混合教室：設計 AV 基礎設施以實現靈活性、參與度和可擴展性
概觀
2023 年美國的一項研究顯示，目前 67% 的大學教師正在領導混合課程，而疫情前這一比例為 52%。混合教學將繼續存在。
本文探討了教育機構和培訓機構如何使用 AV 解決方案（包括視訊會議平台、PTZ 攝影機、IP 音訊設備和螢幕共享工具）來設計和升級混合教室。透過在教學空間中採用最佳 AV 實踐，我們介紹了機構如何提高學生參與度並增加遠距同學的參與度。我們將解釋為什麼新技術更容易被教師使用，因此有望加速會議工具在教育中的採用。同時，該論文探討了 AV 團隊如何幫助組織更好地管理 IT 和 AV 資產並降低營運成本，同時維護整個校園的資料安全。
1. 電子學習
什麼是混合學習，為什麼它是新常態？
混合學習是一個廣義術語，描述了新的靈活教育方法。它是 VLE（虛擬學習環境）的一部分，使學生能夠靈活地從面對面和遠程學習中受益。典型組件包括：
• 遠端存取：存取透過網路直播的教學。這種形式最適合向大量學生授課。
• 按需學習：讓學生可以訪問教育視頻庫，以便自發學習、複習和學習重述。
• 遠距互動學習：透過互動視訊會議促進參與和積極參與，並鼓勵協作活動。
由於各種原因，這些新的教學形式越來越普遍，例如物理上無法在現有教學空間中容納越來越多的學生，以及學生更喜歡按照自己的節奏遠程學習。與此同時，技術的進步使學生有機會參加以前在地理和經濟上遙不可及的教育項目。
統計證據表明，混合學習的採用在北美和歐洲很普遍，其他地區增長非常迅速。
平等機會
互聯網提供的教育改變了少數族裔和弱勢群體獲得學習的方式。英國德比大學 2019 年的一項研究表明，與傳統學習方法的全國平均水平相比，殘疾學生被其在線課程的吸引率高出 3 倍。研究發現，社會經濟地位較低的學生能夠獲得在線教育並組織學習，而無需搬遷並支付相關費用。眾所周知，透過平等的教育機會，線上學習有助於實現擴大學習機會的機構和政府目標。
疫情後對線上學習的期望發生了怎樣的變化？
2023 年發布的一份 報告 發現，“學生們對大學在大流行期間為數字化學習和教學所做的努力表示高度讚賞，同時承認仍有改進的空間。
它指出：
• “[我們的]教學實踐不斷發展和變化，但大流行極大地加快了這種變化的步伐，並改變了我們學生的期望。”
• “大流行暴露了普遍缺乏適當的硬件和軟件資源，而這些資源應該使教職員工和學生能夠有效地參與混合學習。”
大流行後在線學習如何演變？
與許多行業一樣，2020-2021 年的 Covid 經歷改變了其運營方式。在許多國家，緊急措施迅速頒布，關閉了學校和學院。在教育繼續進行的情況下，教師們準備不足，伸手去拿網路攝影機，在線上授課和講座。
大流行後，教育機構現在正在反思最佳實踐，以便實施在線學習策略，以滿足學生未來十年或更長時間的需求。
技術解決方案
學生的大流行和新冠疫情後的經歷表明，在線教學需要通過民意調查、分組討論室、問題和互動工具來增加注意力，以積極參與。它需要較短的會議和預定的休息時間，使用高質量的攝像機，最好使用多個角度來避免觀眾疲勞，並使用適當的視覺效果和多種類型的媒體來吸引註意力。
將課堂數位化
如上所述，筆記型電腦網路攝影機在大流行期間起到了緊急解決方案的作用，但作為長期解決方案卻不足，很有可能出現所謂的數位倦怠。老師和學生都筋疲力盡，老師的特寫鏡頭充其量是不吸引人的，最壞的情況是徹底令人反感的。另一方面，成本非常低，大多數教師已經擁有合適的設備來在線授課。
面對升級數千間教室的挑戰，AV 和 IT 團隊現在面臨著實施增強型教學解決方案的挑戰，這些解決方案購買成本低、安裝簡單且維護成本低。
創建混合教室
現在許多教室都基於混合模式，學生被分為兩組——在房間本身的學生和遠程撥入的學生。期望盡可能讓兩個群體都有平等的參與和互動機會。核心組件是會議平台，例如 Zoom 和 Teams。它們非常適合現場和互動教學，提供高質量的音頻和視頻、屏幕共享、文本評論和包括民意調查在內的高級功能。
整合式視訊條形音箱
從視角有限的內置筆記本電腦網絡攝像頭到帶有專業麥克風的 USB 連接 HD 網絡攝像頭，已經自然而然地發展。隨後，這些已被壁掛式或顯示器安裝的視訊條形音箱所取代。在這一演變的每個階段，視頻和聲音質量都有所提高，拍攝角度有所改善，並添加了功能（例如自動取景）。
