基于教、学、管、考一体化的高校智慧语音室的建设与研究

黎秋艳， 肖博怀， 谢晓兰，b， 杨呈永

（1.桂林信息科技学院外贸与外语学院，广西 桂林 541004；2.桂林理工大学a.信息科学与工程学院；b.广西嵌入式技术与智能系统重点实验室；c.网络与信息中心，广西 桂林 541004）

0 引 言

语音室是高校教师外语授课的重要场所，是高校学生提高语言学习效率的重要媒介，在外语教学中发挥着重要的作用。近年来现代化高新技术的不断发展和融入，对高校外语教学理念、方法及语音室智能化管理产生了重要的影响。语音室作为外语教学重要场地与教学用具，面临着新的机遇和挑战，传统建设的语音室已不能满足当前外语教学变革和语音室管理需求，因此充分把现代信息技术结合语音室的建设和管理势在必行［1］。提出建设教管考一体化智慧语音室建设思路，并通过所在学校建设实施，对学校外语教学改革、学生自主学习、语音室智能化管理、外语网络化考试改革起到关键作用。

1 高校智慧语音室的建设现状

目前，人工智能、大数据等新兴技术初步应用于智慧语音室建设，不断推动教学模式的改革和创新［2-3］。由于智慧语音室的建设需要结合信息技术，外语学科教师对新兴信息技术相对缺乏，目前处于起步探索阶段，从中国知网、万方、维普等大型论文数据库中找到关联性较大的研究文献相对较少。

国内高校语音室建设管理一般归属于文科类部门，使用者与现代化信息技术结合程度相对偏弱，大部分高校语音室存在以下问题［4］：①功能单一。传统语音室只能满足相对浅易的视听说功能，不能有效地辅助智慧化教与学、各种专业化考试等功能；②日常维护工作繁杂，运维管理方式落后。硬件方面，传统语音室设备陈旧，缺乏故障预警平台，故障频发；软件方面，操作系统升级和软件更新频繁，需重新网络克隆传操作系统，费时费力，管理难度大；③系统融合度不够。外语教学、管理、学习软件需要单独安装，教师使用复杂困难；④网络化考试普及率低。外语网络化考试对软硬件要求较高，传统的语音室往往达不到条件，即使是硬件上能满足，软件系统中考试种类和外语题型覆盖面也不够，无法实现对各种外语机试的全面支撑。

随着学校的逐年扩招，在校学生人数逐年增长，语音室急需扩充，同时现有的大部分语音室已达到淘汰报废程度，已无法满足当前外语教与学及智能化管理发展趋势。近2年来，我校对智慧语音室的建设进行了实践探索，共升级和新建智慧语音室18间，在实践中围绕语音室在外语教与学、管理、考试等方面进行了应用研究，在硬件设施方面对语音室设备全面实施物联感知、协同、可控改造，在软件设施方面构建了一体化软件综合平台，实现了外语教学智慧化、学习个性化、管控智能化、考试网络化。

2 一体化智慧语音室的架构设计

基于教管考一体化的高校智慧语音室以物联网为依托，采用高可靠的环境网络环境，一室多用的一体化综合平台和智能化的设备管控系统，构建了集硬件、软件、资源于一体的语音室［5-6］，实现从普通语音室向智慧化语音室转变。智慧语音室的架构见图1。

该架构从低到高分为5层：物理层、通信层、服务层、应用层和终端层，下层为上层提供服务和接口，上层则在下层的基础上实现相应功能［7］。各层功能：

（1）物理层。既包含基础的感知设备如灯、温湿度感应器、无线设备等，也包含了通信层所需要的设备如云桌面盒等。该层为智慧语音室架构的底层，为其他层提供了物联感知基础。

（2）通信层。包含了交换机、传感器网络等通信设备。该层为智慧语音室的通信提供保障，实现各类数据的高效传输，为软平台的各项服务提供坚实的网络通信基础。

（3）服务层。包含教学及管理数据挖掘与分析平台、计算与存储平台和物联数据采集与管理平台。该层为智慧语音室在正常运作过程中产生的数据进行计算、存储、分析、处理，保障应用层顺利进行，和各项的数据安全性。

（4）应用层。含智慧化教学、英语智慧自主、智能化管控和云网络外语考试平台。该层基于架构前几层的基础上，在云桌面搭建了具有智慧教学、学习、智能管理、网络化考试等功能的软件平台，是智慧语音室的一体化建设的关键。

（5）终端层。包含了PC端、移动端等终端设备。该层保证不同类型的用户在任何地点任何时间借助各种终端设备，以不同权限的方式登录智慧语音室系统，对智慧语音室的功能进行应用。

3 一体化智慧语音室的建设实施

3.1 一体化智慧语音室硬件设施建设

3.1.1 智能物联网设施

（1）基础感知设备。在物联网技术下，借助传感器、终端设备等自动标识，实时获取语音室的环境、设备等信息；包括电源、空调、风扇、窗帘、电脑、摄像头等，优化了智慧语音室的整体环境。同时，智慧语音室设置了多功能门禁功能，既可通过电控锁和刷卡器出入，也可通过存储在云端的指纹和人脸信息进行智能认证，极大提高了智慧语音室的功能性和安全性。

