無標(biāo)題文檔智能遠(yuǎn)程教室：給你真實(shí)課堂感受的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)
●新聞中心記者 周襄楠
老師在智能教室里能夠做到像課堂教學(xué)那樣通過網(wǎng)絡(luò)給同學(xué)講課。
學(xué)生通過Same View在電腦前上課。
想在宿舍就能聽到老師講課的聲音么？想和老師在網(wǎng)絡(luò)上通過音頻討論問題么？想在家里通過電話線上網(wǎng)就能看到老師講課的身影么？想在電腦屏幕上看到老師潦草卻是點(diǎn)睛之筆的板書么？
清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系人機(jī)交互與媒體集成研究所副所長(zhǎng)史元春教授所在的課題組研制的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)智能遠(yuǎn)程教室（Smart Remote Classroom），就能夠給你帶來這些與真實(shí)的課堂極為接近的感受。
Same View：“非典”時(shí)期的非常教學(xué)手段
非常時(shí)期，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)這個(gè)依托高科技的教學(xué)手段終于有了它更廣闊的用武之地。
如何在保證教學(xué)質(zhì)量和進(jìn)度的同時(shí)又避免上百人同時(shí)擁擠在一個(gè)課堂里？
史元春教授和同事們做了一個(gè)令人興奮的實(shí)驗(yàn)。最近，她將凝聚國家“863”項(xiàng)目和“十五”規(guī)劃重點(diǎn)支持項(xiàng)目技術(shù)的智能遠(yuǎn)程教室系統(tǒng)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)系本科生的基礎(chǔ)課程——《多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)》的教學(xué)，計(jì)算機(jī)系2000級(jí)160名本科生成為了首批真正使用這套網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的學(xué)生。
4月28日，計(jì)01班的20多名學(xué)生在自己的宿舍懷著激動(dòng)的心情，和老師開始了這場(chǎng)新奇的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)之旅，其后，余下的140多人就這次授課形成的超媒體課件進(jìn)行了自學(xué)，5月6日，在7號(hào)樓和9號(hào)樓，全部的160人的學(xué)生同時(shí)使用了這套系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)時(shí)授課。
智能遠(yuǎn)程教室包括兩大部分的工作，即提供分布用戶之間多媒體交互能力的Same View（在本應(yīng)用中是遠(yuǎn)程學(xué)生端的軟件）和提供教師自然使用環(huán)境的Smart Classroom（智能教室）。如此，老師在智能教室里講課，同學(xué)們?cè)趯W(xué)生宿舍7號(hào)樓和9號(hào)樓宿舍里，通過校園網(wǎng)、利用系統(tǒng)的學(xué)生端軟件——Same View聽到、看到老師的講課內(nèi)容和講課時(shí)的各種手勢(shì)和動(dòng)作以及表情，甚至老師的板書的一筆一劃都能看得清清楚楚。如果有什么問題想提出來，只要在電腦上連接一個(gè)麥克風(fēng)，向老師發(fā)出請(qǐng)求獲得允許就可以說話了；如果想要在老師的面前留下自己的影像，只要在自己的電腦上連接一個(gè)攝像頭，在老師講課的教室里的投影壁上就會(huì)出現(xiàn)你的頭像，老師可以通過激光筆的點(diǎn)選，選中你的頭像，從而讓你發(fā)言。你也可以和老師一起在“黑板”上寫字，老師“手把手”地批改你在黑板上的演算……
給你真實(shí)的課堂感覺
“就學(xué)習(xí)效果來說，如果你在真正教室上課的效果為5分，你覺得通過Same View提供的上課手段你的學(xué)習(xí)效果可以打幾分？”
在調(diào)查問卷中，學(xué)生給出的答案平均值為3.8077分。
這個(gè)分?jǐn)?shù)很是讓史元春教授他們感到興奮——智能遠(yuǎn)程教室系統(tǒng)還只是處于實(shí)驗(yàn)階段。
“智能遠(yuǎn)程教室在虛擬技術(shù)的環(huán)境里追求真實(shí)的人的交互性方面，確實(shí)有自己的突出的特點(diǎn)。”北京師范大學(xué)教育心理學(xué)系博士、現(xiàn)為我校電教中心現(xiàn)代教育技術(shù)研究所副所長(zhǎng)的張建偉教授說。
