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现代化教学质量监控系统探析

 


 

随着各教学机构教学规模扩大化,出现了学生、教师数量剧增,管理人员相对较少的问题,更有教室分布广且学生分布各地的情况,由此显现了诸多传统教室管理模式的弊端,如设备紧急问题并发维修困难, 人工课堂巡查费时费力,同时,也产生了原有教学管理设施不能满足发展需要的问题。为了及时掌握教学情况、快速处理异常状况,现代化的教学质量监控系统便应运而生,该系统的基本模式是利用多媒体技术改变传统教学管理模式,同时随着数字化校园的整体趋势,进一步提升教学信息化、现代化程度,丰富教学手段,扩展传统课堂,拓展了传统监控系统单一性的壁垒,将管理者、教师、学生连接在一起,在提高参与度的同时,为教学评估提供更客观的评估依据,现代化的教学质量监控系统作为数字化教学环境的一部分,极大地提高了教学质量管理效率,进一步完善了教学质量监控体系。

 

一、 整体现状

现代化教学质量监控系统始于2008年,正是在北京奥运会的推动下,高清监控、智能分析的监控系统开始崭露头角,作为教学质量监控系统的重要硬件,在此前的模拟监控、数字监控、IP网络监控时代其作用及其有限,然后随着高清化、智能化监控系统的出现,其各方面特性为教学质量监控体系带来了质的提升。

目前,教学质量监控系统运用范围几乎涵盖了包括幼儿园、K12基础教育、高等职业教育、继续教育等几乎全部教学场所,其中高职院校应用范围最广。

现代化的教学质量监控系统技术架构主要由前端设备(监控摄像头、拾音器、解码器、报警器、云台)、信号传输系统(校园网、专用网络)和主控处理服务器组成。运作流程基本采用前端设备采集音、视频数据,根据校园具体情况,从信号传输的稳定性、可行性、效率性、可维护性等多方面综合比较后从视频基带传输、光纤传输、网络传输、微波传输、双绞线平衡传输、宽频共缆传输等传输方式中选取最优线路,将信息传送至包括管理服务器、流媒体服务器、视频监控服务器等的主控处理服务器,由服务器将处理后的信息输出到管理人员客户端,通过客户端软件可调看系统内任意一路视频监控图像,并进行控制,如摄像头方向、焦距、优先权限等级均可设置,能回放存储的录像资料,并能下载监控视频记录的视频格式文件;部分输出方案采用输出到电视墙,其主控室一般配置一台硬盘录像管理主机(集中对多台监控的图像进行编辑、回放和集中管理),同时配备一台全功能编程操作键盘,通过编程操作键盘可对系统以菜单方式进行编程和操作,每路视频输出可编程为切换显示或固定显示,也可进行单个镜头焦距大小的实时调整,在多路视频输出的图像上均可叠加时间日期和地址位置等信息。

近年来随着计算机计算性能的提升和WEB技术的日趋成熟,原先需事先安装大量系统配套程序的C/S架构逐渐被直接通过浏览器访问并管理的B/S架构所取代,即主控处理服务器与网络设施透过标准通讯协议与各监控主机相连,构成完整的中央监控系统架构,通过该主控服务器的网络架构数据库达成中央控管的目的,不论是管理人员、维护人员,皆可透过局域网/互联网以浏览器来进行巡视。设备架构也逐步升级为视频切换矩阵和嵌入式网络硬盘录像机,矩阵切换主机也多配置带控制码的分配器,通过控制码转换器可实现对球机及云台一体化摄像机的控制,同时,将通讯主机和硬盘录像机的软、硬件进行系统集成,在系统管理主机上实现统一的操作。

现在的教学质量监控系统已能完成初步的课堂巡查、教学录播、教学评估、电子监考、教室安防监控的功能。

 

