于舜

(河南省外貿(mào)學(xué)校， 河南 鄭州 450002)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，與國(guó)際交流的事務(wù)越來(lái)越多，英語(yǔ)的讀寫能力和溝通能力是十分必要的，由于信息技術(shù)的發(fā)展可以幫助學(xué)生快速地提高掌握英語(yǔ)的能力，而且學(xué)生對(duì)于英語(yǔ)教學(xué)提出了越來(lái)越高的要求，傳統(tǒng)的英語(yǔ)教學(xué)模式已經(jīng)無(wú)法滿足教學(xué)的需求，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者都在探索自主建構(gòu)式的英語(yǔ)教學(xué)方式[1]，利用信息化的技術(shù)對(duì)這種教學(xué)方式進(jìn)行探索。通過(guò)基于RBF的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的理論研究，開(kāi)展建構(gòu)式英語(yǔ)學(xué)習(xí)平臺(tái)的實(shí)踐探索，讓學(xué)生沉浸在英語(yǔ)學(xué)習(xí)情境中。而且在當(dāng)前國(guó)際上，在線教學(xué)平臺(tái)的實(shí)踐使用十分廣泛，例如Blackboard、Moodle、WebCT、eCollege等等在線教育平臺(tái)[2]。

1 建構(gòu)式英語(yǔ)教學(xué)模式及分類

1.1 英語(yǔ)自主學(xué)習(xí)

國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為，自主學(xué)習(xí)就是學(xué)生主宰自己的學(xué)習(xí)。自主學(xué)習(xí)具有更好的主觀能動(dòng)性、學(xué)習(xí)反饋性以及自主調(diào)節(jié)性。而國(guó)外的眾多學(xué)者則將自主學(xué)習(xí)歸納為四個(gè)要點(diǎn)，即綜合性、能力性、環(huán)境性以及責(zé)任性[3]。自主學(xué)習(xí)模式主要可以分為兩種，主要依據(jù)教學(xué)的地方，包括課堂自主學(xué)習(xí)以及課外自主學(xué)習(xí)兩種模式。課外自主學(xué)習(xí)就是常見(jiàn)的課前預(yù)習(xí)功課、課后復(fù)習(xí)、自主選用參考書等，這類學(xué)習(xí)模式需要學(xué)生不借助外力的協(xié)助、獨(dú)立自主地完成學(xué)習(xí)。而課堂上的自主學(xué)習(xí)往往會(huì)受到教師的影響，能夠與教師相互合作，獲得更好的學(xué)習(xí)效果。而英語(yǔ)自主學(xué)習(xí)是學(xué)生按照自己的學(xué)習(xí)目的，制定英語(yǔ)學(xué)習(xí)的規(guī)劃，展開(kāi)自我監(jiān)督，從而達(dá)到良好的英語(yǔ)學(xué)習(xí)效果。其理論基礎(chǔ)主要是基于現(xiàn)代教育心理學(xué)的建構(gòu)主義、人本主義以及認(rèn)知主義[4]，這三方面分別是由學(xué)生學(xué)習(xí)英語(yǔ)的情感、認(rèn)知和環(huán)境來(lái)實(shí)施自主學(xué)習(xí)。三種理論的融合為優(yōu)質(zhì)的教育理念提供基礎(chǔ)理論。

1.2 建構(gòu)式教學(xué)

在進(jìn)行英語(yǔ)學(xué)習(xí)的活動(dòng)中，建構(gòu)式的教學(xué)模式主要是以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)的雙主模式[5]，結(jié)合教和學(xué)的兩個(gè)角度，利用先進(jìn)的教學(xué)理念，結(jié)合信息技術(shù)、多媒體技術(shù)來(lái)提高學(xué)生在英語(yǔ)學(xué)習(xí)聽(tīng)說(shuō)讀寫四方面的能力。建構(gòu)式的教學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)象由學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)活動(dòng)、媒體傳遞這三個(gè)方面組成[6]。設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)是以學(xué)習(xí)工具和學(xué)習(xí)資源來(lái)相互組合，依靠網(wǎng)絡(luò)資源為載體，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，體驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容并評(píng)價(jià)自身的學(xué)習(xí)成果，利用多媒體技術(shù)的學(xué)習(xí)工具將乏味、枯燥的英語(yǔ)學(xué)習(xí)內(nèi)容變成豐富多彩的影像動(dòng)畫資料，體現(xiàn)在視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)上，開(kāi)放式的英語(yǔ)教學(xué)平臺(tái)有利于學(xué)生在課后自主學(xué)習(xí)。網(wǎng)絡(luò)化的交流環(huán)境也有助于和教師之間的溝通，體現(xiàn)教師的主導(dǎo)功能，所以建構(gòu)式的英語(yǔ)教學(xué)平臺(tái)對(duì)于提高學(xué)生的英語(yǔ)自主學(xué)習(xí)能力具有積極的意義。

