宋述强，钟晓流，李海霞，杜 婧，许俊华

(清华大学 信息化技术中心，北京 100084)

自20世纪80年代以来，在以多媒体、计算机和互联网为代表的信息技术的推动下，各级各类学校的教学环境建设也日益信息化。20世纪90年代学校信息化建设的重点是计算机和多媒体的普及与应用，要求教室接入校园网并能够便捷地访问互联网[1]。本世纪初的第1个10年，国内学校围绕着数字校园的酝酿、规划、建设和应用展开教育信息化工作。进入本世纪的第2个10年，学校信息化建设正经历着从数字校园到智慧校园的发展转型[2]。

2012年以来，大规模在线开放课程(massive open online course,MOOCs)在全球范围内广泛兴起[3-5]。MOOCs源自加拿大曼尼托巴大学(University of Manitoba)乔治·西蒙斯(George Siemens)2008年所开设的联通主义与联通的知识(Connectivism & Connective Knowledge)课程[6]。2012年，发端于美国顶尖大学的MOOCs网站Udacity、Coursera、edX相继上线并广受关注。《纽约时报》(New York Times)更是把2012年称为“MOOC之年(The Year of the MOOC)”[7]。2013年5月，清华大学、北京大学相继宣布加入edX。7月上海交通大学、复旦大学先后加入Coursera。2013年10月，清华大学基于edX开放源代码研发的中文在线教育平台“学堂在线(xuetangX)”投入运营。

出于规模化录制教学视频用以支持MOOCs建设的迫切需求，自2013年下半年起，清华大学启动MOOCs录播环境建设专项，并由清华大学信息化技术中心负责具体实施。本文以该项目为背景，设计并实现了一个基于云计算技术的录播型教学环境。录播系统不能孤立地存在，必须在一个特定的应用环境中，与环境中其他设备或应用系统相结合，才能显示其生命力[8]。基于云计算架构、大数据存储和物联网智能管理的录播教学环境，正成为智慧校园建设的重要内容之一。我们希望通过对一个云录播教学环境的系统剖析，能够为相关的建设项目提供可资参考的案例。

1 MOOCs中教学视频的主要类别

大规模在线开放课程通常包括基本信息、课程日历、课程大纲、教学视频、拓展资源、互动论坛、作业测试等元素。由于注册学生规模庞大并且知识背景、学习能力各有不同，为了保证教学效果，促进有效学习活动的发生，课程通常会提供大量结构化的教学视频供学生开展自主学习。按照制作方式，这些教学视频通常可以分为专题制作、录屏合成和课堂实录三大类别。

(1) 专题制作类。专题制作类教学视频除了满足教学需要外，还具有较高的艺术水准，画面优美、制作精良。这一类教学视频通常需要专业的制作团队运用专业的摄录编设备进行专业级，甚至是广播级的制作，制作成本高且周期长。

(2) 录屏合成类。录屏合成类教学视频是通过录屏软件(Camtasia Studio、Articulate Storyline、Snap by Lectora等)将课程讲义、演示或演算过程以及讲解旁白所合成的视频格式的教学课件。这类教学视频制作成本低，个人即可完成，但适用范围有限，品质也难以保证。

(3) 课堂实录类。课堂实录类教学视频通过在教学现场多机位(通常为三机位)的拍摄，并经过后期的编辑加工，真实地记录了课堂教学的全过程,包括教师讲授、板书书写、课件演示、学生反应等。这一类教学视频具有较强的临场感，可以调动学生学习的积极性。

2 传统录播教室的组成及特点

与专题制作和录屏合成相比，课堂实录具有最好的临场感，可以很好地兼顾教学视频的品质与编辑制作的成本，是规模化制作教学视频的首选方案。课堂实录类教学视频通常在录播教室中录制。

