声网Agora教育产品专家李斯特：如何搭建高质量的素质教育在线课堂

　　2021年9月24日，由映魅咨询IMConsultancy主办的DevTalk教育科技产品开发者沙龙第3期在上海举办。素质教育是当下的行业重点关注方向之一，但是鉴于素质教育在授课、学习以及效果反馈上的特殊性，技术的手段特别是直播技术在运用到这个场景里会有新的额外要求，但同时还要不失去或降低素质教育的学习体验和氛围。为此，在此次沙龙上，我们邀请了声网Agora的教育产品专家李斯特老师，他从技术角度分享了如何打造高质量的素质教育在线课堂。

以下是李斯特的分享内容精要：

　　李斯特：教育是我们一直很看好的赛道，今年的政策影响也让大家看到了在素质教育领域有很多很好的应用机会。根据公开的数据统计，素质教育是一个仅次于K12 学科教育的第二大课外教育赛道。但素质教育赛道有很多细分的门类，如美术、音乐、编程、棋类等，目前素质教育最大的细分门类是音乐和美术，今天我会重点介绍一下声网在音乐和美术上的解决方案。

素质教育的在线化趋势已经到来

　　我们认为，现在素质教育在线化的奇点已经临近了。过去的素质教育很难做在线化，或者在线化的体验很差，亦或者只能做一些知识的普及，老师没有办法给学生做练习。这主要是因为受到了一些技术难点的限制。然而，现在出现了有利于素质教育在线化的条件。首先，在需求端上，美育和体育都进入了中考评价体系，下沉市场，低线城市的家长和学生会有更多的课程内容需求；其次，在技术上，包括5G网络和更高算力的智能设备已经普及，所以说素质教育的在线化的趋势已来。

　　为什么素质教育的在线化这么难？主要原因是线下素质教育场景的复杂度要高很多，音乐美术会有很大的钢琴、小提琴、画板，如何在线上很好地复刻和重现，决定了素质教育能不能有很好的教学效果。还有如何纠正学生的学习，纠正学生画画的素描线条，再比如指导学生弹小提琴的时候手指怎么压，则需要更完善、更全面的音视频方案让老师能够观察到，然后给学生做出正确的纠正。

声网如何搭建美术教育的在线课堂？

　　在线上美术教育教学场景中，最大的痛点是画质和互动。美术教育是一个很依赖老师对学生作品观察的场景，比如在素描课里，很多线条很细很浅，每个家庭的光照环境也不一样，有些是自然光，有些是白炽灯，可能会出现比较复杂的光照环境。这些环境下如果不能真实地采集到高清晰度的画面，会影响到老师对学生作品的判断，影响到是不是能够很精确地做出辅导。另外，摄像头的角度当和学生纸面不完全平行的时候，还会带来透视的变形。如果摄像头的玻璃镜面和纸面不是完全平行的时候，会产生角度变形，也会影响到老师对于这幅画是不是符合作品要求的判断。同时，在互动过程中老师如何把他绘画的过程很好地进行演示，如何对学生的动作做出更精细地辅导和纠正，这都是比较难实现的地方。因此，针对上述这些情况，我们把线下的一些美术教育场景还原到线上的时候，会提供多种美术教育授课模式的设计。

　　第一种就是桌面模式。这种模式通过一个支架+摄像头折射镜，这个解决方案既可以让老师看到孩子，也能够看到画面，而且看到的画面是正对的。这种模式的另外一个特点是成本很低。第二种模式是画板模式，在这个模式中，利用平板电脑背面的摄像头用来拍摄画板，一般会更多地在高阶美术课上使用。第三种模式就是外接多摄模式，这个模式需要更高品质的外接摄像头。

　　在美术教学过程中，我们会和客户一起把教学过程进行拆解。在所有教育过程中基本上包含教、练、评的过程。“教”对机构来说是提供优质的教师和优质的课程内容，把教的环节做好，技术上可以考虑直播的方式。由于教育优质资源相对有限，这个时候如果有一名优秀的美术老师通过直播方式对低线城市的学生进行授课、讲解和演示，可能会有比较好的效果。另外课程中间的练习环节也非常重要，这决定了学生能够学习到多少，根据班型的不同（比如在线小班课或是一对一），老师和学生会有一个高频的实时互动。最后是“评”的环节，包括老师对学生的点评以及学生和家长对这节课的评价和感受。家长和学生需要有获得感，老师能够把学生作业的问题做准确的评价和效果输出。声网的美术教学解决方案会把直播授课、练习互动以及学生绘画过程的重要时刻展现出来。

　　在教学课堂中的明暗光线校正能力上，声网的在线美术课堂解决方案可以提供明暗光线的校正，基于图像采集和传输可以改善弱光体验，让老师能清楚的看到学生作品暗处的细节。

　　此外，声网的在线美术课堂解决方案还提供高保真采集功能。线上美术课堂的承载终端会有有不同型号的手机和设备，不同的手机摄像头拍摄出来的画面会有差别，甚至同一个摄像头调节不同滤镜拍出来的色彩也有差别。学生画的是一个湖蓝色的颜料，但是老师看到的是偏蓝或是偏绿，这都可能会影响老师对这幅画的判断。反过来，学生看老师的面面也是这样。如何在视频采集过程中保证画面颜色的还原度，不管是饱和度还是色差？声网在这个方面做了研发投入，以保证在不同光照环境和摄像头采集到的画面尽可能地贴近原始的画面，和我们面对面眼睛看到的颜色是一样的。

