“现有的视频技术还很落后,很难应用于教学中。”在采访中,北京大学教育学院副教授汪琼说,诸多瓶颈约束了视频技术应用于教育。从应用层面来说,目前已有的网络视频应用无法满足用户需求,这涉及到网络传输能力、视频技术的支持等。处在最前沿的研究者,则已经研发出了新的应用,或者正在对视频技术的一些瓶颈进行更进一步的探讨。
清华大学网络中心副主任李崇荣向本刊介绍了一些较为前沿的技术在教育方面的应用结合。
远程控制和视频共享
有很多研究仪器价格昂贵,数量非常少,而它又可能经常应用于教学过程中,这显然是一个矛盾。美国University of Michigan的一组应用效果显示,学生可以通过远程控制的高倍显微镜,实现在当地远程控制显微镜,观察显微镜下的物体,这些视频还可以被多人共享。在实际展示中,尽管一方位于美国东海岸,另一方位于美国西海岸,但学生们还是很轻松地通过远程控制,观察高倍显微镜下的蜘蛛形态。
在教学中,一些较为珍贵的场景,在传统状态下很难被重复,或者被多人共享,比如,由学生亲自在显微镜下观看生物,教学效果比只看简单的图片要好得多。有了这项技术,尽管自己所在的学校不具备条件,但学生们可以通过远程控制和视频共享的方式,自主地对远在其他学校的显微镜进行操控,完成观察。
这一应用中,一项技术难点在于,目前的视频传输是对视频进行压缩后传输的,接收端也要经过解码,才能获得相应的视频,这两个过程会造成视频的延时,从而无法实现实时控制——学生们每发出一个指令,都要经过一定的延时后才能到达显微镜;同样,显微镜在接受指令后,也要经过一段时间,才能返回相应的动作画面。延时将造成学生的指令与传回的视频不能同步的问题,如果不能解决延时问题,远程控制的效果将大打折扣,甚至无法应用。
而在一些远程控制的手术过程中,医师也需要对远程医疗器械进行实时控制,并能时实看到手术效果。这一应用中,也需要得到无延时的视频技术的支持。
一个可能的实现途径是,通过互联网传输非压缩视频,使得延时不再发生,一旦这项技术取得突破,能够以较低的成本实现商用化,将因此产生庞大的应用市场。这种研究是对网络传输性能的挑战。
沉浸教学
美国某科研组织曾经对三种教学方式进行了比较。针对情景教学,专门搭建了一个虚拟现实场景,该场景模拟美国二十年代的某个街景,学生进入到这一场景后,可以真切地看到街道、商店,甚至和场景中的人打招呼,进行简单的交流,尽管这条“街道”根本不存在。这让学生得到了最直观的感受;另一种方式是学生戴上立体眼镜观看这些场景的视频播放;第三种方式是学生可以通过WEB浏览器,在网上观看学习。三种方式的比较结果,第一种方式的教学效果最好。
虚拟现实技术目前正突飞猛进地发展,如同《黑客帝国》中的那些让人难辨真假的“现实”。由虚拟现实技术实现的沉浸教学使学生获得了最为真切的体验,目前来说,用投影仪取代板书,已经是一个革命性的进步了,它不用教师再写板书,而教师的板书内容还可以重复使用。但这其实只相当于“拉洋片”,将来的教学中,学生甚至可以主动参与,在教学过程中形成互动。
视频会议也涉及到远程沉浸。目前已经应用的视频会议,一般是通过小小的电视机来实现的,会场上的交流气氛很淡,在采访中,一些使用过视频会议的体验者的体验并不好。国外一些公司所推出的视频会议系统,尽量地照顾到了会议双方的会场真实感。参会者身处不同地点,但在视频会议过程中,却能感觉到正在和他人面对面地交流,真切感更强。
一些其他应用
最初的远程视频教学是单向传输,学习者只能被动地获得视频,无法与教师进行互动沟通,无法实现面对面的教学。而在目前已经开始成熟的视频会议应用中,已经解决了这一问题,处于视频会议的两端可以互动,这样的系统用于教学过程中,可以解决师资力量不足的问题,也真正可以实现足不出户,而桃李遍天下。比如一位教师,可以通过网络,在北京教西藏的学生拉小提琴,他不必为此而专门坐飞机去西藏。
在伊拉克战争中,出现了大量的视频应用技术。传感器的使用,使美国可以迅速获得伊拉克的各种情报,通过这些已经连入了互联网的传感器,甚至还可以对无人驾驶飞机进行操纵和检查,这些都是通过远程观察和控制完成的。
香港中文大学设计的模型显示,通过事先拍摄的三维场景,可以让观众全方位观察目标物体。目前一个更大的挑战是,对物体不再事先拍摄,而是能够实时向观众展现目标物体的三维场景,这些都是目前一些研究的热点。
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