2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的英語(yǔ)學(xué)習(xí)平臺(tái)

2.1 RBF算法

RBF算法稱為徑向基函數(shù)，是由局部調(diào)整神經(jīng)元組成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[7]，一般具有五層網(wǎng)絡(luò)模型，如圖1所示。

圖1 RBF算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖

其中第一層為與案例有關(guān)的信息因素，這些輸入量可以歸納為不同的英語(yǔ)項(xiàng)目指標(biāo)，輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。第二層則是隸屬函數(shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為式(1)。

(1)

第三層形容了模糊規(guī)則數(shù)，通過(guò)對(duì)樣本的學(xué)習(xí)，盡量使得學(xué)習(xí)的規(guī)則數(shù)最少，最重要。其中第j個(gè)規(guī)則的輸出的數(shù)學(xué)計(jì)算為式(2)。

(2)

式中，cj=(c1j,…,crj)代表第j個(gè)RBF單元的中心。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特征是神經(jīng)元距離中心越近，其激活程度越高[8]，非常符合建構(gòu)式英語(yǔ)學(xué)習(xí)的影響因素的教學(xué)模式。

第四層則是歸一化層，該層的節(jié)點(diǎn)應(yīng)與模糊規(guī)則節(jié)點(diǎn)一致[9]，它的第j個(gè)節(jié)點(diǎn)Nj的輸出為式(3)。

(3)

第五層是輸出層，輸出英語(yǔ)聽(tīng)說(shuō)讀寫的各個(gè)技能的成績(jī)，其主要是基于RBF算法中的TS模糊模型[10]，它的輸出量為式(4)。

(4)

wk代表第k個(gè)規(guī)則的連接方式，即輸出變量的權(quán)重乘積的加和為式(5)。

(5)

為了實(shí)現(xiàn)RBF算法的簡(jiǎn)化，可以將第二層、第三層以及第四層歸結(jié)成隱含層，第一層和第五層分別為輸入層和輸出層。

2.2 模型實(shí)現(xiàn)

基于RBF算法的建構(gòu)式英語(yǔ)學(xué)習(xí)平臺(tái)的模型，主要是在建構(gòu)式英語(yǔ)學(xué)習(xí)平臺(tái)的設(shè)計(jì)中參考RBF算法的思想，在編寫代碼的過(guò)程中充分體現(xiàn)算法。在模型算法的實(shí)現(xiàn)層面上，可以滿足教師和學(xué)生各自的需求，RBF算法可以解決英語(yǔ)教學(xué)的量化指標(biāo)，尤其在教師層面上，教學(xué)效果如何可以在不同的教學(xué)時(shí)長(zhǎng)、教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容的配置方式下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。對(duì)于學(xué)生，算法主要解決不同學(xué)習(xí)狀態(tài)、任務(wù)進(jìn)度下的學(xué)習(xí)成績(jī)。學(xué)生的算法模型如表1所示。

表1 學(xué)生算法模型

該算法模型主要考查國(guó)家四六級(jí)英語(yǔ)考試的學(xué)生成績(jī)情況，輸入層包含在該學(xué)習(xí)平臺(tái)下學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間，隱含層則是對(duì)應(yīng)學(xué)習(xí)資料的不同內(nèi)容，輸出層是各個(gè)科目的成績(jī)，從而計(jì)算出四六級(jí)英語(yǔ)考試的最優(yōu)化總成績(jī)，并且比較所花費(fèi)的時(shí)間比例。為了獲得良好英語(yǔ)能力的學(xué)習(xí)規(guī)律，對(duì)某省部分高校參加四六級(jí)英語(yǔ)考試的大一、大二學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)搜集，選取其中參加考試的學(xué)生7 000多人，其中有將近3 200人通過(guò)了等級(jí)考試，成績(jī)良好學(xué)生的基數(shù)模型，可在一定程度上反映良好的英語(yǔ)學(xué)習(xí)習(xí)慣，如表2所示。

表2 四六級(jí)成績(jī)良好的學(xué)生模型

3 英語(yǔ)學(xué)習(xí)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

該學(xué)習(xí)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

采用分布式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[11]，依據(jù)教師、學(xué)生、管理員的用戶等級(jí)來(lái)支持不同的身份權(quán)限，同時(shí)對(duì)應(yīng)的服務(wù)略有不同，該建構(gòu)式英語(yǔ)學(xué)習(xí)平臺(tái)主要由輔助訓(xùn)練、自主學(xué)習(xí)、視聽(tīng)訓(xùn)練等模塊來(lái)組成，其邏輯圖如圖3所示。

圖3 邏輯圖

各個(gè)模塊組成需要后臺(tái)題庫(kù)的支持，通過(guò)采用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)支持，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)集成的自動(dòng)化管理，執(zhí)行數(shù)據(jù)解決方法的總體方案。

