泛在技術支持的智慧語言實驗室建設策略研究

劉傳杰

摘 ?要 隨著泛在技術的興起和智慧教室的出現，數字語言實驗室正在向智慧語言實驗室轉型，智慧語言實驗室建設遵循簡易、適應、通用和協作原則，依托云技術設計其服務模型，通過相應的建設策略實現空間延展、資源整合、教學交互和學習服務。

關鍵詞 大學外語;語言實驗室;泛在技術;智慧教室;云技術

中圖分類號：G482 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）02-0016-04

1 研究現狀：數字語言實驗室的困境

語言實驗室的發展經歷了視聽輔助語言實驗室、模擬信號語言實驗室和現在的數字語言實驗室三個階段。隨著教育信息化的發展和大學外語教育教學改革的深入推動，當前大學外語語言實驗室面臨教學實踐的困境。

首先，大學外語教學資源已經由傳統的外語音視頻資源，轉向慕課、微課、SPOCs等微視頻教學資源，現有的數字語言實驗室仍然以堆砌的方式呈現多媒體教學內容，妨礙了學生對學習內容的消化。同時，多媒體呈現工具的非連續性展示也割裂了大學外語教學內容的前后聯系。

其次，現代外語教學方式靈活多變，形式多樣。語言實驗室中的多媒體控制臺一般固定在講臺位置，限制了外語教師課堂教學能力的發揮。數字語言實驗室里統一固定的座位布局，不利于外語教學中的情景對話、個人演講等多種教學活動的線下開展。

再次，大學外語教學正在從以“教”為中心向以“學”為中心轉變，語言實驗室要對個性化學習、開放式學習、自主學習提供相應服務。數字語言實驗室的現有配備和控制難以滿足學生個性化、自主學習和探究的需要，以教為中心的教學軟硬件應用與以學為中心的深度教學互動存在一定差距。

最后，大學外語語言實驗室一般都是由大學外語語言實驗室、英語專業語言實驗室、翻譯實驗室等不同實驗室組成，不同實驗室各司其職，實驗室與實驗室之間缺乏聯系，服務器相關軟硬件資源存在重復建設和浪費。

2 研究背景：泛在技術和智慧教室的發展

泛在技術的興起 ?泛在（ubiquitous）一詞源自拉丁語，意為無所不在、普遍存在。Mark Weiser于1991年首次提出“泛在計算”，又稱為“U-計算”（ubiquitous compu-ting），意指將技術滲透到人們的生活世界中，計算機和人的生活世界相互融合，使人們注意力的中心回歸到要完成的任務本身[1]。

從已有研究實踐來看，泛在技術旨在擺脫目前的桌面式的人機交互方式，從自動捕捉與訪問、自然交互、境脈感知應用三個技術方向努力，在泛在設備、泛在網絡、應用軟件、人機交互四個方面進行綜合研究，實現計算機技術與現實世界之間的數據交流等相關信息服務。泛在學習技術是指學習者可以在任何時間、任何地點、運用任何終端對任何學習內容以計算機交互方式進行學習的技術。目前，泛在學習技術的困境與難點在于：設備終端問題;學習資源問題;學習支持服務問題等[2]。

目前，泛在技術的主要表現形式是云計算技術。云計算技術通過虛擬化技術、分布式計算和網格計算提供易擴展的、動態的互聯網服務。云計算技術可分為公有云、私有云和混合云。公有云主要由政府教育部門等發起，面向大中小學校、大眾學習者，基于互聯網提供服務，建設統一的教學服務中心。私有云則主要面向一般的教育教學機構，建設專屬的教育服務中心，基于教育內網提供服務。在私有云基礎上拓展公網入口，提供相關教育教學服務，則為混合云模式。

云計算技術可以讓學習者不依賴某特定終端訪問和使用學習資源，只要接入互聯網，學習者就能隨時隨地通過任何終端設備訪問學習資源，同步和共享學習數據。對學習者而言，網絡學習資源空間變得無限大并可擴充，他們的數據可以在云端保存，在使用學習軟件過程中不需要對其進行手動維護，大大降低了在線學習的使用成本。