如何搭建高质量的在线音乐教育课堂？

　　音乐教育是一个大而广泛的行业。比如，音乐的乐器课时只占到总课时的20%，唱歌占了接近一半，剩下的时间包括学习音乐赏析、音乐基础理论知识等。现在有很多音乐教育机构出现，这些机构提供如声乐启蒙、成人乐器课、弹唱课等等，并且在最近几年增长很快，还有一些泛音乐课的项目。尽管这些项目中有很多还处在比较早期阶段，但是我们认为在这些领域会有持续创新和更多的教学新场景出现。

　　我们将音乐场景分成主要几类，不同的类型对应的能力输出也会不同。比如乐器陪练常见的是一对一模式，通过一个智能设备+折射镜或者多个智能设备就能够完成场景的构建。在声乐小班里更多的是对照教学大纲唱歌，它的线下场景就是一个老师弹琴，台下坐十多位或更多的学生，跟着老师的弹奏节奏演唱。再有音乐大班课场景，这种场景更多的是对教师的教学状态展示，这就需要对声音有一个高级处理。因为乐器的加入，对我们的声音采集和传输也会有更高的要求，当乐器和人声同时存在的时候，如何做到让其中一个声音的音量不会覆盖另一个声音。

　　乐器的声音线上化存在一些难点，包括声音采集的复杂度、传输的复杂度，乐器的声音和语言的声音同步等。在线下音乐教学场景中常见的一种情况是老师弹琴，学生唱歌，但是当把这种场景搬到线上后，老师弹琴和学生唱歌会因为网络延迟导致声音传输的不一致。这时候如何判断这是学生演唱的问题还是网络传输的问题。今天，我们已经实现了电子乐器传输方案，像电子琴就是通过电子信号变成声音在扬声器里播放出来。我们实现的是这些电信号的乐器可以直接传递按键信号本身。原来的情况下，要传播一路钢琴声音可能会因为各种原因有声音损失，但是现在我们传输的是midi信号，在电脑上还原成了钢琴琴声。目前，还有很多乐器依然没有更好的解决办法来进行更好的声音传输，对应这种的解决方案是用外接麦克风和独立声卡。

　　另外，在线上音乐课的合唱场景中，如何保证声音传输的同步性，这也是音乐线上学习的独特痛点。如果小班合唱的场景中大家声音的延迟不一致，课堂就会一片混乱。针对这种情况，声网也开发了一个低延迟的合唱能力，这是声网独有的，同时确保声音的低延迟和高同步，目前这一解决方案90%以上用户的网络环境下可以达到理想的效果。

其他素质教育在线场景的解决方案

　　相比国内情况，编程学习的在线课堂场景在国外起步更早，中国这些年的青少儿编程学习的政策环境也是利好的，大家在编程学习领域的投入或者家长对编程学习产品的兴趣也在持续提升。编程学习产品在不同年龄段的学习者之间会有一些差别。比如低龄段学生学习的更多是图形化编程，而到了更大年龄或是成年人职场人群会真正用代码的方式做编程学习。我们常见的在线编程学习课堂会增加代码编辑器、远程控制这样的能力，远程控制的能力可以帮助老师给学生调试代码，可以实现让老师一对多地查看学生的代码写得怎么样，协助学生做代码的修改和调试。

　　另外还有素质教育学习的双商（智商和情商）课堂场景。这种场景下的素质教育产品品类也很多，比如口才、阅读、思维学习等。通过双商课堂，可以额外补充提高学生的学习体验和知识点的吸收和学习效果的显现。比如通过做游戏化课件的方式，把好的动画效果在课堂上展示出来。

　　如上图所示，左上角是一个动画课件的展示，包括动画的选择题。右上角是把人用视频抠像的技术抠出来，这是声网实现的技术。通过和课件背景做叠加，达到比较好的游戏画面效果。声网现在有一套解决方案，可以像做PPT一样的方式做动画课件，做好的课件可以直接上传到在线课堂用来上课。让做动画课件这件事变成不需要专业开发参与，只需要设计师提供一些模板和素材，老师通过拖拉拽，通过设置动画，就能够完成一些动画课件的生产。在课堂中老师和学生之间交互互动，就像我们在远程会议里让学生操作白板一样。在支持动画课件的在线课堂里，学生和老师可以一起做拼图题，可以一起完成一个拼图，可以做连线题，有很多好玩的玩法。

　　声网是最早做RTE PaaS技术服务的公司，成立于2014年，是全球实时互动云服务开创者和引领者。开发者只需简单调用 Agora API，即可在应用内构建多种实时音视频互动场景。目前已经赋能了社交直播、教育、游戏电竞、IoT、AR/VR、金融、保险、医疗、企业协作等 10 余行业，共计 100 多种场景。

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