云课堂云管理云录播教室解决方案版.docx
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云课堂云管理云录播教室解决方案版
云课堂、云管理、云录播解决方案
北京安地瑞科技有限公司
2017年
1.背景分析
教育信息化是国家整体信息化发展的重要组成部分和战略重点之一，教育信息化是教育与科技结合的标志性领域。
云课堂、云管理、云录播系统的建设是学校教学质量与教学改革工程的重要组成部分，旨在充分利用名师名教的先进教学效果，培训师资，实现优质资源共享；使教师间能够更直观的相互学习及提高；同时，各种类型的课程录像文件也是学生预习和复习的重要资料，提升学习兴趣的同时，也提供了更直观、生动的教学的资料。
2.系统简述
根据当前和未来的教学发展需要，安地瑞公司凭借先进的音视频编解码技术，结合自身强大的技术研发优势，推出了云课堂、云管理、云录播系统。
云课堂、云管理、云录播系统是将课程录制存储、教学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能力的辅助教学应用系统。
新一代的VOI桌面虚拟化，充分利用终端硬件计算性能（CPU、GPU），服务器依赖低，网络占用小，彻底解决了VDI架构性能低下、成本昂贵、高度依赖服务器和网络的问题，是多媒体教学应用的完美基础架构。
通过网络把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、集中存储及教学管理。
在先进的产品和技术帮助下，使优秀的教师、课程、资源、知识得到充分的展示、记录、管理、分享。
以专业化、国际化、特色化、易扩展为标准，为您提供一个集产品、技术、信息、应用于一体的教学平台，让您充分体验、享受“云”的强大处理能力。
3.设计原则
本设计方案是一项集网络技术、音视频技术、多媒体技术、环境控制技术、软件应用技术等于一体的高科技系统集成工程，而不是设备的简单叠加与组合。
本设计方案主要遵循了以下几个主要设计原则：
先进性：
在满足需求的前提下，充分考虑当今网络技术、多媒体技术和音、视频处理技术迅猛发展的趋势，尤其是充分考虑到当今及未来课件发展的趋势，在技术及理念上适度超前并提供平滑的升级服务，使该项目的建设与其他系统建设在技术平台上保持相对的时代同步性，从而在技术的应用和教育的手段上都保证了整个系统的前瞻性和先进性。
实用性：
方案设计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。
尽可能做到系统的总投资少,系统的管理和维护费用少,系统在未来进行更改、搬迁、改造、升级时所需的花费少，保证总体设计达到功能和经济的优化设计。
稳定性：
系统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，表现在教学安全的全方位保障能力、突发事件的应对能力、设备运行的容错能力以及系统故障的快速恢复能力这四个方面。
保证系统7*24小时不间断工作，以保证教学、学术活动的连续进行；在突发系统或前端设备故障时，系统具有足够的应变能力和容错能力，并提供各种故障的快速恢复措施，使其具有极高的稳定性和可靠性。
兼容性：
整个系统完全按照标准化、开放性和模块化设计。
系统软硬件之间的兼容性良好，能与符合标准的任何第三方硬件、软件或资源库兼容，在系统规模和功能上具有很强的扩展能力，可以适应网络技术和软件技术的不断发展，开展新的应用。
扩充性：
系统设计采用开放式的结构，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。
4.系统功能
4.1.云课堂功能
1、云桌面软件架构
2、功能设计
1）云桌面充分利用终端硬件计算性能（CPU、GPU），服务器依赖低，网络占用小，支持服务器跨网段共享。