智慧教室的出現 ?隨著泛在技術和云計算的興起，在教育信息化浪潮和智慧教育概念推動下，智慧教室初見雛形。所謂智慧教室（Smart Classroom），是指借助于普適計算技術、云計算技術和增強現實技術等構建起來的促進學生知識學習和建構的智慧學習空間[3]。黃榮懷等認為，在傳感技術、網絡技術、富媒體技術及人工智能技術充分發展的信息時代，教室環境應是一種便利學習資源獲取、優化教學內容呈現、促進課堂交互開展，具有情境感知和環境管理功能的新型教室[4]。

智慧教室的智慧性涉及不同多媒體教學內容的優化呈現、多媒體學習資源的簡易獲取、線上線下課堂教學的深度互動、教學情境感知與檢測、教室布局與電氣管理等多個方面的內容，可概括為教學內容呈現（Showing）、教學環境管理（Manageable）、教學資源獲取（Accessible）、教學及時互動（Real-time Interactive）、教學情境感知（Testing）五個維度，這五個維度體現了智慧教室的特征，可稱為“SMART”概念模型。相關研究認為，如果分別從資源獲取、內容呈現和及時交互三個維度來增強教室的設計，可把教室建成深體驗、高清晰和強交互三種典型的智慧教室。

3 研究內容：智慧語言實驗室的提出

在泛在技術和智慧教室的發展基礎上，智慧語言實驗室已經成為新一代的語言實驗室發展方向。基于智慧教室的相關研究，筆者認為智慧語言實驗室是借助于普適計算技術、物聯網技術、云計算技術和智能技術構建起來的促進學生構建語言知識的智慧語言學習空間。其中語言學習空間是物理空間與數字空間的結合、本地與遠程的結合，智慧語言實驗室通過改善人與學習環境的關系，在智慧語言學習空間中實現人與人、人與互聯網的課堂交互和在線交互，有助于語言學習的交流、協作和共享，促進語言學習的個性化、開放式和泛在化。

從泛在技術的發展和智慧教室的特征來看，智慧語言實驗室是一種典型的智慧語言學習環境的物化，是多媒體和數字網絡語言實驗室的高端形態，較早的模擬語言實驗室、數字語言實驗室和智慧語言實驗室的區別如表1所示。

4 研究方法：智慧語言實驗室的設計原則和服務模型

智慧語言實驗室的設計原則 ?目前，智慧語言實驗室建設所應用的泛在技術主要包括無線Wi-Fi技術、云技術、增強現實（AR）技術、虛擬現實（VR）技術以及情境感知技術等。智慧語言實驗室的特征包括：可訪問海量云端教學資源;新型智慧教室環境;可移動式授課、聽課;云存儲和備份功能;交互式授課[5]。針對海外留學生的語言學習，國外研究團隊構建了支持泛在學習的環境，用以增加語言學習者的學習經驗和擴展學習交互范圍[6]。智慧語言學習環境與泛在學習環境具有相關性，根據相關設計研究，智慧語言實驗室的設計原則包括以下四項。

簡易原則：智慧語言學習環境支持手持設備和個人自帶設備，相關設備中的數據處理速度和存儲容量較小，所需要的教學交互軟件、教學管理軟件和學習數據庫等可集中在智慧云端進行處理，提供相對簡單方便的教學服務。

適應原則：由于手持設備和自帶設備的個性化功能越來越強大，因此，相應的教學服務應能夠為學習者的手持自帶設備提供合適的情境化教學服務和教學資源。

通用原則：在手持、自帶設備和教室內計算機設備之間，相關教學軟件應該具有通用性，能夠支持不同設備的登錄以及各設備之間的跨屏應用。

協作原則：通過Wi-Fi和藍牙技術等無線網絡系統，手持設備、計算機和其他設備之間的交互功能大大加強，為教學提供了協作學習的條件，相關教學服務軟件應該具有協作學習的功能。

