李莉 劉斌

摘? 要： 傳統(tǒng)的英語口語訓(xùn)練系統(tǒng)采用分層訓(xùn)練策略，無法達到系統(tǒng)性能設(shè)計要求。為此，設(shè)計基于人機交互的英語口語訓(xùn)練系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)由C8051F021單片機、LM317芯片、LM337芯片、A/D芯片和IN5822二極管組成，用于可靠控制芯片采樣頻率。系統(tǒng)軟件選擇在Windows 7操作平臺下開發(fā)，采用C+語言開發(fā)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯構(gòu)件和訓(xùn)練策略。軟、硬件結(jié)合，完成基于人機交互的英語口語訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計。為使實驗具有說明性，對比兩個系統(tǒng)性能。在400套訓(xùn)練題庫中選擇50個訓(xùn)練項目，參與測試人數(shù)3 000人。實驗結(jié)果表明，基于人機交互的英語口語訓(xùn)練系統(tǒng)提出的訓(xùn)練策略各項指標均已達到設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞： 英語口語訓(xùn)練; 系統(tǒng)設(shè)計; 人機交互技術(shù); 訓(xùn)練策略; 軟件開發(fā); 性能對比

中圖分類號： TN912.34?34; TP43.2? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2020）14?0135?03

Design of oral English training system based on human?computer interaction

LI Li1， LIU Bin2

（1.Xinlian College of Henan Normal University， Zhengzhou 450000， China; 2. Nanyang Institute of Technology， Nanyang 473004， China）

Abstract： As the traditional oral English training system adopts layered training strategy， which cannot meet the requirements of system performance design， a oral English training system based on human?computer interaction is designed. The hardware structure of the system is composed of C8051F021 SCM， LM317 chip， LM337 chip， A/D chip and IN5822 diode， which is used to reliably control the sampling frequency of the chip. The system software is developed on the Windows 7 operational platform， and the business logic components and training strategies of the system are developed by means of C+ language. The design of oral English training system based on human?computer interaction is completed in combination of the hardware and software. The performances of the two systems are compared to make the experiment illustrative. 50 training items were selected from 400 sets of training question banks， and 3000 people participated in the test. The experimental results show that the various indexes of the training strategies proposed by the oral English training system based on the human?computer interaction have met the design requirements.

Keywords： oral English training; system design; human?computer interaction technology; training strategy; software development; performance comparison

0? 引? 言

英語口語訓(xùn)練系統(tǒng)的開發(fā)是以學(xué)生的需求為主，同時，參照教育部提出的教學(xué)方案講解英語知識點，所提供的功能有課后測試、口語練習(xí)等。在實際使用的過程中，學(xué)生要注冊登錄英語口語訓(xùn)練系統(tǒng)，使用各項功能安排學(xué)習(xí)計劃，通過測試合理安排學(xué)習(xí)。當(dāng)前的英語口語訓(xùn)練系統(tǒng)能夠滿足學(xué)生的使用需求，但還存在很多的問題需要統(tǒng)一解決。例如，在試題組織方面，多數(shù)會采用固定的模式，固定口語訓(xùn)練內(nèi)容;或者采用題庫設(shè)計模式將口語訓(xùn)練內(nèi)容分成不同類型[1]。綜上所述，傳統(tǒng)的英語口語訓(xùn)練系統(tǒng)缺少相關(guān)策略指導(dǎo)，無法針對學(xué)生情況調(diào)整。為此，針對英語口語訓(xùn)練系統(tǒng)方面存在的問題，引入項目反應(yīng)理論完成系統(tǒng)的開發(fā)。為提高系統(tǒng)智能性，采用人機交互技術(shù)完成軟件功能設(shè)計。硬件部分選用C8051F021單片機、LM317和LM337芯片、A/D芯片、IN5822二極管。下面為基于人機交互的英語口語訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計的具體實現(xiàn)過程。

1? 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于人機交互的英語口語訓(xùn)練系統(tǒng)硬件框架圖見圖1。

