流媒體技術(shù)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用

黃偉源

摘 要 將目前流行的流媒體技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)的實驗教學(xué)當(dāng)中，討論了如何通過借助流媒體技術(shù)來提高實驗教學(xué)在課堂和課后的效果，從而激發(fā)學(xué)生對實驗教學(xué)的興趣與積極性。

關(guān)鍵詞 流媒體技術(shù) 實驗教學(xué) 應(yīng)用

中圖分類號：G71 文獻標(biāo)識碼：A

1傳統(tǒng)實驗教學(xué)存在的問題

實驗教學(xué)要求，不僅要學(xué)生理解實驗的原理，還要培養(yǎng)學(xué)生實驗操作動手能力，觀察檢測能力、數(shù)據(jù)處理能力、獨立思考能力、分析問題和解決問題的能力。

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)，在實驗課開展之前，先由老師講授實驗過程中涉及到的原理，然后再通過老師的實驗演示來介紹具體的實驗操作過程和步驟，以及在實驗過程中需注意的事項，最后讓學(xué)生自己完成課程所設(shè)置的實驗。

為了使課堂的授課達到最佳的效果，老師會要求學(xué)生上課前對實驗的課程進行預(yù)習(xí)。然而對于一些比較復(fù)雜和大型的實驗，僅僅通過在課堂上老師的一次演示，學(xué)生未必能夠掌握和理解實驗的全部內(nèi)容。往往需要在課堂上或課后通過自己的動手操作，一步一步地慢慢理解和體會才能掌握實驗的內(nèi)容。

但學(xué)生在自己動手做實驗的過程中，往往由于對老師的實驗授課內(nèi)容理解不夠透切，或者上課時學(xué)生所處的課堂位置，角度和上課遲到等方面的原因，不能及時和完全看清楚老師的實驗演示。從而使自己在獨立操作中不能完成整個實驗過程。在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)上，同學(xué)們可以對實驗過程中遇到的問題向老師請教。老師也會對同學(xué)的問題作出詳細的解答。但由于課堂時間有限，不可能很快對每個同學(xué)的問題都作出詳細解答，對于那些不能作出及時解答的同學(xué)，實驗就會顯得無從下手。這樣就會使得課堂的實驗效果不高。同樣在課后，對于沒有完全理解老師授課實驗內(nèi)容的學(xué)生，想通過在課后溫習(xí)上課的實驗，更是無法進行。

2流媒體技術(shù)

流媒體技術(shù)就是把采集的視頻和音頻信息，經(jīng)過編碼，壓縮處理后傳送到專用的流式服務(wù)器上，流式服務(wù)器可以采用RealNetworks公司的Helix Server或者微軟的windows media services進行搭建。當(dāng)用戶需要請求流式服務(wù)器中的音視頻時，首先用戶的Web瀏覽器向Web服務(wù)器通過使用HTTP/TCP協(xié)議請求元文件，元文件包含了多媒體文件的相關(guān)信息如URL，編碼類型等。然后Web瀏覽器將元文件傳送到媒體播放器，媒體播放器接收到元文件后，就可以與流媒體服務(wù)器對多媒體文件進行請求與發(fā)送，在發(fā)送過程中，使用RTP/RTSP等實時交互應(yīng)用協(xié)議，將多媒體文件傳輸?shù)娇蛻舳?，這樣用戶不僅能供實時觀看，還可以一邊下載一邊觀看、收聽，過程不需要等待整個多媒體文件存儲到自己的計算機上才可以觀看。流媒體技術(shù)分為流式存儲音頻、視頻，流式實況音頻、視頻和實時交互音頻、視頻。該技術(shù)對時延非常敏感，但容忍偶爾的丟包。下圖為流媒體傳輸過程。

3流媒體技術(shù)應(yīng)用到實驗教學(xué)

根據(jù)傳統(tǒng)的實驗教學(xué)的不足，可以利用流媒體技術(shù)的優(yōu)勢與特點，將流媒體技術(shù)應(yīng)用到實際的實驗教學(xué)過程中，來提高學(xué)生的實驗學(xué)習(xí)效果。

實際的實驗教學(xué)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是一個局域網(wǎng)，且局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都在一個網(wǎng)段內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)傳輸不需要進行路由和穿越防火墻，傳輸?shù)臅r延將非常小，能大大滿足對流媒體應(yīng)用的要求。

3.1流式實時教學(xué)音頻和視頻的實現(xiàn)