智慧語言實驗室的服務模型 ?基于云計算的泛在技術構建的語言實驗室主要通過搭建云服務器，利用桌面云虛擬化技術以及云終端，實現現代學習理論支撐的語言教學。根據云計算技術所提供教學服務的對象和功能差異，基于云技術的智慧語言實驗室所提供的教學服務可以劃分為SaaS、PaaS、IaaS三種模式[7]。

1）SaaS（Software-as-a-Service）：軟件服務模式。軟件服務將教學應用軟件統一部署在教學服務提供商的服務器上，學習者通過互聯網以租用方式定制教學應用軟件服務，服務提供商根據學習服務協定提供教學服務，并且通過瀏覽器或者應用端向學習者提供教學軟件服務。

2）PaaS（Platform-as-a-Service）：平臺服務模式。平臺服務把各種教學資源及相關教學服務功能整合成教學應用環境或者開發環境，通過軟件服務把相關內容發布給教師和學習者。

3）IaaS（Infrastructure-as-a-Service）：基礎設施服務模式。基礎設施服務將支撐教學軟件運行的基礎設施作為服務提供給教師和學習者，包括操作系統、磁盤存儲、信息資源、內存等，并整合成為虛擬的云桌面或者其他形式。

基于云服務器+云終端+虛擬云技術的云計算服務模式，智慧語言實驗室的教學服務模型如圖1所示。

5 研究結論：智慧語言實驗室建設策略

智慧語言實驗室建設主要是打破各個實驗室的獨立格局，實現軟硬件層面的資源共享，針對不同的教學活動提供相應的教學服務，并對學生的個性化學習、協作學習和自主學習提供相應的教學服務。基于智慧語言實驗室的設計原則和服務模型，智慧語言實驗室的建設主要有四種策略：通過教學空間建設，把教室和網絡相結合，延展語言教學空間;通過不同層面的外語教育資源整合，搭建PaaS層面的外語學習資源云平臺;基于外語語言教學軟件及相關服務軟件，實現教學混合云的SaaS服務;通過云桌面的定制和推送，實現學習服務層面的IaaS服務。

延展教學空間，搭建多層網絡 ?智慧語言實驗室的教學空間包括實體空間和虛擬空間。在現代教學理論和泛在技術支持下，智慧語言實驗室需要對實體空間和虛擬空間進行重新設計和建設。

一般數字語言實驗室的實體空間基于傳統教室布局，其特點是教師—學生的一對多的以教為中心的電影院式布局。在智慧語言實驗室中，教學模式從以教為中心向以學為中心轉換，以學為中心的學習模式強調學生的協作學習、自主學習和個性化學習，相應的教室布局需要進行重新設計，滿足教學需要。教室布局可由原來的二人位轉換成三人位、五人位、六人位等不同組合，可以根據小組學習、協作學習等教學需要進行靈活組合拼接，實現多種方式的教學布局，不再僅限于面向教師的電影院式語音室。

在智慧語言學習環境中，教室作為網絡空間的一部分，通過網絡接入，教師和學生可以在課堂內外與其他學生、專家、教師等進行遠程交互。網絡服務包括有線網絡接入和無線網絡接入：有線網絡主要是臺式機，實現語言實驗室多臺計算機的課堂教學、自主學習等功能;無線網絡則支持自帶設備（BYOD）和其他移動智能設備的接入。通過學校無線網絡接入，實現教室內自帶設備學習。教師端采用無線網絡接入，教師可以在教室內任意走動，和學生進行面對面交流的同時，又能隨時隨地實現與投影儀、教師機等進行無線交互。

整合教學資源，優化教學服務 ?一般來說，語言實驗室通常包含多個外語網絡教學應用平臺，包括軟件服務商提供的教學資源和自建教學資源。在實驗室建設過程中，相關服務器資源存在重復建設、服務閑置浪費、運行維護復雜等問題。智慧語言實驗室通過云技術整合相關教學資源，對教學軟硬件服務進行優化。

