基于3D视频流建模及误差定量的中医导引功法网络课程改革

姬爱冬 宋雅芳 曹喜俊 詹秀菊 白东艳

摘要： 目的 該文旨在探索疫情期间基于3D视频流建模及误差定量的中医导引网络课程改革。方法 该文从疫情期间导引功法传统网络示范教学存在的问题、3D视频流建模及误差定量教学法的优势、内容、实施方法，以及实际效果等几个方面进行了详细论述。结果 通过该学期的3D视频流建模及误差定量中医导引功法教学改革，使学生的功法成绩普遍达到了优秀，教学质量软件TCA曲线峰值明显右移，自动分析结果为优秀，达到了预期的效果。结论 3D视频流建模及误差定量教学法可以增强动作类课程的课堂互动，实现师生线上和线下的双向互动，可以激发学生学习兴趣，调动学习积极性，在网课期间对提高中医导引功法的教学质量具有重要意义。

关键词：教学改革  中医导引术  网络课程  中医气功学

中图分类号：G807.4;R247.4    文献标识码：A

Reform of the Online Course of Guiding Techniques of Traditional Chinese Medicine Based on 3D Video Stream Modeling and Error Quantification

JI Aidong*  SONG Yafang  CAO Xijun  ZHAN Xiuju  BAI Dongyan

（Guangzhou University of Chinese Medicine， Guangzhou， Guangdong Province， 510006 China）

Abstract： To explore the application of 3D video streaming modeling and error quantification teaching method of TCM QiGong Course during COVID-19 period. Method This article discusses in detail about the problems of traditional action demonstration online course， and the advantages ，contents， implementation methods， actual effect of 3D video streaming modeling and error quantification teaching method. Results Through the teaching reform of this semester ，the students' scores are generally excellent，the peak value of TCA curve obviously shifts to the right，software analysis teaching quality is excellent ， the expected effect has been achieved.Conclusion 3D video streaming modeling and error quantification teaching method can enhance classroom interaction， realize interactive learning. stimulate students' enthusiasm， improve teaching quality，so it is very important to improve teaching quality by online courses during COVID-19 period.

Key Words： Teaching reform; Guiding techniques of TCM; Online course; Chinese Medicine Qigong

中医导引功法课程顺应国家的大健康战略[1]，是传统医学的重要组成部分，是养生和康复领域的重要手段[2]，受到了中医院校越来越多的重视，因此参加该课程的学生报名非常积极，选课非常踊跃。但疫情期间现场授课受到了很大影响，中医院校普遍采用了现场授课和网络直播相结合的方式。但网课教功、带功、查功很困难，学生模仿动作不规范的缺陷十分突出。尤其是低年级学生有着不同的专业和背景，生源多样化，所以采取弹性化视频流综合教学和灵活多元的视觉刺激模式，以及用视频捕捉和分析系统进行评价和定量，通过加大3D视频投入的方式就非常重要[3]，因此该课题进行了基于3D视频流建模及误差定量的网络教学改革，取得了预期的效果。

随着“互联网+”时代的到来，5G技术的发展和带宽不断加大，以3D视频为元素组建的数据库可以由单纯游戏和娱乐的用途扩展为动作类教学的补充模式[4]。网络的普及与发展为3D视频流授课法的改革奠定了技术基础，具体论述如下。

1 传统动作类课程进行网课示范教学存在的问题和缺点

传统动作类课程的网络授课，其动作的示范教学设计单一，没有真正利用起全维度视频教学的技术优势，仅仅从教学大纲出发确定动作的教学内容与动作的规范性技术要点，只能进行二维平面展示，无法及时纠正学生的错误及进行互动，这是一种单向模式，其纠错具有滞后性的缺点。同时，传统网课的主讲教师在教学过程中往往对于学生是否掌握了动作要领以及无法进行现场纠正而无可奈何。

