智能远程教室：给你真实课堂感受的网络教学

●新闻中心记者 周襄楠

老师在智能教室里能够做到像课堂教学那样通过网络给同学讲课。

学生通过Same View在电脑前上课。

　　想在宿舍就能听到老师讲课的声音么？想和老师在网络上通过音频讨论问题么？想在家里通过电话线上网就能看到老师讲课的身影么？想在电脑屏幕上看到老师潦草却是点睛之笔的板书么？

　　威尼斯9499登录入口计算机系人机交互与媒体集成研究所副所长史元春教授所在的课题组研制的网络教学系统智能远程教室（Smart Remote Classroom），就能够给你带来这些与真实的课堂极为接近的感受。

Same View：“非典”时期的非常教学手段

　　非常时期，网络教学这个依托高科技的教学手段终于有了它更广阔的用武之地。

　　如何在保证教学质量和进度的同时又避免上百人同时拥挤在一个课堂里？

　　史元春教授和同事们做了一个令人兴奋的实验。最近，她将凝聚国家“863”项目和“十五”规划重点支持项目技术的智能远程教室系统应用于计算机系本科生的基础课程——《多媒体计算机技术》的教学，计算机系2000级160名本科生成为了首批真正使用这套网络教学系统的学生。

　　4月28日，计01班的20多名学生在自己的宿舍怀着激动的心情，和老师开始了这场新奇的网络教学之旅，其后，余下的140多人就这次授课形成的超媒体课件进行了自学，5月6日，在7号楼和9号楼，全部的160人的学生同时使用了这套系统进行了实时授课。

　　智能远程教室包括两大部分的工作，即提供分布用户之间多媒体交互能力的Same View（在本应用中是远程学生端的软件）和提供教师自然使用环境的Smart Classroom（智能教室）。如此，老师在智能教室里讲课，同学们在学生宿舍7号楼和9号楼宿舍里，通过校园网、利用系统的学生端软件——Same View听到、看到老师的讲课内容和讲课时的各种手势和动作以及表情，甚至老师的板书的一笔一划都能看得清清楚楚。如果有什么问题想提出来，只要在电脑上连接一个麦克风，向老师发出请求获得允许就可以说话了；如果想要在老师的面前留下自己的影像，只要在自己的电脑上连接一个摄像头，在老师讲课的教室里的投影壁上就会出现你的头像，老师可以通过激光笔的点选，选中你的头像，从而让你发言。你也可以和老师一起在“黑板”上写字，老师“手把手”地批改你在黑板上的演算……

给你真实的课堂感觉

　　“就学习效果来说，如果你在真正教室上课的效果为5分，你觉得通过Same View提供的上课手段你的学习效果可以打几分？”

　　在调查问卷中，学生给出的答案平均值为3.8077分。

　　这个分数很是让史元春教授他们感到兴奋——智能远程教室系统还只是处于实验阶段。

　　“智能远程教室在虚拟技术的环境里追求真实的人的交互性方面，确实有自己的突出的特点。”北京师范大学教育心理学系博士、现为我校电教中心现代教育技术研究所副所长的张建伟教授说。

　　他曾参与史元春教授课题组的研究工作，其评论是：“课堂教学的模式是很有生命力的，其面对面的、直接的、高频率的交互性是非常突出的。（所谓交互性，就是在教学中的信息的往返，不是单向的信息的传递）人是最高级的媒体，人的交互性最高的，是任何的机器乃至电脑所不能比拟的。所以智能远程教室在追求任何人之间自然的高的交互性上面的优越性是非常突出的。”

　　授课现场的视频、老师现场的声音、随时保持动态进行时的板书，这些都能给学生面对面的、真实的课堂的感觉。通过问卷调查显示，由于克服了在真实的教室里面对其他同学的羞涩感，同学们参与课堂讨论问答的积极性也大大提高了。陈全斌同学说：“平时课堂上同学们不爱主动参与讨论的一个很重要原因——大家比较羞涩，嘿嘿。这种方式的教学在一定程度上的回避了大家平时不爱主动发言的一个重要因素。”

　　而调查问卷显示，将Same View提供的真实课堂的多媒体记录和其它一般的多媒体文档（如一般的网络学堂提供的基于PowerPoint课件或者基于HTML的课件）进行比较，通过前者进行自学的效果也更好。在“1分表示多媒体文档比真实课堂记录好的多，5分表示真实课堂记录比多媒体文档好的多”的分数设置下，学生答案的平均值是3.7025分。

　　刘东同学说：“看过电视上的一些课程，一位老师端坐，声音稳如流水，极能引人入睡。真实课堂记录，要生动多了，比如看老师提问的时候，也会自己思考，然后等待同学给出答案，还会与自己的答案比较，再听老师讲解，印象会比较深。”

　　王国璞同学说：“Same View提供了交互的方式，这样不仅保留了传统课堂教学的优点，而且又可以清楚的把信息通过屏幕展示出来，而且还可以保存。”

