李 伽

（宜宾学院网络与多媒体管理中心，四川宜宾644007）

2012 年，教育部发文指出，教育信息化发展目标是要基本建成人人可享有优质教育资源的信息化学习环境，以及信息技术与教育融合发展的水平显著得以提升[1]. 同时强调，要充分整合现有资源，采用云计算技术，形成资源配置与服务的集约化发展途径，构建稳定可靠、低成本的国家教育云服务模式，这为推动教育模式的改革、实现教育现代化指明了方向.

网络学习平台是创建教育信息化环境的重要工具，它在加速教育技术进程，提高学生自主学习能力，促进高校的教育信息化等方面发挥了重要的作用[2]. 网络学习平台利用信息技术的发展，计算机和互联网的普及，使生产、利用和管理各类学习资源成为可能[3]，平台上丰富的资源信息为学生发散性思维、创造性思维的发展和创新能力的孕育提供了沃土.网络学习平台要求将上课信息有效地直播并完整地记录下来，同时还要建立同其它数字化教学资源的安全共享[4]，并实现远程监控.这就需要将移动通信、网络技术、开放资源与教学平台有机结合，构建系统化的支撑技术体系，使优质教学资源集成在无缝对接的平台中进行技术融合[5].

云录播就是利用云计算技术，首先把传统的各个录播教室的各种应用迁移到云端，由云端的服务器统一处理，然后通过网络进行应用和数据的分发[6]，以克服传统录播系统不能满足对不同资源的统一管理和分散资源的集中管理及分享资源的问题.云录播是国家教育信息化云计算体系建设的重要组成部分，也是信息化支撑环境建设重大内容之一. 构建基于云录播的网络学习平台，不仅可以充分利用先进的云计算技术提供的学习资源共享和海量存储计算能力，为学习者提供丰富的学习资源和灵活多样的学习方式；还可以通过学习者之间的互动与研讨构建网络学习共同体，激发和维持学习者的学习兴趣和积极性，促进学习者之间的知识共享和经验交流，为学习者提供一个功能更完善、个性更鲜明的高性能网络学习支撑平台.云录播的应用改变了资源的布局和共享方式，推动了网络学习平台的环境建设. 因此，如何基于云录播为网络学习平台构建合适的支撑技术体系是一个值得探究的新课题.

1 网络学习平台特点和支撑技术体系主要类别

网络学习平台是学校数字化教学资源建设的重要工具，它所搭建的开放式的教学模式优化了学习资源和学习环境，创新了教学结构和教学方法[7]. 随着教育信息化的发展，网络学习平台已广泛应用于各种类型的教学活动中.

1.1 网络学习平台的特点

网络学习平台，是指利用网络环境以及相关的信息技术手段进行教与学的一种实践模式[8]. 它是一个提供多种课程给使用者进行学习，并进行学习过程记录的在线平台.它也是一个包括网上教学和教学辅导、网上自学、网上师生交流、网上作业、网上测试以及质量评估等多种服务在内的综合教学服务支持系统. 它通过引入信息化技术，促进教师提高教学效率、创新教学方法，同时提升学生的学习能力、自我探究能力. 它不是单纯的软硬件系统研发或者单纯的教育方式方法的创新，而是信息技术与现代教育的深度整合.

网络学习平台的使用让学习从传统课堂模式转变为现实虚拟环境，能够提供全新的教学和环境，并提高学生的学习积极性和主动性[9]. 通过网络学习平台，可以实现学生的自主学习、课堂教学、课堂翻转等，因此，网络学习平台通常都具有教学辅助性、学生学习自主性、教学内容可重复性、教与学的异步性、学习环境的开放性和可交换性等特点. 网络学习平台对学习成果有极大的推动作用，丰富的教学资源不仅可以丰富学生知识的全面性，同时可以陶冶学生情操，培养学生发展独立思考能力[10].

