名称：一种同步互助课堂教学系统
专利人： 杨斌
专利号：201711070601.X
技术领域
本发明涉及教学领域，尤其涉及一种同步互助课堂教学系统。
背景技术
传统的教学模式就是一个教师负责一个课堂的教学，在同一个时间段一 个教师无法为其他课堂的学生同步指导教学。而且还限制了优质教师资源的 共享。无法使更多的学生能够享受到优质教师的教育。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种同步互助课堂教学系 统，包括：云录播平台，主课堂单元，第一远程课堂单元，第二远程课堂单 元；
主课堂单元包括：主路由器，PC机，主展台，视频获取模块，音频获取 模块；
视频获取模块和音频获取模块分别与PC机连接，视频获取模块获取主课 堂内的视频信息，并将获取的主课堂的视频信息发送至PC机；音频获取模块 获取主课堂内的音频信息，并将获取的主课堂的音频信息发送至PC机；
PC机设置在教室讲桌位置，PC机通过主路由器与云录播平台连接，PC 机将通过视频获取模块和音频获取模块获取的主课堂的视频信息和主课堂的 音频信息上传至云录播平台；
第一远程课堂单元包括：第一路由器，第一远程课堂PC机，第一视频获 取模块，第一音频获取模块，第一展示模块；
第一远程课堂PC机通过第一路由器与云录播平台连接，第一远程课堂 PC机通过云录播平台获取主课堂上传的主课堂的视频信息和主课堂的音频信 息；
第一视频获取模块，第一音频获取模块，第一展示模块分别与第一远程 课堂PC机连接，第一展示模块用于在第一远程课堂展示主课堂的视频信息和 主课堂的音频信息；第一视频获取模块获取第一远程课堂内的视频信息，并 将获取的第一远程课堂的视频信息发送至第一远程课堂PC机；音频获取模块 获取第一远程课堂内的音频信息，并将获取的第一远程课堂的音频信息发送 至第一远程课堂PC机；
第一远程课堂PC机将通过第一视频获取模块和第一音频获取模块获取 的第一远程课堂的视频信息和第一远程课堂的音频信息上传至云录播平台；
第二远程课堂单元包括：第二路由器，第二远程课堂PC机，第二视频获 取模块，第二音频获取模块，第二展示模块；
第二远程课堂PC机通过第二路由器与云录播平台连接，第二远程课堂 PC机通过云录播平台获取主课堂上传的主课堂的视频信息和主课堂的音频信 息；
第二视频获取模块，第二音频获取模块，第二展示模块分别与第二远程 课堂PC机连接，第二展示模块用于在第二远程课堂展示主课堂的视频信息和 主课堂的音频信息；第二视频获取模块获取第二远程课堂内的视频信息，并 将获取的第二远程课堂的视频信息发送至第二远程课堂PC机；音频获取模块 获取第二远程课堂内的音频信息，并将获取的第二远程课堂的音频信息发送 至第二远程课堂PC机；
第二远程课堂PC机将通过第二视频获取模块和第二音频获取模块获取 的第二远程课堂的视频信息和第二远程课堂的音频信息上传至云录播平台；
主展台用于分别展示主课堂内的视频信息，第一远程课堂内的视频信息 以及第二远程课堂内的视频信息。
优选地，主课堂单元还包括：第一远程课堂视频获取模块，第二远程课 堂视频获取模块，第一远程课堂音频获取模块，第二远程课堂音频获取模块；
第一远程课堂视频获取模块用于在云录播平台内获取第一远程课堂PC 机上传的第一远程课堂的视频信息；
第二远程课堂视频获取模块用于在云录播平台内获取第二远程课堂PC 机上传的第一远程课堂的视频信息；
第一远程课堂音频获取模块用于在云录播平台内获取第一远程课堂PC 机上传的第一远程课堂的音频信息；
第二远程课堂音频获取模块用于在云录播平台内获取第二远程课堂PC 机上传的第一远程课堂的音频信息。
优选地，云录播平台包括：资源点播模块，资源直播模块，资源点评模 块，个人空间模块，
资源点播模块用于按学校自定义的学科、年级等参数分类显示课程视频， 使PC机，第一远程课堂PC机以及第二远程课堂PC机观看课程视频，并提 供课程搜索，提供课程在线点评；
资源直播模块用于按学校自定义的学科、年级等参数分类显示当前直播 视频，使PC机，第一远程课堂PC机以及第二远程课堂PC机直播当前视频， 并支持直播视频搜索、支持直播视频在线点评；
资源点评模块用于在直播点播期间发表评论，显示在视频的评论区；按 照听课标准模块和评估标准模块进行课程点评，评估标准支持自定义；提供 听课笔记功能；提供听课记录汇总；提供听课评课统计；
个人空间模块用于为教师、学生提供个人空间，空间包含：个人文件管 理子模块、课堂管理子模块、听课管理子模块、笔记管理子模块、评课管理 子模块、活动管理子模块、分享管理子模块、消息管理子模块、个人信息管 理子模块、视频加工功能子模块。
优选地，个人文件管理子模块用于提供对上传、收藏的文件进行管理， 按照属性进行分类，提供下载、分享功能；
