李金恒:智慧教育云系统与远程教育的高质量发展规划评论

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李金恒:智慧教育云系统与远程教育的高质量发展规划评论

【首席规划评论】

远程教育系统,完善的课件功能,同步数据录制,好视通远程教育系统,高品质教学沟通体验,好视通云课堂软件,大容量并发。线上线下一体化综合教学平台,可以很方便的生成、发布、分析在线课程,也可以同其他平台进行深度集成整合(例如:与门户平台进行整合)主要功能点包括:课程制作、课程管理、课程展示、课程分析、教学管理、在线学习、系统管理等,受教育者可随时随地选择任意篇章步调进行学习,真正做到从教育者的角度出发。建设智慧教育城市,所包括的是一系列教育场景的深刻变化。包括课堂教学、学生学习、学校管理等等,其核心是运用技术手段,实现个性化学习。传统教育中,以教材、教师、课堂为中心,通过统一的标准来进行知识的传递。这对于纯粹的陈述性知识的传授有一定效果,但对培养学生运用知识的能力却收效甚微。

把“远程教育的高质量发展”作为教育的生命线,实现教育以学生为中心,坚持回归常识、回归本分、回归初心、回归梦想,深化基础教育人才培养模式改革。把质量作为教育的生命线,实现教育以学生为中心,坚持回归常识、回归本分、回归初心、回归梦想,深化基础教育人才培养模式改革。研究发现,大国智慧教育研究主要围绕智慧教育的技术支撑与理论探讨、智慧教育发展的宏观与微观两条主线及智慧学习需求研究、新背景下的智慧教育理论研究、智慧校园生态研究、智慧教学模式研究、智慧教育技术支撑环境研究等主题。未来应主要集中在智慧教育理论应用于实践的研究、智慧教育关键技术支撑环境的研究、智慧学习资源与智慧教学模式的开发应用研究、智慧教育生态观研究四个方面。从而探讨远程教育的本质,将试图了解远程教育的特性和潜力;另一方面,通过分析那些可以用来检验假设的理论,进而探讨理论的建立。

技术总是不断向前发展的,未来是否有新的技术超越智能化技术,如果真的有那么一种新技术产生,就自然会有新的名词取代智慧教育。技术与教育教学整合的关键不在于把技术作为学习对象或传递知识的工具,而关键在于促进学习者将技术作为认知工具和认知伙伴去解决真实情境中的问题。智慧教育作为一个新兴提出的概念,在具体实践的过程中,到底有没有被真正地贯彻该理念的本质,其中不乏很多学校或企业的盲目跟风和模仿现象,市场上百花齐放的教育培训机构,致力于为智慧教育提供从硬件设备到软件设施的全套解决方案,这些线上网站在某种程度上弥补了教育市场的一些空白,为智慧教育的发展提供了更多的想象空间和发展空间,但这些新形式的教学效果仍需研究。《方极规划评论》-2019规划评论第208期《智慧教育云平台解决方案》。

【核心思想】

本文通过构建智慧教育云平台,从平台搭建、软件设备、硬件设备、各平台主要功能等方面阐述了智慧教育云平台的工作原理、实现目标及实施路径,为构建智慧远程教育系统提供了一定的参考。

【规划评论】

1、优点

文章在传统的基于互联网、大数据的技术下,阐述了构建智慧教育云服务平台的基本解决方案以及功能,为构建远程教育新系统提供了思路,值得借鉴。

2、缺点

该智慧远程教育系统不能追溯和认证,应该利用区块链技术来解决远程教育的可追溯的问题和通证的问题。

【规划借鉴】

区块链技术在教育领域的应用可结合参考区块链在金融领域的应用,因为最早发展是在金融领域,相对来说起步较早,某些方面技术是比较成熟的,在数字货币、跨境支付、供应链金融与证券交易的应用都可以借鉴。

