智能化语音实验室的构建及应用

侯 婧

山西中医药大学 山西晋中 030619

教育系统必须进行由技术支持的重大结构性变革，而不是进化式的修修补补。教育要创新，就必须在技术支持下对教学模式、评估模式、学习模式、设施环境等进行变革[1]。技术的发展对教育具有至关重要的影响，二者相互渗透，相互促进。进入“互联网+”时代，作为高校开展英语教学重要平台的语音实验室，在网络、大数据、物联网和人工智能等技术的支持下，逐步朝着智能化方向发展，集多功能于一身，可以能动地满足教师、学生的英语教学和学习需求，为实施个性化、差异化学习提供条件，有利于全面提高学生听、说、读、写、译的应用能力。

1 语音实验室的发展

20世纪初，美国开始对语言声音进行科学研究，开发语音识别系统。随后研究转向语言培训，语音实验室应运而生。20世纪80年代，我国开始实行改革开放政策后，国际合作和交流活动日益增多，对英语人才的需求日益凸显，高校英语教学的重要性也随之显现。在这种背景下，语音实验室开始在各大高校投入建设、使用，开创了英语教学信息化的第一次改革。语音实验室的出现，有助于改善英语教学环境，辅助教师高效地进行英语教学，以达到培养学生跨文化交际的能力。

最初的语音室为模拟语音实验室，功能相对单一，是一种仅能提供听力训练的系统[2]。它由教师端和学生端构成，有控制台、录音机、音响、扩音器、耳机、话筒等设备。教师端和学生端通过电缆相连，传输信号。模拟语音实验室可以播放听力教材，学生进行跟读，同时教师可以讲解知识、提出问题，学生回答。教师还可以组织师生对话和生生对话等环节的活动。20世纪90年代，随着计算机技术的发展，语音实验室也得到了进一步发展。教师端配备电脑，学生端配备显示器，音频、视频信号同时传输，学生不仅可以进行听说训练，还可以观看视频资源，语音实验室的功能得到进一步加强。

2 智能化语音实验室的构建

随着“互联网+教育”时代的到来，互联网和教育跨界融合。互联网、大数据、AI技术的出现，对大学英语的教学理念和培养目标提出了新的挑战，智能化语音实验室的建设迫在眉睫。桌面虚拟技术、云计算等运用于语音实验室，将大大拓展语音实验室的单一功能，丰富教学资源和教学手段，创新教学评价，有助于学生内化所学知识，提升学生实际运用英语的能力。

2.1 智能化语音实验室的硬件设备构建

为实现语音实验室智能化的目标，首先必须保证硬件设备的先进性。采用同步以太网技术和适用于音、视频等流媒体同步传输的以太网交换主机，能够保证系统整体音、视频传输流畅，无延迟、无卡顿；1路千兆数据输入接口，16路百兆数据输出接口，以保证教师播放4K视频时学生端无卡顿、无延迟。主卡采用多媒体数据同步传输的以太网服务器卡，能够保证语音信号流畅传输；可负载上百台终端；有1个千兆以太网络接口。交换分机采用以太网交换分机，以保证系统整体音视频传输流畅；有3路数据输入接口，可负载16台云终端设备。交换机为全千兆以太网交换机，网络标准：IEEE 802.3，IEEE 802.3u，IEEE 802.3ab，IEEE 802.3x；端口：16个10/100/1 000 Mb自适应RJ45端口(Auto MDI/MDIX)。云终端采用同步以太网技术开发的适用于多媒体数据同步传输的云终端，支持桌面虚拟化技术，支持标准鼠标键盘、显示器接入；云工作站采用Intel i7 6700处理器，ATM网络转以太网卡。1台云工作站可以为12个云终端提供云计算服务。显示器为LED背光液晶显示器，屏幕尺寸18.5英寸及以上，屏幕比16:9，VGA接口。教师和学生的耳机都是头戴封闭式立体声耳机，动圈式工作方式，单元直径40 mm，频响范围20～20 000 Hz。路由器采用企业级全千兆(有线)路由，带机量80。计算机选用Intel i5 6500处理器，Intel H系列主板，双接口集成显卡(VGA+DVI)，19寸液晶显示器。

智能化语音实验室以同步以太网技术为基础，通过云桌面管理平台，利用桌面虚拟化技术，实现对云工作站、云终端及各种设备的有效管理，从而保证学生端的操作。桌面虚拟化是指用户通过终端设备，利用服务器访问桌面环境的技术。云终端是通过运用虚拟化技术实现服务器与用户之间的联系[3]。语音室各设备间通过同步以太网交换机实现音、视频信号的流畅传输。智能化语音室功能强大，不仅能够存储丰富的教学资源，而且能为教师提供不同教学模式的选择(如图1所示)。