圖1中，C8051F021單片機是硬件系統(tǒng)的主單片機，主要負責(zé)完成傳感器的數(shù)據(jù)采集。 C8051F021單片機與PC機之間采用無線通信方式，完成單片機與PC機之間的數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)屏幕顯示[2]。為了提高電源電壓穩(wěn)定精度，根據(jù)系統(tǒng)各芯片的工作要求，接入+12 V和-12 V電源。通過LM317和LM337芯片分別將+12 V和-12 V電源穩(wěn)壓在+4.5 V和-4.5 V范圍內(nèi)[3]。芯片真值表見表1。

為了不影響電橋輸出信號的精準度，選用LM317最具有代表性的穩(wěn)壓器，它具有特殊的輸出電壓，可調(diào)范圍在1.25～37 V之內(nèi)。電壓調(diào)整率為0.01%，溫度漂移典型值為0.6%，負載調(diào)整率[4]為0.1%。上述數(shù)據(jù)表明，LM317能與LM337組成正負對稱，有效提高系統(tǒng)性能。圖1中LM2575S選用美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的芯片，含有固定頻率振蕩器，具有完善的保護電路。在外部器件的選擇上，選擇ESR的旁路電容可以有效防止在輸入端出現(xiàn)大的瞬態(tài)電壓[5]。電源的額定耐壓值要維持在最大輸入電壓的2倍，否則會對器件造成損害。在續(xù)流二極管的選擇上選用肖特基二極管，IN5822二極管的開關(guān)速度快[6]。LM2575S芯片可以連續(xù)工作，若流過的電感為連續(xù)型電流，就需要將電感電流維持在一個開關(guān)周期內(nèi)。在電源輸出電容的設(shè)置上，要使用100 [μF]/16 V的鉭電容。需要注意的是，電容值越大，對器件的損害越大。輸出電容是用于穩(wěn)定輸出濾波的，若輸出電容太小，也會導(dǎo)致反饋環(huán)路不穩(wěn)定[7]。

A/D芯片主要是將一個位置的模擬輸入信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。為保證系統(tǒng)性能，要將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成適合的器件，否則會影響系統(tǒng)的運行速度[8]。系統(tǒng)精度取決于傳感器，在傳感器選定的情況下，A/D芯片性能會直接影響系統(tǒng)的技術(shù)指標，為對應(yīng)輸出數(shù)碼，在實際模擬的過程中要分辨模擬信號的最小變化值，定義在相同采樣條件下的轉(zhuǎn)換精度。表2為A/D芯片分辨率轉(zhuǎn)換精度。

系統(tǒng)應(yīng)用于不同對象時要選用不同的采樣頻率，依據(jù)表2，采用足夠精度的系統(tǒng)是實現(xiàn)采樣頻率可靠控制的保證[9]。由此，完成基于人機交互的英語口語訓(xùn)練系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

2? 軟件功能設(shè)計

采用人機交互開發(fā)技術(shù)能更好地展現(xiàn)頁面內(nèi)容，提高用戶的使用體驗[10]。采用C++語言開發(fā)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯構(gòu)件和訓(xùn)練策略。系統(tǒng)軟件的開發(fā)環(huán)境選擇在Windows 7操作平臺下，部署應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。為更好地展現(xiàn)學(xué)生歷史學(xué)習(xí)軌跡，添加Data Grid 控件，通過雙向綁定的方式記錄訓(xùn)練過程狀態(tài)[11]。完成上述工作后，要構(gòu)建一套可配置的后臺服務(wù)功能，在設(shè)計系統(tǒng)時，先考慮訓(xùn)練策略的適應(yīng)性問題。通過相關(guān)訓(xùn)練參數(shù)配置，實現(xiàn)信息交互。引入訓(xùn)練策略后，要針對學(xué)生能力值選擇與之相應(yīng)的口語訓(xùn)練項目，更好地提供指導(dǎo)[12]。

1） 讀取有關(guān)訓(xùn)練題目類型和訓(xùn)練范圍內(nèi)的信息。讀取信息會被保存到測試參數(shù)結(jié)構(gòu)體當(dāng)中。

