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李金恒:智慧教育云系統與遠程教育的高質量發展規劃評論

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李金恒:智慧教育云系統與遠程教育的高質量發展規劃評論

【首席規劃評論】

遠程教育系統,完善的課件功能,同步數據錄制,好視通遠程教育系統,高品質教學溝通體驗,好視通云課堂軟件,大容量并發。線上線下一體化綜合教學平臺,可以很方便的生成、發布、分析在線課程,也可以同其他平臺進行深度集成整合(例如:與門戶平臺進行整合)主要功能點包括:課程制作、課程管理、課程展示、課程分析、教學管理、在線學習、系統管理等,受教育者可隨時隨地選擇任意篇章步調進行學習,真正做到從教育者的角度出發。建設智慧教育城市,所包括的是一系列教育場景的深刻變化。包括課堂教學、學生學習、學校管理等等,其核心是運用技術手段,實現個性化學習。傳統教育中,以教材、教師、課堂為中心,通過統一的標準來進行知識的傳遞。這對于純粹的陳述性知識的傳授有一定效果,但對培養學生運用知識的能力卻收效甚微。

把“遠程教育的高質量發展”作為教育的生命線,實現教育以學生為中心,堅持回歸常識、回歸本分、回歸初心、回歸夢想,深化基礎教育人才培養模式改革。把質量作為教育的生命線,實現教育以學生為中心,堅持回歸常識、回歸本分、回歸初心、回歸夢想,深化基礎教育人才培養模式改革。研究發現,大國智慧教育研究主要圍繞智慧教育的技術支撐與理論探討、智慧教育發展的宏觀與微觀兩條主線及智慧學習需求研究、新背景下的智慧教育理論研究、智慧校園生態研究、智慧教學模式研究、智慧教育技術支撐環境研究等主題。未來應主要集中在智慧教育理論應用于實踐的研究、智慧教育關鍵技術支撐環境的研究、智慧學習資源與智慧教學模式的開發應用研究、智慧教育生態觀研究四個方面。從而探討遠程教育的本質,將試圖了解遠程教育的特性和潛力;另一方面,通過分析那些可以用來檢驗假設的理論,進而探討理論的建立。

技術總是不斷向前發展的,未來是否有新的技術超越智能化技術,如果真的有那么一種新技術產生,就自然會有新的名詞取代智慧教育。技術與教育教學整合的關鍵不在于把技術作為學習對象或傳遞知識的工具,而關鍵在于促進學習者將技術作為認知工具和認知伙伴去解決真實情境中的問題。智慧教育作為一個新興提出的概念,在具體實踐的過程中,到底有沒有被真正地貫徹該理念的本質,其中不乏很多學校或企業的盲目跟風和模仿現象,市場上百花齊放的教育培訓機構,致力于為智慧教育提供從硬件設備到軟件設施的全套解決方案,這些線上網站在某種程度上彌補了教育市場的一些空白,為智慧教育的發展提供了更多的想象空間和發展空間,但這些新形式的教學效果仍需研究。《方極規劃評論》-2019規劃評論第208期《智慧教育云平臺解決方案》。

【核心思想】

本文通過構建智慧教育云平臺,從平臺搭建、軟件設備、硬件設備、各平臺主要功能等方面闡述了智慧教育云平臺的工作原理、實現目標及實施路徑,為構建智慧遠程教育系統提供了一定的參考。

【規劃評論】

1、優點

文章在傳統的基于互聯網、大數據的技術下,闡述了構建智慧教育云服務平臺的基本解決方案以及功能,為構建遠程教育新系統提供了思路,值得借鑒。

2、缺點

該智慧遠程教育系統不能追溯和認證,應該利用區塊鏈技術來解決遠程教育的可追溯的問題和通證的問題。

【規劃借鑒】

區塊鏈技術在教育領域的應用可結合參考區塊鏈在金融領域的應用,因為最早發展是在金融領域,相對來說起步較早,某些方面技術是比較成熟的,在數字貨幣、跨境支付、供應鏈金融與證券交易的應用都可以借鑒。