图1 智能化语音实验室结构示意图

2.2 智能化语音实验室的课堂教学软件构建

硬件设备是语音实验室的基石，在先进硬件设备的保证下，作为语音实验室核心的课堂教学软件才能真正实现智能化的目标。智能化语音实验室的课堂教学软件主要包含“课堂教学”“多媒体教学”“课堂辅导”三大功能模块，从而实现教、学、辅有机融合(如图2所示)。

图2 智能化语音实验室教学功能示意图

在“课堂教学”模块中，系统可以自动分析课件性质，自动推荐合适的教学模式，并匹配相应的教学工具。教师可根据系统提供的教学流程完成教学任务。它包括听力教学平台、口语教学平台和自由学习平台。

听力教学平台分为听力讲解平台和复听训练平台。在使用听力讲解平台时，教师可任意设置多个书签进行精细讲解。同时教师可通过随堂提问的功能，针对当堂的听力资料设计问题。系统会自动统计作答情况，并反馈到教师界面，教师依据反馈信息进行重点讲解。当教师播放听力资料时，通过复听训练平台，能够实现所有学生不同步播放，每个学生可任意复听自己听不懂的句子。通过系统统计、反馈，教师可定位到难点内容，做出相应讲解。

口语教学平台包括计算机领读平台、朗读教学平台、小组讨论教学平台。在计算机领读平台模式下，教师选定音频播放，计算机按句领读，学生跟读，系统同时记录每一个人的发音，并自动评估检测。领读结束后，每个学生的跟读录音能够直观显示在教师界面，教师可调取学生录音，一对一讲评，实现人机交互式口语教学和训练。在使用朗读教学平台时，教师选定一篇文章开始朗读，学生跟读，系统进行自动录制。学生的语音、语调和语料经过前面的训练后，通过小组讨论教学平台，进行人人交互的讨论式训练。学生按照教师分配的角色，就某一话题进行讨论，系统记录讨论录音。讨论结束后，教师可控制系统实现组内自听、组间互听或单独播放某一组的录音进行讲解。

自由学习平台具有听力训练、口语训练、阅读训练、写作训练等功能。通过自由学习平台，学生可以根据自身知识水平自主选择训练内容，同时根据平台的智能评估功能反馈的数据，真正实现互动反馈式的自主训练。

“多媒体教学”模块包括分组教学、学生监控、随堂作业、师生对话等功能。利用分组教学功能，教师将学生分组，可以进行小组讨论话题。应用随堂作业功能，教师可进行单选、简答题测试，作答以图表实时统计。利用师生对话功能，教师可与学生进行单独对话、文字交流，支持可视化对讲。当教师进行以上功能操作时，可开启学生监控功能，对全班进行监控。

在“课堂辅导”模块中，包括教师跟踪辅导、讲评等系统。学生在教师设定的范围自学时，教师可实时跟踪其完成率、得分及学习内容等，并进行有针对性的辅导；系统还能对收集的数据进行分析，将结果反馈给教师，教师进行针对性的讲评。

3 智能化语音实验室在英语教学的应用

3.1 提供丰富教学资源 培养学生自主学习能力

学生具备了良好的自主学习能力，才能有望实现“教升华为不教”的教育最高追求[4]。智能化语音实验室为培养学生英语自主学习能力提供了便利条件。学生在进行英语学习时，依托语音室的课堂辅导模块，自主完成教师设定的自学任务，在教师给出针对性反馈后再根据自身知识水平、认知特点、学习兴趣、学习需求等因素，依托自由学习平台，从丰富的学习素材中自行选择适合自己个性需求的内容，自主进行听力、口语或阅读训练，实现人机交互式学习。在训练结束后，学生根据智能评估的结果，修正、调整自己的学习行为，从被动接受知识转变为知识的主动建构者，学生的学习更加主动、灵活，参与度更高，从而能够寻找出适合自己的英语最佳学习途径[5]。

3.2 创设英语学习语境 推进教学模式互动化

在智能化语音实验室中，师生依托课堂教学模块中的多种学习平台，不仅能够获得丰富的英语学习素材，而且能够创设英语学习氛围，吸引学生眼球，展开任务式、合作式、讨论式等多种教学模式的尝试，丰富教学手段，提高教学的有效性，从而促进学生学习效果的提升。教师利用平台提供的数据，能够及时掌握学生的学习进度、口语表述的准确度、流利度、课堂作业完成情况、小组讨论结果等情况，做出个性化、针对性反馈，真正实现师生、生生、人机之间的互动交流。

“互联网+”时代，信息技术的高度发展是语音实验室实现智能化构建的基础。智能化、数据化、信息化的语音实验室，能够为高校师生的英语学习提供高质高效的环境，有助于教师进行多种教学模式的尝试和多种教学手段的应用，真正实现“以学生发展为中心，以学生学习为中心，以学习效果为中心”的新“三中心”教学范式，真正培养具有较强的英语综合应用能力的人才。