基于教、學、管、考一體化的高校智慧語音室的建設與研究

黎秋艷， 肖博懷， 謝曉蘭，b， 楊呈永

（1.桂林信息科技學院外貿與外語學院，廣西 桂林 541004；2.桂林理工大學a.信息科學與工程學院；b.廣西嵌入式技術與智能系統重點實驗室；c.網絡與信息中心，廣西 桂林 541004）

0 引 言

語音室是高校教師外語授課的重要場所，是高校學生提高語言學習效率的重要媒介，在外語教學中發揮著重要的作用。近年來現代化高新技術的不斷發展和融入，對高校外語教學理念、方法及語音室智能化管理產生了重要的影響。語音室作為外語教學重要場地與教學用具，面臨著新的機遇和挑戰，傳統建設的語音室已不能滿足當前外語教學變革和語音室管理需求，因此充分把現代信息技術結合語音室的建設和管理勢在必行［1］。提出建設教管考一體化智慧語音室建設思路，并通過所在學校建設實施，對學校外語教學改革、學生自主學習、語音室智能化管理、外語網絡化考試改革起到關鍵作用。

1 高校智慧語音室的建設現狀

目前，人工智能、大數據等新興技術初步應用于智慧語音室建設，不斷推動教學模式的改革和創新［2-3］。由于智慧語音室的建設需要結合信息技術，外語學科教師對新興信息技術相對缺乏，目前處于起步探索階段，從中國知網、萬方、維普等大型論文數據庫中找到關聯性較大的研究文獻相對較少。

國內高校語音室建設管理一般歸屬于文科類部門，使用者與現代化信息技術結合程度相對偏弱，大部分高校語音室存在以下問題［4］：①功能單一。傳統語音室只能滿足相對淺易的視聽說功能，不能有效地輔助智慧化教與學、各種專業化考試等功能；②日常維護工作繁雜，運維管理方式落后。硬件方面，傳統語音室設備陳舊，缺乏故障預警平臺，故障頻發；軟件方面，操作系統升級和軟件更新頻繁，需重新網絡克隆傳操作系統，費時費力，管理難度大；③系統融合度不夠。外語教學、管理、學習軟件需要單獨安裝，教師使用復雜困難；④網絡化考試普及率低。外語網絡化考試對軟硬件要求較高，傳統的語音室往往達不到條件，即使是硬件上能滿足，軟件系統中考試種類和外語題型覆蓋面也不夠，無法實現對各種外語機試的全面支撐。

隨著學校的逐年擴招，在校學生人數逐年增長，語音室急需擴充，同時現有的大部分語音室已達到淘汰報廢程度，已無法滿足當前外語教與學及智能化管理發展趨勢。近2年來，我校對智慧語音室的建設進行了實踐探索，共升級和新建智慧語音室18間，在實踐中圍繞語音室在外語教與學、管理、考試等方面進行了應用研究，在硬件設施方面對語音室設備全面實施物聯感知、協同、可控改造，在軟件設施方面構建了一體化軟件綜合平臺，實現了外語教學智慧化、學習個性化、管控智能化、考試網絡化。

2 一體化智慧語音室的架構設計

基于教管考一體化的高校智慧語音室以物聯網為依托，采用高可靠的環境網絡環境，一室多用的一體化綜合平臺和智能化的設備管控系統，構建了集硬件、軟件、資源于一體的語音室［5-6］，實現從普通語音室向智慧化語音室轉變。智慧語音室的架構見圖1。

該架構從低到高分為5層：物理層、通信層、服務層、應用層和終端層，下層為上層提供服務和接口，上層則在下層的基礎上實現相應功能［7］。各層功能：

（1）物理層。既包含基礎的感知設備如燈、溫濕度感應器、無線設備等，也包含了通信層所需要的設備如云桌面盒等。該層為智慧語音室架構的底層，為其他層提供了物聯感知基礎。

