孫 煦 陳晉市

1.吉林大學(xué)工程訓(xùn)練中心 吉林長春 130022

2.吉林大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院 吉林長春 130022

金工實習(xí)與傳統(tǒng)的理論教學(xué)課程不同，它是一個工程性的實習(xí)訓(xùn)練教學(xué)計劃。教學(xué)內(nèi)容主要由多個實訓(xùn)工種組成，其中包括傳統(tǒng)的基本機(jī)械加工工藝車削、銑削、鑄造、焊接等，也包括現(xiàn)代新型的實訓(xùn)計劃3D打印[1]、機(jī)器人學(xué)習(xí)[2]等。金工實習(xí)更加注重基本操作技能的訓(xùn)練，主要面向高校的工科及相關(guān)專業(yè)的學(xué)生。吉林大學(xué)工程訓(xùn)練中心每年承擔(dān)大約3 500名左右的本科生實訓(xùn)教學(xué)任務(wù)，教學(xué)任務(wù)量非常繁重。傳統(tǒng)的教學(xué)模式采用一個教師指導(dǎo)十幾名到二十幾名學(xué)生上課的模式，雖然指導(dǎo)教師可以面對面溝通輔導(dǎo)，學(xué)生遇到問題可以及時解決，但是面對大量的學(xué)生，這樣的教學(xué)方式顯然效率較低。本文借助遠(yuǎn)程視頻會議系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)有的多媒體教室技術(shù)[3]，提出了一套符合我校學(xué)生特點(diǎn)的現(xiàn)代化金工實習(xí)遠(yuǎn)程互動教學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，使得指導(dǎo)教師能夠在本地教室對學(xué)生進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)。

1 現(xiàn)有的教學(xué)手段

1.1 多媒體教室技術(shù)

1.1.1 多媒體教室技術(shù)在現(xiàn)代化金工實習(xí)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的金工實習(xí)是以“師傅帶徒弟”的方式展開教學(xué)活動的[4]。這種方式側(cè)重于學(xué)生操作的安全性，教學(xué)模式相對固定，通常是教師進(jìn)行操作示范、學(xué)生進(jìn)行模仿加工的實習(xí)過程?，F(xiàn)代化金工實習(xí)更加注重學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)方式從原來的被動實習(xí)模式轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生自主創(chuàng)新設(shè)計、制作的模式。這就要求在整個實習(xí)的過程中，教師需要給學(xué)生留出充足的時間進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。吉林大學(xué)工程訓(xùn)練中心借助多媒體教室技術(shù)展開上述培養(yǎng)模式。

多媒體教室主要由計算機(jī)、投影機(jī)、聲音系統(tǒng)等設(shè)備組成，其教學(xué)流程主要由理論教學(xué)、教師示范操作、自主設(shè)計和創(chuàng)新實驗4個部分組成。實際上，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的時間占用整個教學(xué)活動的大部分時間，教師只起到一個輔助引導(dǎo)的作用。

1.1.2 多媒體教室技術(shù)的局限性

由于多媒體教室技術(shù)[5]自身的局限性致使教學(xué)活動的時間、地點(diǎn)固定不變，眾多學(xué)生導(dǎo)致師生互動教學(xué)時間縮短、從而教學(xué)質(zhì)量下降。另外，吉林大學(xué)是一所多校區(qū)的綜合性大學(xué)，參加金工實習(xí)的學(xué)生來自不同校區(qū)、不同學(xué)院，其他校區(qū)的學(xué)生需要往返于校區(qū)間上課。由于往返校區(qū)間的途中可能發(fā)生交通擁堵等不可預(yù)料問題，從而無法保證教學(xué)時間的準(zhǔn)確性，教學(xué)質(zhì)量受到一定程度的影響。以上這些問題都是現(xiàn)有多媒體技術(shù)無法解決的。

1.2 遠(yuǎn)程教學(xué)

1.2.1 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與遠(yuǎn)程視頻會議系統(tǒng)

在遠(yuǎn)程教學(xué)領(lǐng)域中，主要存在兩種教學(xué)模式。第一，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺或自主開發(fā)平臺[6]。第二，遠(yuǎn)程視頻會議系統(tǒng)[7]。通常情況下，網(wǎng)絡(luò)教育平臺不受時間、地點(diǎn)限制，學(xué)生可以自由下載課件或者遠(yuǎn)程觀看課程視頻影像。這種教學(xué)模式雖然打破了傳統(tǒng)的本地教室課堂教學(xué)模式，即學(xué)生可以自由選擇上課時間、地點(diǎn)，增加了靈活性，但它缺少了學(xué)生與指導(dǎo)教師的互動教學(xué)部分，自主開發(fā)教學(xué)平臺雖然有交互功能，但其不夠智能，教學(xué)效果一般。而現(xiàn)代化金工實習(xí)這門課程要求學(xué)生進(jìn)行實習(xí)操作和指導(dǎo)教師互動教學(xué)不分，顯然，第一種教學(xué)模式既沒有硬件設(shè)備做支持也無法滿足互動教學(xué)的需求，達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果。遠(yuǎn)程視頻會議系統(tǒng)可以提供一個實時、交互的多教室教學(xué)環(huán)境，指導(dǎo)教師既可以遠(yuǎn)程監(jiān)督學(xué)生實習(xí)操作，還可以實時地進(jìn)行互動交流，同時也滿足了現(xiàn)代化金工實習(xí)這門課程對創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)要求。