2） 在口語訓(xùn)練的過程中，要引用這些參數(shù)，經(jīng)過測試后，查找當(dāng)前學(xué)生是否參加口語訓(xùn)練。如果參加，要使用獲取活動信息方法計算當(dāng)前學(xué)生的能力值;若不參加，要提取主題從題庫中抽取相關(guān)資料作為訓(xùn)練內(nèi)容。

3） 獲取預(yù)測試結(jié)果，分析學(xué)生訓(xùn)練情況，得到學(xué)生能力值。

4） 利用人機交互技術(shù)檢測訓(xùn)練資料數(shù)據(jù)量，如果不滿足就需要繼續(xù)選擇訓(xùn)練題目，若滿足結(jié)束訓(xùn)練。

學(xué)生口語訓(xùn)練功能的核心是人機交互算法實現(xiàn)的，依據(jù)人機交互理念，利用編程語言實現(xiàn)算法功能。首先，設(shè)置各個參數(shù)和各個項目的最大曝光率;在完成每一個項目的設(shè)定后，模擬訓(xùn)練過程得到曝光參數(shù);最后，根據(jù)項目內(nèi)容分組，判斷項目曝光率。若大于項目曝光率，會自動選擇下一道與自身能力值接近的口語訓(xùn)練項目。由此，完成基于人機交互的英語口語訓(xùn)練系統(tǒng)軟件的設(shè)計。

3? 實驗分析

實驗測試英語口語訓(xùn)練系統(tǒng)性能，由于所建系統(tǒng)還處于開發(fā)階段，重點在于核心功能的實現(xiàn)，系統(tǒng)界面還未成形。本次實驗中，重點分析兩個系統(tǒng)的性能。為使實驗具有說明性，測試傳統(tǒng)系統(tǒng)和本次所建系統(tǒng)性能。

3.1? 實驗注意事項

在測試的過程中，要研究何時終止測試。首先，要確定實驗測試訓(xùn)練數(shù)量，遵循定長測試規(guī)則，選擇終止時間。在完成所有項目訓(xùn)練后，終止測試。為了提高測試結(jié)果的準確度。依據(jù)測試結(jié)束規(guī)則，完成實現(xiàn)，實驗規(guī)則如下：

原則1：匯總測試結(jié)果，確定測試項目值，完成測試項目后，即可結(jié)束實驗。

原則2：使用對比法，在實驗進行到一定程度時對比兩個系統(tǒng)的估計值。若兩個系統(tǒng)的差值小于設(shè)定閾值，即可終止考試。

原則3：實驗前，要先統(tǒng)計實驗信息量，確定閾值后，終止實驗。

3.2? 系統(tǒng)性能測試結(jié)果

在性能測試的過程中，分別對比傳統(tǒng)訓(xùn)練策略和本次提出的基于人機交互的英語口語訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計的訓(xùn)練策略，再測試同一批樣本數(shù)據(jù)的平均偏差和訓(xùn)練課題曝光率分布情況。實驗中設(shè)計的測試模型，其訓(xùn)練題庫中總數(shù)量為400套，參與測試人數(shù)為3 000人，訓(xùn)練項目為50個。測試結(jié)果見表3、表4。

由表3和表4實驗結(jié)果可知，本次設(shè)計的基于人機交互的英語口語訓(xùn)練系統(tǒng)提出的訓(xùn)練策略的各項指標，明顯高于傳統(tǒng)的英語口語訓(xùn)練系統(tǒng)的訓(xùn)練策略，達到了提高英語口語訓(xùn)練系統(tǒng)策略性能的要求。

4? 結(jié)? 語

針對傳統(tǒng)的英語口語訓(xùn)練系統(tǒng)存在的問題，提出基于人機交互的英語口語訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計。設(shè)計的主要工作有：針對英語口語訓(xùn)練系統(tǒng)記錄能力的問題，利用人機交互技術(shù)將每一次訓(xùn)練情況上傳到數(shù)據(jù)庫，基于人機交互技術(shù)分析學(xué)生英語口語訓(xùn)練情況;針對系統(tǒng)電源問題，選用不同芯片進行調(diào)整;通過實驗，測試傳統(tǒng)系統(tǒng)和所建系統(tǒng)的性能。