智能化語音實驗室的構建及應用

侯 婧

山西中醫藥大學 山西晉中 030619

教育系統必須進行由技術支持的重大結構性變革，而不是進化式的修修補補。教育要創新，就必須在技術支持下對教學模式、評估模式、學習模式、設施環境等進行變革[1]。技術的發展對教育具有至關重要的影響，二者相互滲透，相互促進。進入“互聯網+”時代，作為高校開展英語教學重要平臺的語音實驗室，在網絡、大數據、物聯網和人工智能等技術的支持下，逐步朝著智能化方向發展，集多功能于一身，可以能動地滿足教師、學生的英語教學和學習需求，為實施個性化、差異化學習提供條件，有利于全面提高學生聽、說、讀、寫、譯的應用能力。

1 語音實驗室的發展

20世紀初，美國開始對語言聲音進行科學研究，開發語音識別系統。隨后研究轉向語言培訓，語音實驗室應運而生。20世紀80年代，我國開始實行改革開放政策后，國際合作和交流活動日益增多，對英語人才的需求日益凸顯，高校英語教學的重要性也隨之顯現。在這種背景下，語音實驗室開始在各大高校投入建設、使用，開創了英語教學信息化的第一次改革。語音實驗室的出現，有助于改善英語教學環境，輔助教師高效地進行英語教學，以達到培養學生跨文化交際的能力。

最初的語音室為模擬語音實驗室，功能相對單一，是一種僅能提供聽力訓練的系統[2]。它由教師端和學生端構成，有控制臺、錄音機、音響、擴音器、耳機、話筒等設備。教師端和學生端通過電纜相連，傳輸信號。模擬語音實驗室可以播放聽力教材，學生進行跟讀，同時教師可以講解知識、提出問題，學生回答。教師還可以組織師生對話和生生對話等環節的活動。20世紀90年代，隨著計算機技術的發展，語音實驗室也得到了進一步發展。教師端配備電腦，學生端配備顯示器，音頻、視頻信號同時傳輸，學生不僅可以進行聽說訓練，還可以觀看視頻資源，語音實驗室的功能得到進一步加強。

2 智能化語音實驗室的構建

隨著“互聯網+教育”時代的到來，互聯網和教育跨界融合。互聯網、大數據、AI技術的出現，對大學英語的教學理念和培養目標提出了新的挑戰，智能化語音實驗室的建設迫在眉睫。桌面虛擬技術、云計算等運用于語音實驗室，將大大拓展語音實驗室的單一功能，豐富教學資源和教學手段，創新教學評價，有助于學生內化所學知識，提升學生實際運用英語的能力。

2.1 智能化語音實驗室的硬件設備構建

為實現語音實驗室智能化的目標，首先必須保證硬件設備的先進性。采用同步以太網技術和適用于音、視頻等流媒體同步傳輸的以太網交換主機，能夠保證系統整體音、視頻傳輸流暢，無延遲、無卡頓；1路千兆數據輸入接口，16路百兆數據輸出接口，以保證教師播放4K視頻時學生端無卡頓、無延遲。主卡采用多媒體數據同步傳輸的以太網服務器卡，能夠保證語音信號流暢傳輸；可負載上百臺終端；有1個千兆以太網絡接口。交換分機采用以太網交換分機，以保證系統整體音視頻傳輸流暢；有3路數據輸入接口，可負載16臺云終端設備。交換機為全千兆以太網交換機，網絡標準：IEEE 802.3，IEEE 802.3u，IEEE 802.3ab，IEEE 802.3x；端口：16個10/100/1 000 Mb自適應RJ45端口(Auto MDI/MDIX)。云終端采用同步以太網技術開發的適用于多媒體數據同步傳輸的云終端，支持桌面虛擬化技術，支持標準鼠標鍵盤、顯示器接入；云工作站采用Intel i7 6700處理器，ATM網絡轉以太網卡。1臺云工作站可以為12個云終端提供云計算服務。顯示器為LED背光液晶顯示器，屏幕尺寸18.5英寸及以上，屏幕比16:9，VGA接口。教師和學生的耳機都是頭戴封閉式立體聲耳機，動圈式工作方式，單元直徑40 mm，頻響范圍20～20 000 Hz。路由器采用企業級全千兆(有線)路由，帶機量80。計算機選用Intel i5 6500處理器，Intel H系列主板，雙接口集成顯卡(VGA+DVI)，19寸液晶顯示器。

智能化語音實驗室以同步以太網技術為基礎，通過云桌面管理平臺，利用桌面虛擬化技術，實現對云工作站、云終端及各種設備的有效管理，從而保證學生端的操作。桌面虛擬化是指用戶通過終端設備，利用服務器訪問桌面環境的技術。云終端是通過運用虛擬化技術實現服務器與用戶之間的聯系[3]。語音室各設備間通過同步以太網交換機實現音、視頻信號的流暢傳輸。智能化語音室功能強大，不僅能夠存儲豐富的教學資源，而且能為教師提供不同教學模式的選擇(如圖1所示)。

