李玉海：教欲善其事，必先悉其器

在新冠肺炎疫情期间，网上教学成为一种非常有效的教学手段。最近，高校在线教学国际平台上线，“爱课程”国际平台也已发布。为贯彻落实教育部“停课不停学”的文件精神，现在大部分中小学和所有大学都实现了网上教学，但效果良莠不齐。为了提高网上教学效果，我们有必要了解一下网上教学的技术常识，以便做出合适的选择，提高教学效率，确保教学效果。

我们都知道只要自己的电脑、手机联网后，通过QQ、微信等通信应用软件就可以和想联络的人进行视频语音交流了。其基本原理是（为简单起见，我们只拿电脑举例，手机、iPad等移动终端也是计算机的一种）：发送方打开电脑上的即时通信应用软件，程序会自动调用电脑上的摄像头和麦克风设备，将自己的影像和声音信号（学名为“模拟信号”）转换成电脑可以处理的数据（数字信号）发送出去。对于发送方，摄像头和麦克风可以看作是数据采集设备。接收方用电脑上的即时通信软件接收这些数据，并通过显示屏和喇叭或耳机还原发送方的影像和声音，供接收者收听收看。反之亦然。不过，通信双方发送接收的数据都是通过通信软件企业的服务器处理后的。由于计算机处理速度很快，加上网络畅通，双方进行视频通话时几乎是实时的，就像两人面对面交谈一样，感觉不到延时和卡顿。

以上网络交流，我们必须清楚几个基本条件：一是双方必须有用于联络的设备，即安装有麦克风、耳机（或喇叭）、摄像头、显示屏的电脑；二是有畅通的网络，不管是家庭宽带、WiFi，还是手机数据流量；三是通信应用软件。三者缺一不可。

网上教学的基本原理跟上面是一样的，必须具备以上三个基本条件。但网上教学和聊天有以下不同：一是信息的交流不是一对一的聊天，而是一对多、甚至是多对多，即授课老师的信息要同时发送给全班的学生，回答问题的学生也把信息发送给老师和其他学生。二是聊天一般只有双方的影像和声音，伴有少量的打字和文件传送，而网上教学的信息除了影像声音外，还有需要播放的教学内容，如授课PPT、音像资料等。这就带来新的问题：在一个软件平台上多人同时进行信息交流会不会出现网络拥堵？如何像现实课堂上那样管理发言者？授课老师、PPT以及播放的教学音像资料如何实现其功能？下面逐一回答。

决定网络传播是否流畅的主要因素有网络的带宽、同一时间上网的人数以及交流的信息类型。

网络带宽就是接入互联网的网络传输数据的能力。我们家里装宽带网时，网络公司都会告诉你是多少兆（M）的宽带，其单位为bps，即每秒钟传输多少比特（bit）位数。如8M宽带实际是指所装的网络具有每秒钟传输8M比特数据的能力。显然，带宽越大，传输数据就越快，因些有人把带宽又叫网速。

特别要指出的是，宽带网中的B跟我们的平时用的U盘存储容量、照片文件大小的B是不同的。前者为比特，后者这是字节（byte），其换算关系是1byte=8bits。因平时人们都是用字节来采集、存储数据的，对字节有感性认识，都会误认为宽带网速中的B是字节。若按字节折算，你买的8M的宽带实际每秒只有8M/8=1M字节的传输速率，并不是很宽裕。

我们安装的宽带既可发送数据，又可接收数据，所以带宽又分上行速率和下行速率，上行速率是指用户上传数据（如发送邮件、图片图像等）的速率，下行速率是接收数据（如下载电影、图片文件等）的速率。网络带宽往往是指这两者之和。一般家庭网络带宽下行带宽要大于上行带宽，如装的是8M宽带网，下行可能是7M，上行只有1M。网络带宽好比是双向高速公路，道路越宽，车道越多，运输能力就越强。

上网的人数是指在同一时刻上网的人数。因为每个人上网要么上传文件，要么下载资料，因此都会占用一定的带宽资源。对某一网站或网络课堂而言，其分配的带宽资源是有限的。当人数太多，就会发生拥挤，信息传输就不流畅。这好比是在高速公路上行驶的汽车，数量越多，就会出现拥堵。

