基于人工智能的英语在线学习系统设计

李燕

（德州职业技术学院基础部 山东省德州市 253034）

随着以人工智能技术为主的在线学习系统的功能不断完善，越来越多的学生都开始习惯且喜欢在以人工智能技术为主的系统上来进行学习。因此，本文以英语学习为例，来对人工智能的英语在线学习系统来进行设计，以此来为学生的学习，以及英语教师的教学提供参考。

1 人工智能技术

人工智能技术其具备感知能力、思维能力、学习能力、以及行为能力等特点。其中，感知，就是类似于人的感知能力，通过视觉、听觉、触觉、以及嗅觉等，来感知外部的世界。思维能力，就是模拟人类的思维过程，其会对一些信息进行感知、存储、记忆、搜索、归纳、以及联想等。学习能力，这是人工智能技术的主要优势标志，其意味着机器能跟人一样去发现学习、记忆学习、解释学习等。行为能力，就是在不需要人工干预的基础上，通过机器就可以实现目标的控制。

2 人工智能在英语学习中的应用

（1）随着我国互联网技术的发展，传统面对面的教学模式已不再是唯一的教育模式，以人工智能技术为主的教育模式正在被广泛的应用而来。传统面对面的教学模式有很多弊端，如优质的英语资源无法共享，学生自主学习英语的条件有限，教师的工作量也比较大，针对每一位学生的分层教学实施起来也比较困难。英语在线学习系统的应用可以有效的弥补这些弊端和不足，由教师将优秀的英语学习资源共享到系统中，学生可以根据自己的实际情况，不受时间、空间、以及难度等限制，就可以选择性的进行英语学习。

（2）学生的英语学习本身就是一个非常复杂的过程，因为在学习途中会遇到很多不确定因素影响着学生的学习。而人工智能最大的特点就是模拟人的思维模式，将这些复杂的过程简易化。其可以帮助学生制定动态学习策略、可以帮助学生去选择英语学习的内容，进而激发学生学习英语的乐趣，提高其学习英语的成绩和口语水平、应用水平。很多学者都说，基于人工智能的英语在线学习系统的设计，是现代信息技术的整合，也是信息技术在语言学习中的一次有价值的探索，因此，本文就基于人工智能的英语在线学习系统来进行设计。

3 基于人工智能的英语在线学习系统设计

3.1 设计背景

英语在线学习系统可以称之为一种新的教学模式，其注重实际案例教学。在在线学习系统中，学生可以自主的决定自己的学习进度，自主的选择学习的内容，投入很少的学习经费，就能享受到高端的教学资源。并且在系统上，如果遇到任何问题，还可以及时的跟教师、或者学生进行沟通，找到问题的解答。目前，很多学校的在线学习系统都是MOOC 模式，虽然改善了学生的学习效果，但是缺乏对学生智能化的客观评价。因此，需要设计基于人工智能的在线学习系统。其通过模拟人脑的方式，通过计算机系统的图形、图像、文本等功能，可以让学生更好的去练习英语的发音、单词的写作、口语的语调、扩张单词量等，有效的改善学生学习英语的效果，也为学生个性化学习提供了方向。

3.2 设计目标

设计一个基于人工智能的英语在线学习系统，该系统需要具备如下功能：

（1）帮助学生改善学习效果，激发其自主学习的积极性。

（2）对英语学习进行智能分类，结合学生的实际情况去制定学习计划。

（3）对学生的学习效果进行评价。

3.3 英语在线学习系统的总体设计

基于人工智能的英语在线学习系统需要有3 个子系统，即在线学习子系统、教学管理子系统、以及学习资源库管理子系统，详见图1。该系统还包括3 个模型和两个知识库。其中3 个模型，即学生模型、教师模型、诊断模型；学生模型涵盖了学生信息库和知识信息库；诊断模型包括诊断和评价；教师模型包括智能推理机和教学策略库，两个知识库即学生知识库和教师库。其中学生知识库包括学生的成绩评定和完成情况，教师知识库包含了教学内容和习题库两个模块。

图1：系统总体功能结构

该系统主要是对教师的教学和学生的学习来进行管理，是对在线学习系统的一种补充，通过图1 可以看出，整个系统是相互连接在一起的，是一个有机的整体。该系统会将学生信息库、知识信息库、学生基本信息贯穿到在线学习系统中，有效的实现了学习重点、难点、学习目的、学习反馈等不同学习环节的统一。

每一个子系统也无不体现智能性，学生可以在该系统上，制定一个针对自己的学习方案，该方案可以包括需要掌握的知识点、学习进度等，方便对学生在此系统可以动态的追踪和评估自己的学习情况。而且，学生还可以操作该系统的诊断功能来对学习进行诊断和评价，以此来调整自己的学习，改善学习效果。

3.4 在线学习子系统设计

在线学习子系统主要包括在线注册选课、学前水平测试、对应能力学习、学习评估反馈、以及提升学习级别5 个模块，详见图2。

图2：在线学习子系统

其中，在线注册选课包括智能电子学生证和课时选课两个模块，其中智能电子学生证通过人工智能技术推动学生入口，该端口涵盖课前、课中、课后三个教学场景，详见图3，学生通过智慧电子学生证入口后，就可以进行英语选课，可以去打卡各种互动课堂，以此来满足课后学习补充的多个学习互动场景。并且，在该模块，会通过人工智能技术来为学生创建一个学习的档案，方便学生来对英语学习进行调整、追踪以及记录等。