课堂管理子模块用于根据课表建立课堂空间，教师可对课堂的文档、视 频等资料进行添加、删除操作，学生可观看课堂中的文档、视频等资料进行 预习、复习；
听课管理子模块用于管理个人听课记录，显示个人已听课的课程类型、 数量、进度、听课时间；
笔记管理子模块用于管理个人学习笔记，记录个人已学习的课程及学习 时间；
评课管理子模块用于查看待评课任务并进入评审，可查看历史评课记录；
活动管理子模块用于查看个人参与过的教研活动；
分享管理子模块用于查看个人分享的，个人分享给别人的文档、视频电 子资料；
消息管理子模块用于发送接收站内消息，消息格式以文本形式；
个人信息管理子模块用于设置个人头像、简介、邮箱、电话、密码重置、 等相关信息；
视频加工功能子模块用于实现从个人文件管理中多路视频剪辑并合成， 单独对一路视频进行打点标记。
优选地，云录播平台还包括：创建组织模块，添加用户模块，创建直播 教室模块，课时配置模块，创建联校空间模块，教学配置模块，预约课程模 块，
创建组织模块用于添加教学机构名称，在教学机构名称目录下添加教学 类别以及设置教学所在地区信息；
添加用户模块用于在选定的教学机构名称下，添加教师，形成教师列表；
创建直播教室模块用于根据教学机构的教学计划，配置主课堂单元名称， 所属教学类型，输入教学设备，配置第一远程课堂单元和第二远程课堂单元 的频道模式，分别配置主课堂单元的IP，第一远程课堂单元的IP和第二远程 课堂单元的IP；
课时配置模块用于配置课程名称以及上课和下课时间；
创建联校空间模块用于将主课堂单元，第一远程课堂单元和第二远程课 堂单元配置为联校空间，使第一远程课堂单元和第二远程课堂单元共享到主 课堂单元的教学；
教学配置模块用于提供选择主讲教师的名称和添加分校辅讲教师的名 称，设置分校受益学生的人数；
预约课程模块用于学生通过主讲教师的用户来登陆到云录播平台，预约 所述主讲教师的课程。
优选地，主展台设有信息显示区，互动列表显示区；
信息显示区显示主课堂的学校信息，教师信息，课程信息；
互动列表显示区显示当前课程将要开始的互动的信息，课程开始结束时 间,课程互动名称，课程互动序号。
优选地，第一远程课堂PC机通过人机交互装置选择主课堂，可同时选择 多个主课堂；第一远程课堂PC机通过选择立即听课，进入到听课状态；如果 讲课端在进入互动时段，第一远程课堂PC机发起与主课堂互动；
如果是定时开课，第一远程课堂PC机约定开课的时间；通过设置开课的 时间后，将开课的内容归入到课程列表中；开课后，第一远程课堂PC机自动 建立直播列表；主讲端的授课过程，进行录播记录，并将资源内容上传至云 录播平台；
第二远程课堂PC机通过人机交互装置选择主课堂，可同时选择多个主课 堂；第二远程课堂PC机通过选择立即听课，进入到听课状态；如果讲课端在 进入互动时段，第二远程课堂PC机发起与主课堂互动；
如果是定时开课，第二远程课堂PC机约定开课的时间；通过设置开课的 时间后，将开课的内容归入到课程列表中；开课后，第二远程课堂PC机自动 建立直播列表。
优选地，PC机包括：一体化嵌入式主机，1U机箱，ARM双核处理器Linux 系统，内置1T硬盘；设置前置液晶面板，配合前置按键可直接设置主机的 IP地址、系统信息、网络、编码、云台参数；前置开始、暂停、停止按键， 控制录制进程并有相应LED灯显示当前工作状态；前置USB端口，插入USB 存储设备后可自动拷贝录像资源；
视频获取模块支持3路HD-SDI输入，1路DVI-I输入，支持1路VGA 输出，1路HDMI输出，一路DVI环出输出；视频编码码率：256k至8M可 调；主码流为1M-8Mbps，副码流为256K-1Mbps；
音频获取模块为话筒输入，频响100hz-10Khz；1路线路输入，线路频响 20hz-19khz±1db；信噪比＞65db，失真度＜0.1％，音频采样率32KHz，1路 音频监听，具有自动增益功能：控制范围≥40db，起控点-30db，自带增益时 间常数＜1秒；
PC机还包括：控制模块以及网络模块；控制模块为6路RS232可外接跟 踪机、控制面板、摄像机云台、1路RS422或RS485可控制摄像机；网络模 块：具备1个10/100/1000Mbps自适应网口，支持本地导播。
优选地，视频获取模块包括：高清特写摄像机，高清全景摄像机，图像 探测器，智能跟踪系统模块；
