基于视频标注的教学技能训练点评系统设计
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作者:吴平颐 齐贵超 王华文
摘要：师范生教学技能训练需要教师反馈和评价，而由于师生比例过大等因素导致教师的反馈和评价远远不足，系统利用视频标注技术实现了对微格教室三分屏视频的同时批注，并且可选择文字、手写和语音等多种批注方式，方便了教师远程在线点评学生的教学技能训练，方便了学生清晰有效地反思自己的问题，从而不断提升教学技能训练的效果。
关键词：视频标注;教学技能;评价
中图分类号：G451.6 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2020）13-0078-04
一、问题的提出
教学技能是师范生从师任教的基本功，是做一名优秀的教师、一名高效率的教师所必须具备的最基本能力[1]。目前师范生教学技能训练主要通过微格教学、教育见习和教育实习等方式开展，微格教学作为教师教学技能培训的重要方法之一[2]，是通过拍摄受训者的教学行为，并回放视频加以分析评价，以便在短期内使受训者掌握一定的教学能力的一种教学方法[3]。所以在教学技能训练过程中评价起着极其重要的作用，而由于师生比例过大等因素致使目前的学生训练评价远远不够。
关于教学技能评价系统，国内已有相关系统的开发和研究[4-9]。就这些系统来看，只是实现评价量表的网络化，评价主体的多元化，评价统计的自动化，其中的定性评价也只是较笼统地指出学生的优点和缺点。而教学技能评价的目的是分析、诊断受训学生存在的具体问题，为学生提供详细反馈和改进方向。
随着视频标注技术的不断成熟，国外开发了很多工具，从支持文字标注的ELAN[10]到支持语音标注的Video Traces[11]，从单机版到网络版的VideoAnt[12]，从FlashPlayer嵌入视频标注的YouTube到引入html5的AAV[13]。国内近些年关于视频标注在教学中的应用研究也做了一定的工作[14-18]，但就应用于教学技能训练的评价仍有些地方有待完善：1.观看教学视频的时候教师希望看到主讲人的表现、学生的反应和课件制作的情况并给予相应的反馈评价，故需要支持标准的三分屏视频批注;2.教学过程的反馈有时用言语可能比文字更简洁和容易理解;3.微格教学训练系统的视频可直接同步到点评系统选定评价教师，同时支持自己录制视频的上传。
我们于2010年开展在线视频标注在教学技能训练中的应用研究，指导硕士论文《基于在线视频标注的微格教学技能评价系统的设计与实现》[19]，其主要是基于flash技术实现的，2014年结合华东师范大学实验教学设备研制项目《基于在线视频标注技术的微格教学评价系统的设计与开发》尝试了基于html5的实现，同时探索微格录制的三分屏视频的在线文字、手写和语音批注，现已基本完成测试。
二、系统总体设计
师范生教学技能训练点评系统应解决师范生教学技能训练中评价不足的问题，作为教学技能训练课堂内评价的补充，因此，主要满足如下需求：1.师范生教学训练视频的上传、在线播放、微格教室录制的三分屏视频自动上传;2.师范生训练视频提交给教师请求点评;3.指导教师在线远程点评学生训练视频;4.记录点评的信息，供师范生回放时进行反思。基于以上需求，该系统总体框架如图1：
系统包括三类用户，分别是管理员、教师和学生，学生用户可以上传教学视频，提交给指导教师等待点评，查看教师点评信息;教师用户可以查询待点评的视频，对提交的视频进行文字、手写和语音批注，对整个视频进行综合文字和语音评价;管理员用户可对用户、上传视频、批注和综合评价等进行管理，同时可直接指派和撤销评价任务。
三、系统使用流程和主要模块实现
本系统在已有微格实训系统的基础上设计开发，重点强化技能训练的点评环节。使用的流程相对比较简便，如图2：
（一）学生提交视频点评请求
学生在微格教室将自己教学技能训练的过程录制下来，视频将自动同步到点评系统中，学生根据自己的需要可将视频提交给指定教师请求点评。
学生用其他设备录制的视频可自行上传至点评系统再提交给指定教师请求点评。目前建议上传视频格式为H.264/MPEG-4，以更好地适应网络点播，为了方便学生操作，特别给学生提供了视频转码的简易指南。
（二）教师添加批注点评
教师可播放提交给他请求点评的学生视频，在需要点评的地方暂停添加文字、手写和语音批注，在微格教室录制的三分屏视频可分别在任意一路画面上添加批注，如圖3在主画面、学生画面和电脑画面中分别添加了文字批注、语音批注和手写批注。
添加了批注后视频播放轴上对应的时间点会标红显示，单击可快速定位到添加了批注的片段，当视频再次播放到该时间点时批注会自动加载在视频画面上。批注列表可查看对本视频的批注情况，并可修改和删除批注信息。每个批注均可定义它显示的起止时间，文字批注和手写批注可以修改文字的颜色和大小，如图4，拖动文字批注可修改文字批注的位置。
（三）教师添加综合评价
结合传统在线评价的需求，教师可给学生添加综合评价，其中包括文字评价和语音评价，学生点击综合评价即可查看教师给出的综合点评。语音评价方便了教师用语音语调等方式丰富多彩地指导和点评学生的训练。
四、系统的实现
确定了系统的总体框架和主要模块，我们在原有教学技能实训平台的基础上通过NET技术开发实现了师范生教学技能训练点评系统。系统延续原来的B/S结构，采用Windows Server+IIS+SQL Server。该系统的关键技术主要是视频标注，我们利用Html5的视频、画布技术规范，在视频播放元素上添加画布层，用来管理批注信息，保存时将批注的原始信息转换为Json数据存储于数据库之中。回放时读取数据库中的相关记录，根据播放的进度获取对应的批注信息，并计算相对坐标和缩放大小，重绘于画布之上。系统部分程序js代码如下： //添加文字批注和手写批注部分代码