2）云桌面系统支持终端独立运作，在服务器和网络发生故障时保证桌面不会中断工作，确保教学活动的正常进行，即关服务器也能上课，服务器出现故障不影响终端正常使用；支持灾难恢复能力，提供自动还原、自主还原、定期还原等多种还原方式。
3）支持大型多媒体教学软件（教学软件、高级口译教学软件）和大型设计软件（Maya、3DMAX、CAD、ProE）流畅运行，对应用软件无任何限制；每教室支持60路高清视频并发点播。
4）具备多种硬盘缓存机制：
1.无缓存2.部分缓存3.完全缓存。
以上3种缓存机制支持策略方式应用于不同应用场景的终端环境。
5）支持客户终端机器启动时，可以选择多种网络操作系统或者本地硬盘系统启动；支持对客户终端机器远程控制。
6）支持还原点功能，允许管理员自动生成还原点，并根据实际情况恢复到特定的初始操作系统状态。
7）支持账号管理功能的。
8）支持同时发布运算在终端和运算在服务器两种虚拟桌面，满足不同教学场景对桌面功能或终端性能的要求；两种虚拟桌面的管理操作必须在同一个控制台，降低运维复杂度。
9）客户端支持使用PC、笔记本电脑等设备等作为虚拟桌面终端。
10）管理端必须支持跨平台，既可以在windows系统上部署，也可以在linux系统上部署。
11）系统具有盘网双待功能，支持网络和硬盘双启动方式：
当终端电脑出现硬盘故障或者无硬盘时，终端自动通过网络启动；当网络中断时，终端可正常运行无需重启。
12）双启动必须是完全自动执行，同时本地硬盘操作系统和网络读取的操作系统是全自动实时同步的。
不需要通过网络ghost等方式在本地硬盘安装操作系统或者断网断硬盘时需要手工切换或者重启。
终端自动更新时可以通过管理端的更新进度条查看更新状态。
13）支持自动还原和更新，客户机只需要重启便能够恢复到初始的可靠状态；能够支持对客户机进行统一远程开机、重启等操作。
14）支持多超管功能，允许同时对多个教学操作系统镜像进行更新升级或者软件安装。
15）客户端应当具有个人加密磁盘功能，师生存储的数据在服务器端以加密单文件形式保存，师生在虚拟终端上可以基于独立的用户密码系统打开磁盘空间。
16）采用WEB管理界面管理方式，在一个管理端界面中就可以同时查看、编辑和管理所有终端；具备服务器图形化状态监控功能，可实时查看服务端系统状态、网络流量、内存和磁盘读写速度等；
17）采用P2P镜像更新技术，支持镜像更新限速功能；可在有镜像更新时选择更新优先或应用优先，并可自动或手动设置镜像下载、上传速度，CPU占用及写磁盘速度。
18）系统应当具有灰度更新功能，管理员对虚拟系统镜像的变更可先在指定范围内更新，确认无误后再更新到所有学生机，避免出现误操作。
19）采用操作系统镜像和驱动分离技术，需通过单一操作系统镜像文件同时启动不同硬件及至少3种不同显卡的客户端PC，无需通过多个镜像来解决多硬件兼容问题。
20）支持对客户机终端本地的硬盘保护；可对本地硬盘各分区进行还原保护。
21）能够从驱动层对移动存储设备、软驱、并口、串口、调制解调器、打印机、扫描器、磁带、声卡、智能卡等接入设备控制，禁用移动存储设备时不影响USB接口鼠标键盘打印机的使用。
22）支持集中管理。
所有终端的系统安装、补丁升级、软件更新、环境设置、新机器部署，故障恢复，都由系统管理员通过操作服务器完成，除非终端硬件故障，不需要做终端维护管理工作，支持远程开关机、设置计算机名称和IP地址，远程硬盘格式化、网络访问设置、远程桌面控制。
23）支持按需交付。
可按照不同年级、不同专业、不同系统环境、不同教师，提供成千上万种不同的教学应用环境。
管理员可以进行中央配置，当用户开机后自动推送其虚拟应用环境；用户也可以自行选择所需的虚拟应用环境。
每台终端拥有自己专属的虚拟应用环境，互不干扰。
4.1.2教学软件设计
1）课堂教学。
支持媒体广播、屏幕广播、磁带广播、影碟广播、展台广播。
作为最常用的屏幕广播，提供屏幕广播工具栏，方便教师的教学，屏幕广播工具栏主要功能包括：
