录播教室学生分组训练视频展示系统设计与应用

张有坤 赵健民 张欣怡

摘  要 以全国职业院校教学能力比赛课程录制为例，基于还教学于真实课堂、“一镜到底”单机位拍摄的要求，学生分组训练场景在录课视频中无法呈现。该系统在录课时可以将学生分组训练场景在视频中很好地展现出来，同时利于授课教师获得区域反馈、利于学生互相观摩学习。该系统可安装于录播教室，也可拓展应用于其他教学实训室等场景。

關键词 职业院校;教学能力;录播教室;分组训练视频展示系统;黑板一体机;实训室

中图分类号：G434    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）18-0014-04

1  背景

随着我国教育的深度发展，精品课程建设的推广、计算机多媒体及网络新技术的发展，大力推动了教学手段的现代化进程。目前，录播教室已成为各中小学校、高校的基本建设项目，得到普及应用。全国职业院校技能大赛教学能力比赛坚持“以赛促教、以赛促学、以赛促改、以赛促建”，全力提升新时代职业院校教师教书育人能力素养，有力促进了职业教育改革发展。

2  系统设计

2.1  赛课录制的技术要求

2018年开始，教学能力比赛为了正本清源，还教学于真实课堂，对课堂教学实录视频提出一个机位一镜到底录制的要求。具体描述：课堂实录视频须采用单机方式全程连续录制（不得使用摇臂、无人机、虚拟演播系统、临时拼接大型LED显示屏等脱离课堂教学实际、片面追求拍摄效果、费用昂贵的录制手段），不允许另行剪辑及配音……[1]

课堂实录杜绝“为赛而赛”的做法。

2.2  课堂呈现需求

多数高校参赛教学课程选择在录播教室录制。但参赛课程不能采用多机位录制，且录播教室的固定机位灵活性无法满足录制要求，只能作为录制课程的授课现场。课堂教学的录制需要改为人工单机位拍摄。

怀化师范高等专科学校参赛的实用美术课程“传承民间工艺美术  厚植乡村教师情怀——传统手工制作”经历省赛和国赛选拔赛后获得国赛参赛资格。为进一步提高参赛课程质量，省厅派专家指导组对授课团队提出：要对课程进行重构设计，学生人数需增加到正常课堂的30多人，教学视频需要对课堂及学生分组训练情况进行真实呈现。

一个摄像机位在教室后面拍摄，对教师的授课情况可以展现，但30多名学生在画面中呈现的是“黑压压的一片后脑勺”。摄制时更无法调度摄像机位去拍摄学生分组练习与训练情况，因此，分组学习效果无法及时、直观地在录课视频中展现出来。经过与授课团队分析、讨论，有必要在录播教室安装一套用于呈现课堂学生分组训练情况的视频展示系统，才能更好地保障课堂录制效果。

2.3  系统设计思路

由于录制的课程设计了四个小组进行分组训练，就需要在录播教室吊装四个摄像头分别拍摄四个小组的学习情况，由黑板一体机将训练情况显示出来。一方面，录课的摄像机可以对黑板上多媒体一体机进行拍摄，一体机上展现的各小组训练情况画面自然进入录课摄像机的镜头，从而达到呈现学生分组训练情况的效果;另一方面，小组训练的画面展现在黑板一体机上，可供授课教师及时获得各小组训练的反馈，学生也可以观摩其他各小组的训练情况，互相学习。这一思路得到授课团队的积极认同，也得到省派指导专家团队的高度肯定。

2.4  对比研究不同的解决方案

经过市场考察、征询厂商意见、研究类似应用，提出两个初步设计方案。

2.4.1  基于移动录播主机方案设计的分组视频展示系统（厂家推荐解决方案）  信息技术中心分别向有录播教室设计、建设经验的厂商提出需求意向，征询具体的解决方案。有三家厂商报送了已应用于智慧教室的基于微课制作或移动录播主机系统设计的解决方案，即将摄像头接入移动录播主机，与电脑联网，输出视频经HDMI数据线接入黑板一体机上进行显示，供教师、学生观看，供录课摄像机拍摄录入课堂视频。教师通过讲台上的电脑用软件控制切换展示画面，必要时后台技术员也可以用后台电脑协助授课教师控制，如图1所示。经过分析，发现该方案视频质量很好，能够达到拍摄所需效果;但授课教师必须使用讲台电脑通过软件进行操控，在教学实践中操控体验不好，视频有延时，且费用昂贵。

2.4.2  基于类监控系统方案设计的分组训练视频展示系统  学校电子钢琴实训教室有基于类监控系统设计，用于展示教师钢琴指法教学及展示学生钢琴指法训练的系统，即由N路摄像头接入监控录像机，直接使用鼠标控制硬盘录像机切换视频，通过云台控制器控制云台及变焦操作，录像机输出视频由HDMI数据线连接到黑板一体机向学生展示指法练习。经过改造设计，也可以应用于录播教室，实现分组展示训练的效果，如图2所示。经对比分析，发现该方案简单，可接入摄像头数量多，视频低延时，造价低，在一些职业院校的烹饪实训室也有类似应用;但教师必须在讲台上用鼠标操控，操控体验也不理想，且视频质量一般，比较适合对视频质量要求不高的场景。