2.1 传统录播教室的系统组成

录播教室源于微格教室，通过专门的录播软硬件设备代替人工录像，把教室内的声音、图像、课件以及教学过程同步录制为流媒体文件，用于存储、编辑、直播、点播等[9-10]。典型的录播教室主要由基础设施、演示系统、音频系统、中控系统和录播系统五大部分组成(如图1所示)。基础设施主要涉及物理空间、供配电、灯光照明、网络接入、空调新风、桌椅讲台、黑板等。演示系统包括计算机、投影机、投影幕、显示屏等设备。音频系统包括拾音话筒、调音台、功率放大器、音箱等设备。中控系统包括AV管理中心、控制触摸屏、继电器、中控主机等设备。录播系统包括多机位摄像机、控制云台、特技切换台、编码器和存储服务器等设备。

图1 录播教室的系统组成

2.2 传统录播教室的主要特点

录播系统的广泛应用能够推动精品课程资源建设，进而带动教与学质量的提升[11]。传统录播教室的最大特点是以单一教室为运行单位，各间录播教室自成体系，遇到有多门课程需要同时录制的情况，每个教室都要配备1～2位技术人员进行操作。由于没有流媒体发布平台和视频管理系统，传统的录播教室也不能实现现场直播和网络点播。总之，系统的集成度较低不利于扩展、建设运行的成本较高难以统一管理、缺少管理与发布系统资源共享不便捷,是传统录播教室的3个主要的缺点。

3 一个云录播教学环境的设计与实现

如前所述，随着MOOCs在国内外的蓬勃兴起，各个高校建设海量视频资源的需求正源源不断地产生。如何在原有录播教室的基础上，进一步搭建高效率、低成本、多应用的录播教学环境，已经成为各级各类教育培训机构进军MOOCs领域需要迫切解决的先决问题之一。下文将从设计原则、体系架构和系统功能3个方面详细地介绍一个面向MOOCs的云录播教学环境的设计与实现。

3.1 设计原则

云录播教学环境建设项目是系统化的集成工程，它不是将各间录播教室简单地连接和叠加，而是立足需求，采用技术领先且成熟可靠的集成方案，将各种软硬件设备以最优的性价比，科学合理地应用到系统工程中，使竣工后的项目不但能够满足课程录播和资源共享的功能需求，而且操作简单、应用便捷。在本项目的设计方案中，我们主要遵循了如下原则[1]：

(1) 实用性与先进性。基于录播和教学的实际需求，在保证方案实用性的基础上，着眼于提升录播教学环境的智能化水平，以适应未来应用与技术的发展趋势。

(2) 可靠性与高性能。采用成熟并有较多成功案例的录播软硬件设备与集成方案，保证系统的安全性与稳定性，为录播全过程提供高效率、高品质的技术环境支持。

(3) 完备性与拓展性。充分考虑录播环境与智慧校园的优化融合，发挥系统整体的最优性能，同时遵循各种标准化的录播技术体系，便于未来系统的拓展与升级。

3.2 体系架构

云录播教学环境面向课程录播和教学应用，以分布式音视频信号采集与编码为基础，以云端录播服务为核心，支持多间录播教室统一管理和信号同步采集，可以实现集中式录制或分布式录制，在高并发用户情况下实现流畅的视频录制和资源共享。云录播教学环境的体系架构包括录播教室单元、录制私有云、播出公有云和多访问终端4层结构，具体如图2所示。

图2 云录播教学环境的系统架构

(1) 录播教室单元。分布在不同校区的录播教室是云录播教学环境的信息采集单元。录播教室中被采集到的各种音视频信息在进行了相应的编码处理后，通过校园网被推送到私有云端。录播教室可以便捷地调用处于私有云端的录播、编辑以及存储服务。

(2) 录制私有云。录制私有云是云录播教学环境的核心组成部分，它是面向录制需求而运作的云端软硬件及服务，主要包括录播主机、编辑工作站和存储服务器及其相应的录播、编辑和存储服务等。录制私有云提高了系统的高效率和敏捷性。

(3) 播出公有云。播出公有云是云录播教学环境的视频播出平台，借助于直播服务器和点播服务器等基础设施，面向终端用户提供标准的视频直播或点播服务，同时提供严格的用户认证管理机制，保障资源获取的安全性和稳定性。

(4) 多访问终端。随着3G和4G移动网络的兴起，互联网的访问终端不再局限于台式机和笔记本电脑，智能手机、平板电脑等移动终端得到越来越广泛的应用，用户可以通过多种访问终端获取位于公有云端的教学视频直播服务或点播服务。