支持屏幕广播暂停和播放，方便教师确定正确的课件后再屏幕广播传给学生；支持屏幕广播标注，可以随时白板或黑板覆盖教学内容，进行专门的黑板教学讲解；支持课堂练习，教师可以以当前屏幕内容为题，叠加进行课堂练习，课堂练习支持抢答、选择、判断、写作和口头回答等方式，在回答结束后，教师能立即看到或听到全班学生答题结果，并可进行即时讲评；支持学生遥控，方便教师可以授权学生遥控操作教师电脑来做全班讲解和练习。
作为视听教学，媒体广播主要功能包括：
支持MKV、WMV、RMVB、MPEG1、MPEG2、MPEG4、FLV、DIVX、XVID、AVI等高清媒体；支持变速不变调；支持书签；支持视频播放多字幕切换和多路音轨的切换。
2）互动教学
支持即时反馈课堂练习，教师在进行语音广播、屏幕广播、媒体广播和外接媒体设备广播时，可随时以当前教学场景为题目，叠加进行训练，支持抢答、选择、判断、写作和全体口头回答等方式。
3）学生发言
教师可以在广播教学、声音广播、口语训练及直播时邀请学生进行发言，所有学生都能听到正在发言的学生声音。
4）学生示范
学生示范时，教师和其他学生可以看到该学生的屏幕，听到该学生的声音。
5）多频道教学
支持16路数字频道教学，媒体节目频道支持音频和视频节目，如MKV、WMV、RMVB、MPEG1、MPEG2、MPEG4、FLV、DIVX、XVID、AVI等高清媒体。
教师可以在不同频道教学并任意调整各个频道的播放进度，教师可以指定学生学习指定频道，也可以开放让学生自主选择感兴趣的频道学习。
6）分组讨论教学
支持任意分组，每组讨论人数大于16人，实现多人双向语音和文字讨论；支持课堂预习，老师可以把文档课件发给学生，进行自主预习讨论后再进行教学。
7）影音复读
全班学生可同时点播相同或不同的高清视频，支持变速不变调播放，支持视频跟读、波形对比。
8）自主学习
学生可以自由浏览资源库资源，包括文档、音频、视频等节目。
学生能可进行视频复读训练，自主测试。
9）全程录音
在教师上课的时候，可以把整节课所讲的内容录下来，以备参考。
10）监视和辅导
教师同时监视25个学生屏幕，具有暂停+自动轮循监视功能，有效掌握学生学习状况。
同时可以语音辅导，也可以实现“手把手”远程辅导。
11）作业训练
布置作业，教师发送作业文件到学生计算机。
收取作业，教师可以将学生计算机上的作业文件统一收取到教师计算机。
12）教学管理
学籍管理：
管理学生信息、查询统计学生出勤记录等详细信息进行管理和统计。
资源库管理：
上传、修改、删除、检索资源库内的资源。
13）备课工具
试卷编辑：
制作标准化考试、口语考试等试卷。
试卷评阅：
教师可以在安装评阅工具的计算机上，通过试卷评阅工具在任意计算机上评阅考试试卷。
课件制作：
制作数字化教材。
字典工具：
进行单词的汉译英或英译汉。
14）操作简洁。
主要功能实现单键操作、单键恢复；功能操作反应迅速，稳定可靠；如遭遇计算机故障或网络中断等，计算机重新启动或网络修复后，自动恢复到当前教学状态。
15）多语言操作界面。
用户界面支持中、英、日、德、法（不少于10种）等语言实时切换，便于外教授课。
4.1.3综合教学平台设计
1）教学平台
提供和主流教材配套的电子教材，允许学生在云课堂内完成课文的预习和复习。
支持各类题型，能用于综合训练、课堂测验和考试。
允许学校和老师自建题库和教学资源。
2）课后训练平台
提供和主流课程配套的训练库，以提高学生听、说、读、写等各方面的语言能力，训练模式包括但不限于如下形式。
听写训练。
允许学生根据听到的音频，写出相关的单词、句子或段落。
允许学生调整音频播放的熟读，以及播放次数。
根据播放速度、重复次数和正确率进行评分。
听力理解。
允许学生根据听到的音频，完成相应的练习。
允许学生调整音频播放的速度，以及播放次数。
根据播放速度、重复次数和正确率进行评分。
发音训练。
允许学生朗读单词、句子或段落。
允许学生点播标准示范音。
根据语素、单词发音、完整性、流利性、语调、重音进行评分。
跟读训练。