【正文內容】

1、規劃研究背景

當前云計算、大數據、物聯網、移動計算等新技術逐步廣泛應用,經濟社會各行業信息化步伐不斷加快,社會整體信息化程度不斷加深,信息技術對教育的革命性影響日趨明顯。“十三五”期間,全面提升教育質量、在更高層次上促進教育公平、加快推進教育現代化進程等重要任務對教育信息化提出了更高要求,也為教育信息化提供了更為廣闊的發展空間。

高校普教在網絡基礎設施、信息系統建設方面都有了大的發展。學校良好的網絡環境使得校園網絡應用系統和用戶都達到了相當的規模,信息化教學的應用不斷拓展和深入,教育管理信息化初見成效。

網絡遠程教育穩步發展,為構建終身學習體系發揮了重要作用。教育信息化對于促進教育公平、提高教育質量、創新教育模式的支撐和帶動作用初步顯現。

2、需求分析

2.1國家標準:

GB/T 15839-1995《64~1920kbit/s會議電視系統進網技術要求》

GB/T 28181-2016《公共安全視頻監控聯網系統信息傳輸、交換、控制技術要求》

2.2系統框架協議:

ITU-T H.264:關于高壓縮比通信的視頻編解碼

IETFSIP:IP網絡上進行多媒體通信的應用層控制協議

2.3網絡傳輸協議

TCP/IP:傳輸控制協議/網間協議

FTP:用于在網絡上進行文件傳輸的一套標準協議

2.4音視頻系統技術標準

GYJ25-86《中華人民共和國廣播電影電視部廳堂擴聲系統特性指標》

GB/T15381-94《會議系統電及音頻性能要求》

GBJ42-81《中國工業企業通信設計規范》

3、智慧教育設計方案

3.1方案說明

1、智慧教育云平臺包括了音視頻控制子系統、音視頻處理子系統、云直播子系統、網管子系統、軟件系統,基于純IP網絡通信和互聯互通;

其中音視頻控制子系統支持雙機熱備份倒換以確保系統可靠性;

音視頻云處理子系統支持視頻監控、視頻會議、公共廣播、電子班牌等視音頻子系統的融合,支持動態增減模塊和自動負載均衡等特性;

云直播子系統則實現大容量并發點播直播業務;

設備網管子系統基于IP內網進行全網硬件設備的統一遠程網管;

軟件集成子系統則實現現網軟件系統的統一登錄、統一界面操作集成,例如一卡通、考試管理等等子系統;

2、智慧教育云平臺中各子系統,配合智慧教室終端WE、視頻監控設備以及各種視音頻外設,可以實現基本的本地教學擴聲、遠程互動教學、多媒體智能控制、在線課堂、在線評課、遠程巡課、多媒體廣播等等基本業務;

3、整體方案可選配置多媒體錄播設備、分布式交互接口機(視頻/音頻/控制)、數字音頻處理設備,部署在會議室、報告廳等其他房間,實現全校視音頻業務統一融合和調度。

4、智慧教室終端WE,是一個多功能的、一體化的高集成度設備,支持[email protected]高清視頻和寬頻語音編解碼,部署在各個教室,內置音頻處理器、數字功放、視頻矩陣、視音頻編解碼器、中控主機、時序電源模塊,從而作為本地教學擴聲、教室設備智能控制、遠程互動教學、遠程教學研討、常態化錄播、多媒體廣播、考試聽力播放、遠程巡課、遠程巡考等業務的終端。

智慧教育云平臺業務平臺

3.2智慧教育云平臺功能

3.2.1分級分權管理

智慧教育的功能以組織結構為主線,劃分出不同的組織/層級結構(二級),每個組織結構內配置獨立的智慧教育系統,上級可以管理下級,下級無法管理上級,但是可以各級自行管理轄區內的全部設備。

系統支持多權限管理,可分多個級別,如管理員,操作員、服務人員等,不同權限的用戶可管理不同設備。

3.2.2中心控制服務器熱備份

區塊鏈中的數據信息全部存儲在帶有時間戳的鏈式區塊結構里,具有極強的可追溯性和可驗證性。區塊鏈中任意兩個區塊間都通過密碼學方法相關聯,可以追溯到任何一個區塊的數據信息。

說明:

