一种基于多参量分析的口语形成性教学方法及系统技术领域
本发明涉及语音识别和评价技术领域，尤其涉及一种基于多参量分析的口
语形成性教学方法和系统。
背景技术
计算机辅助教学系统的研究是当前的热点问题，由国家教育部制订的《大
学英语课程教学要求》指出“新的教学模式应以现代信息技术，特别是网络技
术为支撑，在充分利用现代信息技术的同时，要合理继承传统教学模式中的优
秀部分，发挥传统课堂教学的优势。应有相应的面授辅导课时，以保证学习的
效果。”形成性评估(formativeassessment)又称过程性评价，是在教学过程中
即时、动态、多次对学生实施的评价，它注重及时反馈，用以强化和改进学生
的学习。
目前的教学评估系统并没有很好地运用形成性评估“通过一定的教学手段
获知学生的学习状况，教师、学生在仔细分析这种学习状况的基础上，对教学
方法或是学习方法做出相应调整”的理论，大多数只是将学生的学习状况单纯反
映到教师个体，并没有通过对学生的反馈充分发挥学生的主观能动性。此外，
在向教师展示学生学习状况方面，现有的系统大多只是对测验成绩进行了简单
的描述性统计，所以统计结果只能反映被试集团的总的概况，并未能深入到具
体的学生个体和逐个测试问题的分析，更不能反映一个学生在一段时期内学习
水平的变化趋势。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于多参量分析的口语形成性教学方法
和系统，通过多参量对口语进行测试，并对测试结果进行处理，能够满足学生
学习及教师教学的需求。
为了实现上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种基于多参量分析的
口语形成性教学方法，包括：
获取口语测试语音，对所述口语测试语音进行预处理；
从预处理后的口语测试语音中提取特征参数；
对所述特征参数进行多参量评价，得到多参量评价结果；
对所述多参量评价结果进行分级处理，获得综合发音指导；
根据所述综合发音指导及预设规则形成个人学习信息、班级学习信息和语
段学习信息。
进一步的，所述预处理包括预加重、分帧、加窗和端点检测。
进一步的，所述从预处理后的口语测试语音中提取特征参数包括：
对预处理后的口语测试语音进行单词切分，将所述口语测试语音切分为语
音段；提取所述语音段的语音关键词。
进一步的，所述多参量评价的参数包括发音准确度、情感、重音、语速、
节奏和语调；
所述对所述特征参数进行多参量评价，得到多参量评价结果包括：
根据对所述语音关键词发音识别的正确率，获得所述语音关键词的发音准
确度评价；
根据对所述语音关键词发音情感的正确率，获得所述语音关键词的发音情
感准确度评价；
根据对所述语音关键词发音重音的正确率，获得所述语音关键词的发音重
音准确度评价；
根据对所述语音关键词发音的速度，获得所述语音关键词的发音语速评价；
根据对所述语音关键词发音的节奏，获得所述语音关键词的发音节奏评价；
根据对所述语音关键词发音语调的正确率，获得所述语音关键词的发音语
调准确度评价。
进一步的，所述对所述多参量评价结果进行分级处理，获得综合发音指导
包括：
根据发音准确度、情感、重音、语速、节奏和语调的评价结果形成个人学
习信息、班级学习信息和语段学习信息。
进一步的，所述综合发音指导包括个人口语成绩，班级成绩分布信息，语
段成绩；
所述根据所述综合发音指导及预设规则形成个人学习信息、班级学习信息
和语段学习信息，包括：
根据所述个人口语成绩及第一预设规则形成个人总评分信息和基于所述多
参量的个人平均分信息；
根据所述班级成绩分布信息及第二预设规则形成班级总评分信息、班级学
生的总评分和/或基于所述多参量的班级平均分信息；
根据所述语段成绩及第三预设规则形成语段平均分信息。
为了实现所述目的，另一方面，本发明实施例提供了一种基于多参量分析
的口语形成性教学系统，包括语音采集单元、语音预处理单元、语音特征提取
单元、多参量分析单元、综合评价单元，评价信息形成单元和标准模型库；
所述语音采集单元，用于获取口语测试语音；
所述语音预处理单元，用于对所述口语测试语音进行预处理；
所述语音特征提取单元，用于从预处理后的口语测试语音中提取特征参数；
所述多参量分析单元，用于对所述特征参数进行多参量评价，得到多参量
评价结果；
所述综合评价单元，用于对所述多参量评价结果进行分级处理，获得综合
发音指导；
所述评价信息形成单元，用于根据所述综合发音指导及预设规则形成个人
学习信息、班级学习信息和语段学习信息；
所述标准模型库，用于存储标准语音语句和所述标准语音语句的语音特征
参数。
进一步的，所述语音特征提取单元包括：
单词切分单元，用于对预处理后的口语测试语音进行单词切分，将所述口
语测试语音切分为语音段；
关键词提取单元，用于提取所述语音段的语音关键词；
进一步的，所述多参数评价单元包括：
发音准确度评价单元，用于根据对所述语音关键词发音识别的正确率，获
得所述语音关键词的发音准确度评价；
情感准确度评价单元，用于根据对所述语音关键词发音情感的正确率，获
得所述语音关键词的发音情感准确度评价；
重音准确度评价单元，用于根据对所述语音关键词发音重音的正确率，获
得所述语音关键词的发音重音准确度评价；
语速准确度评价单元，用于根据对所述语音关键词发音的速度，获得所述
语音关键词的发音语速评价；