而基于3D视频流建模及误差定量的教学改革则是一种三维立体投影的教学模式，其采用了三维视频的数据库建模，并且用数字化技术对视频进行捕捉和分析，并基于标准模型进行对比，用类似人脸识别的算法，采取误差定量法进行与标准视频的正负值选择，最终得到在离散阈值之内的分数作为评价标准。在疫情期间其优势是可以在学习阶段将传统的记忆模式与视觉重复刺激相联系，用3D投影增加了高品质视频教学资源的多样化和丰富性，并可加深动作记忆的条件反射，巩固对动作的掌握[5]，3D立体视觉效果在一定程度上可以改善平面画面造成的局限性，而有助于整体感觉的形成。而在评价阶段，则可以对学生动作的离散度进行定量，从而判断其掌握的效果。

2 基于3D视频流建模及误差定量教學法的优势

2.1 3D视频流建模及误差定量教学法可以增强课堂互动，实现交互式学习

3D视频流建模及误差定量教学法整合了传统课堂和现代AI技术的优势，让学生可以实现近似“面对面”教学与虚拟立体视频的融合，具有真实和虚拟的交叉性[6]，打破了疫情期间的空间限制，能够让教师在网络上与学生充分交互、沟通。这种实体与虚拟视频流数据库的结合可及时纠正动作错误，没有时间差，可以高效地讲解知识点，使学生拥有多方式的学习途径，减少了形成错误动作习惯的机会。3D视频流建模及误差定量教学法中结合了多种多媒体元素，整合了视频、图像、声音与文字，多管齐下，手段综合而广泛。作为一种互动平台，3D功法视频教学数据库以教师自己录制为主，具有很强的时代感和现代性，实现了师生交流的畅通无阻。因为视角和网络游戏一样可调，所以对学生的三维立体指导可以重点讲解动作的要点，以及提醒考核的得分点，及时纠正错误，生动而活泼，拉近了师生间的距离。由于学生与教师之间的互动增多，动作学习的效果就会显著提升。

2.2 可以提高对功法的学习热情，促进练功的积极性

以3D视频流建模及误差定量的教学法讲授传统功法，可使学生在功法学习上采用现代科技而体验到时代感，并且其3D影像产生的参与感、互动的立体感，增加了学生对动作规范化学习的现场感。3D视频流建模及误差定量教学法作为新颖的3D多媒体学习方式与网络游戏有很大的相似性，无疑会使学生主动参与，提高积极性，但又没有游戏的危害性，其评分体系还会引发学生间的竞争和带动效应。

鉴于此，对于医学基础较薄弱的低年级学生及非医学专业的二级学院学生而言，通过引入3D视频流数据库进行功法学习，可以突破场地的限制，让他们充分从各个角度观看到动作并进行学习，而不是只观看正面影像。尽管有些教师可以录制背面和侧面动作，但分裂的视频角度很难在抽象的思维中统一起来，而且增加了录制成本和翻倍了服务器的储存容量。只有通过极具时效性的3D立体视频组合，小容量低延迟，类似VR体感游戏的感觉，才能调动学生学习的有效性，便于他们对动作的理解和纠正，提高学习效率。另外，3D视频流建模及误差定量的方式，激发了他们的学习动机，而硬件的成本非常低，甚至简单的“i气功”手机小程序和VR设备加上摄像头就可以轻松实现网课的游戏化感受[7]，而误差定量就类似体感游戏的输赢，区别只是前者针对的是与标准数据库的相似度计算出的高低分值，这有助于考试的趣味性和竞争性，寓教于乐。

3 3D视频流建模及误差定量教学法的内容

3.1 以AIR DISK 远程NAS平台为基础，围绕功法建设视频流标准资源库

3D视频流建模及误差定量教学法分为建模的学习模块与误差定量的评分模块两大系统，其数据库建模的部分为基础，是构建一个比构基准线，其价值主要在于加深学生对动作的深入了解，动作类导引术教学的重点在于带功，而网课期间由于空间有限，学生学习动作往往照猫画虎流于形式，错误无法感知到和被纠正，就抵消了学生的学习效果，因此构建一个标准就成为了课程的前提条件。

围绕功法进行3D视频流标准数据库制作，是以AIR DISK Q3C远程访问NAS平台建立起树状数据库视频池[8]。在课程前，对学生进行兴趣点调研，收集学生的想法，了解他们感兴趣的功法类型，想知道的知识领域，和平日练功感到困惑的实际问题；随后由教学团队集体分析需求，收集和制作或者购买有版权的课程视频流内容，用双摄像机在每个维度都考虑后期的双眼视觉差效果，以便以后与VR设备配合产生立体知觉，让视频流数据库的在后期能真正为学生学习及期末考核服务。