中心控制服務器支持主備倒換

虛擬IP實現倒換期間用戶無感知

3.2.3媒體管理云平臺

區塊鏈是建立信任關系的新技術,這種信任依賴于算法的自我約束,任何惡意欺騙系統的行為都會遭到其他節點的排斥和抑制。區塊鏈技術具有開源、透明的特性,系統參與者能夠知曉系統的運作規則和數據內容,任意節點間的數據交換通過數字簽名技術進行驗證,按照系統既定的規則運行,保證數據信息具有較高的可信度,降低了系統的信任風險。

 

監控攝像機和監控平臺管理

3.2.4系統可靠性設計

1、產品成熟

智慧教育云平臺采用電信級產品設計原理,經過了眾多用戶的使用和實際檢驗,產品已經非常成熟和可靠。

2、系統架構穩定

智慧教育云平臺核心硬件MCU平臺,為一體化硬件結構,采用的是嵌入式操作系統,基本不受黑客和病毒的侵擾,系統可以保證高效穩定工作。MCU的MTBF高達10萬小時,對工作條件和工作環境要求較低,具有電信級穩定性,支持7*24小時不間斷運行。

系統達到白金級效率,支持熱插拔冗余電源和存儲設備,并自帶容錯風扇。架構可靠而且靈活

內部為基于IP網絡的分布式交互架構,信令與媒體流分離;任意節點故障,不影響整個系統;節點與應用,可以隨時增減;

3、控制服務器熱備份

智慧教育的中心控制平臺,由2臺中心控制服務器MCU組成,該套可系統采用成熟的主備倒換技術,當主用服務器出現故障時,實現秒級業務倒換到備用服務器,因為信令與媒體流分離,因此全網終端側根本不會感覺到切換過程。這樣大大提高了整個系統穩定性,特別適合對穩定性要求比較高的應用。云平臺實現智能負載均衡以及實時備份。

智慧教育媒體云平臺,由多個媒體服務器MCU設備組成資源池,任何一個MCU出現故障后,均能夠按照事先制定好的備份策略去選擇最合適的MCU設備進行備份,實現音視頻媒體的自動備份。

整個過程無需最終用戶干預,短時間內自動恢復;另外,管理員用戶調度音視頻業務時不感知具體哪個媒體服務器MCU,系統自動計算負荷情況、智能分配媒體端口資源;即整個系統達到PAAS層級的云計算技術效果,管理員和用戶只關心應用程序和數據,無需關心底層操作系統和數據庫實現,采用M-Designer編程,即可針對用戶快速定制智慧教育控制臺應用。

智慧教室終端WE基于嵌入式操作系統開發,采用電信級ATCA架構保證穩定性和可擴展性,支持熱插拔,選用工業級高速連接器實現內部通信,采用8層PCB電路板工藝以減少信號干擾、內部一體化單板無飛線的高可靠性設計,確保了超強的穩定性,支持7*24小時不間斷工作。

4、系統主要功能

4.1智慧教育應用

4.1.1本地教學擴聲

智慧教室部署WE、吊頂MIC(教學區)和擴聲音箱,可選無線MIC(聽課區),實現本地的教學擴聲,確保教室內前排和后排的學生都能清晰聽到老師的講課聲音。

WE內置3路3.81mm鳳凰端子輸入,兼容平衡式話筒輸入或者線路輸入,其中支持對平衡是話筒幻象供電,滿足教室的2路指向性麥克風采集教師的聲音,同時支持外接無線麥克風采集學生的現場問答聲音。內置2路3.5mm接口輸入,1路接入固定的教學PC或者互動白板立體聲輸入,同時支持1路講桌的多媒體插座立體聲輸入,方便靈活可外接臨時播放設備,例如:筆記本電腦、DVD、手機等等。

內置2路[email protected]歐姆的數字功放,可直接輸出到教室擴聲音箱。內置2路3.81mm鳳凰端子輸出,可選外接擴展的數字功放、音頻處理器、外置錄音機或者錄像機等等設備。