（2）通信層。包含了交換機、傳感器網絡等通信設備。該層為智慧語音室的通信提供保障，實現各類數據的高效傳輸，為軟平臺的各項服務提供堅實的網絡通信基礎。

（3）服務層。包含教學及管理數據挖掘與分析平臺、計算與存儲平臺和物聯數據采集與管理平臺。該層為智慧語音室在正常運作過程中產生的數據進行計算、存儲、分析、處理，保障應用層順利進行，和各項的數據安全性。

（4）應用層。含智慧化教學、英語智慧自主、智能化管控和云網絡外語考試平臺。該層基于架構前幾層的基礎上，在云桌面搭建了具有智慧教學、學習、智能管理、網絡化考試等功能的軟件平臺，是智慧語音室的一體化建設的關鍵。

（5）終端層。包含了PC端、移動端等終端設備。該層保證不同類型的用戶在任何地點任何時間借助各種終端設備，以不同權限的方式登錄智慧語音室系統，對智慧語音室的功能進行應用。

3 一體化智慧語音室的建設實施

3.1 一體化智慧語音室硬件設施建設

3.1.1 智能物聯網設施

（1）基礎感知設備。在物聯網技術下，借助傳感器、終端設備等自動標識，實時獲取語音室的環境、設備等信息；包括電源、空調、風扇、窗簾、電腦、攝像頭等，優化了智慧語音室的整體環境。同時，智慧語音室設置了多功能門禁功能，既可通過電控鎖和刷卡器出入，也可通過存儲在云端的指紋和人臉信息進行智能認證，極大提高了智慧語音室的功能性和安全性。

（2）物聯網網關。物聯網網關作為智慧語音室感知層和網絡層的中間橋梁，把通信模塊、監控模塊、設備數據模塊等集成一起，將不同的感知網絡進行協議轉換接入到校園網網絡，構成了一張全覆蓋語音室的感知網絡，實現各種感知設備與互聯網、物聯網絡與互聯網絡的互聯，為實現智慧語音室一體化平臺與物聯設備的連接和控制管理提供通信紐帶。

3.1.2 云桌面語音室

（1）云服務器。云服務器通過部署云桌面管理平臺，實現了對桌面系統、應用軟件、數據的統一管理。管理員通過云桌面管理平臺即可對所有云終端的系統、軟件更新升級。

（2）云終端盒。云桌面的硬件基礎設施，采用VOI云終端架構［8］。該架構具有CPU、內存、顯卡等硬件資源，服務器端集中管理，虛擬系統在終端本地運行。同時，VOI架構最大的特點是規避了虛擬化層的開銷，使云桌面與PC端一樣接近于零損耗，極大地增加了智慧語音室的應用場景。由表1可看出，相對于VDI架構和IDV架構，VOI架構部署成本低、風險小、體驗好，是智慧語音室最佳的選擇。

表1 VDI、IDV、VDI特點比較

（3）云桌面系統。云桌面系統采用云終端本地運算模式，充分發揮終端資源計算性能，對服務器依賴低，支持各種大型語音視、聽、說等實驗室軟件流暢運行，有效滿足外語教學特殊需求。

3.2 一體化智慧語音室綜合軟件平臺建設

把語音室所有設備、教學資源、教學過程數據、外語相關考試題庫通過物聯網、大數據、云計算和人工智能技術智能融合到一個平臺上［9］，構建網絡化、數據化、交互化、智能化的教學環境，實現集智慧教、學、管、考于一體化的智慧語音室，具體結構如圖2所示。

3.2.1 智慧化教學平臺

（1）智能化外語教學輔助平臺。通過基于人工智能的資料識別技術，擺脫了對電子教材的依賴，使教師可通過智能化英語教學平臺任意導入教學資料進行教學，系統能夠自動配套該資源的主要知識點，解析資料，還能根據資料的特點自動匹配各種教學模式，包含課文講解、聽力講解、口語教學等多種模式，使一個普通資料變成一個教學課件，這是語言教學技術的重大變革［10］，具體功能如表2所示。