图3：电子学生证应用场景

学前水平测试，是对学生学习前的一个测试，其会根据学生所选的课程，来利用人工智能技术自动模拟出一份学前水平测试试卷，然后系统的诊断模块就会对试卷进行诊断和评价，生成一份学生学前能力的测试报告。并且，人工智能技术会根据测试报告给学生智能学习推荐和学习引擎，学生可以根据该推荐和引擎，在结合自己的实际情况，去进行个性化的选择和学习。

对应能力学习：该模块又包括5G 智能化虚拟实训平台和精准辅导两个模块。其中5G 智能化虚拟实训平台是人工智能技术根据学生的学前水平测试和自我选择来为学生打造一个5G 全息虚拟的智慧学习实训平台，该平台可以设计多感官课堂让学生沉浸式的互动体验，可以仿真英语对话规避风险，可以激发学生的空间思维，全面提升学生英语学习效果。精准辅导模块，主要是利用大数据分析和人工智能的黑科技，以学生为中心，通过跟踪记录学生的学习经历和过程，智能分析知识点的薄弱环节，补齐学生英语能力的短板，进而助力学生英语学习的提分。并且会汇聚完整的专属知识体图谱和学习轨迹，精准分析学习短板，让学生了解自己真正的学习实力。

学习评估反馈模块又包括智能化视频人脸自我感知和立体环式学习感知定位，其中智能化视频人脸自我感知，就是通过学生的表情来智能感知学生的专注度，根据学生所选的课程会实施大数据反馈用户状态，并动态实时预警给学生学习感知反馈。并且，还有课时分析报告，就是为每一位在线学习的学生提供大数据课时反馈，反馈自己的学习情况，方便学生及时的掌握。立体式学习感知定位，具备测、学、练、测四个步骤实现学生的环式学习，进而补齐其知识薄弱点，夯实其能力短板，详见图4。测试包括两个部分，即学习过程中的过程性评估和学习结束后的在线考试评估，两个评估结果形成最终的评估报告反馈给学生。

图4：立体环式学习感知定位

提升学习级别模块包括满分智能题库、英语自动化考试以及云端智能评分。其中智慧题库包括实时预览、本地化教研、多种题型、安全加密4 个环节，实时预览主要是在线学习系统提供预览和快速预览的功能，能对测试当前学生学习的页面，或者对学生整个的学习进行测试，会及时的发现问题；本地化教研是在线学习系统跟当地有名的英语名师合作，保证测试的题库符合当地考试标准，将学习本地化；多种题型，有开放性的题型，也有封闭性的题型；题型包括英语的填空、英语的口语作文、单词的跟读、文本的朗读、角色扮演等；安全加密，是为了防止学生作弊而实施的一种提供答案分配的功能，就是即使学生答到同等试卷，也会有同卷同答案异选项的功能，而且还会另做加密处理。英语的自动化考试包括随堂口语联，自动评测，AI 智能打分，指导和纠正学生的错误之处，帮助学生提分。云端智能评分，是通过专家评分模型、音频提取特征、线性和非线性拟合算法、以及LSTM 声学提取模型来对学生的英语学习进行智能评分。整个学习提分模块针对的是想要进行高级别英语学习的学生来设置的，不是必须项，学生可以根据自己的实际情况，或者倾向来进行选择和学习。

3.5 智能满分校园端和教师端

基于人工智能的英语在线学习系统还需要有校园端口和教师端口。其中校园端，主要是锻炼学生的英语听说能力。该端口采用权威的英语口语评测技术，全真的模拟英语人机对话考试，助力学生的英语听说锻炼。该端口主要有4 部分内容：

（1）系统采用计算机进行的英语听说考试都会有专业的教师来进行编写、录制。

（2）系统采用在线智能的试题评分方式，将“有效内容、误差控制”加入到评分当中，让评分更加的快速、公正。

（3）该系统可以替代传统的考试方式，试题类型丰富，可信度高。

（4）丰富的试题内容，丰富的人机考试形式，有效的提高学生英语听说水平。

教师端，分为三个部分，即一键在线布置、实时学情数据、智能减负增效，通过人工智能的教学方式，有效解决英语教学互动场景问题。其中，一键在线布置，包括全班全员的一键布置，让教师轻松的把握学生的课前预习和课后练习；实时学情数据，可以生成学情动态数据，帮助教师科学的进行分层，助力于教师的分层实践教学；智能减负增效，就是智能管理、智能评分、智能批阅、自主化统计分析等，真正的实现了学生阅读、口语、听力、语法等智能应用。

3.6 在线学习APP设计

随着智能手机的普及，在在线学习系统基础上，还可以设计在线学习的APP。APP 包括6 个模块，详见图5，即全动画视频、名师精编内容、智能模拟场景化听说学习、阅读学习，分级阅读、听说模拟考试，人机实战演练、教材同步听说学习、教研精选，个性化推荐学习。

图5：人工智能英语在线学习APP 设计

4 结束语

随着人工智能技术的快速发展，将其应用在学习中，不仅可以实现现代化教育的发展，而且还能改善学生在线学习的效果。虽然，基于人工智能的英语在线学习系统还处于一个探索的阶段，但是其改善学生的学习效果是显著的。人工智能为主的在线学习系统是新的学习理念，也是教师教学理念创新的实践化，目的就是让学生可以随时随地的、去高效的学习英语，锻炼自己的英语实践能力。