圖1 智能化語音實驗室結構示意圖

2.2 智能化語音實驗室的課堂教學軟件構建

硬件設備是語音實驗室的基石，在先進硬件設備的保證下，作為語音實驗室核心的課堂教學軟件才能真正實現智能化的目標。智能化語音實驗室的課堂教學軟件主要包含“課堂教學”“多媒體教學”“課堂輔導”三大功能模塊，從而實現教、學、輔有機融合(如圖2所示)。

圖2 智能化語音實驗室教學功能示意圖

在“課堂教學”模塊中，系統可以自動分析課件性質，自動推薦合適的教學模式，并匹配相應的教學工具。教師可根據系統提供的教學流程完成教學任務。它包括聽力教學平臺、口語教學平臺和自由學習平臺。

聽力教學平臺分為聽力講解平臺和復聽訓練平臺。在使用聽力講解平臺時，教師可任意設置多個書簽進行精細講解。同時教師可通過隨堂提問的功能，針對當堂的聽力資料設計問題。系統會自動統計作答情況，并反饋到教師界面，教師依據反饋信息進行重點講解。當教師播放聽力資料時，通過復聽訓練平臺，能夠實現所有學生不同步播放，每個學生可任意復聽自己聽不懂的句子。通過系統統計、反饋，教師可定位到難點內容，做出相應講解。

口語教學平臺包括計算機領讀平臺、朗讀教學平臺、小組討論教學平臺。在計算機領讀平臺模式下，教師選定音頻播放，計算機按句領讀，學生跟讀，系統同時記錄每一個人的發音，并自動評估檢測。領讀結束后，每個學生的跟讀錄音能夠直觀顯示在教師界面，教師可調取學生錄音，一對一講評，實現人機交互式口語教學和訓練。在使用朗讀教學平臺時，教師選定一篇文章開始朗讀，學生跟讀，系統進行自動錄制。學生的語音、語調和語料經過前面的訓練后，通過小組討論教學平臺，進行人人交互的討論式訓練。學生按照教師分配的角色，就某一話題進行討論，系統記錄討論錄音。討論結束后，教師可控制系統實現組內自聽、組間互聽或單獨播放某一組的錄音進行講解。

自由學習平臺具有聽力訓練、口語訓練、閱讀訓練、寫作訓練等功能。通過自由學習平臺，學生可以根據自身知識水平自主選擇訓練內容，同時根據平臺的智能評估功能反饋的數據，真正實現互動反饋式的自主訓練。

“多媒體教學”模塊包括分組教學、學生監控、隨堂作業、師生對話等功能。利用分組教學功能，教師將學生分組，可以進行小組討論話題。應用隨堂作業功能，教師可進行單選、簡答題測試，作答以圖表實時統計。利用師生對話功能，教師可與學生進行單獨對話、文字交流，支持可視化對講。當教師進行以上功能操作時，可開啟學生監控功能，對全班進行監控。

在“課堂輔導”模塊中，包括教師跟蹤輔導、講評等系統。學生在教師設定的范圍自學時，教師可實時跟蹤其完成率、得分及學習內容等，并進行有針對性的輔導；系統還能對收集的數據進行分析，將結果反饋給教師，教師進行針對性的講評。

3 智能化語音實驗室在英語教學的應用

3.1 提供豐富教學資源 培養學生自主學習能力

學生具備了良好的自主學習能力，才能有望實現“教升華為不教”的教育最高追求[4]。智能化語音實驗室為培養學生英語自主學習能力提供了便利條件。學生在進行英語學習時，依托語音室的課堂輔導模塊，自主完成教師設定的自學任務，在教師給出針對性反饋后再根據自身知識水平、認知特點、學習興趣、學習需求等因素，依托自由學習平臺，從豐富的學習素材中自行選擇適合自己個性需求的內容，自主進行聽力、口語或閱讀訓練，實現人機交互式學習。在訓練結束后，學生根據智能評估的結果，修正、調整自己的學習行為，從被動接受知識轉變為知識的主動建構者，學生的學習更加主動、靈活，參與度更高，從而能夠尋找出適合自己的英語最佳學習途徑[5]。

3.2 創設英語學習語境 推進教學模式互動化

在智能化語音實驗室中，師生依托課堂教學模塊中的多種學習平臺，不僅能夠獲得豐富的英語學習素材，而且能夠創設英語學習氛圍，吸引學生眼球，展開任務式、合作式、討論式等多種教學模式的嘗試，豐富教學手段，提高教學的有效性，從而促進學生學習效果的提升。教師利用平臺提供的數據，能夠及時掌握學生的學習進度、口語表述的準確度、流利度、課堂作業完成情況、小組討論結果等情況，做出個性化、針對性反饋，真正實現師生、生生、人機之間的互動交流。

“互聯網+”時代，信息技術的高度發展是語音實驗室實現智能化構建的基礎。智能化、數據化、信息化的語音實驗室，能夠為高校師生的英語學習提供高質高效的環境，有助于教師進行多種教學模式的嘗試和多種教學手段的應用，真正實現“以學生發展為中心，以學生學習為中心，以學習效果為中心”的新“三中心”教學范式，真正培養具有較強的英語綜合應用能力的人才。