【正文内容】

1、规划研究背景

当前云计算、大数据、物联网、移动计算等新技术逐步广泛应用,经济社会各行业信息化步伐不断加快,社会整体信息化程度不断加深,信息技术对教育的革命性影响日趋明显。“十三五”期间,全面提升教育质量、在更高层次上促进教育公平、加快推进教育现代化进程等重要任务对教育信息化提出了更高要求,也为教育信息化提供了更为广阔的发展空间。

高校普教在网络基础设施、信息系统建设方面都有了大的发展。学校良好的网络环境使得校园网络应用系统和用户都达到了相当的规模,信息化教学的应用不断拓展和深入,教育管理信息化初见成效。

网络远程教育稳步发展,为构建终身学习体系发挥了重要作用。教育信息化对于促进教育公平、提高教育质量、创新教育模式的支撑和带动作用初步显现。

2、需求分析

2.1国家标准:

GB/T 15839-1995《64~1920kbit/s会议电视系统进网技术要求》

GB/T 28181-2016《公共安全视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》

2.2系统框架协议:

ITU-T H.264:关于高压缩比通信的视频编解码

IETFSIP:IP网络上进行多媒体通信的应用层控制协议

2.3网络传输协议

TCP/IP:传输控制协议/网间协议

FTP:用于在网络上进行文件传输的一套标准协议

2.4音视频系统技术标准

GYJ25-86《中华人民共和国广播电影电视部厅堂扩声系统特性指标》

GB/T15381-94《会议系统电及音频性能要求》

GBJ42-81《中国工业企业通信设计规范》

3、智慧教育设计方案

3.1方案说明

1、智慧教育云平台包括了音视频控制子系统、音视频处理子系统、云直播子系统、网管子系统、软件系统,基于纯IP网络通信和互联互通;

其中音视频控制子系统支持双机热备份倒换以确保系统可靠性;

音视频云处理子系统支持视频监控、视频会议、公共广播、电子班牌等视音频子系统的融合,支持动态增减模块和自动负载均衡等特性;

云直播子系统则实现大容量并发点播直播业务;

设备网管子系统基于IP内网进行全网硬件设备的统一远程网管;

软件集成子系统则实现现网软件系统的统一登录、统一界面操作集成,例如一卡通、考试管理等等子系统;

2、智慧教育云平台中各子系统,配合智慧教室终端WE、视频监控设备以及各种视音频外设,可以实现基本的本地教学扩声、远程互动教学、多媒体智能控制、在线课堂、在线评课、远程巡课、多媒体广播等等基本业务;

3、整体方案可选配置多媒体录播设备、分布式交互接口机(视频/音频/控制)、数字音频处理设备,部署在会议室、报告厅等其他房间,实现全校视音频业务统一融合和调度。

4、智慧教室终端WE,是一个多功能的、一体化的高集成度设备,支持1080P@60高清视频和宽频语音编解码,部署在各个教室,内置音频处理器、数字功放、视频矩阵、视音频编解码器、中控主机、时序电源模块,从而作为本地教学扩声、教室设备智能控制、远程互动教学、远程教学研讨、常态化录播、多媒体广播、考试听力播放、远程巡课、远程巡考等业务的终端。

智慧教育云平台业务平台

3.2智慧教育云平台功能

3.2.1分级分权管理

智慧教育的功能以组织结构为主线,划分出不同的组织/层级结构(二级),每个组织结构内配置独立的智慧教育系统,上级可以管理下级,下级无法管理上级,但是可以各级自行管理辖区内的全部设备。

系统支持多权限管理,可分多个级别,如管理员,操作员、服务人员等,不同权限的用户可管理不同设备。

3.2.2中心控制服务器热备份

区块链中的数据信息全部存储在带有时间戳的链式区块结构里,具有极强的可追溯性和可验证性。区块链中任意两个区块间都通过密码学方法相关联,可以追溯到任何一个区块的数据信息。

说明:

