以方便教师在电脑上手写和绘图，比起鼠标，数位板能够提供手握笔和压力感应，能够尽量模拟手写或板书的效果，如利用相应的软件配合使用，可呈现丰富的手绘效果。

第七，除去上述这些要点之外，最为重要的便是网络了。没有网络就不会诞生在线教学。一个速度良好且稳定的网络环境，是在线教学的基本，但这也是大部分教师最容易忽略的地方。目前大部分教师的家里或办公室都具备WIFI上网模式，对于这样的网络连接方式来说，可以保证平时上网办公、视频会议或者观看网络电视，但对于在线教学来说，WIFI的连接方式始终存在着不稳定因素且速度无法达到有线网络的传输速率。我们应当在开课前全面检测一下网络环境。

第一，使用全千兆且包含2.4G与5G无线发射频段的路由器负责网络设备的数据传输；

第二，将宽带带宽升级到至少200MB或300MB；

第三，将局域网内的网线更换为超五类（建议六类或更高）的网线并确保水晶头连接正确；

第四，确保用于教学的主机是有线上网；

第五，利于测速软件对网络测速，确保下载速率至少达到200MB/每秒，上传速率至少达到20MB至30MB/每秒（推荐更高）。

三、利用OBS提升教学效果

当我们配置好了上述这些设备和环境之后，已经能够满足绝大部分在线教学平台的直播教学。但如果想要实现更丰富的在线直播教学效果，我们需要使用更为专业的直播工具配合教学平台使用。这里笔者推荐OBS（Openg Broadcast Studio）作为直播的主要工具。它是一款开源的免费软件，也是目前网络直播所使用的最主流的软件，前文所列的在线教学平台用以实现在线教学的软件比如屏幕共享等，其内核都源自OBS。在OBS中，我们可以调整直播视频的分辨率、码率以及帧数，还可以根据电脑配置调整视频解码硬件。这些参数直接关系到在线直播教学时的画面效果。如果学生听课时较为卡顿或延迟较高，我们则可以降低这些参数，以在效果和流畅度之间保持一个平衡。我们还可以根据需要选择使用不同的音频硬件，控制不同媒体的声音大小以及效果。这些功能能够让我们使用多台麦克风同时传输音频，也能够在不同的音频流之间切换并控制音量。比如我们在播放视频时，可以暂时关闭麦克风的音频流，尽量保证视频声音的干净清晰，或者我们可以将不同音频流的音量调整到合适的位置，以提供良好的语音和背景音乐的混音。OBS还支持将某个应用程序的窗口单独显示，或将多种媒体文件在屏幕上进行组合。比如我们可以将制作好的图片作为在线教学时的背景图片，也可制作某个窗口的装饰框等。其实，OBS相当于一个导播界面，我们只要深入了解其运作机制和功能，只需一人就可以实现电视转播级的画面效果。

目前，利用OBS在线直播教学的唯一问题在于，除了上述A平台之外，其余大部分在线教学平台没有开放用于直播的串流地址和密钥，这直接导致我们无法使用OBS在这些平台上进行直播。但是经过测试，在A平台上利用OBS在线直播教学效果是好于其他平台的。比如利用OBS在A平台可以实现1080P的高清60帧直播，同时A平台还能够自动录制直播视频并存放于教学资料中以便学生课下观看。而B、C和D平台自带的在线直播功能或屏幕共享功能目前只能提供最高720P分辨率25帧/每秒的画质，并且码率在2000以下，其他参数也不可调。

综上所述，一方面，对于需要在线教学的教师来说，搭建自己的教学设备，学习使用更为专业的直播软件，是提高在线教学质量和效果的重要途径。另一方面，希望各平台能够开放直播串流的地址和密钥，方便教师使用OBS进行直播。