智慧語言實驗室資源服務是指基于語言實驗室教學資源部署云服務，語言實驗室通過虛擬技術將自身的硬件資源池化，通過網絡數據中心的云服務實現硬件資源共享。首先，智慧語言實驗室可以通過自建和租用網絡中心的虛擬云服務器，整合外語教學相關軟件應用，充分有效利用學院教學網絡平臺和教學資源，為大學外語和英語專業教學提供相關專業視音頻教學資源，外語類在線課程教學選課、學習及評價等相關教學服務。其次，在智慧語言實驗室建設中，可以將實驗室私有云與學校公共云結合，網絡數據中心云可以部署語言實驗室核心服務、存儲核心數據，服務的高可拓展性可以解決單個語言實驗室教學資源相對不足的問題，搭建基于實驗室和學校混合云的語言實驗教學平臺，可以更好地服務于學生。

定制教學軟件，豐富教學交互 ?智慧語言實驗室面向大學外語教學，需要提供各種不同教學軟件服務。智慧語言實驗室的教學軟件服務可通過軟件即服務的SaaS云技術來實現。在智慧語言實驗室中，SaaS層既可以承接PaaS層所提供的資源服務，又可以針對IaaS層提供相關軟件服務。智慧語言實驗室的SaaS層主要包括通用語言教學軟件、翻譯教學軟件、商務英語教學軟件等。相應的軟件服務主要實現以下功能。

1）教學功能。智慧語言實驗室可進行標準的語言授課，具有知識傳授、問題解答、教學示范和學生對話等功能。除此之外，還具有其他多種教學功能，如音視頻資源及教學課件點播、自主考試、口語考試、考試分析等。

2）教學管理，主要包括教師點名、布置練習任務和收集學生學習結果等，讓教師與學生有更多的時間關注教學活動。

3）教學交互。在傳統的課堂活動中，學習材料的數量有限，而且學生也沒有足夠的信息把課本內容和外部資源聯系起來。在智慧語言實驗室中，學生可以利用相應教學軟件瀏覽、發現、收集和整理在線學習材料，并及時完成課堂分配的學習協作任務。

4）教學評價服務，主要是通過軟件服務商提供的相應教學測試軟件進行教學評價。

推送學習服務，促進個性化學習 ?智慧語言實驗室的終端服務通過資源即服務的IaaS來實現，其實現方式主要是云桌面技術。云桌面包括終端硬件服務和軟件服務兩部分。

云桌面的硬件技術主要采用虛擬化技術，在服務器集群中為教師和學生生成專用的桌面環境，教師和學生通過網絡訪問桌面環境，使用精簡的瘦客戶機端進行教學數據的輸入，將傳統計算機部署方式下需要個人電腦完成的教學任務交給性能強大的服務器集群處理，相關教學內容和教學任務最后通過瘦客戶機端顯示出來。云桌面在教學交互界面上接近于一般計算機桌面，教師和學生可以在短時間內適應云桌面教學環境。

云桌面的軟件服務主要根據學生的個性化學習進行設計和推送，基于云桌面的學習服務主要包括：學習資源推送，集成MOOCs、SPOCs、TED以及自建教學資源，通過瀏覽器推送相關學習資源;學習軟件推送，安裝谷歌翻譯、在線英語詞典等語言學習應用軟件;個人學習定制，提供云文件、在線文檔、郵件收發、日程安排、內容收藏等學習功能，支持手機、電腦多平臺、多終端消息漫游同步，實現跨屏應用;支持學習協作，可實現多人在線編輯文件等功能。

6 結語

現代語言實驗室的發展經歷了20世紀末的模擬語言實驗室階段，21世紀初的數字語言實驗室階段。根據大學外語教學需要，推動教育信息化與外語教學的深度融合，基于泛在技術和智慧教室的現代智慧語音室的發展已成為大學外語語言實驗建設的趨勢。本研究有助于認識大學外語語言實驗室的現狀，全面提升語言實驗室的功能，有效配置泛在外語學習資源，提高外語學習資源利用率，為教師和學生提供泛在教學環境，并且為智慧語言實驗室的建設提供相應的依據，為外語教師開展現代信息技術條件下的教學與科研提供技術支持，促進大學外語語言實驗室從數字語言實驗室向智慧語言實驗室的轉型和發展。

參考文獻

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