實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程雙向可視輔導(dǎo)系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用

薛勝蘭

(韓山師范學(xué)院　教育技術(shù)系，廣東　潮州　521041)

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實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程雙向可視輔導(dǎo)系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用

薛勝蘭

(韓山師范學(xué)院教育技術(shù)系，廣東潮州521041)

教師的輔導(dǎo)是影響實(shí)驗(yàn)室開放效果的重要因素。該文將實(shí)驗(yàn)室管理通過信息傳輸網(wǎng)絡(luò)與移動終端相融合，構(gòu)建遠(yuǎn)程雙向可視系統(tǒng)，通過智能手機(jī)、PDA等移動終端實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的遠(yuǎn)程可視實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)，對加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)管理、提高開放效益有很大的幫助。同時(shí)結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，在構(gòu)建雙向可視系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的應(yīng)用分析。

實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)；遠(yuǎn)程可視；移動終端；應(yīng)用分析

隨著現(xiàn)代高校對實(shí)驗(yàn)室建設(shè)越來越重視，實(shí)驗(yàn)室的投入不斷增加，實(shí)驗(yàn)設(shè)備得到了持續(xù)的擴(kuò)充和完善，鼓勵(lì)學(xué)生積極參加實(shí)驗(yàn)課程有助于提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，思考能力和解決實(shí)際問題的能力，從而增強(qiáng)學(xué)生的綜合素質(zhì)能力；實(shí)驗(yàn)室里的先進(jìn)設(shè)備也能夠得到更充分的利用和體現(xiàn)高校實(shí)驗(yàn)室存在的綜合價(jià)值；實(shí)驗(yàn)室向?qū)W生全面開放，在條件允許的情況下，還可以進(jìn)一步向社會開放[1]。因此，各類實(shí)驗(yàn)室開放管理必然會得到進(jìn)一步加強(qiáng)。然而，在實(shí)驗(yàn)室開放存在的問題中，缺少教師的有效指導(dǎo)是影響開放效果的重要因素之一[2]。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，非上班時(shí)間安排教師在實(shí)驗(yàn)室值班輔導(dǎo)，比較麻煩。對于實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)，大多數(shù)情況是學(xué)生碰到問題時(shí)，教師給予適當(dāng)?shù)闹更c(diǎn)，沒有必要全程跟蹤。鑒于此，采用先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建一個(gè)教師和實(shí)驗(yàn)學(xué)生之間遠(yuǎn)程溝通的可視化平臺，這樣教師就可以通過智能手機(jī)或其他智能移動設(shè)備實(shí)時(shí)了解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場和幫助有需要的同學(xué)順利完成實(shí)驗(yàn)[3]。遠(yuǎn)程雙向可視化教育平臺的實(shí)現(xiàn)，不僅可以提高開放實(shí)驗(yàn)室的管理效率，而且對改善實(shí)驗(yàn)教師的教學(xué)也很有幫助。

互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)首次載入“十三五”規(guī)劃，得到了廣泛的推廣和普及，遠(yuǎn)程雙向可視化教育平臺的硬件技術(shù)實(shí)現(xiàn)越來越容易，硬件管理或維護(hù)也簡單方便[4]；目前移動寬帶不斷提速，移動視頻數(shù)據(jù)傳輸越來越快，資費(fèi)越來越低，遠(yuǎn)程雙向可視化教育平臺的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)沒有障礙。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，遠(yuǎn)程雙向可視化教育平臺的完成，教師就可以通過智能手機(jī)或其他智能移動終端實(shí)時(shí)了解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場和幫助有需要的同學(xué)順利完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程實(shí)時(shí)顯示在教師的智能手機(jī)等移動終端上；實(shí)驗(yàn)過程自動錄像，教師可以隨時(shí)通過手機(jī)遠(yuǎn)程回放實(shí)驗(yàn)過程，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)、答疑、回放等工作。

1　雙向可視化平臺的結(jié)構(gòu)原理

教師端的智能手機(jī)或iPad等智能移動終端和學(xué)校實(shí)驗(yàn)室里的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是組成遠(yuǎn)程雙向可視化系統(tǒng)的主要部分，雙向可視化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，通過智能終端前置攝像頭實(shí)時(shí)攝錄的教師端畫面和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)拍攝的實(shí)驗(yàn)室圖像經(jīng)過無線通信網(wǎng)絡(luò)，顯示在各自的屏幕上[5]；聲音通過雙方的話筒傳輸，真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程雙向可視化實(shí)時(shí)輔導(dǎo)。

