线上线下混合式教学系统

解决方案

石家庄艾恳迪电子科技有限公司

林耀波 13810386680（微信同号）

目录

第一章 建设背景.................................................................................................................................................. 3

第二章 场景需求分析......................................................................................................................................... 3

2.1. 场景1：个别学生延期返校，部分学生虽返校却无法进入教室听课.......................... 3

2.2. 场景2：个别老师因疫情封控无法返校到教室授课........................................................... 4

2.3. 场景3：学校正常开学，分班授课，分散听课.................................................................... 4

第三章 建设依据.................................................................................................................................................. 4

第四章 建设内容.................................................................................................................................................. 5

4.1. 常态化录播直播.................................................................................................................................. 5

4.2. 防疫情况下大改小教学.................................................................................................................... 5

4.3. 老师板书实时数字化......................................................................................................................... 6

第五章 总体设计.................................................................................................................................................. 7

5.1. 总体框架................................................................................................................................................ 7

5.2. 功能介绍................................................................................................................................................ 8

5.2.1. 老师应用功能介绍................................................................................................................. 8

5.2.1.1. 教师课中使用介绍.................................................................................................... 8

5.2.1.1.1. 开启教室授课设备....................................................................................... 8

5.2.1.1.2. 开启蓝牙麦克风............................................................................................ 8

5.2.1.1.3. 打开腾讯会议软件开启线上授课........................................................... 8

5.2.2. 学生端参与线上线下混合教学....................................................................................... 10

5.2.2.1. 参与线上线下混合教学........................................................................................ 10

5.2.2.2. 教室直播画面选择切换........................................................................................ 11

第六章 技术特点................................................................................................................................................ 12

6.1. 常规方案1：学校本地部署课堂网络直播课堂平台........................................................... 12

6.2. 常规方案2：钉钉、腾讯会议等直播平台软件.................................................................... 13

6.3. 本方案特点：.................................................................................................................................... 13

6.4. 直播系统优势对比表...................................................................................................................... 14

第一章 建设背景

教育部印发《关于加快建设高水平本科教育 全面提高人才培养能力的意见》（简称“新时代高教40条”），其中指出，当前，我国高等教育正处于内涵发展、质量提升、改革攻坚的关键时期和全面提高人才培养能力、建设高等教育强国的关键阶段。

在当前疫情情况下，按照疫情防控的相关规定，学校必须进行小班教学，班级数量倍增，但是师资力量并没有增加，伴随着疫情的不确定因素，学校经常面临着学生无法返校或老师无法入校等多种情况，导致线上线下同步教学需求量激增。

为保障疫情期广大师生复课复学安排，我公司充分发挥自身技术专长和服务优势，积极配合学校开展线上线下同步教学，实现教师及返校学生“现场安全上课”、无法返校学生“远程同步上课”。

第二章 场景需求分析

1：个别学生延期返校，部分学生虽返校却无法进入教室听课

针对此种情况，对本学期排课的101间多媒体教室进行升级改造，支撑“线上线下同步教学”，改造完成后：

授课教师在教室正常授课，系统将教室内的教师授课画面、课件画面、板书书写画面进行线上教学；

部分学生在主讲教室中如以往正常听课；

无法到教室的听课学生（分班教室、宿舍或校园其他区域）借助校园网利用腾讯会议、钉钉等直播软件客户端进行线上线下同步听课或者回看听课。

延期返校学生在家中借助互联网利用腾讯会议、钉钉等直播软件客户端进行线上线下同步听课或者回看听课。

上述场景可以不改变学校原有课表，不改变老师上课的习惯和正常授课方式，不改变教室听课学生的教学习惯和方式，对学校的影响较小。

所需支撑：确保教室内的网络顺畅，现有教室可满足排课计划。

2：个别老师因疫情封控无法返校到教室授课

针对此种情况，为保证所有学生均可正常听课，特别是教师正常进行线上授课，可利用升级改造的多媒体进行“线上线下混合式教学”。

学生到教室内正常听课的同时，利用已建设的或改造升级的教室硬件设备及配套的系统，将教室内的学生课堂画面及课件画面进行线上网络直播教学，上课过程中教师可以通过腾讯会议、钉钉客户端实时观看学生的课堂情况，解决教师在远程授课过程中不能实时了解掌握课堂情况的问题，对于无法到授课教室的听课学生（分班教室或校园其他区域）利用腾讯会议、钉钉客户端进行直播听课及回看听课。