1.2 网络学习平台支撑技术体系架构对比

网络学习平台充分发挥了网络教育的优势，将移动通信、网络技术、开放资源与教学平台有机结合，构建系统化的支撑技术体系，使优质教学资源集成在无缝对接的平台中进行技术融合[11]，营造出良好的学习环境.具体而言，需要具备交互学习环境、有问必答环境、利于学生个性化学习的环境、评价激励的环境、统计反馈的环境和优秀的学习资源环境等[12]，如图1所示.

图1 网络学习平台的总体要求

网络学习平台支撑技术体系按平台教学资源、教学模式、数据分析、基础设施的不同需求，目前主要基于B/S[13]和云计算[14]两种架构.基于两种技术体系架构的网络学习平台对比详见表1.

表1 基于B/S和云计算架构的网络学习平台的对比

2 支撑网络学习平台的云录播系统构建原则

针对网络学习平台的总体要求，有必要构建基于云录播的网络学习平台支撑技术体系.基于云录播的网络学习平台是通过云录播系统将课程录制存储、资源管理共享以及课件直播点播等技术与网络技术相融合的具有强大监控管理及学习能力的教学应用平台.支撑该学习平台的系统通过网络把多个教学点的教学视频场景和授课计算机画面以标准的流媒体编解码技术进行实时采集压缩、集中存储及监控管理，最后实现使终端简化成一个单纯的输入输出，减少终端处理负担，使优秀的教师、课程、资源、知识得到充分的展示、记录、管理和分享，让学习者通过该平台实现学习资源的共享.

2.1 云录播网络学习平台功能设计

云录播主要借助于云计算的服务模式，是个共享资源的概念.即将网络中所有的录播资源进行共享，用户从此无需关注录播服务器在那里，也无需关注自己身在何处，只要有网络就可通过云平台实时分享自己的资源，就可从云平台中找到想要的资源在线实时或点播观看，其功能设计如图2所示.

图2 云录播网络学习平台功能设计图

基于云录播的网络学习平台具有支持课堂教学、支持网络学习的功能，能实现自主学习、课堂教学、课堂翻转以及教学管理功能. 学习者登录学习平台后，可使用在线自主学习系统、教学平台以及资源建设的系统. 通过在线自主学习系统，学生可以按照自己的学习需要构建学习计划，通过学习社区进行协作讨论，完成自主学习的要求. 通过教学平台，教师可以完成日常教学功能，可以使用课件资源及试题制作系统，将制作的课件视频及试题自动上传至学习空间，也能通过音视频录制系统，将录制微课视频上传到学习空间. 同时，教师在有翻转课堂教学需求时，也能通过在线自主学习系统发布教学任务、学习指导以及课堂活动设计等功能.

课件资源及试题制作系统、音视频录制系统（安装部署在微视频教室）为整体系统架构中的资源建设系统，生成的资源自动进入资源库，形成学校自建资源，与学校外购的资源共同组成学习资源库.

2.2 云录播网络学习平台的设计原则

云学习时代对网络学习平台的性能、用户交互和扩展性等提出了更高的要求，能够满足学习资源的分布式共享、系统维护与升级简易、应用成本低廉、可构建真实感虚拟学习环境等需求的网络学习平台，对提高学习者的学习兴趣与成效极其重要[15].基于云录播的网络学习平台的构建是一个系统化的集成工程，它不是简单的多间录播教室和网络设备的连接和堆砌，而是以满足网络学习平台的功能需求为目的的，采用先进成熟的技术和可靠完善的集成方案，将各种软硬件设备科学合理地应用到系统建设中，使整个项目建成后不仅能满足网络学习平台的使用要求，而且在使用及后期维护上简单、便捷. 建设好的云录播网络学习平台能够实现实时、互动、高画质、全自动和手动的录播式数字化互动课堂系统，满足学校精品课程的录制和兄弟校区间精品课程的互访交流、与上一级的统一云平台精品课程点播、与远程网络互动教学及课堂内师生间教学互动功能的需要.系统具有可扩展性、兼容性、稳定性和安全性，并可减少将来的运营成本，视频图像在网上直播具有较高的清晰度和流畅性. 因此，基于云录播的网络学习平台的设计应遵循以下原则：

（1）先进性原则. 基于云录播的网络学习平台是以软件采集为核心将监控与录播融合并得到大面积应用的系统. 以先进、成熟的视频技术进行合理搭配，支持数据、语音、视频等多媒体应用.