表2 智能化外語教學輔助功能詳情

（2）協作式外語教學平臺。智慧語音室充分體現“大班上課、小班教學”的先進理念，通過協作式教學平臺，使學生以小組的形式進行協作訓練，小組之間進行文字共享、語音互通。老師可自編題目、選擇資料作為題目等方式進行命題寫作、仿寫和翻譯訓練，也可以設定具體的作答方式，選擇隨機分組或者相鄰的同學分組。在訓練過程中，協作式教學平臺支持老師加入各小組中；在學習結束后，小組之間可以互評，互評方式靈活多樣；在訓練結束后，老師可對學生學習成果的互評情況進行講評或導出保存。通過協作式教學平臺的上述步驟，達到智慧語音室的智能評測效果，實現智慧語音室的協作式、反饋式教學。

（3）英語口譯教學平臺。智慧語音室專門針對翻譯教學而設計的教學平臺，根據口譯教學中最為核心的同聲傳譯、交替傳譯等專業核心技能需要提供相應匹配的教學模式，同時配備了各種專業的口譯訓練模式和教學訓練資源。為強化學生的口譯技能，口譯教學平臺分別提供影子訓練和短期記憶模式［11］，同時借助跟讀、復述、干擾音等口譯技能訓練工具，給學生提供一個高度仿真的教學訓練環境，最大限度地還原真實場景，提高智慧語音室與智慧化教學的融合。

（4）智慧教學分析平臺。一體化智慧語音室綜合軟件平臺其中功能之一，依托語音室環境實現智慧教與學，使教師教學方法更富有現代化和智慧化，學生學習更富有高效化和智慧化。通過對教學過程中學生的口語、聽力、閱讀測試及作業、考勤、互動等功能對教學過程數據進行挖掘智慧分析，科學反饋教學信息教師適時、適度、適當地調整教學策略，并為學生推薦個性化學習資源，有效提升教與學的針對性和有效性。

3.2.2 英語智慧自主學習平臺

（1）課堂翻轉自主學習平臺。英語智慧自主學習平臺通過一體化智慧語音室綜合軟件建設課堂自主學習平臺，該平臺構建含視頻、動畫、圖片、文檔和題庫等英語課程章節任務的輔助資料資源庫，并結合語音室相關設備和環境打造成實體學習空間。教師可以通過課堂自主學習平臺發布相應的學習資料和任務，學生通過相關輔助資料和學習任務要求進行自主學習，實現課堂翻轉。

（2）課前課后專項自主訓練平臺。英語智慧自主學習平臺通過一體化智慧語音室綜合軟件建設了課前課后自主學習平臺，該平臺根據自身語言能力的發展特征，在課前和課后進行聽、說、讀、寫等方面專門設計強化訓練，如表3所示。平臺以靈活多樣的訓練模式促進學生的技能提升，實現對英語專項技能的針對性訓練，完成課前課后的預習和復習。

3.2.3 智能化管控平臺

（1）智能環境感知平臺。在免除繁瑣的手動操作的情況下做到智能調溫、照明、改善教室空氣質量等，并且可通過平臺對相應教室的環境數據進行統計并生成數據報表，從而為教室的改造提供數據支撐。

（2）智能物聯管控平臺。①智慧語音室終端提供豐富的接口，并支持多種控制協議，可對語音室的教學設備進行集中控制管理［12］，如語音室的燈光明暗、窗簾的開關、空調的調節、投影的控制等；②人機交互，智慧語音室內置多個功能模塊，如設備控制、互動教學、運維保障、課程錄制等；③教學信號管控，智慧語音室支持音視頻矩陣功能，配合成熟的網絡編解碼功能可擴展矩陣的路數，同時輸出畫面可做拼接、畫中畫等；④擴展性，只需接入第三方插件、小程序、應用等，即可對學校的設備進行覆蓋式監控以及智能運維，在減少學校人力支出的同時以更高效的方式實現智能化運維，避免教學事故的發生。