3.3 设备选型

设备选型是指根据最优性价比的原则和未来升级扩容的要求，对各种设备进行全面调查和分析比较，以选定录播软硬件设备的优化方案。本方案中的主要设备见表1。

表1 云录播教学环境的主要设备

3.4 功能特点

云录播采用按需分配资源的模式，大大提高了各种软硬件资源的利用效率[12]。在提高资源利用率的同时，云录播教学环境也大大降低了单间录播教室的建设成本，这有助于常态化课堂录播的普及。由于数据和应用都以服务的形式统一部署在云端，因此可以轻松实现数据和应用的共享，基于网络的应用扩展也变得更加简单快捷。基于云端的分布式存储也使数据的可靠性和安全性得到了极大的提高。具体说来，本方案设计与实现的云录播教学环境具有如下功能特点：

(1) 多种方式并存的录制功能。传统方案在每间录播教室都配备一台录播主机，本方案基于录制私有云，通过一台云录播主机可以对接多间录播教室(最多可以接入20间)。既可以进行统一的集中式录制，也可以单独控制各个录播教室进行分布式录制。

(2) 高效率的集中化管理功能。通过位于私有云层的中央控制系统，对云录播教学环境中的各种音视频设备进行集中化的管理，能够实现无人值守的多频道7×24小时自动直播。集中化的管理既保证了系统运作的高效率，同时也便于未来的拓展和升级。

(3) 方便快捷的资源发布功能。如有需要，在录制教学视频的同时通过公有云端的直播服务器可以进行现场直播。录制编辑后的教学视频能一键上传到点播服务器，MOOCs学习者可以通过多种终端进行点播学习。无论直播还是点播，呈现页面都可以灵活定制，这大大减少了发布的工作量。

4 结束语

随着MOOCs在全球范围内的广泛兴起，出于规模化录制教学视频的迫切需求，录播教学环境正成为智慧校园建设新的重点。通过调研MOOCs中教学视频的主要形式，我们认为课堂实录是规模化制作教学视频的首选方案。在分析了传统录播教室的系统组成和特点之后，我们提出了一个面向MOOCs的云录播教学环境的设计与实现。通过对该案例的系统剖析，我们期望能够为相关的建设项目提供可资借鉴的参考。

[1] 聂凤华,钟晓流,宋述强.智慧教室:概念特征、系统模型与建设案例[J].现代教育技术,2013,23(7):5-8.

[2] 胡钦太,郑凯,林南晖.教育信息化的发展转型:从数字校园到智慧校园[J].中国电化教育,2014(1):35-39.

[3] 蔡文璇,汪琼.2012:MOOC元年[J].中国教育网络,2013(4):16-18.

[4] 焦建利.MOOC:大学的机遇与挑战[J].中国教育网络,2013(4):21-23.

[5] 李明华.MOOCs革命:独立课程市场形成和高等教育世界市场新格局[J].开放教育研究,2014,19(3):11-29.

[6] Massive open online course[EB/OL].[2014-03-31].维基百科网站,http://en.wikipedia.org/wiki/Massive_open_online_course.

[7] Laura Pappano.The Year of the MOOC[EB/OL].[2014-03-31].纽约时报网站,http://www.nytimes.com/2012/11/04/education/edlife/massive-open-online-courses-are-multiplying-at-a-rapid-pace.html?pagewanted=all.

[8] 钟晓流,李海霞,宋述强.流媒体录播环境的设计[J].智能建筑与城市信息,2013(3):91-95.

[9] 中国教育技术协会技术标准委员会.多媒体教学环境工程建设规范(第三册)视频系统设计规范[M].北京:清华大学出版社,2011:53.

[10] 黄山涯,陈磊.录播教室的功能设计及其建设[J].实验室研究与探索,2010,29(10):378-380.

[11] 董榕,许玮,张剑平.高校视频公开课建设及其思考[J].现代教育技术,2012,22(6):54-59.

[12] 房栋,李宣.基于云录播的职教微格实训系统设计[J].现代教育技术,2014,24(2):115-119.