（2）实用性原则. 基于云录播的网络学习平台设计需符合国际相关标准和技术规范，设计简洁、操作方便. 充分利用各种资源，使用户实现各种功能.同时配合宽带网络技术，可以支持高质量、远距离的视音频传输，以适应应用需求的变化.

（3）稳定性原则. 基于云录播的网络学习平台必须选用产品和技术经过广泛检验，充分考虑系统在程序运行时的应变能力和容错能力，具有极高的稳定性和可靠性.

（4）兼容性原则. 基于云录播的网络学习平台必须能与Windows 操作系统无缝连接，无论是系统管理人员或是普通用户使用都非常简单、便捷. 并支持PC终端、Andriod移动设备、IOS移动设备收看直播.

（5）扩充性原则. 基于云录播的网络学习平台在设计上必须采用开放式的结构，具有强大的扩展能力，着眼于近期目标和长期目标的发展，选用合适的设备，进行合理的性能组合，利用有限的投资构造一个适合当前需求、可扩展的音视频操作系统，从而实现低成本扩展和升级的需求.

3 支撑网络学习平台的云录播体系架构

云录播采用最新视频编码技术及流媒体发布技术，结合分布式部署架构产生的新型大规模流媒体服务平台部署模式，平台中所有的内容完整地分布在庞大的服务器集群中，用户所有的访问需求均通过与服务器集群的交互而得到响应.在完成用户鉴权的同时，为用户提供相应的可视信息的直播或点播服务，当云录播系统运算和处理的核心是大量数据的存储和管理时，云录播系统中就需要配置大量的存储设备，那么云录播系统就转变成为一个云存储系统. 为了满足网络学习平台的实际需求，充分发挥网络教育的优势，营造良好的学习环境，应计划围绕网络学习平台的功能要求设计基于云录播的支撑网络学习平台的系统架构.

网络学习平台的支撑技术系统应包括软件系统（如在线自主学习平台、教学平台、学习空间、课件资源制作系统等），硬件系统（如多媒体录播设备、音视频编解码设备、服务器及存储等）和场地系统（如多媒体录播教室、网路互动教室、远程直播教室、智慧教室、媒体中心等）. 若按照云录播的特点和网络学习平台的功能划分，云录播网络学习平台的系统架构可分为网络体系架构和物理体系架构.

3.1 网络体系架构

云录播是随着云计算技术的成熟而发展起来的，它其实就是运用了云计算的结构模式对录播系统进行了新的构建. 因此，云录播网络学习平台的整体采用三层架构，即终端采集层、云端服务层、前端应用层，以此来实现教育、学习资源的建设以及基于互联网的应用，其网络体系架构如图3所示.三层架构的基本功能如下：

（1）终端采集层主要负责完成课堂场景资源的采集，完成模拟信号到数字信号的转换，以便数据可以基于互联网传输至云端服务层进行处理.根据前端应用层的不同教学需求，要求终端采集层能采集多种类型的教学资源数据：如前端教育应用关注的是讲解内容，那么需要终端采集层更倾向于采集知识内容与声音；如前端教育应用关注的是课堂教学的师生互动，那么需要终端采集层更倾向于采集教学场景数据. 因此，需要终端采集层具备多种采集类型的终端产品.目前，主流终端采集层包括有：录播系统、屏幕采集系统等.

（2）云端服务层是该架构的核心层，主要完成终端采集层数据的处理以及对前端应用层转发处理后的数据. 该层架构主要包括：资源录制、资源存储、资源转换及资源分发四大功能.

（3）前端应用层是教育行业用户共享资源的界面，该层根据教育细分领域的需求（如教师专业发展、开放式实验教学、翻转课堂等），把后端分散的资源利用HTML5 等技术重新组合，构建出符合行业特点的网络富媒体资源，给用户提供更专业、更全面的资源共享方式. 同时，前端应用层还担负一定的资源采集的功能，与终端采集层采集的数据不同的是，该层采集的资源主要包括文档、图片、文字等信息资源，是某个细分领域业务流程中的数据资源，如教案、教学设计、作业、试题等，该层采集的资源会自动保存至云端服务层的存储中.