所需支撑：确保教室内的网络顺畅，现有教室可满足排课计划。

3：学校正常开学，分班授课，分散听课

针对此种情况，为保证所有学生均可正常听课，教师正常授课。通过多媒体教室进行升级改造，支持教师开展“线上线下混合式教学”。

教师到教室内正常授课的同时，利用已建设的或改造升级的教室硬件设备及配套的腾讯会议、钉钉软件，将教室内的教师授课画面及课件画面进行线上网络直播，无法到授课教室的听课学生（分班教室或校园其他区域）利用腾讯会议、钉钉客户端进行直播听课。保障教学效果同质化。

所需支撑：确保教室内的网络顺畅，现有教室可满足排课计划。

第三章 建设依据

《关于加快建设高水平本科教育 全面提高人才培养能力的意见》

《加快推进教育现代化实施方案（2018—2022年）》

《教育信息化2.0行动计划》

《智慧校园总体框架》GB/T 36342-2018

《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》

《教育信息化数据标准》JY/T1001-2012

《普通高等学校建筑面积指标》（建标191-2018）

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》

《多媒体教学环境设计要求》（GB/T 36447-2018）

 第四章 建设内容

本方案旨在利用学校已经建设完成的的多媒体教学系统设备帮助学校开展课堂线上线下混合式教学。目前市面针对高教线上线下混合式教学这一应用场景提供了学校本地部署课堂网络直播课堂平台和钉钉、腾讯会议等课堂直播软件两种模式。本地部署课堂网络直播课堂平台存在部署复杂、网络带宽要求极高、服务器数量庞大、平台维护量大、建设成本高居不下的缺点。钉钉、腾讯会议等课堂直播软件存在直播过程中直播画面单一、扩展性差、无法与现有的教学录播平台进行数据交换等缺点。

针对学校目前的需求痛点，结合以上两种模式的弊端我公司提供的简单高效的线上线下混合式教学方案，此方案具备教室端部署灵活、接入设备种类丰富（可接入教室标准化考场摄像机、教室安防摄像机、教室原有扩声拾音）、高清常态化采集老师课堂板书画面、配合钉钉腾讯会议软件客户端软件实现学生观看授课教室课堂直播过程三画面、两画面、单画面，最大程度还原课堂实况，打造线上线下混合式教学模式。另外此方案还具备对外提供标准数据接口，可接入学校现有的其他流媒体或智慧教学或智慧校园平台，进一步扩大产品的应用场景，为学校打造高效、灵活、稳定的教学生态系统提供更加夯实的基础。

常态化录播

终端内置硬件编码模块，采用采用H.264/AAC算法，可支持多路1080p高清编解码，通过终端编码处理后，可通过平台进行实时直播或者录播。支持“同上一堂课”应用，听课教室三画面、多画面形式同步收看直播画面。

防疫情况下大改小教学

在当前疫情情况下，按照疫情防控的相关规定，学校必须进行小班教学，班级数量倍增，但是师资力量并没有增加，自主研发的智能硬件产品可以很好解决这个难题，讲课端教室的终端支持多路视频流通过RTSP、RTMP、RTP数据推流到直播平台的流媒体服务器，在听课端，可以使用直播平台客户端直接观看讲课端的老师、板书视频和课件资源，可以三画面收看、单画面收看也可支持画中画模式。