（2）物联网网关。物联网网关作为智慧语音室感知层和网络层的中间桥梁，把通信模块、监控模块、设备数据模块等集成一起，将不同的感知网络进行协议转换接入到校园网网络，构成了一张全覆盖语音室的感知网络，实现各种感知设备与互联网、物联网络与互联网络的互联，为实现智慧语音室一体化平台与物联设备的连接和控制管理提供通信纽带。

3.1.2 云桌面语音室

（1）云服务器。云服务器通过部署云桌面管理平台，实现了对桌面系统、应用软件、数据的统一管理。管理员通过云桌面管理平台即可对所有云终端的系统、软件更新升级。

（2）云终端盒。云桌面的硬件基础设施，采用VOI云终端架构［8］。该架构具有CPU、内存、显卡等硬件资源，服务器端集中管理，虚拟系统在终端本地运行。同时，VOI架构最大的特点是规避了虚拟化层的开销，使云桌面与PC端一样接近于零损耗，极大地增加了智慧语音室的应用场景。由表1可看出，相对于VDI架构和IDV架构，VOI架构部署成本低、风险小、体验好，是智慧语音室最佳的选择。

表1 VDI、IDV、VDI特点比较

（3）云桌面系统。云桌面系统采用云终端本地运算模式，充分发挥终端资源计算性能，对服务器依赖低，支持各种大型语音视、听、说等实验室软件流畅运行，有效满足外语教学特殊需求。

3.2 一体化智慧语音室综合软件平台建设

把语音室所有设备、教学资源、教学过程数据、外语相关考试题库通过物联网、大数据、云计算和人工智能技术智能融合到一个平台上［9］，构建网络化、数据化、交互化、智能化的教学环境，实现集智慧教、学、管、考于一体化的智慧语音室，具体结构如图2所示。

3.2.1 智慧化教学平台

（1）智能化外语教学辅助平台。通过基于人工智能的资料识别技术，摆脱了对电子教材的依赖，使教师可通过智能化英语教学平台任意导入教学资料进行教学，系统能够自动配套该资源的主要知识点，解析资料，还能根据资料的特点自动匹配各种教学模式，包含课文讲解、听力讲解、口语教学等多种模式，使一个普通资料变成一个教学课件，这是语言教学技术的重大变革［10］，具体功能如表2所示。

表2 智能化外语教学辅助功能详情

（2）协作式外语教学平台。智慧语音室充分体现“大班上课、小班教学”的先进理念，通过协作式教学平台，使学生以小组的形式进行协作训练，小组之间进行文字共享、语音互通。老师可自编题目、选择资料作为题目等方式进行命题写作、仿写和翻译训练，也可以设定具体的作答方式，选择随机分组或者相邻的同学分组。在训练过程中，协作式教学平台支持老师加入各小组中；在学习结束后，小组之间可以互评，互评方式灵活多样；在训练结束后，老师可对学生学习成果的互评情况进行讲评或导出保存。通过协作式教学平台的上述步骤，达到智慧语音室的智能评测效果，实现智慧语音室的协作式、反馈式教学。

（3）英语口译教学平台。智慧语音室专门针对翻译教学而设计的教学平台，根据口译教学中最为核心的同声传译、交替传译等专业核心技能需要提供相应匹配的教学模式，同时配备了各种专业的口译训练模式和教学训练资源。为强化学生的口译技能，口译教学平台分别提供影子训练和短期记忆模式［11］，同时借助跟读、复述、干扰音等口译技能训练工具，给学生提供一个高度仿真的教学训练环境，最大限度地还原真实场景，提高智慧语音室与智慧化教学的融合。

（4）智慧教学分析平台。一体化智慧语音室综合软件平台其中功能之一，依托语音室环境实现智慧教与学，使教师教学方法更富有现代化和智慧化，学生学习更富有高效化和智慧化。通过对教学过程中学生的口语、听力、阅读测试及作业、考勤、互动等功能对教学过程数据进行挖掘智慧分析，科学反馈教学信息教师适时、适度、适当地调整教学策略，并为学生推荐个性化学习资源，有效提升教与学的针对性和有效性。

3.2.2 英语智慧自主学习平台

（1）课堂翻转自主学习平台。英语智慧自主学习平台通过一体化智慧语音室综合软件建设课堂自主学习平台，该平台构建含视频、动画、图片、文档和题库等英语课程章节任务的辅助资料资源库，并结合语音室相关设备和环境打造成实体学习空间。教师可以通过课堂自主学习平台发布相应的学习资料和任务，学生通过相关辅助资料和学习任务要求进行自主学习，实现课堂翻转。