图3 网络体系架构简图

3.2 物理体系架构

基于云录播的网络学习平台在物理架构的建设上可分为云终端和云录播服务平台建设两部分.其中，云终端主要基于高清视频交互技术和网络通信技术，实现课堂式教学的内容捕获等基础功能；云录播服务平台主要基于内容分发技术，实现课堂教学内容的归纳和分播等.

云录播服务平台的建设包含三部分：多种终端源建设、云录播服务端建设以及云平台应用端建设（如图4所示），其基本功能如下：

（1）多种终端源建设是云录播服务平台建设的基础，是为云录播服务平台提供资源的场所，包括云终端教室（采集各机构的实时教学场景）、移动终端，如平板电脑（采集教师个人的教学实录）以及PC 终端（采集教师或学生的教授与学习的实录）.

（2）云录播服务端建设为不同类型资源、分散资源的集中控制管理提供支持，同时也为应用平台提供统一集中的数据支撑，主要包括云转码服务、云录制服务、云播放服务以及云存储.

（3）云平台应用端建设应根据细分的不同教育领域进行针对性建设.其中，主要是B/S软件平台应用，它是资源数据与用户的界面，只有通过云平台应用端建设，才能更好的将资源、数据融合至教育领域中. 从实际应用部署的角度出发，云平台应用端与云录播服务端应部署在统一的硬件环境中，共同组成教育云服务端，为各级教育机构提供应用服务.

图4 物理体系架构

4 云录播设备配置及功能特点

4.1 云录播的设备配置

基于云录播的网络学习平台产品按照部署结构的不同划分，可分为云录播服务端产品和云终端产品两类，如表2所示.

表2 支撑网络学习平台的云录播主要设备

云录播服务端产品包括多媒体录制系统、流媒体分发广播系统、流媒体自动转码系统三大类.

云终端产品包括终端音视频编码系统、跨平台解码系统两大类.

4.2 云录播的功能特点

支撑网络学习平台的云录播可实现集中录制、分布录制，并支持简易的多媒体设备集中控制功能，提供相应的接口，可与其它中央控制系统对接，实现集中化控制.录制过程中实现采集处理和合成同步进行，课件发布无需等待，立即生成，且是一个完整的多媒体课件，无需后期合成. 系统支持标清及720P/1080P 高清信号转发及存储，标清、高清及VGA 编码帧率均可达到25 帧以上. 该系统特点具体如下：

（1）云录播支持多点同步管理和多路视频信号的同步采集功能，也可实现对各个多媒体教室的单独录制的控制管理.云录播系统集监控、录播、多媒体设备中央控制于一体，对简易的多媒体设备提供相应的接口，实现集中化管控.

（2）云录播支持在录制过程中实现采集处理和合成同步进行，录制完后自动生成完整的多媒体课件，无需后期合成.而且，课件生成后，无需等待，直接发布，节约了大量工作时间.另外，一台录播主机能实现多个多媒体教室的同时自动跟踪功能，极大地降低了自动录播教室的建造成本.

（3）云录播系统操作方便. 多媒体教室内的所有信号源和信息源（如：视频、VGA、PPT的索引信息等），都能显示在录播监控中心的一个视频画面内，不需要操作人员在不同的输出设备中来回切换.

（4）云录播具有互动性. 能实现各种互动功能，如：音视频与音视频的互动，音视频与文字的互动及音频与文字的互动等.

（5）云录播系统的学习平台支持在每个知识点之间创建在线测试题，自动设定测试时间，自动计分；支持跟踪和反馈信息，可以记录学习信息和学习进度，也可以生成测试报告，记录详细的测试成绩等，并对问题做出反馈.