3.2 整合3D视频流数据库的技术方案和教学难点的解决方法

3.2.1 演示视频流数据库的“活化工程”

疫情期间学生动作学习困难的原因有几个，即网课场地受限的问题、视觉模仿与动作不同步的延迟问题、互动太少的问题、动作无法纠正和指导的问題等。故需要重点开展两步工作。

（1）重新汇编视频流集合。选取3D高清视频，基于DMOS系统实现的兼具公有云和私有云便利的数据池，用全方位的视觉效果吸引学生[9]。

（2）利用信息化手段，通过AES256位加密，支持公共空间用户之间交换数据和分享的机制，学生可以在线观看或者快速下载拷贝，通过视频化多媒体教学，以直播+互动的形式向学生展示功法要点，增强表现力与感染力，以及便于课后复习。

3.2.2 建立学生3D对照基准视频数据库

（1）通过对学生具体功法的动作收集，集中制作优秀功法的3D立体多媒体对照视频文件，汇编成围绕学生的视频流集合，用软件打分引起学生兴趣，可以参照主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）和支持向量机（Support Vector Machine，SVM）的内核方法，以大数据加算法模型为基础，定标人体骨骼点，辅以动作捕捉技术[10]，只要对着摄像头运动，就能实现轨迹跟踪，自动精准计数，与体感游戏一样具备娱乐性，可以增强学习效果。让尤其是非医学专业的学生更容易把功理与视觉用互动指导统一联系在一起，并和标准资源库进行对照和比较，而离散量作为评分严格度的阈值，可以在软件端根据不同专业进行微调，使考核难度可控，这在“天天跳绳”等App已经实现，而3D视频流建模及误差定量教学法是要更加专业化。

（2）采取网课互动播放视频流的手段，因为云盘数据库具有文件分类展示、时间轴展示、数据自动备份、开关时间控制、远程文件访问、文件秒传等功能，可以让学生不受练功场地和人数的限制，让他们更容易更轻松地在疫情期间，无遮挡地获取课程内容与功法指导。由于学生经济的局限性以及商业云盘的容量限制，因此不采用收费的云平台，而是共享一个网络附属存储（Network Attached Storage，NAS）和独立磁盘冗余磁盘阵列（ Redundant Array of Inexpensive Disks，RAID），把多块独立的物理硬盘组合起来形成一个逻辑硬盘组，从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份技术[11]，达到读写同步，减少错误，增加效率和可靠度。

（3）创新视频传播模式，改变现有的“老师→学生”单向传播模式，变为双通道式的“老师→学生”和“学生→老师”的双向传播模式。而基于本地云的安全性是优先考虑的选项，使上传下载与双向的信息流动统一起来，没有了教师与学生主次的差异性，而是成为了一个不可分割的整体系统，而信息交流量越大，反而系统的动态稳定性会越高，这种交流存在一个闭环的反馈通道，互动会加大反馈的增益，形成良性循环。

3.2.3 解决教学中的难点问题

（1）首先要克服初学者对于功法学习的生疏感。复杂的动作规范对于初学者而言，短期掌握是困难的，3D视频流建模及误差定量教学法将围绕功法教学的需求使学生尽快熟悉动作。误差定量评分系统是一个积分型的控制系统，摄像头通过视频捕捉与3D数据库的基准值进行比较，获得误差信号后将其量化输出，容错系数可以灵活调整，通过反馈，使误差输出逐渐减少，也就是同学的功法质量逐渐提高。

（2）疫情期间练功环境有局限性，场地有限和互动缺乏，使功法教学困难。而构建的3D视频流课堂可以有助于这种困难环境下轻松获取功法指导，使教功、领功、带功、查功一个都不能少，最大限度模拟现场感，甚至效果要高于现场感。

（3）针对远程授课不能解决的课后锻炼问题，学生可以通过视频流和App下载使教学延伸到课后锻炼中去，教师与学生的互动可以通过雨课堂等方式继续进行讨论分析，使空间和时间都得到无限延伸。