1.2.2 遠(yuǎn)程視頻會議系統(tǒng)簡介

遠(yuǎn)程視頻會議系統(tǒng)是一種借助現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程互動交流的視頻通信技術(shù)?，F(xiàn)階段該系統(tǒng)在很多企事業(yè)、機(jī)關(guān)單位[8]都有其一定的應(yīng)用，它可以在同一時間將分散在不同地理位置的人集中在一起，傳輸實時、動態(tài)、有聲音的畫面。參加會議的單位或者個人可以提前約定時間，借助網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能實現(xiàn)實時通信。該系統(tǒng)主要由視頻會議服務(wù)器(MCU多點(diǎn)控制單元)、視頻拼接控制器、視頻會議終端、PC終端、攝像頭等硬件設(shè)備以及相關(guān)配套軟件組成。

MCU多點(diǎn)控制單元是遠(yuǎn)程視頻會議系統(tǒng)的核心部件，它主要為整個視頻會議的主會場和各個分會場提供連接、管理等服務(wù)功能；視頻拼接控制器的主要功能是將一個完整的圖像信號進(jìn)行劃分并將劃分后的信號傳遞給不同的視頻顯示單元，用多個普通視頻單元組成一個超大屏幕動態(tài)圖像顯示屏，可以支持多種視頻設(shè)備的同時接入，完成多個信號源在屏幕墻上的開窗、移動、縮放等各種方式的顯示功能；視頻會議終端的主要功能是將本地的視頻、音頻、數(shù)據(jù)和控制信息進(jìn)行編碼打包并發(fā)送，對收到的數(shù)據(jù)包解碼還原為視頻、音頻、數(shù)據(jù)和控制信息。

當(dāng)今遠(yuǎn)程視頻會議系統(tǒng)的相關(guān)配套軟件也有了很大的進(jìn)步，它提供了豐富的視頻會議管理和數(shù)據(jù)處理等功能，可以實現(xiàn)更多、更靈活的管理功能，起到了輔助教學(xué)管理的作用。它主要包括會議錄制功能、多級會議管理權(quán)限、會議點(diǎn)名、會議字幕、會議巡場等。它還提供共享文件服務(wù)，包括發(fā)送和接收文件、共享PPT課件、共享影音文件、共享桌面、共享應(yīng)用等。

1.3 現(xiàn)代化金工實習(xí)遠(yuǎn)程互動教學(xué)系統(tǒng)

1.3.1 現(xiàn)代化金工實習(xí)遠(yuǎn)程互動教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用

本文引入遠(yuǎn)程視頻會議系統(tǒng)，針對現(xiàn)代化金工實習(xí)存在的問題，提出了一套符合現(xiàn)代化金工實習(xí)教學(xué)特點(diǎn)的遠(yuǎn)程互動教學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將與現(xiàn)有多媒體教室技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了多樣化的教學(xué)模式。

如圖1所示，遠(yuǎn)程課堂由主會場和分會場兩部分組成。主會場的上課地點(diǎn)在本地教室，可以對本校區(qū)的學(xué)生進(jìn)行授課，主要的硬件設(shè)備包括MCU多點(diǎn)控制單元、視頻會議終端、顯示設(shè)備(投影儀)、PC終端、攝像頭、聲音系統(tǒng)等。分會場的上課地點(diǎn)在各校區(qū)的遠(yuǎn)程教室，可以對其他校區(qū)的學(xué)生進(jìn)行授課，主要的硬件設(shè)備包含視頻會議終端、顯示設(shè)備(投影儀)、PC終端、攝像頭、聲音系統(tǒng)等。

圖1 遠(yuǎn)程課堂的整體布置

圖2 現(xiàn)代化金工實習(xí)遠(yuǎn)程互動教學(xué)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸流程圖

如圖2所示，圖2a表示MCU與視頻會議終端的外部數(shù)據(jù)傳輸，圖2b表示各個會場視頻會議終端與本地設(shè)備的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)、視頻流的顯示，圖2中所示的數(shù)字代表數(shù)據(jù)流傳輸?shù)捻樞?。遠(yuǎn)程課堂的主要數(shù)據(jù)傳輸流程如下。

(1)參加遠(yuǎn)程課堂。本校區(qū)和其他校區(qū)的多點(diǎn)、異地教室分別加入到本次遠(yuǎn)程課堂中。MCU是這次教學(xué)活動的重要核心設(shè)備，它提供了多點(diǎn)連接和管理功能。