二、 实际使用问题

目前,教学质量监控系统仍存在诸多实际运行、使用问题。包括集中监控应用中的图像传输延时过长、无法实现多路同时监控、海量存储、兼容性差的问题;监控系统软件(服务器端、客户端)作为系统与操作人员直接打交道的人机界面的易用性、便利性较低;随着监控工程规模的不断扩大,监控设备和监控点不断增多,必然会有大量的数据需要处理分发,主控处理服务器和客户端软件平台的整合,巨大的图像数据势也会占用大量的传输带宽,读出和写入数据库的庞大数据对于网络带宽和服务器的承载能力提出了更高的要求;随着数字技术的应用越来越普遍,电磁污染也日益严重,特别是监控系统的前端采集部分,置于电源设备的现场,更易受到影响,监控系统受到的电磁干扰一般来自计算机内、外部,计算机内部干扰有信号反射、高频电路辐射、元器件噪声、寄生耦合等,来自计算机外部的干扰包括电器设备的干扰(如开关冲击、电磁辐射干扰、电器设备的放电)、自然方面的干扰(如雷电、电磁脉冲以及静电干扰等)都将对教学质量监控系统的硬件产生不同程度的干扰影响;系统硬件维护成本也在与日俱增,包括大量前端设备、主控室设备的数据存贮、备份、清洁等管理。

 

三、 现代化解决方案

优化流媒体转发服务,保证各种宽带和大量的同时访问,利用先进的流媒体转发技术,包括先进的数据流压缩技术,在前端带宽小于2M 的网络环境,依然能够保证远程多用户同时巡视,解决大规模组网中的网络瓶颈问题。

完善集中存储服务,提供多种集中存储灵活配置策略设置,包括根据存储情况提供实时、分段和紧急状态集中存储策略。配备高速接口,可以自动或手动完成对视频资料的快速备份,清理时间较长或冗余空间。

集约化管理,通过主控处理服务器端程序可以对系统中所有系统结构、硬件配置、设置参数和使用人员进行集中的远程管理,远程监测设备运行状态,修改设备的各项参数。

提高易用性,友好、美观的人机交互界面,最小化人员学习成本,上手即用,迅速掌握系统使用。采用模块化插件设计,优化系统架构,提高使用灵活性和稳定性,提高容错率,提供高效的反馈模式,使用者可快速进行使用问题反馈和需求反馈。

全面的用户权限管理,通过系统对用户权限进行优先级分组设置管理,使用者浏览器端对主控处理服务器的访问都将在用户数据库进行身份认证,不同权限用户只能使用特定功能,只能对特定数据进行访问,不同级别的用户权限高的用户优先控制,同样级别的用户按时间优先。

 

四、 未来趋势、展望

现代化的教学质量监控体系是以建立科学、规范、可行的教学质量监控体系为核心,借助设备管理一体化、数据处理计算机化、应用场景多媒体化、信息管理互联网化的方向发展,以达到集约、易用、智能、客观的教学质量监控体系。

未来的教学质量监控系统将具备更高的硬件配置,如4K清晰度、亮度自动补光、焦距无限放大、高性能云台、高清音频质量(噪音过滤)等。系统架构也将进行重建,更加符合多用途、多场景的使用需求,如可扩展性的大幅提升,采用开放架构,支持按需扩展,标准化技术,兼容性更强,可管理性的大幅升级,应对大规模的巡视要求,可快速准确的对全部监控设备进行统一或分组管理,也可支持分级分域的管理,满足数量大、分布广的教学资源巡视要求。

随着技术的逐步成熟,更多的艺术院校将会享受到现代化教学质量监控系统发展的红利,如可对音乐、舞蹈课程中学员的动作进行慢动作捕捉回放的功能模块,对英语课学员发音进行高清晰录制慢放以及远程教学互动等功能都将显著提升教学体验、教学质量,互动性的教学质量监控体系未来将越来越多地出现在小众培训领域中。

现代化的教学质量监控系统在气象培训领域也将发挥越来越重要作用,以中国气象局气象干部培训学院的教学巡视系统为例,其建成后,将具备研究评估无干扰听课(无痕巡视)、教学素材收集、自习课堂管理、电子监考、示范课直播等多种教学质量监控系统核心功能,通过对教学数据的实时调用可完成教学的纵向、横向对比评估,教学数据的客观性将大幅提升,未来可通过全平台(电脑、手机、平板)随时随地进行听评课,随着智能化模块的升级,未来也能够实现自动化录播、人脸识别、语音转文字等满足不同使用需求的功能,通过将教学巡视系统与原有教学系统进行高效连接,将可实现定向或分组的视频广播,可将任意班级的课程、活动等向其他教室进行现场直播,或者使每个教室作为一个分控端访问其他教室的视频和声音。通过互动校园私有云技术,巡视系统将整合到互联网教室体系建设当中,从学员报到开始到培训结业所有教学相关管理工作都可能在云端完成。

实现集现代化教学质量监控系统与优质教学内容于一体的教育机构将会是未来教育领域特别是教学机构的重点发展方向。(作者:王一然)

 

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