多媒体英语听说能力远程教学系统设计

李云梅

（西安翻译学院，陕西 西安 710105）

1 引言

远程教育作为一项新兴的教育模式，现已成为课堂教学的主要教学辅助项目[1]，远程教育和多媒体技术的融合是外语教育的关键组成部分。目前，我国也针对外语教学多媒体远程授课技术进行发展研究[2]。

其中，陈桦[3]等学者对中国学生英语朗读自动评测系统进行研究，利用GMM-HMM 模型联合DNN 模型设计自动化英语口语语音测评系统，在一定程度上突破了传统教学的限制。但该系统仍有一定延迟性，测评结果不准确。孙莺[4]等学者设计利用多媒体技术的英语教学系统，丰富了英语教学的课程实时交互，但所设计系统的教学资源不丰富，无法进行多方位系统教学。

为解决上述问题，本文以英语听力能力远程教学方法为研究目标，引入多媒体技术，组建多媒体远程自动化教学系统，运用分级网络编码方法确保远程教学数据自动传输平稳，画面清晰流畅，较少实时延迟，提高英语听说能力教学训练的有效性。

2 基于多媒体技术的英语听说能力训练模式

多媒体拥有信息载体多元化和集成化特征，其与外语教学的融合是今后教学模式的必然发展趋向。多媒体远程自动化授课优点在于不受时间、地点的约束。但是在实际应用过程中，其系统的平稳运行能力较低，导致教学资源，训练信息的传输实时性较差，对此，进行多媒体远程教学客户端硬件设计及其功能优化。

2.1 多媒体远程教学客户端硬件设计及其功能优化

为提升英语听说能力教学质量发挥重要作用[5]。统整体构建过程如下所示：

首先，本文系统将Windows Server 2016当作操作平台，将ASP．NET作为关键开发工具，利用Windows Server 2016的优化性能，让系统拥有更优质的执行效率。

其次，依照目前网络教学、多媒体教学技术实际情况与应用水准，将系统全局架构为三层浏览器/服务器模式(Browser/Server，B/S)。

最后，在Web环境下实施远程教学活动，系统共拥有三种用户：学生、教师与系统管理员。各类用户的实际需要是创建远程教学平台系统功效的前提[6]。系统内必须具备如图1所示的各种子系统。

如图1所示，使用此系统能完成对教学资源的组织与管理、实施各类网上学习，自主完成学习任务。每个子系统的效能简述如下：

图1 系统构成示意图

(1)教师备课子系统。汇集了现阶段较为主流的多媒体创作及制作工具，为教师与网络教学设计供应充足的便利条件。各种教学资源生成网页文件之后，传输到服务器固定目录内。

(2)教学直播子系统。把教师授课经过及时上传至服务器内，再利用编码器软件把现场视频音频信号编码压缩后获得流媒体文件，运用服务器传输至网络内部，处于客户端的学生能够使用直播连接观看授课。

(3)教学点播子系统。教师上传课程录播，学生可以自由选择课程下载复习。

(4)远程教学子系统。教师课程传授流程运用数字摄像机实时拍摄后，开启专用视频编辑程序，经过接口把摄像机内的音频视频输送至服务器，生成流媒体文件，学生在客户端采用专门的视频播放器挑选课堂点播内的教学视频完成学习任务。

(5)辅导答疑子系统。该系统能供应给师生一个在线交流互动的平台，学生向教师提出疑问，教师实时解答疑惑，也可以在网页内发布典型问题，真正展现辅导答疑这一环节效用。

(6)作业管理子系统。教师利用公告栏在网上发布作业，学生完成作业后，利用系统供应的邮件收发系统，采用电子邮件模式传输至教师邮箱。教师完成作业审批，再发送至学生邮箱。

(7)网上考试子系统。学生登录该系统后，能择取考试项目与题型，系统自动从数据库内任意选择试题组成考卷。学生答完全部考题后，点击交卷，系统自动审批，得到考试成绩。

(8)课件下载子系统。教师通过身份认证转入管理员界面，使用课件上传功能，把制备完成的课件传输至服务器固定目录内。学生在主页面点击课件链接，进入下载界面，实现充分的自主学习。

(9)教师工作室子系统。该系统可对教学资源实施组织与保护。教师登录系统后，对各类教学资源采取增加与删减，上传与更新。

2.2 客户端性能优化

针对上文构建的硬件子系统进行客户端优化处理，主要包含：三层B/S架构下的Web发布技术与流媒体技术，下面对其性能进行具体分析。

在B/S模式内，客户端浏览器使用超文本状态向网络内的某个Web 服务器进行服务请求，Web 服务收到请求后运行相对的拓展应用程序，把该请求转变成多种语法形式，对数据库实时查询、修正，最终用较为完整的Web 模式呈现。B/S体系架构不需要研发专有的客户端软件，能够有效减少研发成本[7]。并且用户界面设置在相同浏览器内，方便使用，界面友好[8]。针对B/S架构软件来说，其数据汇总于不同的数据库服务器中，客户端没有业务数据，不用实施数据同步，保证了数据的即时性与安全性。

