基于人机交互的英语口语训练系统设计

李莉 刘斌

摘  要： 传统的英语口语训练系统采用分层训练策略，无法达到系统性能设计要求。为此，设计基于人机交互的英语口语训练系统。系统硬件结构由C8051F021单片机、LM317芯片、LM337芯片、A/D芯片和IN5822二极管组成，用于可靠控制芯片采样频率。系统软件选择在Windows 7操作平台下开发，采用C+语言开发系统的业务逻辑构件和训练策略。软、硬件结合，完成基于人机交互的英语口语训练系统的设计。为使实验具有说明性，对比两个系统性能。在400套训练题库中选择50个训练项目，参与测试人数3 000人。实验结果表明，基于人机交互的英语口语训练系统提出的训练策略各项指标均已达到设计要求。

关键词： 英语口语训练; 系统设计; 人机交互技术; 训练策略; 软件开发; 性能对比

中图分类号： TN912.34?34; TP43.2               文献标识码： A                     文章编号： 1004?373X（2020）14?0135?03

Design of oral English training system based on human?computer interaction

LI Li1， LIU Bin2

（1.Xinlian College of Henan Normal University， Zhengzhou 450000， China; 2. Nanyang Institute of Technology， Nanyang 473004， China）

Abstract： As the traditional oral English training system adopts layered training strategy， which cannot meet the requirements of system performance design， a oral English training system based on human?computer interaction is designed. The hardware structure of the system is composed of C8051F021 SCM， LM317 chip， LM337 chip， A/D chip and IN5822 diode， which is used to reliably control the sampling frequency of the chip. The system software is developed on the Windows 7 operational platform， and the business logic components and training strategies of the system are developed by means of C+ language. The design of oral English training system based on human?computer interaction is completed in combination of the hardware and software. The performances of the two systems are compared to make the experiment illustrative. 50 training items were selected from 400 sets of training question banks， and 3000 people participated in the test. The experimental results show that the various indexes of the training strategies proposed by the oral English training system based on the human?computer interaction have met the design requirements.

Keywords： oral English training; system design; human?computer interaction technology; training strategy; software development; performance comparison

0  引  言

英语口语训练系统的开发是以学生的需求为主，同时，参照教育部提出的教学方案讲解英语知识点，所提供的功能有课后测试、口语练习等。在实际使用的过程中，学生要注册登录英语口语训练系统，使用各项功能安排学习计划，通过测试合理安排学习。当前的英语口语训练系统能够满足学生的使用需求，但还存在很多的问题需要统一解决。例如，在试题组织方面，多数会采用固定的模式，固定口语训练内容;或者采用题库设计模式将口语训练内容分成不同类型[1]。综上所述，传统的英语口语训练系统缺少相关策略指导，无法针对学生情况调整。为此，针对英语口语训练系统方面存在的问题，引入项目反应理论完成系统的开发。为提高系统智能性，采用人机交互技术完成软件功能设计。硬件部分选用C8051F021单片机、LM317和LM337芯片、A/D芯片、IN5822二極管。下面为基于人机交互的英语口语训练系统设计的具体实现过程。

1  硬件结构设计

基于人机交互的英语口语训练系统硬件框架图见图1。

图1中，C8051F021单片机是硬件系统的主单片机，主要负责完成传感器的数据采集。 C8051F021单片机与PC机之间采用无线通信方式，完成单片机与PC机之间的数据通信，实现数据屏幕显示[2]。为了提高电源电压稳定精度，根据系统各芯片的工作要求，接入+12 V和-12 V电源。通过LM317和LM337芯片分别将+12 V和-12 V电源稳压在+4.5 V和-4.5 V范围内[3]。芯片真值表见表1。

为了不影响电桥输出信号的精准度，选用LM317最具有代表性的稳压器，它具有特殊的输出电压，可调范围在1.25～37 V之内。电压调整率为0.01%，温度漂移典型值为0.6%，负载调整率[4]为0.1%。上述数据表明，LM317能与LM337组成正负对称，有效提高系统性能。图1中LM2575S选用美国国家半导体公司生产的芯片，含有固定频率振荡器，具有完善的保护电路。在外部器件的选择上，选择ESR的旁路电容可以有效防止在输入端出现大的瞬态电压[5]。电源的额定耐压值要维持在最大输入电压的2倍，否则会对器件造成损害。在续流二极管的选择上选用肖特基二极管，IN5822二极管的开关速度快[6]。LM2575S芯片可以连续工作，若流过的电感为连续型电流，就需要将电感电流维持在一个开关周期内。在电源输出电容的设置上，要使用100 [μF]/16 V的钽电容。需要注意的是，电容值越大，对器件的损害越大。输出电容是用于稳定输出滤波的，若输出电容太小，也会导致反馈环路不稳定[7]。