在實驗教學(xué)過程中，由于每個學(xué)生在課室中坐的角度和位置的不同，或者由于有些學(xué)生遲到而不能及時趕到課堂上，從而導(dǎo)致并不是所有的學(xué)生都能清晰地觀察到老師的實驗全部操作過程。一般老師通過在教師機的實驗演示，例如，軟件實驗的具體的軟件操作，代碼的編寫，都通過在教師上運行并通過投影機顯示給學(xué)生看，但如果投影機的效果不好，又或者坐的靠后，就會使得學(xué)生對演示的實驗或授課的內(nèi)容接受不夠清晰。為了解決上述問題可以借助流媒體技術(shù)，使得學(xué)生能從教室的不同位置都能清晰地接收授課內(nèi)容，同時也能解決因為遲到而不能及時上課的學(xué)生，能借助移動終端通過移動互聯(lián)網(wǎng)登錄到流媒體服務(wù)器及時接收老師上課的內(nèi)容，從而避免了因遲到而影響后續(xù)的上課效果。首先，可以通過音頻和視頻的采集卡，將老師正在演示的實驗進行采集，對于使用具體儀器進行演示的實驗，可采用攝像機進行采集。然后將采集后的音視頻，通過編碼器進行編碼，并進行壓縮后，傳輸并存儲到流媒體服務(wù)器上。這樣學(xué)生就可以使用學(xué)生機或者移動設(shè)備的媒體播放器如Readplayer，windows media player 通過網(wǎng)絡(luò)與流媒體服務(wù)器，使用RTP/RTCP協(xié)議進行多媒體交互，可以將老師的授課內(nèi)容實時傳到學(xué)生端，由于進行流式實況音視頻傳輸，從流式服務(wù)器傳到學(xué)生端媒體播放器的音視頻，不需在學(xué)生端進行存儲即可播放，實時的教學(xué)內(nèi)容同時向很多接收相同的音視頻的學(xué)生端分發(fā)，這里采用通過應(yīng)用層多播，或通過多個獨立服務(wù)器到學(xué)生端的單播流實現(xiàn)。這樣，在課堂進行演示實驗教學(xué)時，學(xué)生除了通過投影機看到實驗過程，還可以通過學(xué)生端的媒體播放器實時接收到授課內(nèi)容。由于局域網(wǎng)時延小，實況的多媒體接收效果非常好。

3.2存儲教學(xué)多媒體

在課后，學(xué)生在實驗室要對上課的實驗內(nèi)容進行復(fù)習(xí)和獨立操作。傳統(tǒng)的做法，是通過書本或老師提供的ppt實驗教材進行。但如果對老師上課的內(nèi)容沒有理解透切，通過自己單獨看書，復(fù)習(xí)的效果并不好，可能花很長的時間也不能把問題解決。如果能將授課的音視頻內(nèi)容進行重現(xiàn)，學(xué)生就可以對在課堂上不能立即理解的內(nèi)容，通過多次和反復(fù)的觀看授課的多媒體內(nèi)容，進行學(xué)習(xí)和理解，這樣達到的學(xué)習(xí)效果，會事半功倍。為了達到這樣的效果，可以將老師在課堂上的授課內(nèi)容進行錄制，采集，編碼，壓縮存儲到流媒體服務(wù)器。課后，學(xué)生就可以利用自己的終端通過媒體播放器從流式服務(wù)器上請求和搜索上課的音視頻多媒體文件，此時音視頻就可以經(jīng)HTTP/TCP協(xié)議傳輸，并利用實時流協(xié)議（RTSP）來交換播放控制信息，學(xué)生端的媒體播放器就可以播放課堂上老師的授課音視頻內(nèi)容，學(xué)生可以根據(jù)自己對實驗課程的理解程度，對多媒體進行播放、暫停、倒退、前進等操作。學(xué)生端進行的是一邊下載一邊觀看、收聽，相比于流式實況的音視頻，可以容忍的時延相對寬松，這樣，學(xué)生不僅可以在校內(nèi)的局域網(wǎng)進行，還可以在外網(wǎng)進行，如在家里，或者通過移動設(shè)備進行。

3.3流式交互音頻和視頻

同樣在課后，對于上課的內(nèi)容和老師課后布置的作業(yè)，學(xué)生通過看課本，ppt和老師上課視頻仍不能理解，這就需要與老師進行實時的交換互動，網(wǎng)上在線答疑。可以利用微軟的Netmeeting，Skype等實時交互產(chǎn)品，可以不受地點的限制，實現(xiàn)學(xué)生與老師的實時交流，當(dāng)學(xué)生在自己復(fù)習(xí)遇到問題時，可以實時在線呼叫老師，并把遇到的問題請教老師，同時老師也可以進行實時的在線解答。

在提供多媒體內(nèi)容方面，除了提供實時教學(xué)視頻外，老師還可以制作生動的課件，來進行輔助教學(xué)，使教學(xué)內(nèi)容更加豐富，從而激發(fā)學(xué)生對實驗的興趣，對培養(yǎng)他們的操作動手，觀察檢測、獨立思考能力，提供很大的幫助。流媒體技術(shù)可以貫穿整個實驗教學(xué)過程，包括課堂的教學(xué)，課后的復(fù)習(xí)與答疑，使學(xué)生能隨時獲取教學(xué)信息，從而提高了實驗教學(xué)的效率。

參考文獻

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