老师版书实时数字化

黑板板书作为课堂教学的重要组成部分，是老师逻辑的推演，灵感的体现和总结，具有提高效率、激发兴趣、启发思考、强化记忆等作用。黑板板书特写摄像机及采集编码模块可以高清常态化将老师普通黑板/粉笔（白板）原笔迹实时数字化，对老师在大屏书写过程与笔迹实时记录保存，并且系统可以将识别到的板书书写内容与书写过程同步显示线上线下混合教学过程当中，方便学生手机同步回放视频与板书。使课堂无视觉死角，解决了教室内的教育公平问题。

线上线下混合教学教室环境建设是智慧教室的一种重要形态，是对教学信息化的进一步深化与提升，它综合运用云计算、物联网、移动互联、大数据、人工智能、社交网络、知识管理等新兴信息技术，全面感知教学环境、物理环境、采集师生群体的学习、工作情景和个体的特征，在网络空间建立教学环境虚拟影像，将教学环境物理空间和数字空间有机衔接起来，通过在网络空间的计算掌握校园运行规律并反馈、控制物理空间，为师生建立智能开放的教育教学环境，改变师生与学校资源、环境的交互方式，开展以人为本的个性化创新教学服务，实现学校智慧运行，支撑学校开展智慧教育。

整体解决方案如下：

在每个讲课端教室的部署1台智能终端，它支持多路教学资源混合输出，教室前后端摄像机数据可以在终端进行编码混合，通过RTSP、RTMP、RTP数据推流到智能终端，智能终端子自带课件和课堂音频采集接口，经过智能终端混合后输出到教室的授课电脑，通过电脑端钉钉、腾讯会议的客户端将课堂内的课件、教室前端、后端摄像机画面、板书及课堂音频混合直推送到学生客户端，老师无需额外操作，学生通过钉钉、腾讯会议等平台直接观看讲课端的老师、板书视频和课件资源，可以三画面收看、单画面收看也可支持画中画等多种模式。

线上线下混合式教学系统架构图

教师无需改变其原有教学模式及授课方式，按照学校课表安排正常授课即可。

课堂开始后老师点击中控的“上课”按钮，即可开启授课设备。

①因部分学生未能到教室，所以老师授课的时候需要携带蓝牙麦克到教室，并开启。在远端听课的学生才可听到老师的声音

②开启麦克风侧边的开关，设备自动连接蓝牙功放，指示灯由闪烁变为蓝色稳定状态时，表示已经连接成功，可以正常使用。

①　打开教室电脑安装的腾讯会议软件，选择快速会议。

②　即可创建一个会议，复制左上角的会议号发送给别人即可进入会议。

③　选择屏幕共享；

④　点击开启视频；

方式一：通过会议 ID 入会
1、打开腾讯会议App，点击“加入会议”，输入会议号，并输入会议密码；

2、设置开启/关闭摄像头和麦克风，再点击“加入会议”即可成功入会；

方式二：通过分享链接入会
1、如果您本地已安装腾讯会议，当您收到的邀请信息为链接形式，则可以点击邀请链接，验证身份后即可直接进入会议；

2、点击链接进入会议详情页面后，如果会议创建者创建的会议类型为预定会议，则下方会显示"添加到我的会议"，您可以点击，将这个会议添加到您的会议列表，防止您后续入会时忘记会议号；

目前市面针对高教课堂线上线下混合式教学这一应用场景提供了学校本地部署课堂网络直播课堂平台和钉钉、腾讯会议等课堂软件平台两种模式。本地部署课堂网络直播课堂平台存在部署复杂、网络带宽要求极高、服务器数量庞大、平台维护量大、建设成本高居不下的缺点。钉钉、腾讯会议等课堂直播软件存在直播过程中直播画面单一、扩展性差、无法与现有的教学录播平台进行数据交换等缺点。

：学校本地部署课堂网络直播课堂平台

学校本地部署课堂网络直播课堂平台，此种模式下需要对教室前端采购专用录播摄像机、专用录播主机及拾音系统，后端部署直播平台和流媒体服务器等设备，最终通过学校公网出口实现课堂教学直播的功能，此种方式其中存在如下弊端：