允许学生根据音频或者视频进行跟读，可以逐句跟读，可以选择跟读模式，例如SP、SSP等。
根据单词发音、完整性、流利性、语调、重音进行评分。
快速阅读。
允许学生在规定的时间内阅读文章，并完成相应的练习。
根据阅读时间和答题正确率进行评分。
极速阅读。
支持专业的阅读训练法，一次显示一个单词，快速阅读文章，完成相应练习。
允许学生调整文字的播放速度和播放次数。
根据播放次数、播放速度和正确率评分。
连词成句。
允许学生用给定的单词组成通顺的句子。
根据正确率进行评分。
改错训练。
允许学生标记给定的句子或短文中的错误。
可提示错误类型和数量；根据是否使用提示和准确度进行评分。
3）作业平台
作业，有针对性地帮助学生提高学习能力。
允许教师从公共题库或者自建题库中抽取试题，布置综合训练类的作业。
允许教师布置写作或翻译类的作业。
允许教师布置开放式作业，支持递交的文件包括但不限于Office系列、音视频媒体等。
允许教师将不合格的作业打回重做，允许教师强制收取所有学生的作业。
允许教师批阅学生递交的作业。
允许学生之间互评作业。
4）考试平台
教师可以通过组织考试来检查学生的学习状况，可用于课堂测验、或期中/期末考试。
允许教师从公共题库或者自建题库中抽取题目进行组卷。
允许教师按照题型和知识点来设计试卷结构和考查范围。
允许教师将老师直接安排给自己教授的班级，并且能够自行控制考试开始和结束；允许教师对考试结果进行批阅。
4.2.云管理功能
一、界面截图
巡课教学督导功能界面
远程导播功能界面
互动课堂功能界面
二、功能
教学督导系统是集远程听课，远程巡课，远程导播，音视频同步,互动教学一体的集中管理控制软件。
主要有以下几个功能应用：
巡课：
1、支持本级目录管理，可支持市、县（区）、学校、年级、班级的多个教室管理；多角色（学生、老师、校长或区领导）实时在办公室即可轻松巡视每一个班级。
2、支持1、4、6、8、9、12、16等画面分割显示主播出画面；当鼠标点击全屏按键，该通道画面可最大化显示。
3、可单独监听任意一个教室的语音。
4、可对任何远程教室画面进行本地抓拍和下载。
5、可对教室摄像机云台进行控制调整（焦距、光圈，上下左右等方向的调整）。
6、支持远程教室画面在本地窗口互动应用支持互动授课和旁听。
7、支持手动添加远程教室设备，用户可自定义目录，并可以对录播教室重新命名重新管理。
8、支持用户自定义修改本地抓拍和下载的路径，支持自动录制和自动直播功能。
远程导播：
1、远程提供预览、点播、互动、导播、远程配置和本地配置等功能模块。
2、支持远程智能单流单文件的的电影模式与多流多文件的资源模式的录制功能，支持单画面、画中画、二分屏、三分屏、四分屏、六分屏等多种画面组合播出；客户端观看视频和屏幕窗口，每一部分都可以全屏，具备播出画面的预监和切换播出功能。
3、鼠标右键点击任何远程教室画面可进行本地抓拍和下载。
4、可远程对教室摄像机云台进行控制调整，可对云台摄像机焦距、光圈、上下左右等方向、云台转动速度、预置点的的远程操控。
5、支持远程支持多达20种切换特效，擦除、覆盖、淡进淡出等
6、支持远程在线插入字幕，把事先编辑好的文字字幕生成列表，在导播的时候插入预览或者播出画面。
7、支持OSD信息的远程修改和插入。
8、支持远程插入片头片尾。
9、支持远程智能手动导播和自动导播模式的远程切换。
10、支持智能电影模式和资源模式的远程切换。
4.3.云录播功能
优质课程资源直播和录制
云课堂、云管理、云录播系统的应用，为优质课程资源建设提供了专业性的解决方案，使视频资源建设、管理、应用整体化和规范化。
课程录制不会对常态教学造成影响，教师和学生只需在云课堂、云管理、云录播课室里正常教学，启动录制，无需工作人员参与，便可将整节课真实、快速地录制下来，保证教学常态化；也可运用远程导播模式，录制较高质量的教学视频，参与优质课堂评选。
视频录制快速、高效、便捷。
网络教学技能训练、微格教学评估