高清特写摄像机输出格式：HD:1080p/60,1080p/50,1080i/60,1080i/50, 1080p/30,1080p/25,720p/120,720p/60,720p/50,720p/30,720p/25, 640x480p/240，镜头：12x,f3.5mm～42.3mm,F1.8～F2.8 32x，输出接口：支 持HDMI高清输出，另配备3G-SDI接口，有效传输距离最高长达150米 (1080p30)；HDMI、SDI、网络三路可同时输出；还支持CVBS标清输出72.5° 广角镜+32x数字变焦：采用72.5°高品质超广焦镜头，光学变焦达到12倍， 并支持32倍数字变焦，支持H.265/H.264/MJEPG编码，实现全高清1080p/60fps 超低带宽传输；支持AAC音频编码；设有人脸检测，设有本地存储器，支持 本地存储功能，无需NVR即可实现U盘本地直接录制；设有超高性噪比的全 新CMOS图像传感器可有效降低在低照度情况下的图像噪声，同时应用2D 和3D降噪算法，大幅降低了图像噪声，即便是超低照度情况下，依然保持画 面干净清晰，图像信噪比高达55dB以上；PC机使用RS232和RS485串口， 可对摄像机进行控制；最高水平转速:100度/秒，范围：1.7°～100°/s、最高垂 直转速:69.9度/秒；通过PC机设置控制摄像机的功能；
智能跟踪系统模块用于智能图像识别，结合具体的场合实现多个活动的 过程的识别跟踪，直接对录制视频图像进行分析，无需在教室安装任何定位 设备,完全实现常态化教学；采用防抖动人体特征跟踪算法；支持特写模式拍 摄。
音频获取模块包括：全向拾音器；全向拾音器频率范围：40-18000Hz， 灵敏度：-35dB；拾音角度：360°；最大声压级：132dB，阻抗：200Ω，信噪 比：≥70dB。
优选地，云录播平台还包括：同步互助课堂管理模块，联校空间展示模 块以及联校空间管理模块；
同步互助课堂管理模块用于为用户提供创建联校空间，创建联校空间包 括：主课堂单元主讲学校的选择，远程课堂单元的听课学校的创建，联校空 间的名称设置，授课名称，配置联校空间中远程课堂单元的听课学校的受益 人数以及联校空间的课程教学时间；
联校空间展示模块用于同步互助课堂管理模块创建联校空间后，在云录 播平台上进行展示，并以周为单位，或以月为单位，或以季度为单位的形式 进行展示联校空间的名称，联校空间的课程教学时间，联校空间的主讲学校 及听课学校；
联校空间管理模块用于在联校空间进行执行教学时，实时获取远程教学 过程中的数据信息，并通过联校空间展示模块对远程教学过程中的教学进度 及教学人数进行实时显示。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
同步互助课堂教学系统配置主课堂单元和两个远程课堂单元。主课堂单 元设置在为精品录播教室，具有互动终端。两个远程课堂单元设置有常态化 录播系统，基本配备互动终端、高清摄像机、拾音器、音频处理器、一体机、 音箱等设备。主课堂或远程同步课堂的摄像机采集教师或学生的视频。全指 向拾音器拾取教室各个方向的声音，经音频处理器优质处理。
各教室的设备采集教室或学生的音视频，通过云录播平台将主课堂与远 程同步课堂组成一个整体，实现相互之间的实时互动，主课堂和远程同步课 堂均通过一体机和音箱实时收听收看对方的音视频，上课过程主课堂和远程 同步课堂可相互提问和解答，实现了真正的“面对面“互动答疑。
主课堂单元和两个远程课堂单元用于将主课堂的电影模式音视频传送到 远程同步课堂，并将远程同步课堂的音视频传回主课堂，完成互动的过程。
主课堂单元和两个远程课堂单元配备的设备具备高性能编解码功能，采 用SSD，操作系统及应用软件直接固化；可通过红外遥控器控制设备的开机、 软件操作、关机等，设备开机即显示平台推送的互动课表内容，通过红外遥 控器可选择互动列表，并具备密码输入、画面切换、播放音量、话筒音量的 控制等功能。支持视频输出，可以通过VGA或HDMI接大屏幕显示设备，将 远端过来的视频信号直接输出到显示设备，支持显示到2个不同的屏幕，同 时也可以在一个屏幕上显示多个不同的画面。可在两间教室之间完成互动的 同时，支持回声消除功能。系统支持高保真指向性话筒的接入，可以对现场 声音最大限度的还原。
主课堂单元和两个远程课堂单元通过云录播平台将其链接为一个整体。 其中云录播平台搭建在区域信息中心，对同步互助课堂的开展进行统筹的设 计和规划，并在课后对活动的开展情况进行统计分析，充分提升同步互助课 堂设备的应用效果。主课堂建设在优质学校，考虑到互动课多为优秀教师承 担，而优秀教师的视频是极具使用价值的，将主课堂建设在主课堂单元，可 以对教师进行自动跟踪拍摄；远程同步课堂建设在帮扶学校，主要是接受主 讲教室的教学指导。
云录播平台实现通过网络联校的形式，通过互动教学，结对帮扶，实现 优质资源共享，达到教育均衡的目标。通过这样的方式，可以让薄弱学校的 孩子享受优质的教育资源，同时，在互动教学的过程中，通过主讲教师、辅 导教师的共同备课，教学反思，教学评价体系，实现教师专业发展，同时实 现优质资源的汇集。
