段秀麗，張曉明，王志周，韓玉勇

（滕州市中等職業(yè)教育中心學(xué)校，山東棗莊 277500）

0 引言

隨著工業(yè)技術(shù)的進步和國際貿(mào)易的持續(xù)推進，英語在職業(yè)教育中的重要性越來越顯著[1]。無論工業(yè)生產(chǎn)、設(shè)備維修、技術(shù)交流，還是經(jīng)商貿(mào)易、合作洽談，都離不開先進、高效的英語教學(xué)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用，為具有遠程協(xié)助、職業(yè)評價、行業(yè)管理和技術(shù)服務(wù)等功能的一體化英語教學(xué)平臺[2-3]的開發(fā)提供了良好的技術(shù)條件。在山東省教育教學(xué)研究課題韓玉勇名師工作室項目（編號：2021 JXY143）的支持下，提出一種線上、線下的混合式教學(xué)系統(tǒng)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，根據(jù)專業(yè)或行業(yè)特點設(shè)置虛擬場景，實現(xiàn)遠程智能學(xué)習(xí)和反饋[4]。相比工程裝備的生產(chǎn)管理，職業(yè)英語的教學(xué)管理平臺所需的硬件開發(fā)相對較少，但硬件穩(wěn)定性和軟件功能性的開發(fā)要求更高。為提升平臺開發(fā)效率，對相關(guān)服務(wù)器和通信協(xié)議進行合理配置，使得教學(xué)資源能夠在云平臺有效地共享[5]，結(jié)合用戶英語水平以及行業(yè)需求，設(shè)計不同的數(shù)據(jù)傳輸通道，改善不同學(xué)習(xí)階段的適用性。

1 教學(xué)平臺硬件設(shè)計

1.1 平臺管理層結(jié)構(gòu)

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢可知，職業(yè)英語教學(xué)平臺的設(shè)計可面向智能化、公開化，具備交互性、靈活性和反饋性。在職業(yè)英語教育目標的指導(dǎo)下，將教學(xué)平臺的結(jié)構(gòu)劃分為4 個階層：感應(yīng)層、連接層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層，教學(xué)平臺管理層結(jié)構(gòu)如圖1 所示。其中，感應(yīng)層設(shè)置有智慧黑板、VR 虛擬場景系統(tǒng)、教學(xué)傳感系統(tǒng)和智能網(wǎng)關(guān)等；連接層主要提供云平臺的接口和代理服務(wù)器；數(shù)據(jù)層主要用于提供多媒體資源的調(diào)用和反饋數(shù)據(jù)；應(yīng)用層則用于學(xué)生端和教師端的信息管理和教學(xué)效果評價。

圖1 教學(xué)平臺管理層結(jié)構(gòu)

在感應(yīng)層內(nèi)，針對工程實踐類專業(yè)的特點，設(shè)置虛擬生產(chǎn)、工藝、設(shè)備維護等方面的英語教學(xué)專項，根據(jù)虛擬場景提升英語學(xué)習(xí)的應(yīng)變能力。在應(yīng)用層內(nèi)，設(shè)置有教學(xué)管理和評價系統(tǒng)，能夠根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)對教學(xué)效果進行量化和反饋，并在數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲，便于用戶學(xué)習(xí)等級的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。在數(shù)據(jù)層內(nèi)，My SQL 和Influx DB 作為主要的開發(fā)工具?？蛻舳丝蓪崟r發(fā)送Web 請求，適用于遠程教學(xué)，學(xué)習(xí)案例統(tǒng)計和教學(xué)目標的可視化處理等。