网络带宽需求巨大

此方案对公网带宽要求较高，具体数量需根据实际授课课程数量计算，根据课程情况增加服务器数量及公网带宽，支持约5000名学生同时观看直播的前提下，每个学生只开放课件单路画面点播流量按照2M带宽需求考虑，学校网络机房需要为直播系统提供约10G上行的网络出口带宽的前提下支持约5000名学生同时观看直播。并且学校的直播网络根据其应用特点需要单独公网IP，随着直播用户的规模不断扩大还需扩大对应的带宽，无形当中增加建设成本

后台服务器数量庞大

支持约5000名学生同时观看直播的前提下，每个学生只开放课件单路画面点播流量按照2M带宽需求考虑，单台流媒体服务器配套的千兆网卡及服务器性能，实际稳定支持800m，可同时并发处理400个直播客户端，学校网络机房需要为直播系统提供13台专用流媒体服务器可支持约5000名学生同时观看直播，流媒体相较于其他应用服务器采购成本高，随着直播用户的规模不断扩大还需增加流媒体服务器的数量。

支持5000人同时在线直播的后端服务器配置需求如下：

后端平台运维复杂

课堂网络直播后端平台涉及到平台服务器、基础模块服务器、数据库服务器、负载均衡服务器、流媒体服务器涉及服务器的种类多，且每个服务器通过互相配合实现直播的应用，在实际使用过程中，课堂直播往往是呈现高并发和低并发相交互的规律，如果做好后端平台服务器的高效稳定运行决定着是否能课堂直播的效果，任一模块或服务器出现故障会影响此服务器上所有教室设备，极大的降低课堂直播平台的体验感，同时也对后端运维的技术人员的能力和故障响应速度提出了更高的要求。

：钉钉、腾讯会议等直播平台软件

学校教室采用钉钉、腾讯会议直播平台软件，此种模式下需要对教室前端教学pc电脑安装钉钉、腾讯会议等直播软件客户端，通过学校公网出口实现课堂教学直播的功能，此种方式其中存在如下弊端：

直播画面单一

课堂直播只有目前大部分高校采用此种课堂直播模式，如部分学生无法返校在直播教学过程中，学生只能观看到老师课件屏幕，无法更好的还原课堂实况。

可扩展性差

不具备对外提供标准数据接口，可接入学校现有的其他流媒体或智慧教学或智慧校园平台，进一步扩大产品的应用场景。

1.         兼容市面主流直播平台（钉钉、腾讯会议、腾讯课堂等）

智能终端配合钉钉腾讯会议软件客户端软件实现学生观看授课教室课堂直播过程三画面、两画面、单画面，最大程度还原课堂实况，打造线上线下混合式教学模式

2.         接入教室现有视频采集设备

可兼容标准化考场摄像机及教室多媒体安防摄像机，实现教室画面信号采集，最大程度上利用学校已有的多媒体教学设备，通过智能终端实现教室端音频、视频采集混合输出。

3.         增加老师授课板书采集设备

黑板板书特写摄像机及采集编码模块可以高清常态化将老师普通黑板/粉笔（白板）原笔迹实时数字化，对老师在大屏书写过程与笔迹实时记录保存，并且系统可以将识别到的板书书写内容与书写过程同步显示线上线下混合教学过程当中，方便学生手机同步回放视频与板书。使课堂无视觉死角，解决了教室内的教育公平问题。

4.         接入教室现有音频采集设备

可兼容现有多媒体扩声设备，将老师课堂授课音频采集至智能终端，无须额外外接拾音设备，对老师正常上课无须额外操作。

5.         画面融合输出

将课堂内的课件画面、教室前端、后端摄像机画面及课堂音频混合，智能终端内置多种融合模板，支持多画面、三画面、左右双画面、画中画、单画面等多种布局，适应多种直播环境要求。

6.         标准数据流输出接口

智能终端提供标准数据流输出接口，可将融合后画面接入已有教学信息化平台，充分利用信息的共享和开发机制，为学校教学信息化应用积累提供更丰富的教学资源基础数据。