A/D芯片主要是将一个位置的模拟输入信号转换成数字信号。为保证系统性能，要将连续的模拟信号转换成适合的器件，否则会影响系统的运行速度[8]。系统精度取决于传感器，在传感器选定的情况下，A/D芯片性能会直接影响系统的技术指标，为对应输出数码，在实际模拟的过程中要分辨模拟信号的最小变化值，定义在相同采样条件下的转换精度。表2为A/D芯片分辨率转换精度。

系统应用于不同对象时要选用不同的采样频率，依据表2，采用足够精度的系统是实现采样频率可靠控制的保证[9]。由此，完成基于人机交互的英语口语训练系统硬件结构的设计。

2  软件功能设计

采用人机交互开发技术能更好地展现页面内容，提高用户的使用体验[10]。采用C++语言开发系统的业务逻辑构件和训练策略。系统软件的开发环境选择在Windows 7操作平台下，部署应用服务器和数据库服务器。为更好地展现学生历史学习轨迹，添加Data Grid 控件，通过双向绑定的方式记录训练过程状态[11]。完成上述工作后，要构建一套可配置的后台服务功能，在设计系统时，先考虑训练策略的适应性问题。通过相关训练参数配置，实现信息交互。引入训练策略后，要针对学生能力值选择与之相应的口语训练项目，更好地提供指导[12]。

1） 读取有关训练题目类型和训练范围内的信息。读取信息会被保存到测试参数结构体当中。

2） 在口语训练的过程中，要引用这些参数，经过测试后，查找当前学生是否参加口语训练。如果参加，要使用获取活动信息方法计算当前学生的能力值;若不参加，要提取主题从题库中抽取相关资料作为训练内容。

3） 获取预测试结果，分析学生训练情况，得到学生能力值。

4） 利用人机交互技术检测训练资料数据量，如果不满足就需要继续选择训练题目，若满足结束训练。

学生口语训练功能的核心是人机交互算法实现的，依据人机交互理念，利用编程语言实现算法功能。首先，设置各个参数和各个项目的最大曝光率;在完成每一个项目的设定后，模拟训练过程得到曝光参数;最后，根据项目内容分组，判断项目曝光率。若大于项目曝光率，会自动选择下一道与自身能力值接近的口语训练项目。由此，完成基于人机交互的英语口语训练系统软件的设计。

3  实验分析

实验测试英语口语训练系统性能，由于所建系统还处于开发阶段，重点在于核心功能的实现，系统界面还未成形。本次实验中，重点分析两个系统的性能。为使实验具有说明性，测试传统系统和本次所建系统性能。

3.1  实验注意事项

在测试的过程中，要研究何时终止测试。首先，要确定实验测试训练数量，遵循定长测试规则，选择终止时间。在完成所有项目训练后，终止测试。为了提高测试结果的准确度。依据测试结束规则，完成实现，实验规则如下：

原则1：汇总测试结果，确定测试项目值，完成测试项目后，即可结束实验。

原则2：使用对比法，在实验进行到一定程度时对比两个系统的估计值。若两个系统的差值小于设定阈值，即可终止考试。

原则3：实验前，要先统计实验信息量，确定阈值后，终止实验。

3.2  系统性能测试结果

在性能测试的过程中，分别对比传统训练策略和本次提出的基于人机交互的英语口语训练系统设计的训练策略，再测试同一批样本数据的平均偏差和训练课题曝光率分布情况。实验中设计的测试模型，其训练题库中总数量为400套，参与测试人数为3 000人，训练项目为50个。测试结果见表3、表4。

由表3和表4实验结果可知，本次设计的基于人机交互的英语口语训练系统提出的训练策略的各项指标，明显高于传统的英语口语训练系统的训练策略，达到了提高英语口语训练系统策略性能的要求。

4  结  语

针对传统的英语口语训练系统存在的问题，提出基于人机交互的英语口语训练系统设计。设计的主要工作有：针对英语口语训练系统记录能力的问题，利用人机交互技术将每一次训练情况上传到数据库，基于人机交互技术分析学生英语口语训练情况;針对系统电源问题，选用不同芯片进行调整;通过实验，测试传统系统和所建系统的性能。