物联网技术在职业英语教学平台中的应用与研究

段秀丽，张晓明，王志周，韩玉勇

（滕州市中等职业教育中心学校，山东枣庄 277500）

0 引言

随着工业技术的进步和国际贸易的持续推进，英语在职业教育中的重要性越来越显著[1]。无论工业生产、设备维修、技术交流，还是经商贸易、合作洽谈，都离不开先进、高效的英语教学。物联网技术的飞速发展和应用，为具有远程协助、职业评价、行业管理和技术服务等功能的一体化英语教学平台[2-3]的开发提供了良好的技术条件。在山东省教育教学研究课题韩玉勇名师工作室项目（编号：2021 JXY143）的支持下，提出一种线上、线下的混合式教学系统，结合物联网技术，根据专业或行业特点设置虚拟场景，实现远程智能学习和反馈[4]。相比工程装备的生产管理，职业英语的教学管理平台所需的硬件开发相对较少，但硬件稳定性和软件功能性的开发要求更高。为提升平台开发效率，对相关服务器和通信协议进行合理配置，使得教学资源能够在云平台有效地共享[5]，结合用户英语水平以及行业需求，设计不同的数据传输通道，改善不同学习阶段的适用性。

1 教学平台硬件设计

1.1 平台管理层结构

根据物联网的技术优势可知，职业英语教学平台的设计可面向智能化、公开化，具备交互性、灵活性和反馈性。在职业英语教育目标的指导下，将教学平台的结构划分为4 个阶层：感应层、连接层、数据层和应用层，教学平台管理层结构如图1 所示。其中，感应层设置有智慧黑板、VR 虚拟场景系统、教学传感系统和智能网关等；连接层主要提供云平台的接口和代理服务器；数据层主要用于提供多媒体资源的调用和反馈数据；应用层则用于学生端和教师端的信息管理和教学效果评价。

图1 教学平台管理层结构

在感应层内，针对工程实践类专业的特点，设置虚拟生产、工艺、设备维护等方面的英语教学专项，根据虚拟场景提升英语学习的应变能力。在应用层内，设置有教学管理和评价系统，能够根据学生的表现对教学效果进行量化和反馈，并在数据库内存储，便于用户学习等级的自适应调节。在数据层内，My SQL 和Influx DB 作为主要的开发工具。客户端可实时发送Web 请求，适用于远程教学，学习案例统计和教学目标的可视化处理等。

1.2 教学场景设计

教学场景设计主要针对专业英语的学习，基于VR 客户端和语音解析系统，实现不同工程领域的特定教学，涵盖数据通信、云端交互等功能。教学场景基于工程实践进行开发，并能够将现场设备的英语操作流程写入程序，提升工程技术人员的英语水平。因此，教学场景的设计属于平台管理层中的感应层。除了VR 虚拟现实场景，智慧黑板也可以提供有效的交互性英语学习条件。VR 客户端与智慧黑板均包含数据采集模块、有线/无线通信模块、数据交互模块、ARM 处理模块、控制电路模块等基本功能模块，通过智能网关程序，将职业英语的教学信息导入代理服务器。教学场景内的传感器系统主要为人工智能模块，能够将用户的读、写和听的错误信息等相关数据基于MQTT 协议传输至云平台，供用户查阅和分析。教学场景内的大量程序和中间数据均以消息形式存在，与数据库之间能够实时响应。为确保场景信息调取的效率，在My SQL 构建的数据库内增加MQTT 功能插件。在云平台中发送场景设置指令后，客户端能够及时接受指令并在主控模块的控制下实现平台资源的传输。云平台与教学场景之间的交互主要通过客户端实现，在第三方的Web 端主要针对常规多媒体资源进行应用。

职业英语的教学场景配制流程如图2 所示。首先，平台执行云数据的读取，根据教学目标设置教学场景。然后，随着教学内容的进行，教学场景需要实时更新，此时相关硬件将接受云平台指令对不同的场景进行调整和配置。最后，通过处理器、通信模块等将教学数据上传至云平台进行交互处理。此外，感应层还提供了HTTP 访问模式，提升云平台的应用范围。

图2 职业英语的教学场景配制流程

1.3 通信功能设计

由于教学平台涉及大量的数据传输，因此需要设置合理的通信功能。通信模块以智能网关为基础，通过各个功能模块的拓展提升无线数据的传输效率和质量。在智慧教室内，构建无线局域网，便于各个设备之间的通信。通信模块与云平台之间的连接基于4G 网络，兼容5G 通信。作为基础框架设备，智能网关以单片机为控制核心，集成存储模块、串行通信模块、无线接收模块、电源管理模块和数据存储模块等，性能达到工业级别，能够有效确保云数据的通信性能。