2.5  基于画面分割器设计的录播室学生分组训练视频展示系统

在详细分析初步解决方案，了解功能与设备构成，查阅技术性能、支持协议等参数后，根据教师实际授课体验需求，设计更实用的基于画面分割器的录播教室学生分组训练视频展示系统方案，如图3所示。基于画面分割器设计的录播教室学生分组训练视频展示系统由21倍变焦云台摄像头、遥控HDMI数字画面分割器、黑板一体机、交换机、后台控制电脑、配套网线、HDMI线材等组成。

画面分割器采用红外遥控器操控，可对视频进行硬件切换，实现全部或单独显示其中任一路画面的视频展示;采用HDMI高清数字线H.264编码传输。系统由教师端、技术员端两个部分组成。

1）教师端（前台），由摄像头—画面分割器—黑板一体机组成，全HDMI高清数字链路组网，H.264编码视频无转换传输，画面分割器硬件切换视频。教师通过红外遥控器控制视频切换展示小组活动，有需要时也可通过摄像头遥控器控制变焦、云台。

2）技术员端（后台），由摄像头—交换机—后台控制电脑组成，由交换机通过网线组网。必要时技术员可以在后台监看，通过后台电脑协助教师进行变焦、云台等控制。

3  系统安装与应用

3.1  基于录播教室的安装

基于本次课程录制分为四个小组的教学需要，制作视频展示系统采用四路画面分割器，对四个小组的分组训练进行同时或单独展示，称为四机位系统。根据实际需要可以采用N路分割器，实现N机位系统的拓展。

录播教室一般为扣板吊顶装修，摄像头吊装在扣板下方;画面分割器、交换机、电源、线材均隐藏安装于扣板上方。教师端由画面分割器的视频输出通过HDMI线接入黑板一体机显示;技术员端的交换机引出一根网线接入录播教室后方的观摩教室的后台控制电脑实现监看及控制，安装图如图4所示。

考慮到实际课堂教学中学生分组位置的不确定性，摄像头吊装位置设计为可移动机位，即吊装在经过加固的单独扣板上，根据教学分组需要，更换活动扣板位置即可改变摄像头机位。画面分割器安装在教室讲台附近上方扣板上，有利于实现授课教师遥控操作。

用于展示的一体机可以利用原黑板一体机，将画面分割器的HDMI输出接入一体机相应接口;也可以单独增加一块显示屏（怀化师范高等专科学校国赛课程录制基于信息化教学内容较多，采用增加一块75英寸一体机的办法）。

后台控制电脑可以利用原录播室的控制电脑，安装摄像头自带的操控软件，实现对摄像头变焦、云台等控制（亦可取消交换机和后台电脑，采用多路硬盘录像机组网并操控，接入一台显示器监看）。

3.2  视频展示系统的使用

基于画面分割器设计的学生分组训练视频展示系统安装在录播室。授课时，教师可使用遥控器在讲台附近遥控切换，实现多路、单路小组视频展示的目的。摄像头云台、变焦一般在课前由后台或教师端遥控调试好，教师在授课过程中若需要临时调整，可通过遥控器进行操控，必要时也可由技术员在后台协助控制操作。

3.3  真实呈现课堂

学生分组训练视频展示系统，在一镜到底的课堂摄制要求下，能更好地将学生分组练习、训练的场景呈现出来，更为真实地对课堂录制效果进行表达。在授课时通过系统对分组训练情况的展示，授课教师、学生可以了解分组训练的情况，在教学中可以建立及时的区域反馈，利于及时评价，在一定程度上丰富、创新了课堂互动，为教学监测提供了新思路及技术保障。

经过十多位教师长达半年的授课实践检验，系统操作便捷、画面高质量且视觉体验无延时，受到他们的高度评价。本系统应用于录制参赛的实用美术课程“传承民间工艺美术  厚植乡村教师情怀——传统手工制作”课堂教学视频录制，参加2020年全国职业院校技能大赛教学能力比赛，获得高职组全国一等奖。

4  技术特点

4.1  画面分割器硬件切换，高画质高可靠传输，视觉体验好

教师端从摄像头到画面分割器再到黑板一体机，采用HDMI高清数字链路组网，H.264编码视频无转码传输，实现高码流高画质实时传输，视觉体验无延时，具有稳定、高可靠性。

4.2  通过红外遥控控制，操控便捷、切换灵活，教师操控体验好

授课教师切换画面采用红外遥控控制，实现多路视频展示、单路视频（单独任意一组）展示。教师切换自由，使用简便，在讲台上、讲台下均可实现无线操控。

4.3  前台与后台可独立操控，实现应急互补

前台教师端HDMI高清数字链路传输、遥控操作，后台控制端采用交换机组网传输与控制（支持通用控制协议），互相独立，在教学过程中可满足独立操控、应急互补的需要。

5  结语

目前，录播教室已经普及到中职、高职、高校，县级、部分乡镇级的中小学校。分组训练视频展示系统在展示课堂教学分组学习情况方面效果突出，提高了课堂效率，可在巨量的录播教室中推广应用，新建录播室可将之设置为配套子系统或进行模块化配置。职业院校、高校有更多的各种实训系统，均可安装学生分组训练视频展示系统，如中职学校、高职院校的汽修实训室、烹饪实训室等有学生分组实训的场景均可安装。■

参考文献

[1]关于举办2020年全国职业院校技能大赛教学能力比赛

的通知[EB/OL].[2020-08-13].http：//www.moe.gov.cn/s78/

A07/A07_sjhj/202008/t20200814_478105.html.

[2]T/JYBZ 002—2018.教育用音视频录播系统[S].北京：中国教育装备行业协会，2018.