嵌入式數字語音教學系統的結構設計及應用研究

趙傳斌 徐小燕

武漢理工大學華夏學院現代教育技術中心 武漢 432003

嵌入式數字語音教學系統的結構設計及應用研究

趙傳斌 徐小燕

武漢理工大學華夏學院現代教育技術中心 武漢 432003

結合目前教學的實際情況和需求，設計嵌入式數字語音教學系統的體系結構、運行模式及系統終端，并討論該系統的應用領域。

數字語音教學系統；嵌入式；結構設計

10.3969/j.issn.1671-489X.2013.09.033

作者：趙傳斌，工程碩士，副教授，武漢理工大學華夏學院現代教育技術中心主任；徐小燕，理學碩士，武漢理工大學華夏學院現代教育技術中心實驗教師。

隨著現代教育改革和信息技術的發展，語音教室在各個學校都已有了廣泛的應用。傳統的語音教學系統以錄音機機芯為主體，盡管其價格低廉，操作簡單，但其穩定性差，音質不理想，系統功能單一，教學交互性較差，很難充分利用多媒體技術和網絡技術所帶來的豐富的教學資源和方法[1]。這使得語言教學改革勢在必行。

嵌入式數字語音教學系統是一種建立在數字網絡數據交換的基礎上的全新系統，其核心是基于計算機傳輸協議的網絡技術。它的主要目標是為師生提供一個先進的教學平臺，使學生多種感官參與學習，從而充分發揮計算機輔助教學的作用，改變并促進師生之間的信息交流，實現資源共享和教學互動，滿足教學方式多樣性需求。

1 嵌入式數字語音教學系統的結構設計

1.1 系統的總體設計

嵌入式技術的迅猛發展使得語音教學系統已經越來越向嵌入式語音終端發展。本數字語音教學系統由一臺教師機和N臺學生機，通過局域網互連，從而實現教室內一位教師可以對若干位學生進行語音教學。系統采用基于數據包的數據分組交換方式，可以實現真正的語音分組教學和交互教學。為了更好地利用網絡資源，此系統采用開放式的數字媒體架構，如圖1所示。與傳統的語音教學系統相比，本系統的創新之處在于系統的簡單智能化設計，目的就是將一些傳統的耗時耗力的教學活動（如名冊管理等）交由系統來處理，提高教學效率。

1.2 系統的運行模式

嵌入式數字語音教室的教師機終端一般采用傳統的PC機設計，主要功能是完成常規的教學任務，分為集中授課模塊、個性化授課模塊等。學生機終端則是采用嵌入式的數字語音終端的設計，主要功能是接收并播放數字語音文件，或根據自己所處的等級自由選擇適合自己的語音文件。

在集中教學模式下，教師機和學生機之間建立了單向的媒體通信，語音文件從教師機流向學生機。

在個性化教學模式下，學生可以根據自己已有知識水平或興趣愛好來點播資料庫中的語音文件。教師機終端增加了學生學習效果評價功能，便于教師動態地了解課上學生的學習情況，也有利于學生及時地認識自己的學習情況。

1.3 系統的終端設計

1）傳統教師機終端的設計。教師機終端采用傳統的PC機，以Windows XP為操作系統，使用高級編程語言開發。PC機在計算、存儲、內存容量以及運算速度等方面有很大的優勢。教師機的主要功能有身份認證、名冊管理、集中教學、個性化教學、學生學習效果評價、語音資源管理等。

2）嵌入式學生機終端的設計。數字語音系統終端的學生機采用基于嵌入式的終端設計，主要完成音頻數據流的播放、文本顯示以及鍵盤控制。學生機是整個系統研制的難點，它直接決定了整個數字語音教學系統質量的高低。圖2給出了學生機的總體結構設計。

該結構中由下至上的層次結構依次是：硬件層（整個嵌入式操作系統和應用程序運行的硬件平臺，不同的應用通常有不同的硬件環境）；操作系統層（嵌入式操作系統用來完成嵌入式應用的任務調度和控制等核心功能，具有內核精簡、可配置、與高層應用緊密關聯等特點，并具有相對穩定性[2]。由于Linux系統具有代碼開放、支持大多數硬件平臺、內核高效穩定可裁剪等特征，本系統選用Linux作為操作系統）；驅動層（該層用來完成各個模塊的驅動程序設計）；應用層（該層分析嵌入式因特網協議棧，實現播放程序的開發，提供友好的圖形化用戶界面，完成數字語音教室的功能）。

2 嵌入式數字語音教學系統的教學應用

2.1 語言教學

數字語音室主要是為了外語教學而建設的。數字語音教室采取開放式學習模式，努力挖掘學生的主動性與創造性，用豐富的教學手段彌補了語言交流環境的不足[3]。學習者在安靜舒適的環境中利用集聲音、圖像、文字于一體的數字資源，按照自己的學習需求和進度進行自主學習，并可以通過示范和模仿來進行語言的實踐。

2.2 語言考試

在筆試類考試中，考生首先輸入準考證等個人信息進行身份認證后進入系統并自主學習考試說明，監考人員通過查看學生提交的信息決定是否發送試題，學生在規定時間自主完成題目并提交電子試卷。在口語類考試中，學生通過視音頻輸入設備獲得題目信息并將自己的回答錄成流文件保存后供評價，既高效公正，又能充分節約人力資源。

2.3 遠程教學

利用本系統進行遠程教學時，可采取網絡自主學習與在線輔導課相結合的授課模式：學生不僅可以有針對性地選擇學習內容，控制學習進程，也可以根據學習需要選擇豐富的學習資源；不僅可以就學習內容發布觀點或尋求幫助，也可以參與社區討論。由于數字語音教學系統可以方便地傳遞圖、文、聲、像等多媒體信息，使得遠程交互更加具體生動、直觀形象。

2.4 自主學習平臺

將數字語音室的設備與機房放在一起管理，對全校的所有學生開放，讓學生課余時間自由上機，能讓有需要的學生充分利用已有資源并發揮它的學習作用，這是對學生課堂學習的有益補充。

3 小結

隨著教學改革和科學技術的不斷發展，數字語音教室將逐漸普及各個教育機構。本文只是介紹了一種嵌入式數字語音系統的結構設計，在具體的應用過程中還應進行改進和本土化。另外，在應用該系統前，應對使用者（教師、學生、設備管理員）進行嚴格的培訓，以保證系統的使用效率和生命周期。

[1]栗紅生.多媒體數字語音室與傳統語音室之異同[J].科技論壇,2005(19):64.

[2]田澤.嵌入式系統開發與應用[M].北京:北京航空航天大學出版社,2005

[3]李繼平,黃育雁,王鵬.數字化語音教室的設計及應用[J].牡丹江教育學院學報,2009(1):127-128.

Construction Design and Application Research of Embedded Digital Voice Instruction System

Zhao Chuanbin, Xu Xiaoyan

According to the current teaching situation and actual needs, this paper designs the architecture, operation mode and terminals of digital voice-teaching system, and then discusses its applications.

digital voice-teaching system; embedded; structure design

TP315

B

1671-489X(2013)09-0033-02