（4）课程教学团队的协同创新问题。原导引课程只有气功专业老师参与，没有形成合力，缺乏集体备课的契机，而3D视频流建模及误差定量教学法形成了气功、信息、体育等专业队伍组成的专家团队共同进行视频流资料制作和数据库建设，以及App开发和视频识别算法分析，这都增强了协同创新的能力。

4 3D视频流建模及误差定量教学法的实施方法

4.1 构建以学生为驱动的3D立体视频网络课堂

经过专家团队的讨论与思考，基于对学生群体的分析，构建一个以功法3D视频流为驱动的互动课堂，一方面，通过调研，教师团队制作功法视频流数据库，以“虚拟直播+互动带教”相结合的方式引起学生的学习兴趣；另一方面，以任务驱动方式，比如定期考核和平时成绩，鼓励并指导学生进行课后锻炼打卡，让他们真正成为课堂、课后的结合体。

4.2 通过利用新技术手段的3D视频流方式，来增进导引功法授课新手段的师生统一性

首先，从功法特点、内容以及结合疫情之前的传统带功经验，尽可能地使互动更亲近学生。其次，参考现阶段国内比较流行的慕课教学平台的运作经验，进行调研分析，再通过视频软件Adobe Premiere或剪映App等的后期加工技术，与课程内容进行结合，使同学课后也同样可以通过下载视频流资源库进行复习[12]，并反馈学习效果给任课教师，进而形成一种更亲切且无障碍的互动，加深课程在课前、课中、课后的统一性。

4.3 意见的反馈渠道

在实施过程中，为了得到教学效果的反馈信息，可以采用问卷调查法、资料查阅法、访问法3种调查方法。

4.3.1 问卷调查法

在雨课堂平台，对参加导引课的学生发送相关课程内容和授课方式的调查问卷，回收并做统计分析，以此来探讨导引类课程引入视频流创新内容和授课方式的整改方向。

4.3.2 资料查阅法

通过查阅相关书籍、论文、互联网慕课资料等，了解同行中对现场教学存在的不足与弊端，并进行系统的分析、整理，理清核心概念，了解中医导引功法课程的教学技巧，对已有研究成果进行归纳、重组，来为视频流功法教学的创新作铺垫。

4.3.3 访问法

为了更加全面、真实地了解利用视频流数据库进行教学的可能性，组织学校医工学院的工程师、专职视频教师和技术制作人员，进行一对一的交流咨询，通过合作进一步了解视频流教学形式的具体应用以及如何对功法的网络教学起促进作用，并对功法内容继续扩充和完善。

5 教学效果

2021—2022下半学期，通过对广州中医药大学康复专业及临床专业铁涛班的教学实践，在期末考试后对功法成绩进行了教学质量软件的TCA曲线分析，结果显示TCA曲线峰值较基准中位值明显右倾，提示教学质量为优秀，功法成绩普遍为熟练（见图1）。

6 结语

3D视频流建模及误差定量教学法创新了以功法教学为本位的网络课程设计。从学生的需求调研、3D视频流制作、数据库汇编及展示形式，都以疫情期间的实际情况为出发点，按功法的动作要领及学生的兴趣点进行VR多媒体制作，并针对学生的心理特点和易于接受的表现形式对3D视频流进行立体投影展示，务求做到与学生的互动、纠错接轨。

另外，3D视频流建模及误差定量教学法还可以做到“教”“练”相长。功法动作类教学和气功纯理论教学比较具有独特的差异性，基于3D视频流建模及误差定量教学法是对传统平面演示教学的最好补充，其能搭建一座桥梁，让“教”与“练”在网课期间不会脱节，而是互相促进。

此教学法还可以跨界融合。由于导引类课程具有涵盖面广的特点，其包含人文、医学、养生、体育等多学科的基础知识，故在实施中遇到某些交叉领域问题时，会进行跨专业合作，使经验共享，迸发新的教学灵感，有利于疫情期间其他动作类网络课程的借鉴。

参考文献[1] 鄢行辉，林辉.在大健康背景下高等院校中医导引运动处方的教学研究[J].体育世界（学术版），2020，799（1）：2.