1.2 教學(xué)場景設(shè)計

教學(xué)場景設(shè)計主要針對專業(yè)英語的學(xué)習(xí)，基于VR 客戶端和語音解析系統(tǒng)，實現(xiàn)不同工程領(lǐng)域的特定教學(xué)，涵蓋數(shù)據(jù)通信、云端交互等功能。教學(xué)場景基于工程實踐進行開發(fā)，并能夠?qū)F(xiàn)場設(shè)備的英語操作流程寫入程序，提升工程技術(shù)人員的英語水平。因此，教學(xué)場景的設(shè)計屬于平臺管理層中的感應(yīng)層。除了VR 虛擬現(xiàn)實場景，智慧黑板也可以提供有效的交互性英語學(xué)習(xí)條件。VR 客戶端與智慧黑板均包含數(shù)據(jù)采集模塊、有線/無線通信模塊、數(shù)據(jù)交互模塊、ARM 處理模塊、控制電路模塊等基本功能模塊，通過智能網(wǎng)關(guān)程序，將職業(yè)英語的教學(xué)信息導(dǎo)入代理服務(wù)器。教學(xué)場景內(nèi)的傳感器系統(tǒng)主要為人工智能模塊，能夠?qū)⒂脩舻淖x、寫和聽的錯誤信息等相關(guān)數(shù)據(jù)基于MQTT 協(xié)議傳輸至云平臺，供用戶查閱和分析。教學(xué)場景內(nèi)的大量程序和中間數(shù)據(jù)均以消息形式存在，與數(shù)據(jù)庫之間能夠?qū)崟r響應(yīng)。為確保場景信息調(diào)取的效率，在My SQL 構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫內(nèi)增加MQTT 功能插件。在云平臺中發(fā)送場景設(shè)置指令后，客戶端能夠及時接受指令并在主控模塊的控制下實現(xiàn)平臺資源的傳輸。云平臺與教學(xué)場景之間的交互主要通過客戶端實現(xiàn)，在第三方的Web 端主要針對常規(guī)多媒體資源進行應(yīng)用。

職業(yè)英語的教學(xué)場景配制流程如圖2 所示。首先，平臺執(zhí)行云數(shù)據(jù)的讀取，根據(jù)教學(xué)目標設(shè)置教學(xué)場景。然后，隨著教學(xué)內(nèi)容的進行，教學(xué)場景需要實時更新，此時相關(guān)硬件將接受云平臺指令對不同的場景進行調(diào)整和配置。最后，通過處理器、通信模塊等將教學(xué)數(shù)據(jù)上傳至云平臺進行交互處理。此外，感應(yīng)層還提供了HTTP 訪問模式，提升云平臺的應(yīng)用范圍。

圖2 職業(yè)英語的教學(xué)場景配制流程

1.3 通信功能設(shè)計

由于教學(xué)平臺涉及大量的數(shù)據(jù)傳輸，因此需要設(shè)置合理的通信功能。通信模塊以智能網(wǎng)關(guān)為基礎(chǔ)，通過各個功能模塊的拓展提升無線數(shù)據(jù)的傳輸效率和質(zhì)量。在智慧教室內(nèi)，構(gòu)建無線局域網(wǎng)，便于各個設(shè)備之間的通信。通信模塊與云平臺之間的連接基于4G 網(wǎng)絡(luò)，兼容5G 通信。作為基礎(chǔ)框架設(shè)備，智能網(wǎng)關(guān)以單片機為控制核心，集成存儲模塊、串行通信模塊、無線接收模塊、電源管理模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊等，性能達到工業(yè)級別，能夠有效確保云數(shù)據(jù)的通信性能。

通信模塊的基本組成原理如圖3 所示，供電電壓為12 V，包含多個USB 接口，便于后續(xù)的功能擴展和升級，而且與相關(guān)硬件模塊的兼容性良好。通信模塊在工作時，首先對智慧教室內(nèi)的初始數(shù)據(jù)進行校對，驗證結(jié)束后相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入緩存區(qū)。在云服務(wù)器內(nèi)，將數(shù)字化資源與教學(xué)目標進行匹配，并以消息形式傳遞至學(xué)生管理系統(tǒng)的客戶端。為避免數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤，分別采用產(chǎn)品密鑰和設(shè)備密鑰對客戶端信息進行驗證，確保通信數(shù)據(jù)的有效性和實時性。

圖3 通信模塊組成原理

2 教學(xué)管理系統(tǒng)設(shè)計

2.1 英語資源數(shù)據(jù)庫

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，職業(yè)英語的數(shù)據(jù)庫可呈現(xiàn)出多樣性和交互性。數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建是衡量云平臺管理水平的重要指標，根據(jù)功能結(jié)構(gòu)，可將其分為物理層、概念層和表現(xiàn)層，資源數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如圖4 所示。根據(jù)多媒體資源的類型，可將其分為視頻、語音、圖片、文字、軟件程序等。數(shù)據(jù)庫篩選的準確性和可靠性是框架構(gòu)建的重要依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場教學(xué)情境的配置與控制流程，采用Influx DB 方案，能夠根據(jù)時間分布對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析。英語教育的本質(zhì)為語言學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，離不開交互性和認知性的不斷提升。在資源庫中的虛擬仿真模塊中，需要對課程標準的考核內(nèi)容進行持續(xù)改進。在資源管理方面，根據(jù)學(xué)習(xí)和反饋效果，將英語考核中的試題與課程目標相對應(yīng)，自動計算每個課程目標的平均達成度，為云平臺的自主訓(xùn)練提供重要的持續(xù)改進依據(jù)。

