李云梅

（西安翻譯學(xué)院，陜西 西安 710105）

1 引言

遠(yuǎn)程教育作為一項(xiàng)新興的教育模式，現(xiàn)已成為課堂教學(xué)的主要教學(xué)輔助項(xiàng)目[1]，遠(yuǎn)程教育和多媒體技術(shù)的融合是外語教育的關(guān)鍵組成部分。目前，我國也針對(duì)外語教學(xué)多媒體遠(yuǎn)程授課技術(shù)進(jìn)行發(fā)展研究[2]。

其中，陳樺[3]等學(xué)者對(duì)中國學(xué)生英語朗讀自動(dòng)評(píng)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行研究，利用GMM-HMM 模型聯(lián)合DNN 模型設(shè)計(jì)自動(dòng)化英語口語語音測(cè)評(píng)系統(tǒng)，在一定程度上突破了傳統(tǒng)教學(xué)的限制。但該系統(tǒng)仍有一定延遲性，測(cè)評(píng)結(jié)果不準(zhǔn)確。孫鶯[4]等學(xué)者設(shè)計(jì)利用多媒體技術(shù)的英語教學(xué)系統(tǒng)，豐富了英語教學(xué)的課程實(shí)時(shí)交互，但所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的教學(xué)資源不豐富，無法進(jìn)行多方位系統(tǒng)教學(xué)。

為解決上述問題，本文以英語聽力能力遠(yuǎn)程教學(xué)方法為研究目標(biāo)，引入多媒體技術(shù)，組建多媒體遠(yuǎn)程自動(dòng)化教學(xué)系統(tǒng)，運(yùn)用分級(jí)網(wǎng)絡(luò)編碼方法確保遠(yuǎn)程教學(xué)數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸平穩(wěn)，畫面清晰流暢，較少實(shí)時(shí)延遲，提高英語聽說能力教學(xué)訓(xùn)練的有效性。

2 基于多媒體技術(shù)的英語聽說能力訓(xùn)練模式

多媒體擁有信息載體多元化和集成化特征，其與外語教學(xué)的融合是今后教學(xué)模式的必然發(fā)展趨向。多媒體遠(yuǎn)程自動(dòng)化授課優(yōu)點(diǎn)在于不受時(shí)間、地點(diǎn)的約束。但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，其系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行能力較低，導(dǎo)致教學(xué)資源，訓(xùn)練信息的傳輸實(shí)時(shí)性較差，對(duì)此，進(jìn)行多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)客戶端硬件設(shè)計(jì)及其功能優(yōu)化。

2.1 多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)客戶端硬件設(shè)計(jì)及其功能優(yōu)化

為提升英語聽說能力教學(xué)質(zhì)量發(fā)揮重要作用[5]。統(tǒng)整體構(gòu)建過程如下所示：

首先，本文系統(tǒng)將Windows Server 2016當(dāng)作操作平臺(tái)，將ASP．NET作為關(guān)鍵開發(fā)工具，利用Windows Server 2016的優(yōu)化性能，讓系統(tǒng)擁有更優(yōu)質(zhì)的執(zhí)行效率。

其次，依照目前網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、多媒體教學(xué)技術(shù)實(shí)際情況與應(yīng)用水準(zhǔn)，將系統(tǒng)全局架構(gòu)為三層瀏覽器/服務(wù)器模式(Browser/Server，B/S)。

最后，在Web環(huán)境下實(shí)施遠(yuǎn)程教學(xué)活動(dòng)，系統(tǒng)共擁有三種用戶：學(xué)生、教師與系統(tǒng)管理員。各類用戶的實(shí)際需要是創(chuàng)建遠(yuǎn)程教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)功效的前提[6]。系統(tǒng)內(nèi)必須具備如圖1所示的各種子系統(tǒng)。

如圖1所示，使用此系統(tǒng)能完成對(duì)教學(xué)資源的組織與管理、實(shí)施各類網(wǎng)上學(xué)習(xí)，自主完成學(xué)習(xí)任務(wù)。每個(gè)子系統(tǒng)的效能簡(jiǎn)述如下：

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

(1)教師備課子系統(tǒng)。匯集了現(xiàn)階段較為主流的多媒體創(chuàng)作及制作工具，為教師與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)設(shè)計(jì)供應(yīng)充足的便利條件。各種教學(xué)資源生成網(wǎng)頁文件之后，傳輸?shù)椒?wù)器固定目錄內(nèi)。

(2)教學(xué)直播子系統(tǒng)。把教師授課經(jīng)過及時(shí)上傳至服務(wù)器內(nèi)，再利用編碼器軟件把現(xiàn)場(chǎng)視頻音頻信號(hào)編碼壓縮后獲得流媒體文件，運(yùn)用服務(wù)器傳輸至網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，處于客戶端的學(xué)生能夠使用直播連接觀看授課。