然而，到目前為止，只能開發出單一的整合設備。這始終是一種妥協：拍攝角度將受到其所連接顯示器高度的限制，而主麥克風將嵌入設備中，該設備可能距離教師和學生數米。
創建 AV 基礎設施
直到最近幾年，在教室中添加專業的 PTZ 攝像機、麥克風和聲音監聽器還需要多種電纜類型和各種 AV 格式的集成。如果攝影機安裝在距離筆記型電腦一定距離的地方，通常需要透過 HDBaseT 轉換和傳輸視頻，將 HDMI 視訊串流調整為 USB 以供教師的筆記型電腦使用。使用適配器和轉換器以類似的方式傳遞音頻，第二條 USB 電纜連接到筆記本電腦。
PTZ 的優勢
PTZ（平移、傾斜和變焦）技術的出現使機器人攝像機能夠捕捉教師並移動到學生的框架中以拍攝他們的貢獻。PTZ 攝影機可以放置在理想的位置，以捕捉最佳視角，無論是安裝在牆上還是懸掛在天花板上。
在早期的 PTZ 型號中，預設位置和自動取景演算法的使用可以實現簡單的半自動化水平，從而增強觀看體驗。它們主要是 HDMI 或 SDI 設備，需要相同等級的格式轉換和訊號擴展才能與視訊會議平台整合。新一代型號提供更好的連接選項和更高級別的自動化。
3. 向 IP 和自動化的過渡
學習 IP 音訊的教訓
製造商 Crestron 的一份報告聲稱，AV-over-IP 系統有可能將成本降低高達 40%。如果正確，這是一項非常重要的成本節約措施。
音訊世界中的無數例子已經證明了轉向基於 IP 的聲音的好處。例如，在俄勒岡大學和西約旦高中，AV 團隊已經能夠以以前的模擬系統不允許的方式擴展安裝、降低成本並靈活工作。隨著 Dante Audio 的崛起及其在聲音領域的主導地位日益增強，視訊世界效仿並過渡到 IP 傳輸和路由只是時間問題。
利用區域網路
新一代 PTZ 攝影機現在是“IP 原生”的，具有內置編碼器和 Ethernet 連接。最新的串流格式使 PTZ 型號成為業界的主要攝影機類型，從紀錄片電視和視訊演播室的使用轉向禮拜堂、音樂場所、學校、學院和大學的日常使用。
現在，IP音頻（Dante音頻）和流視頻（NDI、Dante AV-H 或 RTSP 格式）可以通過局域網現有的Ethernet電纜以非常低的成本同時傳輸。同一網路也可用於發送控制訊號，並為攝影機和其他網路連接裝置供電。
簡而言之，新的、更有效率的方法是採用不需要訊號轉換和電纜延長工具的 IP 視訊和 IP 音訊設備，而不是透過 Ethernet 擴展和轉換 USB 或 HDMI 攝影機，然後將 IP 串流重新轉換為 USB。
系統簡單性方面的收益是立竿見影的。需要購買、安裝、整合和管理的設備數量會立即減少，從而節省大量成本並帶來營運優勢。
從 IP 到 USB-C
然而，Ethernet 電纜本質上並不是一個用戶友好的連接，特別是對於根本沒有 RJ-45 端口的現代超薄筆記本電腦和 Chromebook。將 IP 轉換為 USB-C 是理想的、用戶友好的解決方案。
將 AV 優化的交換器、迷你轉碼器和解碼器添加到網絡中，視頻和音頻信號可以直接從 IP 視頻和音頻源路由到單個 USB-C，以便即時連接到房間 PC 或教師的計算機。USB-C 還將音頻從筆記本電腦的音頻傳輸到房間揚聲器。這是連接電話會議的一種非常簡單的方法，同時利用已安裝的專業音頻和視頻設備。
如果 IP 攝影機和音訊設備有任何需要解決的問題，教師可以致電遠端 AV/IT 支援。教師不再需要在本地更改相機設置或等待技術支持到達房間。技術人員不再需要登入教師的筆記型電腦來存取 USB 攝影機和 USB 麥克風的設定 - 這一切都在 IP 網路上遠端完成。
AI 攝影機技術的進步
AI 技術的進步意味著 PTZ 攝影機已經從簡單的自動取景發展到先進的運動追蹤。雙鏡頭相機有一個專用傳感器，可以不斷掃描場景以識別畫面內的人類。啟動後，攝影機將追蹤演示者的移動。單擊鼠標使跟踪傳感器能夠立即識別並跟踪新的演示者。
另一個關鍵進步是聲控追蹤技術的引入。現在，PTZ 嵌入在攝影機本身中，會自動移動以構圖房間中的主動語態。隨著雙向討論的發展，攝影機將構圖主動語態或在說話者之間切換，以創建類似電視的作品。
AV 團隊的優勢是遠程設備管理。對於老師來說，不用擔心技術，也不需要手動操作員親自到場來改變攝影機視圖。一切都是完全自動化的。對於學習體驗，好處是更具吸引力的視頻，幾乎像遠程參與者在房間裡一樣自然地跟隨對話。
增強互動