他曾參與史元春教授課題組的研究工作，其評(píng)論是：“課堂教學(xué)的模式是很有生命力的，其面對(duì)面的、直接的、高頻率的交互性是非常突出的。（所謂交互性，就是在教學(xué)中的信息的往返，不是單向的信息的傳遞）人是最高級(jí)的媒體，人的交互性最高的，是任何的機(jī)器乃至電腦所不能比擬的。所以智能遠(yuǎn)程教室在追求任何人之間自然的高的交互性上面的優(yōu)越性是非常突出的。”
授課現(xiàn)場(chǎng)的視頻、老師現(xiàn)場(chǎng)的聲音、隨時(shí)保持動(dòng)態(tài)進(jìn)行時(shí)的板書，這些都能給學(xué)生面對(duì)面的、真實(shí)的課堂的感覺。通過問卷調(diào)查顯示，由于克服了在真實(shí)的教室里面對(duì)其他同學(xué)的羞澀感，同學(xué)們參與課堂討論問答的積極性也大大提高了。陳全斌同學(xué)說：“平時(shí)課堂上同學(xué)們不愛主動(dòng)參與討論的一個(gè)很重要原因——大家比較羞澀，嘿嘿。這種方式的教學(xué)在一定程度上的回避了大家平時(shí)不愛主動(dòng)發(fā)言的一個(gè)重要因素。”
而調(diào)查問卷顯示，將Same View提供的真實(shí)課堂的多媒體記錄和其它一般的多媒體文檔（如一般的網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂提供的基于PowerPoint課件或者基于HTML的課件）進(jìn)行比較，通過前者進(jìn)行自學(xué)的效果也更好。在“1分表示多媒體文檔比真實(shí)課堂記錄好的多，5分表示真實(shí)課堂記錄比多媒體文檔好的多”的分?jǐn)?shù)設(shè)置下，學(xué)生答案的平均值是3.7025分。
劉東同學(xué)說：“看過電視上的一些課程，一位老師端坐，聲音穩(wěn)如流水，極能引人入睡。真實(shí)課堂記錄，要生動(dòng)多了，比如看老師提問的時(shí)候，也會(huì)自己思考，然后等待同學(xué)給出答案，還會(huì)與自己的答案比較，再聽老師講解，印象會(huì)比較深。”
王國璞同學(xué)說：“Same View提供了交互的方式，這樣不僅保留了傳統(tǒng)課堂教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，而且又可以清楚的把信息通過屏幕展示出來，而且還可以保存。”
徐光同學(xué)說：“我認(rèn)為這種教學(xué)方式剛剛開始，所以開始實(shí)驗(yàn)階段授課效率會(huì)比平時(shí)減少很多，不過我相信，這種教學(xué)方式會(huì)被大多數(shù)同學(xué)接受的：當(dāng)老師進(jìn)行講課的同時(shí)，如果我們不明白可以隨時(shí)發(fā)問，也可以查找剛剛講過的課件進(jìn)行回味，可以使我們記憶更深刻；而且授課錄像以后也可以作為復(fù)習(xí)資料；其中板書部分也幫助很大，平時(shí)很多部分的半數(shù)我根本看不清楚，現(xiàn)在通過視頻的交叉切換（注：就是下面將要提到的智能導(dǎo)播）可以清楚地看到板書了。”
Smart Classroom：不用老師操心的智能教室
東主樓8區(qū)400是由一個(gè)小會(huì)議室改造而成的一間教室，最多可以容納十多個(gè)學(xué)生，然而卻布滿了攝像頭和電腦設(shè)備（電腦設(shè)備被巧妙地隱藏在幕布后面）——加入這間教室的學(xué)生大多并不在教室里，而是在通過網(wǎng)絡(luò)相連的清華各個(gè)學(xué)生宿舍里。而理論上講，只要有一臺(tái)電腦和可以上網(wǎng)的電話線，你就可以在世界的任何角落成為這間教室的學(xué)生，讓教室里的老師給你上課。
這間教室叫Smart Classroom，中文就是智能教室，它集成了人機(jī)交互與多媒體集成研究所許多的研究技術(shù)成果。
有8個(gè)攝像頭被安放在教室的不同角落，分別用于跟蹤識(shí)別教室中的人和事、向遠(yuǎn)端傳送教室中的視頻，如果老師在黑板上寫字，就會(huì)有一個(gè)“智能導(dǎo)播”將影像自動(dòng)切換到老師板書的情形，如果老師手里拿了一個(gè)地球儀在講解地球的構(gòu)造的時(shí)候，影像就會(huì)自動(dòng)地集中在老師手指的地方，讓學(xué)生看得清楚。
老師一些簡(jiǎn)單的話語和手勢(shì)都能夠得到電腦的識(shí)別，從而不再需要自己操縱這些設(shè)備，只要說出或者用手勢(shì)表示出一些意思，比如“上翻一頁、下翻一頁”，就能夠在智能教室的電腦的理解下得到實(shí)施。老師如果需要哪個(gè)遠(yuǎn)端的同學(xué)發(fā)言，只要用激光筆選中同學(xué)的頭像，學(xué)生就獲得了發(fā)言權(quán)。