內置每通道的信號發生器(產生舒適噪聲)、自動增益控制(AGC)、音頻壓縮器、均衡器等等,能夠對前述每路輸入進行單獨智能處理,在輸入側把聲音信號預處理,為后續保持音質打下基礎。內置自動噪聲消除(ANC)、自動反饋消除(AFC),同時配合自動混音矩陣(AM),支持任意路輸入聲音部分或者全部混合處理后,根據設置的處理策略輸出到任意路聲音輸出,從而同時實現滿足本地多媒體教學擴聲的應用場景。

4.1.2遠程互動教學

每個智慧教室部署WE和音頻視頻外設,最大支持1臺接入4個互動或聽課教室,實現本地講課教室老師的講課視音頻,遠端的互動教室和聽課教室均可以聽到,而且支持講課教室與互動教室之間的實時視音頻交流。

WE支持IETF SIP呼叫協議,支持BFCP支持雙流協議,最大支持視音頻呼叫帶寬高達8Mbps,足以最大承載2路[email protected]高清晰圖像(人像和課件)以及雙聲道的內容,從而達到極致的遠程實時互動教學體驗;內置自動回聲消除(AEC)、自動噪聲消除(ANC)、自動增益控制(AGC),從而同時實現滿足本地多媒體教學和遠程互動教學模式的聲音場景。

對于已有遠程互動教學設備的場景,可選配NEREUS系列音頻處理器,在無需全盤推倒重新建設的情況下,彌補教室中的擴聲效果差、抗回聲/噪聲效果差的缺陷。

 

遠程互動教學設備

4.1.3多媒體智能控制

智慧教室內的WE主機,兼容各種視頻格式輸入到XGA/SXGA/720p/1080p視頻格式輸出之間任意轉換功能,通過控制界面可以任意切換,確保主流的格式輸入均能夠輸出到主流品牌的顯示器、投影設備等等顯示設備上。內置2路3G-SDI(可選)、2路DVI-I輸入和1路HDMI輸入接口,分別接攝像機、教學PC、實物投影,也可選接互動白板、筆記本電腦等設備輸入;內置1路HDMI、1路DVI-I、1路VGA輸出接口,支持固定輸出講桌顯示器、投影機,還可選輸出到遠程教學回顯屏幕或者錄像機。

另外,WE主機支持被智慧教育平臺遠程控制,支持無操作自動待機、刷卡聯動開機、按配置定時開關機、遠程定時控制開關機等等各種功能,滿足不同客戶針對不同教室的不同情況,自行選擇合適的節能環保策略,大大地降低智慧教室設備的功耗,同時延長教室設備的壽命。WE主機內置聯動投影機和PC軟關機策略,配合內置的時序電源,下課關機時,最大限度地保護投影機燈泡、PC磁盤數據,真正做到多媒體教室的智能化。

4.1.4在線課堂

WE主機作為每個智慧教室(講課教室)的編碼設備,通過RTSP協議把教師特寫、學生特寫、課件視頻,實時上傳到云直播平臺,由此平臺實現常態化錄播,進行本校園網內的直播分發。

通過云直播平臺,最大可以同時對16個教室進行常態化錄制和直播,而且可以選擇不同的清晰度,從而針對不同的網絡帶寬和并發路數進行優化,確保盡量達到顯示最好的在線課堂效果。

對于不建設常態化錄播業務,只在特定教室建設本地錄播的場景,可在指定教室選配置WE-MR系列錄播一體機,實現重要的課程進行單獨的錄像。

4.1.5在線評課

通過聽評課平臺WE-EPC,可以實現對所有的在線課程,進行點評和打標簽,便于學校對于各個老師的教學能力進行集體評價。

4.1.6遠程巡課

教室中部署WE主機,接入智慧教育云平臺,從而校領導可以在辦公室PC客戶端、運維展示中心等進行遠程巡課,而不必親自到指定教室里面進行巡課。另外校領導也可以在辦公室通過PC web界面,以教學直播方式進行遠程巡課。

4.4.2應用區塊鏈技術降低OER運營成本

將區塊鏈技術的去中心化應用到OER(開放教育資源)建設中可節省大量中介成本。用戶與用戶間可直接通過點對點的傳播方式進行資源共享,從而減少在大量中介平臺上研發與管理維護的投入,改變OER(開放教育資源)運行機制,有效降低OER(開放教育資源)運營成本。

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