中心控制服务器支持主备倒换

虚拟IP实现倒换期间用户无感知

3.2.3媒体管理云平台

区块链是建立信任关系的新技术,这种信任依赖于算法的自我约束,任何恶意欺骗系统的行为都会遭到其他节点的排斥和抑制。区块链技术具有开源、透明的特性,系统参与者能够知晓系统的运作规则和数据内容,任意节点间的数据交换通过数字签名技术进行验证,按照系统既定的规则运行,保证数据信息具有较高的可信度,降低了系统的信任风险。

 

监控摄像机和监控平台管理

3.2.4系统可靠性设计

1、产品成熟

智慧教育云平台采用电信级产品设计原理,经过了众多用户的使用和实际检验,产品已经非常成熟和可靠。

2、系统架构稳定

智慧教育云平台核心硬件MCU平台,为一体化硬件结构,采用的是嵌入式操作系统,基本不受黑客和病毒的侵扰,系统可以保证高效稳定工作。MCU的MTBF高达10万小时,对工作条件和工作环境要求较低,具有电信级稳定性,支持7*24小时不间断运行。

系统达到白金级效率,支持热插拔冗余电源和存储设备,并自带容错风扇。架构可靠而且灵活

内部为基于IP网络的分布式交互架构,信令与媒体流分离;任意节点故障,不影响整个系统;节点与应用,可以随时增减;

3、控制服务器热备份

智慧教育的中心控制平台,由2台中心控制服务器MCU组成,该套可系统采用成熟的主备倒换技术,当主用服务器出现故障时,实现秒级业务倒换到备用服务器,因为信令与媒体流分离,因此全网终端侧根本不会感觉到切换过程。这样大大提高了整个系统稳定性,特别适合对稳定性要求比较高的应用。云平台实现智能负载均衡以及实时备份。

智慧教育媒体云平台,由多个媒体服务器MCU设备组成资源池,任何一个MCU出现故障后,均能够按照事先制定好的备份策略去选择最合适的MCU设备进行备份,实现音视频媒体的自动备份。

整个过程无需最终用户干预,短时间内自动恢复;另外,管理员用户调度音视频业务时不感知具体哪个媒体服务器MCU,系统自动计算负荷情况、智能分配媒体端口资源;即整个系统达到PAAS层级的云计算技术效果,管理员和用户只关心应用程序和数据,无需关心底层操作系统和数据库实现,采用M-Designer编程,即可针对用户快速定制智慧教育控制台应用。

智慧教室终端WE基于嵌入式操作系统开发,采用电信级ATCA架构保证稳定性和可扩展性,支持热插拔,选用工业级高速连接器实现内部通信,采用8层PCB电路板工艺以减少信号干扰、内部一体化单板无飞线的高可靠性设计,确保了超强的稳定性,支持7*24小时不间断工作。

4、系统主要功能

4.1智慧教育应用

4.1.1本地教学扩声

智慧教室部署WE、吊顶MIC(教学区)和扩声音箱,可选无线MIC(听课区),实现本地的教学扩声,确保教室内前排和后排的学生都能清晰听到老师的讲课声音。

WE内置3路3.81mm凤凰端子输入,兼容平衡式话筒输入或者线路输入,其中支持对平衡是话筒幻象供电,满足教室的2路指向性麦克风采集教师的声音,同时支持外接无线麦克风采集学生的现场问答声音。内置2路3.5mm接口输入,1路接入固定的教学PC或者互动白板立体声输入,同时支持1路讲桌的多媒体插座立体声输入,方便灵活可外接临时播放设备,例如:笔记本电脑、DVD、手机等等。

内置2路150W@8欧姆的数字功放,可直接输出到教室扩声音箱。内置2路3.81mm凤凰端子输出,可选外接扩展的数字功放、音频处理器、外置录音机或者录像机等等设备。