圖4 資源數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

在資源數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)框架中，數(shù)字化資源主要存放在云服務(wù)器的物理存儲中，不同資源的分類和邏輯性關(guān)系的處理均在物理層內(nèi)實現(xiàn)。為便于英語多媒體資源的檢索和應(yīng)用，需要對數(shù)字化資源進行抽象化處理，即采用不同的概念對其進行程序式描述。因此，概念層內(nèi)的多媒體語言具有特性的表現(xiàn)形式。在表現(xiàn)層，為更好地實現(xiàn)信息檢索功能，需要對數(shù)據(jù)格式進行標定，根據(jù)用戶類型選取不同的搜索算法對相應(yīng)的資源進行定位。

2.2 管理平臺的結(jié)構(gòu)

設(shè)計的英語教學(xué)管理平臺的基本組成如圖5 所示，主要用于現(xiàn)場職業(yè)英語的情景培訓(xùn)和遠程教學(xué)。對于該教學(xué)管理平臺，軟件的開發(fā)是關(guān)鍵，也是不斷匹配教學(xué)目標與教學(xué)資源關(guān)系的重要手段。由于職業(yè)英語的素質(zhì)培養(yǎng)目標較為重要，因此，對應(yīng)的考核比例在管理平臺的配制與優(yōu)化中需要逐步增加。在英語教學(xué)中，能力目標相比知識目標更為關(guān)鍵，這是因為社會與工程問題往往復(fù)雜多變，而且解決過程中會出現(xiàn)與傳統(tǒng)知識體系相悖的現(xiàn)象。在語言自動化處理方面，系統(tǒng)選用KIM 為核心工具，能夠根據(jù)英語的情景特點對相關(guān)詞匯、語句進行標注和特征化命名。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，可將教學(xué)評價體系進一步量化，以便對教學(xué)目標的實現(xiàn)進行更科學(xué)地評價。

圖5 教學(xué)管理平臺的組成

2.3 管理系統(tǒng)的應(yīng)用

為確保英語教學(xué)管理平臺有著更好的應(yīng)用效果，除了在客戶端開發(fā)更多的插件之外，還通過XML 展示更多的Web 信息，使其保持廣泛的標簽化管理能力，即基于邏輯推理和Web 文檔實現(xiàn)自動的成績評價和教學(xué)反饋。職業(yè)教學(xué)管理系統(tǒng)的應(yīng)用效果主要體現(xiàn)在2 個方面：

（1）多媒體數(shù)字化資源格式的兼容性。在系統(tǒng)中的資源庫內(nèi)，包含諸多非標準格式的文件，因此需要對不同非格式數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性進行限定，確保數(shù)字化資源格式的兼容性。

（2）系統(tǒng)管理的辨識度和操作性較強。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，教學(xué)手段既可以是靜態(tài)的，也可以是動態(tài)的。對于系統(tǒng)管理，語言模型需要有良好的辨識度，否則難以獲得良好的檢索效果。多媒體資源的操作性對用戶體驗非常關(guān)鍵，特別是數(shù)據(jù)庫的模型結(jié)構(gòu)和傳輸效率，確保圖像、視頻等資源的通信質(zhì)量。

3 結(jié)束語

職業(yè)英語教學(xué)是高素質(zhì)、高水平人才培養(yǎng)的關(guān)鍵，而傳統(tǒng)教學(xué)手段已逐漸無法適應(yīng)當前的社會、經(jīng)濟、科技發(fā)展現(xiàn)狀?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)，提出一種職業(yè)英語教學(xué)平臺的設(shè)計與研究，能夠匹配不同行業(yè)發(fā)展特點，結(jié)合VR 虛擬現(xiàn)實實現(xiàn)情景化教學(xué)模式，通過無線數(shù)據(jù)通信、云端交互等功能實現(xiàn)良好的遠程教學(xué)效果。具有先進性和智能性的教學(xué)平臺設(shè)計離不開良好的硬件和軟件功能，為此，系統(tǒng)設(shè)計和選用存儲模塊、串行通信模塊、無線接收模塊、電源管理模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊等均具備較高的穩(wěn)定性。