圖1　雙向可視化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1雙向可視化系統(tǒng)通訊

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)具有電機(jī)驅(qū)動云臺、液晶顯示屏、RJ45網(wǎng)絡(luò)接口和Wifi功能，相當(dāng)于微型電腦和攝像頭的結(jié)合體，不僅可以傳輸視頻或音頻信息，而且可以通過內(nèi)部系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，對接收到的視頻或音頻信息進(jìn)行壓縮、存儲或加密處理，甚至可以管理電機(jī)等工作[6]。攝像頭的狀態(tài)可以通過內(nèi)部操作系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，在聯(lián)網(wǎng)成功的狀態(tài)下，集成在系統(tǒng)里的軟件能按照設(shè)置好的程序，啟動靜態(tài)或動態(tài)IP進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，當(dāng)連接網(wǎng)絡(luò)成功后，得到的子網(wǎng)掩碼、IP地址等內(nèi)容將出現(xiàn)在液晶顯示屏上；同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)電話攝像機(jī)等效于一臺服務(wù)器，可以通過互聯(lián)網(wǎng)上傳和接收數(shù)據(jù)。當(dāng)位于教師端的手機(jī)或平板電腦以一定的協(xié)議，通過3G、4G、Wifi等接入互聯(lián)網(wǎng)，接收到來自網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的視頻、語音通過相應(yīng)的移動端應(yīng)用程序，顯示于手機(jī)屏幕上。同時(shí)，移動終端反向發(fā)送數(shù)據(jù)到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)上顯示圖像和語音、控制攝像頭旋轉(zhuǎn)等。

移動智能設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)必須都連接上互聯(lián)網(wǎng)才能進(jìn)行正常通訊，而且要經(jīng)過校園網(wǎng)計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)；然而，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)不可能直接接入校園網(wǎng)，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)無法登錄校內(nèi)網(wǎng)計(jì)費(fèi)平臺。所以，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)需要經(jīng)過路由器接入校內(nèi)網(wǎng)，并且要借助與此路由器相連接的計(jì)算機(jī)登錄計(jì)費(fèi)平臺。要使網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)成功接入外網(wǎng)，需要開通此路由器接入互聯(lián)網(wǎng)的權(quán)限，這樣視頻通話信息才能通過校園網(wǎng)的計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)[7]。

1.2雙向可視化系統(tǒng)的組建

1)雙向可視化系統(tǒng)的硬件安裝。

現(xiàn)階段高校實(shí)驗(yàn)室都配置有校園網(wǎng)接入端口，購買一臺無線路由就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)Wifi信號的全面覆蓋；實(shí)驗(yàn)室中的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)使用Wifi無線接入，只需準(zhǔn)備一些可充鋰電池或常規(guī)電源即可使用[8]。網(wǎng)絡(luò)電話攝像機(jī)需要配備大容量的SD卡，便于儲存拍攝的錄像；網(wǎng)絡(luò)電話攝像機(jī)的分段錄像時(shí)長等常規(guī)設(shè)置，按照說明書進(jìn)行配置即可。

2)雙向可視化軟件安裝。

智能移動終端軟件的安裝需要區(qū)分不同的操作系統(tǒng)，采用Android系統(tǒng)的智能移動終端到Googleplay下載安裝2cuAPP，使用蘋果IOS操作系統(tǒng)的用戶需要到蘋果應(yīng)用商店APPStore下載安裝2cuAPP[9]。2cuAPP是專為智能移動終端設(shè)計(jì)開發(fā)的應(yīng)用軟件，具有視頻攝像和通話等功能。

智能移動終端上運(yùn)行使用2cu軟件之前，必須填寫網(wǎng)絡(luò)電話攝像機(jī)的登錄密碼、3CID號并綁定個(gè)人郵箱和手機(jī)號碼等操作，如圖2手機(jī)管理界面所示，是我校教育技術(shù)學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室在智能手機(jī)上的操作畫面，使用添加“聯(lián)系人”操作，添加已經(jīng)安裝了網(wǎng)絡(luò)電話攝像機(jī)的實(shí)驗(yàn)室，就可以完成對實(shí)驗(yàn)室的遠(yuǎn)程雙向視頻通話、遠(yuǎn)程監(jiān)控和視頻回放等操作。值得注意的是智能移動終端上的2cu程序需要處于運(yùn)行狀態(tài)，否則會因離線而不能與實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)絡(luò)電話攝像機(jī)通訊，解決的方法是將智能移動終端的2cu程序權(quán)限配置為“開機(jī)自啟動”以確保能隨時(shí)聯(lián)通。