（6）云录播系统具有一键式发布功能. 即把后期录制完毕的课件发布为多种格式，系统带有的自动检测器，能在发布过程中自动检测发布的文件中的文件标准、格式及其它错误信息，并自动反馈给用户，确保课程一次性发布的准确性，以避免用户发布的文件无法在学习平台上播放而返回二次加工.

5 支撑网络学习平台云录播关键技术及展望

支撑网络学习平台的云录播系统利用了云计算的技术，让网络学习平台的搭建更能满足现代教育的需求，因此具有有别于传统录播系统的关键技术. 同时，也因云计算技术的飞速发展而让云录播有了更为广阔的发展空间.

5.1 支撑网络学习平台云录播关键技术点

（1）云录播系统的终端编码器及移动终端编码系统需具备主要寻址功能，由终端主动去连接多媒体录制系统集群.若由多媒体录制系统来连接编码系统，由于通过互联网连接，而编码系统部署在不同校园网，可能会面对多种防火墙的处理.

（2）云录播系统的多媒体录制系统必须具备集群部署能力，具备负载均衡功能，可采用软件方式实现负载均衡及容错处理功能.

（3）云录播系统的流媒体分发广播系统和流媒体自动转码系统必须都具备集群部署能力，最好采用硬件方式实现负载均衡及容错处理功能.

5.2 云录播技术的发展前景展望

（1）与MOOCs相结合

在如今移动通讯普及的时代，碎片化移动学习已成为学习的主要方式，MOOC（大规模在线开放课程）运用而生.当前，以Udacity、Coursera和edX为代表的MOOCs 对高等教育领域产生了深远的影响，如何进行信息技术与学科教学的深度融合研究，如何利用先进的网络和信息技术，整合优质数字教育资源，探索从教学内容、教学方式、教学模式、教学管理等多层次、全方位推进学科教学信息化是高校现代教育技术发展重点关注的问题.

MOOCs 是信息技术在教学中应用的最新形式，是以往开放课程、精品课程的后续表现形式.而微课和翻转课堂则是MOOCs 的重要技术解决方案. 因此，今后的云录播系统建设中，要考虑将微课、翻转课堂等新的课程录制及教学策略纳入其中.

云录播系统不仅是录制工具，还应具有制作交互式视频课件的功能[16]. 网络学习平台也应与翻转课堂进行整合，将Moocs资源上传到网络学习平台，学生通过平台进行学习，课程资源比较丰富，既有国内的也有国外的，让学生选择范围扩大. 基于云录播的综合学习平台，打破时空限制，有效地将设备环境、时空环境和人文信息环境融合在一起，优化了教学流程，一体化解决了学校信息化线上教学的所有需求，提升了用户体验[17].

（2）与大数据相结合

目前，大数据在全球范围内备受关注，对大数据的定义也有多种提法. IBM 提出了3V 特征[18]，即认为大数据具备规模性（Volume）、多样性（Variety）和高速性（Velocity）三个特征，具体描述为：规模性指数据量巨大，量级达到TB级及PB级；多样性指数据类型繁多，包括结构化数据和非结构化数据；高速性指数据创建、处理和分析的速度持续在加快.

随着大数据时代的来临，如何处理基于云录播的网络学习平台中的不同格式、不同模式数据也是值得思考的问题. 首先，可以借助云计算平台的诸多优势性能，收集学生、教师在在线自主学习平台、教学平台等网络学习平台上详细记录的教学轨迹数据并存入数据库. 然后，对海量的教学行为进行数据分析和处理，探索学生行为及其变化的内在联系. 最后通过挖掘学生更内在的特征，对学生提供适合学生个人的学习材料，并及时给予学生指导和帮助，实现学生的个性化教学.

6 结语

基于云录播的网络学习平台利用先进的云计算技术为学生提供了一个开放、高效、互动的网络学习环境，这种新的教学模式、资源共享方式及教学环境的搭建，不是单纯的软硬件系统研发或是教育方式方法的创新，而是信息技术与现代教育的深度融合. 随着云计算技术的不断发展，云录播如何与MOOCs及大数据等先进技术相结合并推动信息时代教育的发展将成为有待进一步研究的课题.