3.1 平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的主要功能為英語(yǔ)學(xué)習(xí)課件題庫(kù)，課件題庫(kù)包含聽(tīng)力選擇題、單項(xiàng)選擇題、判斷題、閱讀理解、完形填空、糾錯(cuò)題、填空題等等。數(shù)據(jù)庫(kù)的信息列表中含有試題類型信息、試題知識(shí)點(diǎn)信息、試題領(lǐng)域信息、試題語(yǔ)法信息、多媒體文件信息、試題答案信息等等，這些信息列表的數(shù)據(jù)類型和字段內(nèi)容如表3所示。

表3 數(shù)據(jù)庫(kù)信息列表

3.2 學(xué)習(xí)平臺(tái)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)

該學(xué)習(xí)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已經(jīng)陳述過(guò)，平臺(tái)運(yùn)行的環(huán)境為軟件和硬件結(jié)合，服務(wù)器環(huán)境下，布置數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，系統(tǒng)設(shè)置為4G內(nèi)存500G的固態(tài)硬盤、雙CPU的至強(qiáng)處理器系統(tǒng)和千兆網(wǎng)卡，軟件上則采取系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，備份軟件采用Veritas備份，應(yīng)用服務(wù)器操作系統(tǒng)為MS Windows 2007企業(yè)版，系統(tǒng)軟件為WinCC。學(xué)習(xí)平臺(tái)的登錄界面，需輸入用戶名與密碼，如圖4所示。

圖4 用戶登錄界面

采用該省的理工大學(xué)的英語(yǔ)專業(yè)學(xué)生成績(jī)，評(píng)估基于RBF算法實(shí)現(xiàn)的英語(yǔ)學(xué)習(xí)平臺(tái)的使用效果，選取該高校2018級(jí)語(yǔ)言學(xué)院學(xué)生予以使用。其中，聽(tīng)力和口語(yǔ)練習(xí)模塊的界面圖如圖5所示。

圖5 聽(tīng)力練習(xí)模塊界面圖

設(shè)置該高校2018級(jí)語(yǔ)言學(xué)院學(xué)生的四級(jí)考試成績(jī)的合格線為425分，設(shè)定對(duì)比的顯著性差異設(shè)置為5%。為了比較不同年級(jí)的學(xué)生是否存在較大的差異，首先對(duì)比2017級(jí)英語(yǔ)專業(yè)學(xué)生的四級(jí)英語(yǔ)考試合格率與2018級(jí)學(xué)生的合格率(第1次參加大學(xué)英語(yǔ)四級(jí)考試)，差異性顯示在1.5%左右，幾乎沒(méi)有差異。然后在2018級(jí)語(yǔ)言學(xué)院中，對(duì)比使用平臺(tái)的學(xué)生與未使用學(xué)生的四級(jí)考試情況。從結(jié)果中，可以發(fā)現(xiàn)在使用了學(xué)習(xí)平臺(tái)的學(xué)生具有較好的通過(guò)率，說(shuō)明平臺(tái)的使用探索趨勢(shì)起到了一定的積極作用，如表4、表5所示。

表4 2017級(jí)與2018級(jí)英語(yǔ)專業(yè)部分學(xué)生的大學(xué)英語(yǔ)四級(jí)考試

表5 2018級(jí)語(yǔ)言學(xué)院使用平臺(tái)的大學(xué)生與未使用平臺(tái)大學(xué)生的合格率對(duì)比

4 總結(jié)

建構(gòu)式英語(yǔ)學(xué)習(xí)方式為英語(yǔ)學(xué)習(xí)者提供了更好的技術(shù)支持和學(xué)習(xí)理念，本文首先介紹了建構(gòu)式英語(yǔ)學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，分析相比于傳統(tǒng)英語(yǔ)學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢(shì)。并且分析了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，尤其針對(duì)性地采用局部調(diào)整的RBF算法，考慮RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練模型和構(gòu)建方式，模擬出四六級(jí)英語(yǔ)良好學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)規(guī)律，從而更好地實(shí)現(xiàn)英語(yǔ)學(xué)習(xí)平臺(tái)的效果，讓英語(yǔ)學(xué)習(xí)平臺(tái)在學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程中起到支撐性的作用，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)的評(píng)估，能夠更好地對(duì)軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。在后續(xù)的研究中，應(yīng)加入更人性化的界面設(shè)計(jì)，采用更大規(guī)模的模型樣本來(lái)訓(xùn)練模型，使之準(zhǔn)確度更加具有普適性，保證在操作度方面具備良好的穩(wěn)定性，也可以將多種算法融合用來(lái)改進(jìn)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練算法，獲得更具有通用的算法模型，這是下一步研究的重點(diǎn)方向。