高校思政课实践教学系统微视频功能设计研究_陈晨.pdf

自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期行业应用与交流Industrial Applications and CommunicationsTechniques ofAutomation&Applications高校思政课实践教学系统微视频功能设计研究陈 晨（陕西工业职业技术学院 马克思主义学院，陕西 咸阳 712000）摘要:为改善教学质量，提出基于高校思政课实践教学学习系统的微视频功能设计研究。分析前期需求，开发设置情境、内容展示、师生互动与总结评论四个模式，利用摄像机完成微视频制作；在后期处理中使用抗线性共谋攻击的视频水印算法，经过子区域选取、JND值计算与水印嵌入等步骤实现微视频功能设计。仿真实验表明方法能够帮助激发学生学习兴趣，提高思政课实践教学效果。关键词:实践教学系统；微视频制作；水印算法中图分类号：TP391文献标识码:A文章编号:1003-7241(2023)06-0139-05Research on Micro-video Function Design of the Practical TeachingSystem of Ideological and Political Course in Colleges and UniversitiesCHEN Chen(Shaanxi Polytechnic Institute,School of Marxism,Xianyang 712000 China)Abstract:In order to improve the teaching quality,this paper puts forward micro video function design of the practical teaching system ofIdeological and political course in colleges and universities.The preliminary requirements are analyzed,the video watermarkingalgorithm against linear collusion attack is used to realize the micro video function design through sub region selection,JND val-ue calculation and watermark embedding.Simulation experiments show that the method can stimulate students interest in learn-ing and improve the learning effect.Keywords:practical teaching and system;micro video production;watermark algorithm收稿日期:2020-11-26DOI:10.20033/j.1003-7241.（2023）06-0139-05.1引言高校思政课是进行学生综合素质培养的主要路径，其中实践教学是实现思政教育的关键部分，在现代多媒体技术、网络通信技术不断发展融合过程中，平板电脑等移动终端在人们生活中快速普及，引起众多学者对教学视频的关注。此外，学习微型化理论的不断深入与微视频技术在各个领域的应用，形成了大量网络教学资源，即微型教学视频。为了让学生不受时间与地域限制，国内学者对微视频功能进行设计。微视频编辑和播放系统经过系统编辑后的视频在教学中的应用，并设置问题导学、合作学习以及课后总结反思等教学活动1。与上述不同的是结合学生不同学习理论角度研发微型教学视频，探究在SECI模型下的微视频设计，主要从资源互动、情景记忆、整合交流以及练习和应用等方面完成视频功能设计2。国外学者设计支持多种平台的微视频移动学习系统，融合An-droid视频识别、视频分析、语音聚类等智能技术，教师可以在系统中获得微课堂的统计分析结果，为教学提供反馈和有效交流。上述设计方法充分显示出教师对教学内容的把握，容易被学生接受，但是整个设计过程中并没有考虑视频安全性的影响，视频内容被攻击者恶意篡改或破坏，会造成课程无法顺利进行，影响学生满意程度。为改善这一现象，本文将水印技术用于思政课实践教学系统的微视频功能设计中。在完成微视频录制后，为视频添加水印信息，防止视频被恶意篡改与破坏，提高视频质量。此外，引入提出学习动机理论，学习动机即为激发且保持学习活动的推动力，是鼓励学生学习的内部需求。综合分析微视频如何设计才能体现学生动机的问题，实现学生个性化学习，进一步提高学生满意度，加强学习效果，促进高效思政课实践资源的多元一体化运用。2思政课实践教学系统功能与整体架构研究2.1具体功能思政课实践教学学习系统的角色包括管理员、学生与教师。其中教师可以通过客户端实时了解学生签到状况，在服务器中上传有关课件与教学视频，还能对题库进行更新。学生可以利用客户端签到，查看教师上传的139行业应用与交流Industrial Applications and Communications自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期Techniques ofAutomation&Applications课件，还能有选择的做在线测试。学习系统具体功能如图1所示。图1系统功能图图1中，系统管理模块的主要功能是维护系统数据3，实现日志备份等功能。论坛交流模块则是为师生交流提供有效空间。2.2系统整体架构(1)系统服务端实践教学学习系统服务端主要面向管理者部分4，以此实现系统后台管理。服务端的根本目的就是对学习资源进行储存，为管理与学习者提供信息查询权限，实现数据全方位管理。图2教学学习系统总体架构(2)系统客户端客户端主要面对学习者，目标是提供交互操作界面。用户输入自己的姓名与密码即可登录，并结合自身需求做出下一步选择。