function addPlayCtr（newInfo） {
var ctr = null;
if （newInfo.Type == 1） {
var label = new Kinetic.Label（{
x：newInfo.X * drawW[newInfo.DrawIndex]，
y：newInfo.Y * drawH[newInfo.DrawIndex]，
width：200，draggable：false
}）;
label.add（new Kinetic.Tag（{
fill：newInfo.BackgroupColor，
stroke：newInfo.BackgroupColor，
pointerDirection： newInfo.ArrowDirection，
pointerWidth：10， pointerHeight：10
}））;
label.add（new Kinetic.Text（{
align：'center'，text：newInfo.Content，
fontSize：newInfo.FontSize，padding：5，
fill：newInfo.FontColor
}））;
canvasLayer[newInfo.DrawIndex].add（label）;
label.moveToTop（）;
canvasLayer[newInfo.DrawIndex].draw（）;
ctr = label;
} else if （newInfo.Type == 2） {//--------省略}
return ctr;
};
五、小结
本文结合教学技能训练评价和反馈不足的具体需求，对现有微格实训系统进行优化，强化教学技能训练的反饋和评价环节，设计了一个基于视频标注技术的教学技能训练点评系统。该系统解决了微格教室视频的同步上传和三分屏画面的同时批注的问题，并且可选择文字批注、手写批注和语音批注多种丰富的形式。让教师突破时空的限制，提高教师点评工作的效率;让学生清晰地认识到自己的问题和改进方向，增强教学技能训练反思的效果;让教学技能训练的评价、反馈和反思的环节更加优化，快速提升教学技能训练的效益。
系统在2015级化学系教学技能训练中试用，效果明显。化学系将97名师范生分成10个组，分别聘请中学的名师进行分组指导，中学教师利用该系统对学生教学技能训练的过程进行远程在线点评，老师们认为系统很好地解决了教师和学生面对面点评不足的问题，老师们可以充分利用空余时间对学生进行指导，同时认为语音批注可以提高点评的效率，不用花过多时间和精力去遣词造句。同时试用也发现了一些问题，如评价完了老师想修改无法修改、点击评价完成后教师看不到评价过的视频，这些问题我们都做了相应的修改。由于微格教室录制三分屏视频相当于有三路视频信号，在校外网播放和批注的过程中经常会出现不流畅的情况，接下来我们将研究视频转码技术，将在微格教室录制的视频同步到该系统前进行转码处理。
参考文献：
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Design of Teaching Skill Training Evaluation System Based on Video Annotation
WU Ping-yi，QI Gui-chao，WANG Hua-wen
（Experimental Teaching Center for Teacher Education，East China Normal University，
Shanghai 200241，China）
Abstract：Teachers'feedback and evaluation are needed in normal school students' teaching skills training，but teachers'feedback and evaluation are far from enough because of the large ratio of students and teachers.The system uses video annotation technology to annotate three-screen video of micro-classroom simultaneously，and can choose various annotation methods，such as text，handwriting and voice.The system is convenient for teachers to evaluate students'teaching skills on-line，and students to reflect on their own problems clearly and effectively，so as to improve the effect of teaching skills training.
Key words：video annotation;teaching skills;evaluation
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