由Smart Classroom和Same View共同支持形成的智能遠(yuǎn)程教室，可以實(shí)現(xiàn)幾大功能：一是較為理想的實(shí)時(shí)智能遠(yuǎn)程課堂，二是有現(xiàn)場(chǎng)感的多媒體答疑；三是異步的課堂，就是將實(shí)時(shí)的課堂完全錄制下來，可以成為一個(gè)非常好的教學(xué)的超媒體課件，課上誰發(fā)言了，誰寫了板書，甚至于老師講了什么笑話，都記錄得一清二楚。
追求人機(jī)交互的新境界
很多使用起來看似簡(jiǎn)單的科技都凝結(jié)了科研工作者的大量心血，也蘊(yùn)藏著無窮的奧妙，智能遠(yuǎn)程教室也不例外。
史元春教授說：“Same View和Smart Classroom都涉及世界上多媒體和人機(jī)交互的前沿課題，有廣闊的研究空間。前者的系統(tǒng)要求在理論上不限制用戶，并且無論是在何時(shí)何地都能夠體會(huì)到同樣的視覺感受。這包括大范圍的網(wǎng)上的交流和視頻會(huì)議；后者追求實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的智能化，對(duì)于師生的要求完全感知并且自動(dòng)完成。在這間教室里，老師完全可以將身心投入到講授當(dāng)中，不需要花費(fèi)任何心思在多媒體環(huán)境配置和計(jì)算機(jī)操作上，我們將它作為智能人機(jī)交互研究一個(gè)具體的實(shí)例。”
這兩個(gè)領(lǐng)域是熱點(diǎn)也是難點(diǎn)。首先就網(wǎng)上大范圍多媒體交互而言，現(xiàn)在通用的商務(wù)網(wǎng)絡(luò)會(huì)議系統(tǒng)不僅需要價(jià)格昂貴的硬件設(shè)備，擴(kuò)展性比較差，一般只能支持十幾個(gè)用戶，并且使用起來對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬要求高。史教授說：“而Same View的軟件大小不到1MB，所需要的攝像頭最便宜的200元錢左右就可以買到，且通過電話線就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的交互；（只需要200Kbps帶寬的支持，而一般的ADSL通過電話線或者更高帶寬的網(wǎng)絡(luò)，完全可以支持該軟件的運(yùn)行）在可以接入的用戶數(shù)目上面，由于系統(tǒng)采用了我們研制的網(wǎng)上混合多播技術(shù)，在理論上規(guī)模是沒有限制的。我們已經(jīng)通過這個(gè)軟件在今年寒假的時(shí)候和在全國各地的同學(xué)成功進(jìn)行過聯(lián)系。”
智能教室所要突破的理論上的難點(diǎn)也是非常多的。如電腦對(duì)于人的肢體動(dòng)作的識(shí)別，盡管計(jì)算機(jī)視覺方面世界各國的科學(xué)家已經(jīng)有了長(zhǎng)時(shí)間深入的研究，還是難以讓電腦達(dá)到人腦對(duì)同樣事件的理解程度；目前史教授他們正在嘗試在這個(gè)教室環(huán)境中，充分利用多種傳感信息，以簡(jiǎn)化模式識(shí)別和推理。智能教室的為這些技術(shù)的攻關(guān)提供了一個(gè)平臺(tái)。比如在智能教室里，智能導(dǎo)播（Smart Cameraman）的功能就很說明問題。如果老師在寫板書，鏡頭就要自動(dòng)對(duì)著黑板，如果老師拿著教具在講解，鏡頭就要對(duì)著教具。看似簡(jiǎn)單的一點(diǎn)點(diǎn)小事，但是要電腦作起來確實(shí)是破費(fèi)心思的。
無論有怎樣的困難，智能遠(yuǎn)程教室的實(shí)驗(yàn)授課結(jié)果還是令人滿意的。計(jì)算中心負(fù)責(zé)學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的羅念龍老師說：“計(jì)算中心正在和計(jì)算機(jī)系就智能遠(yuǎn)程教室一起進(jìn)行小規(guī)模的試驗(yàn)，在場(chǎng)地、教室、技術(shù)、師生的培訓(xùn)等方面進(jìn)行準(zhǔn)備，大家對(duì)于這個(gè)技術(shù)在教學(xué)中的推廣和應(yīng)用還是非常有信心的。”
5月8日，在清華丙所，協(xié)和醫(yī)學(xué)院就“非典”時(shí)期的授課問題向清華“取經(jīng)”的時(shí)候，注意到了這種先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方式，并且對(duì)于在傳達(dá)授課內(nèi)容的同時(shí)能夠看到老師講課的手勢(shì)和表情表現(xiàn)出非常濃厚的興趣；下個(gè)學(xué)期，清華大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院將專門建設(shè)一間智能教室，開通Same View以供遠(yuǎn)程教學(xué)使用；汕頭大學(xué)已經(jīng)和我校初步達(dá)成意向，要在新建設(shè)的校區(qū)建成兩間智能教室……