圖2　手機(jī)端管理界面

2　雙向可視化系統(tǒng)的應(yīng)用

為了對該系統(tǒng)有更直觀的印象，采用教育電聲技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)實(shí)驗(yàn)為例，對教師遠(yuǎn)程指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)以及遠(yuǎn)程回放實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。教育電聲技術(shù)實(shí)驗(yàn)主要訓(xùn)練以調(diào)音臺為中心組建擴(kuò)音系統(tǒng)、錄音系統(tǒng)及電聲周邊設(shè)備的應(yīng)用，掌握如何應(yīng)用調(diào)音臺組接系統(tǒng)、調(diào)整音質(zhì)、音量，培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力[10]；學(xué)生需要反復(fù)操作才能較好掌握，但是受實(shí)驗(yàn)器材、聲音干擾、場地要求等的限制，一個(gè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通常只能放置一套音響，設(shè)備臺套數(shù)較少，必須應(yīng)用課余時(shí)間，開放實(shí)驗(yàn)室，同學(xué)們分組進(jìn)行反復(fù)的操作、練習(xí)。

2.1雙向可視系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)輔導(dǎo)

舉例，學(xué)生可以使用網(wǎng)絡(luò)電話攝像機(jī)對實(shí)驗(yàn)教師手機(jī)上2cu軟件注冊的ID號進(jìn)行呼叫，并就“電聲系統(tǒng)的組建與調(diào)試”實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)問題進(jìn)行求助，網(wǎng)絡(luò)電話攝像機(jī)的學(xué)生端屏幕上將出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教師的畫面；與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)電話攝像機(jī)的教師端手機(jī)上出現(xiàn)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的圖像，實(shí)現(xiàn)雙方可視化遠(yuǎn)程交流，實(shí)驗(yàn)的過程通過全景或中景顯示在教師端手機(jī)上，以便實(shí)驗(yàn)教師實(shí)時(shí)掌握學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度；學(xué)生實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)可以通過攝像特寫畫面進(jìn)行查看，如圖3所示，畫面清晰。當(dāng)遇到搭建的電聲系統(tǒng)沒聲問題，教師可以借助手機(jī)上顯示的圖像，首先是檢查系統(tǒng)中的播放器、話筒、音響、功率放大器的連接是否有誤；第二步需要逐一仔細(xì)檢查每個(gè)設(shè)備的開關(guān)、按鍵、旋鈕的位置是否正確無誤。實(shí)驗(yàn)教師通過手機(jī)上實(shí)時(shí)顯示的圖像，可以快速地找出問題，同時(shí)給予學(xué)生實(shí)時(shí)幫助。

圖3　手機(jī)端顯示畫面的清晰度

結(jié)合實(shí)際情況，如果要讓實(shí)驗(yàn)教師的智能手機(jī)上清晰地觀察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，遠(yuǎn)程雙向可視化系統(tǒng)中的攝像機(jī)攝錄的畫面非常關(guān)鍵，需要注意以下4點(diǎn)。

1)移動智能終端需要配置前置攝像頭，把教師端的畫面展現(xiàn)給學(xué)生，真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程雙向可視。

2)為了方便拍攝到教師端想觀察的畫面且便于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)移動，適合在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)可視電話攝像機(jī)，最好內(nèi)置可充鋰電池、無線網(wǎng)絡(luò)通信(wifi)，沒有網(wǎng)線、電源線的束縛，方便在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)移動，有利于攝錄到教師端需要的畫面。

3)最好配備可以移動的三腳架，有利于網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)平穩(wěn)地移動；實(shí)驗(yàn)過程中，教師需要結(jié)合實(shí)際情況調(diào)整網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的位置以拍攝到教師端所需要的畫面，有利于指導(dǎo)和觀察學(xué)生實(shí)驗(yàn)。

4)為了保證教師端圖像的清晰度，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)應(yīng)光線充足，攝像機(jī)應(yīng)順光方向放置、避免逆光。