流媒体技术可以提供在线的视频教学任务，是网络远程教学平台的关键功能，为视频点播等网络多媒体教学提供了强有力支撑。流媒体技术使用流媒体格式传送模式，把全部多媒体文件压缩分解为若干个数据包，实现多个任务同步进行的目标[9]。擅长高效率压缩，拥有较好的视频压缩功效；能自适应客户端带宽，保证传输速率，且延迟少。优化后的流媒体技术应用下的文件传输过程如图2所示。

图2 流媒体技术应用下的文件传输过程

至此，根据优化后的教学模式，在真实教学活动中，可以使教师能利用多媒体和学生进行交互，让教学更为立体化，实时化，为培育英语听说能力打下良好基础。

3 分级网络编码下的多媒体远程教学数据传输优化

在上文构建的多媒体远程教学系统框架中，用户通过外置多媒体设施将实时信息变换成数字信息，再将此类信息处理后转变成报文输送至服务器端，服务器接收到媒体流之后，按照用户信息与目前系统状态决定缓存、舍弃或转发。这时的服务器即为组播服务的供应者，将缓存的媒体流以组播的形式发送，此时的数据包的传输过程如图3所示。

图3 实时传输协议数据包的接收与输送

为保障多媒体远程教学系统授课数据传输稳定性，让学生能够在安全平稳的网络环境中获得英语听说训练课程，需利用分级网络编码手段对远程教学系统内子系统的数据传输过程进行分析优化，通过计算编码的延时均值，确保数据包的稳定传输。具体计算过程如下：

一个单源组播网络使用有向无环图G=(V，E)来描述，V是网络内的节点集，E是有向边集，有向边是节点间拥有的有向链路。s是源点，T={t1，t2，…，td}是宿点集。

将节点全部输入信息字符在某个有限域GF(2m)内的线性组合。则节点v的输入信道集与输出信道集分别定义为：

式中，tail(e)、head(e)依次为弧e的弧尾与弧头。

节点v的输出信道e[e∈Out(v)]通过编码后，其转发信息的字符是y(e)，计算过程为：

针对确定性网络编码，每比特平均计算延时的解析式为：

式中，h代表组播率，w是和网络拓扑有关的参变量，m是有限域的次。

关于随机网络编码，每比特的计算延时均值推导解析式为：

式中，h、w、m的内涵和式(4)相等，L代表数据块长度。

不管是使用确定性网络编码还是随机网络编码，通常都要符合伽罗华域高于节点个数这一条件，即：

式中，m是伽罗华域GF(2m)的次，d是宿点数量。

图4 英语听说能力训练的主系统网—子系统网架构网络

4 实验证明

为验证多媒体远程教学系统的实时传输效率，运用Selenium测试工具对教学系统进行延时性检验。实验系统为Windows7，电压设定220v，网络最大上传速率为12500KB/s，记录多媒体远程教学系统测试中产生的延迟次数。为确保实验结果准确，将每组测试100次，详细结果如表1所示。

表1 多媒体远程教学系统运行延时测试结果

由表1可知，在测试传输协议数据包的接收情况中未出现延时情况；在测试传输协议数据包的输送情况时，仅出现一次延时情况，经过系统对系统排查检测，发现是网络运营商的原因导致延时，与教学系统的设计无关，因此将此次延时忽略不计。综合实验数据得知，本文设计的多媒体远程教学系统在数据的实时传输接送测试中表现优越，延迟情况少，证明该教学系统设计科学，具有较强应用性。

其次，为验证教学系统的实用性，对多媒体远程教学硬件系统界面进行帧率测试，验证系统运行流畅画面清晰，结果如表2所示。

表2 多媒体远程教学硬件系统运行帧率结果

由表2可知，多媒体远程教学硬件子系统的帧率均在标准范围之内，帧率的稳定可以使直播和录播画面清晰，方便师生交流学习，实验数据证明了本系统有较强的实用价值。

5 结束语

本文在多媒体技术独特优势基础上，创建多媒体远程教学系统，引入多媒体技术，以多媒体远程教学系统中的各子系统为创建远程教学平台系统功效的前提，结合分级网络编码方法，提高远程教学数据传输平稳性，保证学生英语听说信息的获取较为稳定，提高教师与学生之间的交互性，提升英语听说能力的教学效果。