网上交流信息的类型有文本信息、图片信息、语音信息和视频等不同形式的多媒体信息。从信息产生的数据量大小看，最小的是文本媒体，如在微信、QQ上用键盘输入或手写出的字符，每个汉字占两个字节；其次就是图片。现在用手机拍的一张照片通常是2-5M字节；数据量最大的是视频。下面我们举例体验一下视频文件的大小。视频是由连续的图片组成的序列，一般播放速率为每秒钟15-25幅。人们观看视频时，都注重影片中对象的动作而不是图像分辨率，假设按每张图片50K字节计算（非常保守了），1分钟的视频，其数据量大约为60（秒）*15（幅/秒）*50（K字节/幅）=45000K字节，即45M字节，这还没有加上伴音的数据量。文本媒体的数据量由文字的字数来决定，一张图片媒体的数据量由其分辨率及尺寸大小来决定，而音频和视频媒体的数据量，在一定的音质和影像清晰度条件下，则由其播放的时间长短来决定。

不同类型的信息好比车上载的货物，数据量越大，汽车的负荷就越重，跑起来也就越慢。

既然知道了影响网上信息传播流畅的因素，结合网络授课环节的实际需要，上好网课需要合理选用教学平台、教学资源、教学方式和教学时段。

1.教学平台的选择

前面谈到，网上教学的每个参与者的信息都是通过通讯服务器处理转发的。那这个服务器就很重要了，它是教学平台的核心部件。现实生活中这样的服务器有两种类型，一种是由满足人们日常通信需要的公司提供的即时通信软件，如QQ、钉钉、微信等，这类软件由于用户规模大，为了提高通信的流畅性、稳定性和可靠性，不仅在全国各地分布有足够带宽的服务器，而且还配备有高效的流量监测和负载均衡软件，基本能保证上百人的在线教学。其不足是用于教学的功能没那么丰富，如录课、手写白板等，最近，这些软件也进行了升级，基本的功能也有了。

另一种教学平台就是由学校或者区教育局自己专门建设的教学云平台。其服务器设置在学校网络中心机房或者合作公司机房。这类教学平台的优点是根据基础教育或大学教育的实际需要而设计研发的，提供的课下备课、课堂授课、布置批改作业等教学功能齐全，运行久一点的平台的教学资源也非常丰富。作为平时线下课堂教学的补充，在优质资源共享、教学研讨、学生自学等辅助教学方面非常好。但在疫情期间大规模使用情报的情况下，由于并发用户数量大大超过设计容量，往往会出现连通不畅、影音卡顿，甚至系统崩溃的问题。为了避免这个问题，一般要求限制同时授课的课堂数量。

2.教学资源的选择

在网络教学中肯定会用到音视频、图片、文字等多媒体信息，如播放老师讲课的影像和声音，观看教学PPT等。由于每一种媒体产生的数据量不同，我们在授课时要正确选择。在网络带宽很富裕、公网不拥挤的条件下，可以选用播放讲课PPT和老师的讲课视频。如果是上网高峰期或者老师那边的带宽不够，可关闭摄像头，只播出PPT和讲课语音，以保证听众听得连贯。如果有需要插播的教学视频，可在授课前先传送给学生保存在电脑上，需要时，要求他们直接打开播放而不必占用带宽资源。

3.教学方式的选择

网上授课一般是老师讲、学生听，这种信息单向传播的方式在技术上叫广播式（还有点播式、单播式、多播式等）。在这种方式中，授课老师的信息由服务器无条件复制转发给所有联网学生的接收终端设备，所有学生都可以接收到播发的信息。如果学生中途进来课堂，前面的内容是无法听到的，只能听到此刻老师的讲课信息。

如果上课中老师要像在平常教室里上课那样点某学生发言，这就不再是广播式了，而是夹杂有交互和广播的混播式，这时教学平台工作就有点复杂了。首先，老师和学生的互动是要单独建立一个点对点的双向连接的，需要单独占用一个通信通道，就像微信、QQ的两人聊天一样，然后，两人交流的信息还要广播给全体听众。在这种方式中，老师和发言者之间建立连接是需要耗费时间的，还要事先保证每个学生的麦克风是处于正常工作状态，否则要浪费很多授课时间，中断了教学的连贯性，学生的学习体验会很不好。所以，网上授课尽量避免提问，实在需要的话，可在上课前通知这堂课要发言的同学，并让他们做好准备，试试麦克风设备，注意接收发言请求信息。

4.教学时段的选择

家里的网络带宽如果够宽，是不是上网一定就很流畅呢？回答是否定的，这还要看公网的网络状况。公网即每家每户都必须连通并在其上收发信息的网络，好比是京广高速公路，凡是要去北京、广州的汽车必须要上这条高速。家庭网络只是公网到家里的“最后一公里”，是上高速公路的一条匝道。公网的网络拥挤程度往往跟某一时段上网的网民人数关系密切，如晚上7点到10点是上网高峰，这一时段里的网络就很拥堵了，就像节日免费通行的高速公路一样。如果老师选择在这个时段进行网络授课，家里的带宽再宽也会有问题。因此，我们要选择合适的授课时间。