2.2遠(yuǎn)程回放實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢

單擊圖2中的“回放”按鈕，按保存日期排序的視頻文件一覽無遺，我們可以按需點(diǎn)擊播放。攝像機(jī)配備有大容量內(nèi)存或硬盤，可以隨身攜帶，方便教師在工作之余或是其他閑暇的碎片時(shí)間觀看學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程，同時(shí)留意學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的不良操作或習(xí)慣。在本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，教師通過回放實(shí)驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)，有些學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中有扳動接插件和拉扯電線等平常實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不太留意的問題；而且，方便實(shí)驗(yàn)教師收集某些典型的實(shí)驗(yàn)視頻到課堂上重新播放，擁有良好的示范效果和說服力，對今后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也有非常強(qiáng)的示范作用。

2.3實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控主要有兩大優(yōu)點(diǎn)，一是方便實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)或教師實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室管理。領(lǐng)導(dǎo)或教師能夠把自己所管轄的實(shí)驗(yàn)室集中放到手機(jī)上管理，每個(gè)實(shí)驗(yàn)室配備攝像頭后，攝像視頻的回放、與實(shí)驗(yàn)室管理員的對話、實(shí)驗(yàn)室的實(shí)時(shí)監(jiān)控等，僅需要單擊智能手機(jī)顯示屏上的相關(guān)按鈕就能實(shí)現(xiàn)；二是培養(yǎng)學(xué)生良好的工作習(xí)慣。實(shí)驗(yàn)學(xué)生的出勤情況、實(shí)驗(yàn)過程中的工作態(tài)度、完成實(shí)驗(yàn)后的實(shí)驗(yàn)儀器整理、耗材的處理、離開實(shí)驗(yàn)室時(shí)，門窗和電源是否關(guān)閉等各種細(xì)節(jié)都盡在掌握中，有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的工作習(xí)慣。教師的智能手機(jī)端能夠遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)觀察學(xué)生實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過滑動手機(jī)屏幕實(shí)現(xiàn)控制鏡頭的可以上下左右旋轉(zhuǎn)，相當(dāng)于擁有傳統(tǒng)云臺的功能，手機(jī)能夠遠(yuǎn)程拍攝學(xué)生實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場的照片，儲存到手機(jī)上，方便日后實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用。

3　結(jié)束語

實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程雙向可視化輔導(dǎo)系統(tǒng)，教師可以通過手機(jī)等智能移動終端實(shí)時(shí)掌握學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，而且可以進(jìn)行遠(yuǎn)程可視化實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)。在各種不同品牌手機(jī)，在3G、4G或Wifi等各種信號傳輸通道，正常信號強(qiáng)度下，輔導(dǎo)過程表現(xiàn)畫面清晰，語音流暢，學(xué)生與教師的互動、可視化遠(yuǎn)程輔導(dǎo)的實(shí)際效果良好，有利于提升實(shí)驗(yàn)室的使用效率、減緩實(shí)驗(yàn)教師的工作強(qiáng)度。

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Construction and Application of Long Distance Two-way Visible Guiding System in the Laboratory

XUE Shenglan

(DepartmentofEducationalTechnology，HanshanNormalCollege，Chaozhou521041，China)

Teacher’sguidanceisoneofthefactorsaffectingtheeffectoflaboratoryopen.Weconstructlongdistancetwo-wayvisiblesystemtocarryoutthelaboratorymanagementcombinedwithinformationtransmissionnetworkandmobileterminal.Teacherscanremotevisuallyguidestudentsusingsmartmobilephone，PDAandothermobileterminalstoatanytimeandanyplace.Itisusefultostrengthenlaboratorymanagementandimproveopenbenefit.Combinedwithpracticalapplication，onecancarryouttheapplicationanalysisofexperimentscounselingbasedontheconstructionoftwo-wayvideosystem.

experimentsguidance；remotevisualization；mobileterminals；applicationanalysis

2015-03-11；修改日期: 2015-05-11

教育部2013年度人文社會科學(xué)研究規(guī)劃青年基金課題——移動學(xué)習(xí)教學(xué)游戲積件的設(shè)計(jì)與開發(fā)研究(13YJC880056)。

薛勝蘭(1973-)，男，碩士，高級實(shí)驗(yàn)師，主要從事校園信息化環(huán)境、教育科學(xué)相關(guān)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理方面的研究。

G482

Bdoi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.04.063