嵌入式數(shù)字語音教學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用研究

趙傳斌 徐小燕

武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心 武漢 432003

嵌入式數(shù)字語音教學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及應(yīng)用研究

趙傳斌 徐小燕

武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心 武漢 432003

結(jié)合目前教學(xué)的實際情況和需求，設(shè)計嵌入式數(shù)字語音教學(xué)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、運行模式及系統(tǒng)終端，并討論該系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。

數(shù)字語音教學(xué)系統(tǒng)；嵌入式；結(jié)構(gòu)設(shè)計

10.3969/j.issn.1671-489X.2013.09.033

作者：趙傳斌，工程碩士，副教授，武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心主任；徐小燕，理學(xué)碩士，武漢理工大學(xué)華夏學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心實驗教師。

隨著現(xiàn)代教育改革和信息技術(shù)的發(fā)展，語音教室在各個學(xué)校都已有了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的語音教學(xué)系統(tǒng)以錄音機機芯為主體，盡管其價格低廉，操作簡單，但其穩(wěn)定性差，音質(zhì)不理想，系統(tǒng)功能單一，教學(xué)交互性較差，很難充分利用多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所帶來的豐富的教學(xué)資源和方法[1]。這使得語言教學(xué)改革勢在必行。

嵌入式數(shù)字語音教學(xué)系統(tǒng)是一種建立在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換的基礎(chǔ)上的全新系統(tǒng)，其核心是基于計算機傳輸協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它的主要目標(biāo)是為師生提供一個先進的教學(xué)平臺，使學(xué)生多種感官參與學(xué)習(xí)，從而充分發(fā)揮計算機輔助教學(xué)的作用，改變并促進師生之間的信息交流，實現(xiàn)資源共享和教學(xué)互動，滿足教學(xué)方式多樣性需求。

1 嵌入式數(shù)字語音教學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計

嵌入式技術(shù)的迅猛發(fā)展使得語音教學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)越來越向嵌入式語音終端發(fā)展。本數(shù)字語音教學(xué)系統(tǒng)由一臺教師機和N臺學(xué)生機，通過局域網(wǎng)互連，從而實現(xiàn)教室內(nèi)一位教師可以對若干位學(xué)生進行語音教學(xué)。系統(tǒng)采用基于數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)分組交換方式，可以實現(xiàn)真正的語音分組教學(xué)和交互教學(xué)。為了更好地利用網(wǎng)絡(luò)資源，此系統(tǒng)采用開放式的數(shù)字媒體架構(gòu)，如圖1所示。與傳統(tǒng)的語音教學(xué)系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)的創(chuàng)新之處在于系統(tǒng)的簡單智能化設(shè)計，目的就是將一些傳統(tǒng)的耗時耗力的教學(xué)活動（如名冊管理等）交由系統(tǒng)來處理，提高教學(xué)效率。

1.2 系統(tǒng)的運行模式

嵌入式數(shù)字語音教室的教師機終端一般采用傳統(tǒng)的PC機設(shè)計，主要功能是完成常規(guī)的教學(xué)任務(wù)，分為集中授課模塊、個性化授課模塊等。學(xué)生機終端則是采用嵌入式的數(shù)字語音終端的設(shè)計，主要功能是接收并播放數(shù)字語音文件，或根據(jù)自己所處的等級自由選擇適合自己的語音文件。

在集中教學(xué)模式下，教師機和學(xué)生機之間建立了單向的媒體通信，語音文件從教師機流向?qū)W生機。

在個性化教學(xué)模式下，學(xué)生可以根據(jù)自己已有知識水平或興趣愛好來點播資料庫中的語音文件。教師機終端增加了學(xué)生學(xué)習(xí)效果評價功能，便于教師動態(tài)地了解課上學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，也有利于學(xué)生及時地認識自己的學(xué)習(xí)情況。

1.3 系統(tǒng)的終端設(shè)計

1）傳統(tǒng)教師機終端的設(shè)計。教師機終端采用傳統(tǒng)的PC機，以Windows XP為操作系統(tǒng)，使用高級編程語言開發(fā)。PC機在計算、存儲、內(nèi)存容量以及運算速度等方面有很大的優(yōu)勢。教師機的主要功能有身份認證、名冊管理、集中教學(xué)、個性化教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)效果評價、語音資源管理等。

2）嵌入式學(xué)生機終端的設(shè)計。數(shù)字語音系統(tǒng)終端的學(xué)生機采用基于嵌入式的終端設(shè)計，主要完成音頻數(shù)據(jù)流的播放、文本顯示以及鍵盤控制。學(xué)生機是整個系統(tǒng)研制的難點，它直接決定了整個數(shù)字語音教學(xué)系統(tǒng)質(zhì)量的高低。圖2給出了學(xué)生機的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。