許多會議平台都經過優化，允許本地演示者或遠程用戶共享他們的屏幕。 2022 年的一項研究發現，“教師報告說，更大的流動性、更易於內容共享和更深入的學習者認知是利用這些技術改善學習和教學的屬性。
Barco 等公司的無線共享工具現在很容易獲得。它們透過分享裝置上託管的內容，增加了房間裡學生更積極參與的機會。這些與 USB 轉碼器和解碼器兼容，可以輕鬆添加到機構的網絡中，以在教學空間內增加新的交互水平。
無線共享工具與實物投影機和視覺化工具相容，是提高學生參與度和實現學習成果的有效手段。即插即用，現在與 IP 轉 USB 橋接工具兼容，可安裝在本地網絡上，無線技術現在具有可靠性和用戶友好性，成為課堂上的第二天性。
4. 先進的 AV 在課堂上成熟
幾十年來，直播和錄製的電視一直基於使用多個攝像機在不同的視圖和視角之間切換。這一直是大學在重大活動空間中的一種選擇。在畢業典禮和國際研討會上，許多 AV 團隊安裝了基於 SDI 的廣播切換器、專業攝影機和其他製作設備來製作多角度拍攝。這種方法能夠為大螢幕上的顯示、全球串流媒體和 DVD/藍光光碟上的發行提供出色的效果，但這種方法在資本方面成本高昂，並且需要訓練有素的視訊操作員和音響技術人員。
當機構想要為多個教學空間配備多攝影機裝置時，這種手動控制的設備是負擔不起且不切實際的。AI 自動化再次改變了市場。現在，在任何教室空間中，都可以將兩個或多個語音追蹤攝影機安裝到 IP 網路上，這些攝影機都由中央處理器單元控制和協調，使攝影機能夠精確定位主動語音並在房間內的揚聲器之間自動切換。
語音啟動解決方案完全自動化並響應課堂討論，旨在改變視訊會議，使遠端體驗更具吸引力、活力和身臨其境。
音訊整合
透過實施全 IP 策略，視訊和音訊透過同一 LAN 傳輸。利用常見的 IP 音訊、IP 視訊、USB-C 和 DisplayPort 標準，學校、學院和大學可以相當靈活地將裝置新增至其網路。
AV/IT 團隊具有極強的可擴展性，可以在每個房間添加麥克風、揚聲器和攝像頭，以滿足其網絡的容量。憑藉這種程度的多功能性，一個小型教學室可以安裝一個攝像頭和基本的 Dante 桌面免提電話。更大的空間可以受益於多個吸頂麥克風、壁掛式揚聲器和最多四個自動攝像頭。最大的房間可以用作單一空間，也可以暫時細分並劃分為多個教學區域，每個教學區域都有自己專用的 AV 裝置，這要歸功於智慧訊號路由和 Audinate 的 Dante 控制器等工具。
培訓和支持費用
在每種情況下，與教師的 BYOM 筆記型電腦的唯一連接是單一 USB-C 連接。每個空間的設定例程也相似，支援團隊能夠遠端配置和監控 AV。
北美的一項調查顯示，平均而言，每位支援人員負責 43 個房間，因此簡化 AV 設定和集中設備管理對於每個組織來說都至關重要。
安全
歐盟的 GDPR 法規和美國的各種資料隱私法在保護資訊和保護個人（尤其是未成年人）身份方面改變了 AV 格局。雖然透過資料網路傳輸音訊和視訊從表面上看似乎本質上是不安全的，但透過實施最佳實踐，網路可以比 HDMI 和 DVI 安裝更安全。安全措施可以包括：
• 避免使用 Wi-Fi 或開放網絡
• 專用於 AV 流量的分段/VLAN 網路
• 使用 AES 加密格式
• 採用需要使用者驗證的格式
• 將 NDI 橋接器與 AES 加密和身份驗證結合 NDI HX 流媒體使用
• 通過防火牆和 ACL（訪問控制列表）限制用戶訪問
• 使用網絡管理軟件監控網絡中的未知接收器
• 維護韌體更新時間表以實施最新的安全性修補程式
五、總結
隨著教室越來越混合，存在多種相互衝突的需求：
- 需要更具吸引力的遠距學習體驗的學生
- 教師要求從遠程學習中獲得更多互動
- AV 團隊面臨越來越多的支持電話
- 院系面臨不斷增長的安裝和整合成本
教育機構無法繼續沿著 HDMI 攝影機、類比音訊、複雜的訊號路由和轉換等傳統 AV 路徑連接到視訊會議平台。成本、持續的管理費用和支援要求實在是太重了。
IP影音的成熟，同時自動化製作工具的出現，是領導團隊所面臨需求的答案。他們共同履行了以下承諾：
- 安裝更靈活、更具成本效益
- 更輕鬆、更快速的遠端支援
- 完全可擴展性和面向未來
- 簡單的使用者體驗
- 更豐富的教學體驗
調查顯示，近年來學生對遠距學習的滿意度有所提高。技術在推動混合學習的推出方面發揮著重要作用，向 IP 的過渡和自動化服務的採用是這一成功的核心。