内置每通道的信号发生器(产生舒适噪声)、自动增益控制(AGC)、音频压缩器、均衡器等等,能够对前述每路输入进行单独智能处理,在输入侧把声音信号预处理,为后续保持音质打下基础。内置自动噪声消除(ANC)、自动反馈消除(AFC),同时配合自动混音矩阵(AM),支持任意路输入声音部分或者全部混合处理后,根据设置的处理策略输出到任意路声音输出,从而同时实现满足本地多媒体教学扩声的应用场景。

4.1.2远程互动教学

每个智慧教室部署WE和音频视频外设,最大支持1台接入4个互动或听课教室,实现本地讲课教室老师的讲课视音频,远端的互动教室和听课教室均可以听到,而且支持讲课教室与互动教室之间的实时视音频交流。

WE支持IETF SIP呼叫协议,支持BFCP支持双流协议,最大支持视音频呼叫带宽高达8Mbps,足以最大承载2路1080P@60高清晰图像(人像和课件)以及双声道的内容,从而达到极致的远程实时互动教学体验;内置自动回声消除(AEC)、自动噪声消除(ANC)、自动增益控制(AGC),从而同时实现满足本地多媒体教学和远程互动教学模式的声音场景。

对于已有远程互动教学设备的场景,可选配NEREUS系列音频处理器,在无需全盘推倒重新建设的情况下,弥补教室中的扩声效果差、抗回声/噪声效果差的缺陷。

 

远程互动教学设备

4.1.3多媒体智能控制

智慧教室内的WE主机,兼容各种视频格式输入到XGA/SXGA/720p/1080p视频格式输出之间任意转换功能,通过控制界面可以任意切换,确保主流的格式输入均能够输出到主流品牌的显示器、投影设备等等显示设备上。内置2路3G-SDI(可选)、2路DVI-I输入和1路HDMI输入接口,分别接摄像机、教学PC、实物投影,也可选接互动白板、笔记本电脑等设备输入;内置1路HDMI、1路DVI-I、1路VGA输出接口,支持固定输出讲桌显示器、投影机,还可选输出到远程教学回显屏幕或者录像机。

另外,WE主机支持被智慧教育平台远程控制,支持无操作自动待机、刷卡联动开机、按配置定时开关机、远程定时控制开关机等等各种功能,满足不同客户针对不同教室的不同情况,自行选择合适的节能环保策略,大大地降低智慧教室设备的功耗,同时延长教室设备的寿命。WE主机内置联动投影机和PC软关机策略,配合内置的时序电源,下课关机时,最大限度地保护投影机灯泡、PC磁盘数据,真正做到多媒体教室的智能化。

4.1.4在线课堂

WE主机作为每个智慧教室(讲课教室)的编码设备,通过RTSP协议把教师特写、学生特写、课件视频,实时上传到云直播平台,由此平台实现常态化录播,进行本校园网内的直播分发。

通过云直播平台,最大可以同时对16个教室进行常态化录制和直播,而且可以选择不同的清晰度,从而针对不同的网络带宽和并发路数进行优化,确保尽量达到显示最好的在线课堂效果。

对于不建设常态化录播业务,只在特定教室建设本地录播的场景,可在指定教室选配置WE-MR系列录播一体机,实现重要的课程进行单独的录像。

4.1.5在线评课

通过听评课平台WE-EPC,可以实现对所有的在线课程,进行点评和打标签,便于学校对于各个老师的教学能力进行集体评价。

4.1.6远程巡课

教室中部署WE主机,接入智慧教育云平台,从而校领导可以在办公室PC客户端、运维展示中心等进行远程巡课,而不必亲自到指定教室里面进行巡课。另外校领导也可以在办公室通过PC web界面,以教学直播方式进行远程巡课。

4.4.2应用区块链技术降低OER运营成本

将区块链技术的去中心化应用到OER(开放教育资源)建设中可节省大量中介成本。用户与用户间可直接通过点对点的传播方式进行资源共享,从而减少在大量中介平台上研发与管理维护的投入,改变OER(开放教育资源)运行机制,有效降低OER(开放教育资源)运营成本。

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