　　徐光同学说：“我认为这种教学方式刚刚开始，所以开始实验阶段授课效率会比平时减少很多，不过我相信，这种教学方式会被大多数同学接受的：当老师进行讲课的同时，如果我们不明白可以随时发问，也可以查找刚刚讲过的课件进行回味，可以使我们记忆更深刻；而且授课录像以后也可以作为复习资料；其中板书部分也帮助很大，平时很多部分的半数我根本看不清楚，现在通过视频的交叉切换（注：就是下面将要提到的智能导播）可以清楚地看到板书了。”

Smart Classroom：不用老师操心的智能教室

　　东主楼8区400是由一个小会议室改造而成的一间教室，最多可以容纳十多个学生，然而却布满了摄像头和电脑设备（电脑设备被巧妙地隐藏在幕布后面）——加入这间教室的学生大多并不在教室里，而是在通过网络相连的清华各个学生宿舍里。而理论上讲，只要有一台电脑和可以上网的电话线，你就可以在世界的任何角落成为这间教室的学生，让教室里的老师给你上课。

　　这间教室叫Smart Classroom，中文就是智能教室，它集成了人机交互与多媒体集成研究所许多的研究技术成果。

　　有8个摄像头被安放在教室的不同角落，分别用于跟踪识别教室中的人和事、向远端传送教室中的视频，如果老师在黑板上写字，就会有一个“智能导播”将影像自动切换到老师板书的情形，如果老师手里拿了一个地球仪在讲解地球的构造的时候，影像就会自动地集中在老师手指的地方，让学生看得清楚。

　　老师一些简单的话语和手势都能够得到电脑的识别，从而不再需要自己操纵这些设备，只要说出或者用手势表示出一些意思，比如“上翻一页、下翻一页”，就能够在智能教室的电脑的理解下得到实施。老师如果需要哪个远端的同学发言，只要用激光笔选中同学的头像，学生就获得了发言权。

　　由Smart Classroom和Same View共同支持形成的智能远程教室，可以实现几大功能：一是较为理想的实时智能远程课堂，二是有现场感的多媒体答疑；三是异步的课堂，就是将实时的课堂完全录制下来，可以成为一个非常好的教学的超媒体课件，课上谁发言了，谁写了板书，甚至于老师讲了什么笑话，都记录得一清二楚。

追求人机交互的新境界

　　很多使用起来看似简单的科技都凝结了科研工作者的大量心血，也蕴藏着无穷的奥妙，智能远程教室也不例外。

　　史元春教授说：“Same View和Smart Classroom都涉及世界上多媒体和人机交互的前沿课题，有广阔的研究空间。前者的系统要求在理论上不限制用户，并且无论是在何时何地都能够体会到同样的视觉感受。这包括大范围的网上的交流和视频会议；后者追求实现现实环境的智能化，对于师生的要求完全感知并且自动完成。在这间教室里，老师完全可以将身心投入到讲授当中，不需要花费任何心思在多媒体环境配置和计算机操作上，我们将它作为智能人机交互研究一个具体的实例。”

　　这两个领域是热点也是难点。首先就网上大范围多媒体交互而言，现在通用的商务网络会议系统不仅需要价格昂贵的硬件设备，扩展性比较差，一般只能支持十几个用户，并且使用起来对网络带宽要求高。史教授说：“而Same View的软件大小不到1MB，所需要的摄像头最便宜的200元钱左右就可以买到，且通过电话线就可以实现实时的交互；（只需要200Kbps带宽的支持，而一般的ADSL通过电话线或者更高带宽的网络，完全可以支持该软件的运行）在可以接入的用户数目上面，由于系统采用了我们研制的网上混合多播技术，在理论上规模是没有限制的。我们已经通过这个软件在今年寒假的时候和在全国各地的同学成功进行过联系。”

　　智能教室所要突破的理论上的难点也是非常多的。如电脑对于人的肢体动作的识别，尽管计算机视觉方面世界各国的科学家已经有了长时间深入的研究，还是难以让电脑达到人脑对同样事件的理解程度；目前史教授他们正在尝试在这个教室环境中，充分利用多种传感信息，以简化模式识别和推理。智能教室的为这些技术的攻关提供了一个平台。比如在智能教室里，智能导播（Smart Cameraman）的功能就很说明问题。如果老师在写板书，镜头就要自动对着黑板，如果老师拿着教具在讲解，镜头就要对着教具。看似简单的一点点小事，但是要电脑作起来确实是破费心思的。

　　无论有怎样的困难，智能远程教室的实验授课结果还是令人满意的。计算中心负责学校网络教学系统的罗念龙老师说：“计算中心正在和计算机系就智能远程教室一起进行小规模的试验，在场地、教室、技术、师生的培训等方面进行准备，大家对于这个技术在教学中的推广和应用还是非常有信心的。”

　　5月8日，在清华丙所，协和医学院就“非典”时期的授课问题向清华“取经”的时候，注意到了这种先进的网络教学方式，并且对于在传达授课内容的同时能够看到老师讲课的手势和表情表现出非常浓厚的兴趣；下个学期，威尼斯9499登录入口继续教育学院将专门建设一间智能教室，开通Same View以供远程教学使用；汕头大学已经和我校初步达成意向，要在新建设的校区建成两间智能教室……