該結(jié)構(gòu)中由下至上的層次結(jié)構(gòu)依次是：硬件層（整個嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序運行的硬件平臺，不同的應(yīng)用通常有不同的硬件環(huán)境）；操作系統(tǒng)層（嵌入式操作系統(tǒng)用來完成嵌入式應(yīng)用的任務(wù)調(diào)度和控制等核心功能，具有內(nèi)核精簡、可配置、與高層應(yīng)用緊密關(guān)聯(lián)等特點，并具有相對穩(wěn)定性[2]。由于Linux系統(tǒng)具有代碼開放、支持大多數(shù)硬件平臺、內(nèi)核高效穩(wěn)定可裁剪等特征，本系統(tǒng)選用Linux作為操作系統(tǒng)）；驅(qū)動層（該層用來完成各個模塊的驅(qū)動程序設(shè)計）；應(yīng)用層（該層分析嵌入式因特網(wǎng)協(xié)議棧，實現(xiàn)播放程序的開發(fā)，提供友好的圖形化用戶界面，完成數(shù)字語音教室的功能）。

2 嵌入式數(shù)字語音教學(xué)系統(tǒng)的教學(xué)應(yīng)用

2.1 語言教學(xué)

數(shù)字語音室主要是為了外語教學(xué)而建設(shè)的。數(shù)字語音教室采取開放式學(xué)習(xí)模式，努力挖掘?qū)W生的主動性與創(chuàng)造性，用豐富的教學(xué)手段彌補了語言交流環(huán)境的不足[3]。學(xué)習(xí)者在安靜舒適的環(huán)境中利用集聲音、圖像、文字于一體的數(shù)字資源，按照自己的學(xué)習(xí)需求和進度進行自主學(xué)習(xí)，并可以通過示范和模仿來進行語言的實踐。

2.2 語言考試

在筆試類考試中，考生首先輸入準(zhǔn)考證等個人信息進行身份認證后進入系統(tǒng)并自主學(xué)習(xí)考試說明，監(jiān)考人員通過查看學(xué)生提交的信息決定是否發(fā)送試題，學(xué)生在規(guī)定時間自主完成題目并提交電子試卷。在口語類考試中，學(xué)生通過視音頻輸入設(shè)備獲得題目信息并將自己的回答錄成流文件保存后供評價，既高效公正，又能充分節(jié)約人力資源。

2.3 遠程教學(xué)

利用本系統(tǒng)進行遠程教學(xué)時，可采取網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)與在線輔導(dǎo)課相結(jié)合的授課模式：學(xué)生不僅可以有針對性地選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，控制學(xué)習(xí)進程，也可以根據(jù)學(xué)習(xí)需要選擇豐富的學(xué)習(xí)資源；不僅可以就學(xué)習(xí)內(nèi)容發(fā)布觀點或?qū)で髱椭?，也可以參與社區(qū)討論。由于數(shù)字語音教學(xué)系統(tǒng)可以方便地傳遞圖、文、聲、像等多媒體信息，使得遠程交互更加具體生動、直觀形象。

2.4 自主學(xué)習(xí)平臺

將數(shù)字語音室的設(shè)備與機房放在一起管理，對全校的所有學(xué)生開放，讓學(xué)生課余時間自由上機，能讓有需要的學(xué)生充分利用已有資源并發(fā)揮它的學(xué)習(xí)作用，這是對學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的有益補充。

3 小結(jié)

隨著教學(xué)改革和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字語音教室將逐漸普及各個教育機構(gòu)。本文只是介紹了一種嵌入式數(shù)字語音系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在具體的應(yīng)用過程中還應(yīng)進行改進和本土化。另外，在應(yīng)用該系統(tǒng)前，應(yīng)對使用者（教師、學(xué)生、設(shè)備管理員）進行嚴(yán)格的培訓(xùn)，以保證系統(tǒng)的使用效率和生命周期。

[1]栗紅生.多媒體數(shù)字語音室與傳統(tǒng)語音室之異同[J].科技論壇,2005(19):64.

[2]田澤.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005

[3]李繼平,黃育雁,王鵬.數(shù)字化語音教室的設(shè)計及應(yīng)用[J].牡丹江教育學(xué)院學(xué)報,2009(1):127-128.

Construction Design and Application Research of Embedded Digital Voice Instruction System

Zhao Chuanbin, Xu Xiaoyan

According to the current teaching situation and actual needs, this paper designs the architecture, operation mode and terminals of digital voice-teaching system, and then discusses its applications.

digital voice-teaching system; embedded; structure design

TP315

B

1671-489X(2013)09-0033-02