通信模块的基本组成原理如图3 所示，供电电压为12 V，包含多个USB 接口，便于后续的功能扩展和升级，而且与相关硬件模块的兼容性良好。通信模块在工作时，首先对智慧教室内的初始数据进行校对，验证结束后相关数据导入缓存区。在云服务器内，将数字化资源与教学目标进行匹配，并以消息形式传递至学生管理系统的客户端。为避免数据出现错误，分别采用产品密钥和设备密钥对客户端信息进行验证，确保通信数据的有效性和实时性。

图3 通信模块组成原理

2 教学管理系统设计

2.1 英语资源数据库

在物联网技术的支持下，职业英语的数据库可呈现出多样性和交互性。数据库的构建是衡量云平台管理水平的重要指标，根据功能结构，可将其分为物理层、概念层和表现层，资源数据库结构如图4 所示。根据多媒体资源的类型，可将其分为视频、语音、图片、文字、软件程序等。数据库筛选的准确性和可靠性是框架构建的重要依据，结合现场教学情境的配置与控制流程，采用Influx DB 方案，能够根据时间分布对数据进行统计和分析。英语教育的本质为语言学习和训练，离不开交互性和认知性的不断提升。在资源库中的虚拟仿真模块中，需要对课程标准的考核内容进行持续改进。在资源管理方面，根据学习和反馈效果，将英语考核中的试题与课程目标相对应，自动计算每个课程目标的平均达成度，为云平台的自主训练提供重要的持续改进依据。

图4 资源数据库结构

在资源数据库的结构框架中，数字化资源主要存放在云服务器的物理存储中，不同资源的分类和逻辑性关系的处理均在物理层内实现。为便于英语多媒体资源的检索和应用，需要对数字化资源进行抽象化处理，即采用不同的概念对其进行程序式描述。因此，概念层内的多媒体语言具有特性的表现形式。在表现层，为更好地实现信息检索功能，需要对数据格式进行标定，根据用户类型选取不同的搜索算法对相应的资源进行定位。

2.2 管理平台的结构

设计的英语教学管理平台的基本组成如图5 所示，主要用于现场职业英语的情景培训和远程教学。对于该教学管理平台，软件的开发是关键，也是不断匹配教学目标与教学资源关系的重要手段。由于职业英语的素质培养目标较为重要，因此，对应的考核比例在管理平台的配制与优化中需要逐步增加。在英语教学中，能力目标相比知识目标更为关键，这是因为社会与工程问题往往复杂多变，而且解决过程中会出现与传统知识体系相悖的现象。在语言自动化处理方面，系统选用KIM 为核心工具，能够根据英语的情景特点对相关词汇、语句进行标注和特征化命名。随着人工智能技术的发展和应用，可将教学评价体系进一步量化，以便对教学目标的实现进行更科学地评价。

图5 教学管理平台的组成

2.3 管理系统的应用

为确保英语教学管理平台有着更好的应用效果，除了在客户端开发更多的插件之外，还通过XML 展示更多的Web 信息，使其保持广泛的标签化管理能力，即基于逻辑推理和Web 文档实现自动的成绩评价和教学反馈。职业教学管理系统的应用效果主要体现在2 个方面：

（1）多媒体数字化资源格式的兼容性。在系统中的资源库内，包含诸多非标准格式的文件，因此需要对不同非格式数据的关联性进行限定，确保数字化资源格式的兼容性。

（2）系统管理的辨识度和操作性较强。在物联网技术的支持下，教学手段既可以是静态的，也可以是动态的。对于系统管理，语言模型需要有良好的辨识度，否则难以获得良好的检索效果。多媒体资源的操作性对用户体验非常关键，特别是数据库的模型结构和传输效率，确保图像、视频等资源的通信质量。

3 结束语

职业英语教学是高素质、高水平人才培养的关键，而传统教学手段已逐渐无法适应当前的社会、经济、科技发展现状。基于物联网技术，提出一种职业英语教学平台的设计与研究，能够匹配不同行业发展特点，结合VR 虚拟现实实现情景化教学模式，通过无线数据通信、云端交互等功能实现良好的远程教学效果。具有先进性和智能性的教学平台设计离不开良好的硬件和软件功能，为此，系统设计和选用存储模块、串行通信模块、无线接收模块、电源管理模块和数据存储模块等均具备较高的稳定性。