(3)教學(xué)點(diǎn)播子系統(tǒng)。教師上傳課程錄播，學(xué)生可以自由選擇課程下載復(fù)習(xí)。

(4)遠(yuǎn)程教學(xué)子系統(tǒng)。教師課程傳授流程運(yùn)用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)實(shí)時(shí)拍攝后，開啟專用視頻編輯程序，經(jīng)過接口把攝像機(jī)內(nèi)的音頻視頻輸送至服務(wù)器，生成流媒體文件，學(xué)生在客戶端采用專門的視頻播放器挑選課堂點(diǎn)播內(nèi)的教學(xué)視頻完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

(5)輔導(dǎo)答疑子系統(tǒng)。該系統(tǒng)能供應(yīng)給師生一個(gè)在線交流互動(dòng)的平臺(tái)，學(xué)生向教師提出疑問，教師實(shí)時(shí)解答疑惑，也可以在網(wǎng)頁內(nèi)發(fā)布典型問題，真正展現(xiàn)輔導(dǎo)答疑這一環(huán)節(jié)效用。

(6)作業(yè)管理子系統(tǒng)。教師利用公告欄在網(wǎng)上發(fā)布作業(yè)，學(xué)生完成作業(yè)后，利用系統(tǒng)供應(yīng)的郵件收發(fā)系統(tǒng)，采用電子郵件模式傳輸至教師郵箱。教師完成作業(yè)審批，再發(fā)送至學(xué)生郵箱。

(7)網(wǎng)上考試子系統(tǒng)。學(xué)生登錄該系統(tǒng)后，能擇取考試項(xiàng)目與題型，系統(tǒng)自動(dòng)從數(shù)據(jù)庫內(nèi)任意選擇試題組成考卷。學(xué)生答完全部考題后，點(diǎn)擊交卷，系統(tǒng)自動(dòng)審批，得到考試成績(jī)。

(8)課件下載子系統(tǒng)。教師通過身份認(rèn)證轉(zhuǎn)入管理員界面，使用課件上傳功能，把制備完成的課件傳輸至服務(wù)器固定目錄內(nèi)。學(xué)生在主頁面點(diǎn)擊課件鏈接，進(jìn)入下載界面，實(shí)現(xiàn)充分的自主學(xué)習(xí)。

(9)教師工作室子系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對(duì)教學(xué)資源實(shí)施組織與保護(hù)。教師登錄系統(tǒng)后，對(duì)各類教學(xué)資源采取增加與刪減，上傳與更新。

2.2 客戶端性能優(yōu)化

針對(duì)上文構(gòu)建的硬件子系統(tǒng)進(jìn)行客戶端優(yōu)化處理，主要包含：三層B/S架構(gòu)下的Web發(fā)布技術(shù)與流媒體技術(shù)，下面對(duì)其性能進(jìn)行具體分析。

在B/S模式內(nèi)，客戶端瀏覽器使用超文本狀態(tài)向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的某個(gè)Web 服務(wù)器進(jìn)行服務(wù)請(qǐng)求，Web 服務(wù)收到請(qǐng)求后運(yùn)行相對(duì)的拓展應(yīng)用程序，把該請(qǐng)求轉(zhuǎn)變成多種語法形式，對(duì)數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)查詢、修正，最終用較為完整的Web 模式呈現(xiàn)。B/S體系架構(gòu)不需要研發(fā)專有的客戶端軟件，能夠有效減少研發(fā)成本[7]。并且用戶界面設(shè)置在相同瀏覽器內(nèi)，方便使用，界面友好[8]。針對(duì)B/S架構(gòu)軟件來說，其數(shù)據(jù)匯總于不同的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，客戶端沒有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，不用實(shí)施數(shù)據(jù)同步，保證了數(shù)據(jù)的即時(shí)性與安全性。

流媒體技術(shù)可以提供在線的視頻教學(xué)任務(wù)，是網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教學(xué)平臺(tái)的關(guān)鍵功能，為視頻點(diǎn)播等網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)提供了強(qiáng)有力支撐。流媒體技術(shù)使用流媒體格式傳送模式，把全部多媒體文件壓縮分解為若干個(gè)數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)多個(gè)任務(wù)同步進(jìn)行的目標(biāo)[9]。擅長高效率壓縮，擁有較好的視頻壓縮功效；能自適應(yīng)客戶端帶寬，保證傳輸速率，且延遲少。優(yōu)化后的流媒體技術(shù)應(yīng)用下的文件傳輸過程如圖2所示。

圖2 流媒體技術(shù)應(yīng)用下的文件傳輸過程

至此，根據(jù)優(yōu)化后的教學(xué)模式，在真實(shí)教學(xué)活動(dòng)中，可以使教師能利用多媒體和學(xué)生進(jìn)行交互，讓教學(xué)更為立體化，實(shí)時(shí)化，為培育英語聽說能力打下良好基礎(chǔ)。