(2)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸。各個分會場將學(xué)生上課的視頻畫面?zhèn)鬏數(shù)奖镜匾曨l會議終端。同時，主會場將PPT文檔數(shù)據(jù)、指導(dǎo)教師上課的視頻畫面?zhèn)鬏數(shù)奖镜匾曨l會議終端。

(3)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。本地視頻會議終端將各個會場的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、打包，最終傳輸給MCU。然后MCU將本地文檔、視頻等數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁鞣謺龅哪康亩恕?/p>

(4)顯示設(shè)備顯示遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)、視頻畫面。主會場所在的教室顯示了各個分會場教室的學(xué)生上課的視頻畫面。同時，各個分會場教室顯示了PPT文檔和指導(dǎo)教師上課的視頻畫面。

1.3.2 現(xiàn)代化金工實習(xí)遠(yuǎn)程互動教學(xué)系統(tǒng)的教學(xué)研究

如圖3所示，本文借助上述現(xiàn)代化金工實習(xí)遠(yuǎn)程互動教學(xué)系統(tǒng)將金工實習(xí)教學(xué)流程主要分為以下5個部分(如圖3a所示)。

圖3 現(xiàn)代化金工實習(xí)教學(xué)流程

(1)理論教學(xué)。學(xué)生通過觀看遠(yuǎn)程PPT文檔、并結(jié)合指導(dǎo)教師遠(yuǎn)程視頻畫面教學(xué)，來簡要學(xué)習(xí)理論教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生可以根據(jù)指導(dǎo)教師的聲音、肢體語言等信息充分理解學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

(2)示范操作。指導(dǎo)教師在主會場教室進(jìn)行示范操作。

(3)自主性設(shè)計。學(xué)生完成基本的操作之后，開始完成創(chuàng)新實驗的設(shè)計內(nèi)容。

(4)問題解答。為了維護(hù)好課堂紀(jì)律，如圖3b所示，指導(dǎo)教師給每個分會場教室的學(xué)生提供了固定的時間進(jìn)行問題解答。視頻會議系統(tǒng)支持會議分組，不受其他分會場的干擾。

(5)創(chuàng)新實驗。在學(xué)生實習(xí)操作的過程中，如果有問題可以隨時與指導(dǎo)教師進(jìn)行視頻溝通。視頻會議系統(tǒng)借助聲音識別功能可以快速捕捉學(xué)生提問的視頻畫面，指導(dǎo)教師可以根據(jù)各個分會場教室學(xué)生提問的先后順序有選擇性地進(jìn)行問題討論和解答。

1.3.3 現(xiàn)代化金工實習(xí)遠(yuǎn)程互動教學(xué)系統(tǒng)的多功能研究

該系統(tǒng)的配套軟件還能夠提供數(shù)據(jù)共享、畫面錄制、學(xué)生點(diǎn)名等功能，這將有助于提高遠(yuǎn)程互動教學(xué)的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率。

(1)數(shù)據(jù)共享。指導(dǎo)教師可以將Office文檔、PDF、應(yīng)用程序等同步展示給其他分會場教室的學(xué)生觀看學(xué)習(xí)，PPT課件還可以同步進(jìn)行標(biāo)注、寫字等操作，可以做到多樣化教學(xué)展示。另外，通過桌面共享，分會場教室的學(xué)生還可以觀看指導(dǎo)教師共享的整個或部分計算機(jī)桌面，也可以是指定的應(yīng)用程序，指導(dǎo)教師有關(guān)計算機(jī)軟件的示范操作不受遠(yuǎn)程條件限制，學(xué)生感覺像在本地教室上課一樣。

(2)視頻畫面錄制。各個分會場可以將本次教學(xué)活動的視頻畫面錄制下來，方便學(xué)生課后補(bǔ)充學(xué)習(xí)。

(3)學(xué)生點(diǎn)名。指導(dǎo)教師可以提前將本次參加實習(xí)的學(xué)生名單錄入系統(tǒng)，借助點(diǎn)名功能自動地對學(xué)生進(jìn)行點(diǎn)名，提高了教學(xué)效率。

2 結(jié)語

遠(yuǎn)程視頻會議技術(shù)經(jīng)過一段時間的發(fā)展，現(xiàn)階段相關(guān)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性也不斷地提升，所以在管理和維護(hù)上不需要花費(fèi)大量的時間和精力，各校區(qū)為系統(tǒng)配備1～2名專門的管理人員就可以滿足日常維護(hù)管理的需要，不需要大量的人力、物力投入，這在一定程度上保證了遠(yuǎn)程教學(xué)的可靠性。今后，將繼續(xù)圍繞工程訓(xùn)練中心教學(xué)改革、結(jié)合現(xiàn)代化教育技術(shù)展開探究。