利用云云课堂、云管理、云录播开展校本教研，是教师专业化发展的必由之路，是学校可持续发展的需要，是学校办学水平的主要标志。
因此，利用网络开展校本教研活动，是云课堂、云管理、云录播应用的重要发展方向。
安地瑞机架式云云课堂、云管理、云录播在网络教学方面主要有以下应用方式：
教学评估
通过云课堂、云管理、云录播系统，可远程以直播形式或点播方式对老师的教学授课进行综合观摩、评比，对各老师的教学情况进行综合评估。
教研活动
教研活动，是有针对性地教研活动。
对于每个教研活动，活动组织者需要制定目标，并根据教研目标选择评估人、评估标准等。
一个教研活动可包含多次课程评估，支持“同——异”式和“同——同”式课程。
所谓“同——异”式，就课的结构和主题来说，包括同课异构、同主题异课、同课异主题等；就课的视点和纵深发展来说，可以是研讨一节课，可以是几节课，可以是一个片断，也可以是几个同质或异质的教学细节。
所谓“同——同”式主要指同课同构，即同一篇课文，同样的设计由同一个老师和几个老师实践。
老师选的课可以是曾经成功的，可以是曾经得意的，可以是曾经遗憾的，也可以是曾经失败的；可以是自己亲身实践的，也可以是模仿他人（如名师、特级教师）展示的，等。
通过纵向式的实践研讨，全面展示自身的教学追求和专业成长，充分品尝课堂的酸甜苦辣，清晰而又深刻把握自己的课堂教学优势和不足、成长和缺失，从而进行针对性地磨炼，努力形成自身的教学风格。
微格教研
微格教研，就是在微视频分段支持的基础上，将课程视频划分为多个段落的微格视频。
根据微格理论，这个划分可以按照教学技能划分，也可以按照教学内容划分。
教研活动可以针对微视频进行，对特定教学技能和教学内容进行评价，并选择优秀的微视频作为优秀资源。
微格教研，将视频划分为多个微视频评估，有助于加强教研活动的针对性，利用微格理论，更有效地提高教师某个教学技能和教学内容的能力。
同时，以微视频的形式作为优秀课程资源，以更短的形式，有助于提高其它教师学习某个教学技能和教学内容的效率。
网络课件制作
系统能自动生成可供网络点播的网络课件，后期可对录像文件进行删减、合成、索引等编辑，也可导入非线编平台进行专业编辑。
方便用户教与学的综合应用，优质精品课件的评比等等。
优秀微视频开放
将全市的优秀课程进行评选，在网络上以视频资源的形式直接向全市学生开放。
相比于第一种模式，这种模式涵盖的内容更广泛、覆盖的学生面更大，因此可以更大范围地推进教学资源的均衡化。
在本方案中，为解决中小学生网络学习注意力难以持续集中的问题，本方案提供网络在线编辑器，将优秀课程资源按照知识点划分3-5分钟的微视频。
知识点视频按照学科、年级、进度等组织，为学生利用网络视频资源学习提供了更为方便和针对性的方案。
优质视频课程资源建设
可以为学校进行优质课资源库建设，同时也可为课件提供开放式管理平台。
教师上课完成时，录制的课件会自动生成，可直接上传到服务器，生成独立管理平台，为教师资源上传点播提供开放式管理平台。
同时管理平台全面支持基于内部园区网或广域网终端对课件库资源的授权访问/浏览查询/下载导出应用。
可以建立起校际与学科相交，点与面相织，教科研人员、一线教师广泛参与的立体式庞大的视频教学、教研资源。
逐步建立起的课程资源可以突破原来教研只能小范围、短时间互动的局限，增强教师参与教研的自主性，回应解决问题的及时性和实现互动交流的广泛性，实现教学与教研同步进行，一举多得。
逐步建立起的课程资源可以给与学生学习更多选择的机会，更多有针对性自主学习的途径。
远程教学应用
随着网络技术的运用普及，学校也从单纯的教室课堂发展到了与网络课堂相结合的多模式教学活动。
通过安地瑞全自动课程云云课堂、云管理、云录播资源管理系统，用户可以进行课件的网络直播和课后点播，示范性教学、学生远程学习，远程互动教学等等。
用户可以随时随地进行观摩、学习，不再受空间和时间的限制。
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