（2）课前课后专项自主训练平台。英语智慧自主学习平台通过一体化智慧语音室综合软件建设了课前课后自主学习平台，该平台根据自身语言能力的发展特征，在课前和课后进行听、说、读、写等方面专门设计强化训练，如表3所示。平台以灵活多样的训练模式促进学生的技能提升，实现对英语专项技能的针对性训练，完成课前课后的预习和复习。

3.2.3 智能化管控平台

（1）智能环境感知平台。在免除繁琐的手动操作的情况下做到智能调温、照明、改善教室空气质量等，并且可通过平台对相应教室的环境数据进行统计并生成数据报表，从而为教室的改造提供数据支撑。

（2）智能物联管控平台。①智慧语音室终端提供丰富的接口，并支持多种控制协议，可对语音室的教学设备进行集中控制管理［12］，如语音室的灯光明暗、窗帘的开关、空调的调节、投影的控制等；②人机交互，智慧语音室内置多个功能模块，如设备控制、互动教学、运维保障、课程录制等；③教学信号管控，智慧语音室支持音视频矩阵功能，配合成熟的网络编解码功能可扩展矩阵的路数，同时输出画面可做拼接、画中画等；④扩展性，只需接入第三方插件、小程序、应用等，即可对学校的设备进行覆盖式监控以及智能运维，在减少学校人力支出的同时以更高效的方式实现智能化运维，避免教学事故的发生。

（3）智能人脸考勤平台。智慧语音室采用高精准人脸识别技术，识别率可达90%以上，在上课的过程中自动完成学生考勤；根据教学需求设置相应的考勤策略，结合课程表，可以在课前、课中、下课前10 min或自定义时段进行学生考勤，有效防止学生顶替考勤、迟到、早退等现象的发生；智慧语音室根据设置的策略，自动统计学生的正常考勤、迟到、早退等数据，同时可根据学生个人、班级、年级、院系等进行统计并生成相应的图表；当出现考勤异常状况时，老师可通过平台、触控面板、电脑插件等进行补签到处理。

（4）智能开放预约平台。实现与学校教务系统对接，通过智慧校园微信公众号对实验室进行网上预约，取代现有的人工预约，从而达到方便、高效，节省师生宝贵的学习时间，同时提高空置教室的利用率，避免造成资源浪费。

3.2.4 云网络外语考试平台

（1）英语通用型机考平台。当前高校英语机考系统中普遍存在题型固定、形式单一、题目内容等问题，只适用于特定机考，无法提高系统的通用性和使用率，存在不同类型机考系统的重复建设部署。通过建设大学英语通用型机考平台可以支持学校大学英语期末考试、大学生英语水平测试、研究生英语考试、国际人才英语考试、外研社阅读写作大赛、托福考试、GRE考试等网络化机考，支持试题类型包括单选、多选、判断等客观题型，也包括填空、翻译、作文等主观题型，支持听力、视频等多媒体文件。教师可通过大学英语通用型机考平台快速便捷组织联机大规模标准考试，具有通用性强、方便快捷等特点。

（2）英语智慧考试辅助平台。提供AI智能助手，该助手根据学生的日常上课和平时考试情况，提供校本化复习方案、层次化复习方案、一体化复习方案和个性化复习方案［13］，并通过AI系统对考试结果进行数字化教学质量评估，并按学校、班级显示其认知质量指标，有助于更好地分析。

（3）英语智慧随堂测试平台。设置了英语听力测试、阅读测试、口语测试等专项测试，以随堂小测试促进知识巩固和技能提升，重在强化学生的听力、口语、阅读能力，加强核心技能的训练，测试结果可以随堂反馈，能够追踪到每个学生的作答详情，自带测试分析功能，是科学高效的诊断测试。随堂测试系统自带听力测试题库、阅读测试题库、口语测试题库，教师也可自编试题，测试结果实时统计并反馈到老师端，配备语音广播、屏幕广播等工具，方便老师随堂讲评。

（4）大学口语考试平台。大学英语口语考试系统专为大学口语考试设计，适用范围广，能够用于英语专业四/八级、俄语专业四/八级、中国汉语水平考试、商务汉语水平考试、翻译资格水平考试、外销员从业资格水平考试、高等教育自学考试、出国培训备选人员外语考试等国家级考试类型。从考务信息管理、智能试卷制作、音频合成编辑、问答讨论时测试等角度，按照制作口语试卷、进行口语考试、考后音频处理、进行口语阅卷、管理口语试卷的流程设计，是学生进行英语口语考试和训练的最佳选择［14-15］，如表4所示。

4 结 语

通过利用物联网、云计算、大数据和人工智能等信息技术与语音室的有机融合，打造基于教、学、管、考一体化的智慧语音室，构建网络化、数据化、互动立体化的智慧化外语教与学及智能化管理环境，解决了传统语音室存在的问题，极大提升了语音室智能管理水平，有效推动外语学科智慧教学模式改革和创新，为学生、教师和管理者提供高效、便捷的服务。