图3系统客户端根据以上对思政课实践教学系统的分析，可以更好的设计微视频功能，使其符合系统要求。3微视频功能设计3.1微视频技术优势分析微视频的“微”特征主要体现在可以将学习资源打包为微小的学习目标，供学生反复观看，巩固知识。微视频具有如下优势：(1)时长短，便于传输由于时间较短，所占储存空间较少，便于在手机或其它移动设备中播放。传统视频时间较长，不能突出重点，导致学生容易出现视觉疲劳现象5，或受到无用信息干扰。(2)内容少而精，易于接受微视频经过精心编排后，利用小单元描述完整概念。降低画面冗余感，使教学内容更加精炼，更具针对性，便于学生集中注意力。3.2设计流程微视频功能设计中体现出学习动机包括如下两个方面：使学生认识到学习任务、学习需求与兴趣目标相同；学习难度适中，在自己努力范围内即可实现。学习需求与兴趣是可以通过调查或观察了解到的，但怎样将学习目标与兴趣相结合6则是微视频设计的主要思想方向。本文在设计过程中将此问题作为出发点，使设计的微视频更加贴近学生实际需求。在微视频功能设计之前，为明确思路，需确定整体设计流程，本文设计流程如图4所示。图4设计流程图3.2.1前期分析(1)需求分析7：是微视频功能设计的前提与基础。只有充分分析学生需求，才能实现合理的资源开发。(2)可行性分析：是微视频设计的主要环节，教育思想是否能获得有效传播的前提即为可行性问题。3.2.2模式设计本文设计的微视频共包括设置情境、内容展示、师生互动与总结评论四个模式。本文以五分钟思政课微视频为例，设计每个模式的主要时长与内容。3.2.3制作设计140自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期行业应用与交流Industrial Applications and CommunicationsTechniques ofAutomation&Applications制作技术是微视频创作工具，本文利用摄像机拍摄技术来完成微视频制作。图5微视频制作模式图拍摄技术主要包括前期拍摄与后期制作两个阶段，其中前期拍摄使用相机录制讲解内容，而后期制作则是对视频进行编辑，添加特效。摄像机种类分为家用和专业等类型，拍摄格式也分为高清与标清两种。后期编辑的软件主要有Premier、Edius、Cut等，而特效软件分为Nuke、AE等。这些软硬件的有效配合为微视频制作提供技术保障。3.2.4后期处理当完成微视频的制作后，需要对其进行后期处理，确保视频不会遭到恶意篡改与毁坏，提高视频质量。为此，本文利用一种抗线性共谋攻击的视频水印算法。根据DTC(Diagnostic Trouble Code)系数水印区域，使用局部JND(Just-Noticeable Distortion)值，实现自适应的视觉内容水印方案。(1)水印区域选取为视频添加水印关键的环节是确定水印子区域8。首先对子区域进行定义，实质上，某个dd的子区域属于一个由d2个像素点组成的集合，如果中心在(m,n)处，结合共谋攻击特性，选取子区域必须具备下述两个基本条件：稳定性：受到攻击后确定的区域不会发生变化；隐蔽性：可以充分吸收水印信息能量，且没有较大失真现象。将稳定性与隐蔽性作为基本前提，对水印区域进行选择。该选择方法与特征提取算法相结合，并根据直流、低频、高频等系数之间存在的关系来判定某子区域是否可以嵌入水印。具体实现过程如下：步骤一：计算像素M(m,n)可以引入的空间最大噪声：(1)式中X(i,j)为水印区域像素点，空间最大噪声值代表此像素点空间出现失真现象的边界值，该值和图像自身特性关系较为密切，但与像素位置不发生联系。具有最大噪声值的地方能够吸收更多水印能量，抵抗更剧烈的攻击；反之，若该值较小，则抗攻击性能较弱。步骤二：获取dd子区域中的最大噪声的平均值Md(m,n)：(2)步骤三：对所有像素点的强度值S(m,n)进行运算：(3)公式中，N3(m,n)代表像素点(m,n)的33邻域。步骤四：建立子区域中心点序列。对像素点S(m,n)进行降序排列，使用贪婪算法，确定能够形成互不重叠的中心点集合。在操作过程中，可先选取第一个点，将其作为中心，设置周围2d2d区间内像素点强度值均等于零，直到与全部像素点相对的强度值都为零。步骤五：将某88DCT块分为直流、低频、中频与高频四部分。若利用L、M、H分别表示低、中、高频区域DCT系数绝对值的综合，则根据他们的关系与大小来判断是否可以进行水印嵌入。(2)JND值计算JND是视觉系统所无法感知的最大失真，属于视觉模型，在图像处理中发挥重要作用。本文需要在88的DCT域内估计JND数值。其运算方法较多，传统方法计算过程复杂，难以达到水印实时快速的要求。为此，本文在不降低水印效果条件下，提出一种简便方法。首先需确定差异敏感函数g(i,j,n)，它能体现视觉系统对差异的敏感度。通过第n个DCT块中(i,j)位置描述差异敏感函数值，则有：(4)公式中，c0、k1、k、k3、均表示常数，i,j=0,1,7，i,j代表空间带频率：(5)式中，x和y表示像素点(i,j)针对视网膜水平方向和垂直方向之间的夹角。在上述基础上，还需计算某 DCT 块亮度调整系数aLum(n)，它表示当前块平均亮度，和直流系数之间存在下述关系：主要环节时间分配主要内容片头15秒主题展示设置情境20秒导入教学内容知识呈现190秒讲解教学内容外化表达35秒回答问题综合评价25秒评价学习效果预告10秒导入下期预告片尾5秒展示制作名单表1不同模式下时长与内容要求141行业应用与交流Industrial Applications and Communications自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期Techniques ofAutomation&Applications(6)因此得到完整的JND计算公式：(7)式中，Lmax和Lmin表示当前区域灰度的极大值和极小值，i和j属于标准化因子，A代表经验常数。(3)水印嵌入本文通过扩频方式实现水印嵌入，该技术的有效运用代表水印技术完成重大