3 分級(jí)網(wǎng)絡(luò)編碼下的多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化

在上文構(gòu)建的多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)框架中，用戶通過外置多媒體設(shè)施將實(shí)時(shí)信息變換成數(shù)字信息，再將此類信息處理后轉(zhuǎn)變成報(bào)文輸送至服務(wù)器端，服務(wù)器接收到媒體流之后，按照用戶信息與目前系統(tǒng)狀態(tài)決定緩存、舍棄或轉(zhuǎn)發(fā)。這時(shí)的服務(wù)器即為組播服務(wù)的供應(yīng)者，將緩存的媒體流以組播的形式發(fā)送，此時(shí)的數(shù)據(jù)包的傳輸過程如圖3所示。

圖3 實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)包的接收與輸送

為保障多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)授課數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性，讓學(xué)生能夠在安全平穩(wěn)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中獲得英語聽說訓(xùn)練課程，需利用分級(jí)網(wǎng)絡(luò)編碼手段對(duì)遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)內(nèi)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸過程進(jìn)行分析優(yōu)化，通過計(jì)算編碼的延時(shí)均值，確保數(shù)據(jù)包的穩(wěn)定傳輸。具體計(jì)算過程如下：

一個(gè)單源組播網(wǎng)絡(luò)使用有向無環(huán)圖G=(V，E)來描述，V是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)集，E是有向邊集，有向邊是節(jié)點(diǎn)間擁有的有向鏈路。s是源點(diǎn)，T={t1，t2，…，td}是宿點(diǎn)集。

將節(jié)點(diǎn)全部輸入信息字符在某個(gè)有限域GF(2m)內(nèi)的線性組合。則節(jié)點(diǎn)v的輸入信道集與輸出信道集分別定義為：

式中，tail(e)、head(e)依次為弧e的弧尾與弧頭。

節(jié)點(diǎn)v的輸出信道e[e∈Out(v)]通過編碼后，其轉(zhuǎn)發(fā)信息的字符是y(e)，計(jì)算過程為：

針對(duì)確定性網(wǎng)絡(luò)編碼，每比特平均計(jì)算延時(shí)的解析式為：

式中，h代表組播率，w是和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆嘘P(guān)的參變量，m是有限域的次。

關(guān)于隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼，每比特的計(jì)算延時(shí)均值推導(dǎo)解析式為：

式中，h、w、m的內(nèi)涵和式(4)相等，L代表數(shù)據(jù)塊長度。

不管是使用確定性網(wǎng)絡(luò)編碼還是隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼，通常都要符合伽羅華域高于節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)這一條件，即：

式中，m是伽羅華域GF(2m)的次，d是宿點(diǎn)數(shù)量。

圖4 英語聽說能力訓(xùn)練的主系統(tǒng)網(wǎng)—子系統(tǒng)網(wǎng)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

4 實(shí)驗(yàn)證明

為驗(yàn)證多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)傳輸效率，運(yùn)用Selenium測(cè)試工具對(duì)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行延時(shí)性檢驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為Windows7，電壓設(shè)定220v，網(wǎng)絡(luò)最大上傳速率為12500KB/s，記錄多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)測(cè)試中產(chǎn)生的延遲次數(shù)。為確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，將每組測(cè)試100次，詳細(xì)結(jié)果如表1所示。

表1 多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)運(yùn)行延時(shí)測(cè)試結(jié)果

由表1可知，在測(cè)試傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)包的接收情況中未出現(xiàn)延時(shí)情況；在測(cè)試傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)包的輸送情況時(shí)，僅出現(xiàn)一次延時(shí)情況，經(jīng)過系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)排查檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的原因?qū)е卵訒r(shí)，與教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)無關(guān)，因此將此次延時(shí)忽略不計(jì)。綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得知，本文設(shè)計(jì)的多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸接送測(cè)試中表現(xiàn)優(yōu)越，延遲情況少，證明該教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)，具有較強(qiáng)應(yīng)用性。

其次，為驗(yàn)證教學(xué)系統(tǒng)的實(shí)用性，對(duì)多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)硬件系統(tǒng)界面進(jìn)行幀率測(cè)試，驗(yàn)證系統(tǒng)運(yùn)行流暢畫面清晰，結(jié)果如表2所示。

表2 多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)硬件系統(tǒng)運(yùn)行幀率結(jié)果

由表2可知，多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)硬件子系統(tǒng)的幀率均在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，幀率的穩(wěn)定可以使直播和錄播畫面清晰，方便師生交流學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了本系統(tǒng)有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

5 結(jié)束語

本文在多媒體技術(shù)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上，創(chuàng)建多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)，引入多媒體技術(shù)，以多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)為創(chuàng)建遠(yuǎn)程教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)功效的前提，結(jié)合分級(jí)網(wǎng)絡(luò)編碼方法，提高遠(yuǎn)程教學(xué)數(shù)據(jù)傳輸平穩(wěn)性，保證學(xué)生英語聽說信息的獲取較為穩(wěn)定，提高教師與學(xué)生之間的交互性，提升英語聽說能力的教學(xué)效果。