（3）智能人臉考勤平臺。智慧語音室采用高精準人臉識別技術，識別率可達90%以上，在上課的過程中自動完成學生考勤；根據教學需求設置相應的考勤策略，結合課程表，可以在課前、課中、下課前10 min或自定義時段進行學生考勤，有效防止學生頂替考勤、遲到、早退等現象的發生；智慧語音室根據設置的策略，自動統計學生的正?？记凇⑦t到、早退等數據，同時可根據學生個人、班級、年級、院系等進行統計并生成相應的圖表；當出現考勤異常狀況時，老師可通過平臺、觸控面板、電腦插件等進行補簽到處理。

（4）智能開放預約平臺。實現與學校教務系統對接，通過智慧校園微信公眾號對實驗室進行網上預約，取代現有的人工預約，從而達到方便、高效，節省師生寶貴的學習時間，同時提高空置教室的利用率，避免造成資源浪費。

3.2.4 云網絡外語考試平臺

（1）英語通用型機考平臺。當前高校英語機考系統中普遍存在題型固定、形式單一、題目內容等問題，只適用于特定機考，無法提高系統的通用性和使用率，存在不同類型機考系統的重復建設部署。通過建設大學英語通用型機考平臺可以支持學校大學英語期末考試、大學生英語水平測試、研究生英語考試、國際人才英語考試、外研社閱讀寫作大賽、托?？荚?、GRE考試等網絡化機考，支持試題類型包括單選、多選、判斷等客觀題型，也包括填空、翻譯、作文等主觀題型，支持聽力、視頻等多媒體文件。教師可通過大學英語通用型機考平臺快速便捷組織聯機大規模標準考試，具有通用性強、方便快捷等特點。

（2）英語智慧考試輔助平臺。提供AI智能助手，該助手根據學生的日常上課和平時考試情況，提供校本化復習方案、層次化復習方案、一體化復習方案和個性化復習方案［13］，并通過AI系統對考試結果進行數字化教學質量評估，并按學校、班級顯示其認知質量指標，有助于更好地分析。

（3）英語智慧隨堂測試平臺。設置了英語聽力測試、閱讀測試、口語測試等專項測試，以隨堂小測試促進知識鞏固和技能提升，重在強化學生的聽力、口語、閱讀能力，加強核心技能的訓練，測試結果可以隨堂反饋，能夠追蹤到每個學生的作答詳情，自帶測試分析功能，是科學高效的診斷測試。隨堂測試系統自帶聽力測試題庫、閱讀測試題庫、口語測試題庫，教師也可自編試題，測試結果實時統計并反饋到老師端，配備語音廣播、屏幕廣播等工具，方便老師隨堂講評。

（4）大學口語考試平臺。大學英語口語考試系統專為大學口語考試設計，適用范圍廣，能夠用于英語專業四/八級、俄語專業四/八級、中國漢語水平考試、商務漢語水平考試、翻譯資格水平考試、外銷員從業資格水平考試、高等教育自學考試、出國培訓備選人員外語考試等國家級考試類型。從考務信息管理、智能試卷制作、音頻合成編輯、問答討論時測試等角度，按照制作口語試卷、進行口語考試、考后音頻處理、進行口語閱卷、管理口語試卷的流程設計，是學生進行英語口語考試和訓練的最佳選擇［14-15］，如表4所示。

4 結 語

通過利用物聯網、云計算、大數據和人工智能等信息技術與語音室的有機融合，打造基于教、學、管、考一體化的智慧語音室，構建網絡化、數據化、互動立體化的智慧化外語教與學及智能化管理環境，解決了傳統語音室存在的問題，極大提升了語音室智能管理水平，有效推動外語學科智慧教學模式改革和創新，為學生、教師和管理者提供高效、便捷的服務。