节奏准确度评价单元，用于根据对所述语音关键词发音的节奏，获得所述
语音关键词的发音节奏评价；
语调准确度评价单元，用于根据对所述语音关键词发音语调的正确率，获
得所述语音关键词的发音语调准确度评价。
进一步的，所述评价信息形成单元包括：
个人评价信息形成单元，用于根据所述个人口语成绩及第一预设规则形成
个人总评分信息和基于所述多参量的个人平均分信息；
班级评价信息形成单元，用于根据所述班级成绩分布信息及第二预设规则
形成班级总评分信息、班级学生的总评分和/或基于所述多参量的班级平均分信
息；
语段评价信息形成单元，用于根据所述语段成绩及第三预设规则形成语段
平均分信息。
本发明实施例提供的基于多参量分析的口语形成性教学方法和系统，本发
明实施例提供的基于多参量分析的口语形成性教学方法，通过提取口语测试语
音的特征参数，并根据所述特征参数，利用预先建立的隐马尔可夫模型进行语
音关键词识别，根据语音关键词获得多参量评价结果，通过对多参量评价结果
进行处理获得综合发音指导，将综合发音指导以图表的形式直观地展示给教师
和学生，从而为教师日常口语教学提供在线形成性评价工具，为学生的日常口
语学习提供在线形成性指导。相较于现有技术，本发明一方面口语发音进行多
参量客观评价，将成绩及时反馈给学生，充分发挥了学生的主观能动性；另一
方面深入学生个体、语段个体、班级个体对学习状况进行分析，为教师教学提
供形成性评估依据。
附图说明
图1是本发明提供的基于多参量分析的口语形成性教学方法的一个实施例
的方法流程图；
图2是本发明提供的个人总评分信息图；
图3是本发明提供的个人平均分信息图；
图4是本发明提供的班级总评分信息和基于所述多参量的班级平均分信息
图；
图5是本发明提供的班级学生的总评分分布图；
图6是本发明提供的语段平均分信息图；
图7是本发明提供的基于多参量分析的口语形成性教学系统的一个实施例
的系统结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清
楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是
全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造
性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中
各个步骤前的标号仅为了对各个步骤进行更清楚地标识，各个步骤之间没有必
然的先后顺序的限定。本发明实施例中，虽仅以英语语音的评测为例，但本领
域技术人员应当理解，本发明也可应用到其他语言的语音处理中。
参见图1，是本发明提供的基于多参量分析的口语形成性教学方法的一个实
施例的方法流程图。
如图1所示，所述基于多参量分析的口语形成性教学方法包括以下步骤：
S11，获取口语测试语音，对所述口语测试语音进行预处理；
其中，所述预处理包括但不限于预加重、分帧、加窗和端点检测。
S12，从预处理后的口语测试语音中提取特征参数；
本步骤具体包括：对预处理后的口语测试语音进行单词切分，将所述口语
测试语音切分为语音段；提取所述语音段的特征参数，根据所述特征参数提取
所述语音段的语音关键词。
在具体实施当中，优选采用双门限法对预处理后的所述口语测试语音进行
单词切分，根据短时平均能量和短时平均过零率是否达到预设的阈值，将所述
口语测试语音切分成为多个语音段。所述特征参数包括但不限于MFCC
(Mel-FrequencyCepstralCoefficients，Mel倒谱系数)特征参数。
根据所述特征参数，利用预先建立的隐马尔可夫(HMM)模型对语音段进
行关键词语音识别，提取出所述口语测试语音中使用的关键词，获得口语关键
词。可根据标准语音语句的答题关键词和所述答题关键词的同义词预先建立隐
马尔可夫模型，并存储于标准模型库中，以在需要进行关键词语音识别时进行
调用。在关键词语音识别中，可根据口语测试语音的Mel倒谱系数，预先建立
的隐马尔可夫模型进行模型匹配，以识别出所述获得口语测试语音中所使用的
关键词。
S13，对所述特征参数进行多参量评价，得到多参量评价结果；
其中，所述多参量评价参数包括发音准确度、情感、重音、语速、节奏和
语调；
所述对所述特征参数进行多参量评价，得到多参量评价结果，具体包括：
根据对所述语音关键词发音识别的正确率，获得所述语音关键词的发音准
确度评价；
根据对所述语音关键词发音情感的正确率，获得所述语音关键词的发音情
感准确度评价；
根据对所述语音关键词发音重音的正确率，获得所述语音关键词的发音重
音准确度评价；
根据对所述语音关键词发音的速度，获得所述语音关键词的发音语速评价；
根据对所述语音关键词发音的节奏，获得所述语音关键词的发音节奏评价；
根据对所述语音关键词发音语调的正确率，获得所述语音关键词的发音语
调准确度评价。
S14，对所述多参量评价结果进行分级处理，获得综合发音指导；
本步骤具体包括：
根据发音准确度评价、发音情感准确度评价、发音重音准确度评价、发音
语速评价、发音节奏评价和发音语调准确度评价形成个人口语成绩，班级成绩
分布信息，语段成绩。
S15，根据所述综合发音指导及预设规则形成个人学习信息、班级学习信息
和语段学习信息。
该步骤具体包括：
S151、根据所述个人口语成绩及第一预设规则形成个人总评分信息和基于
所述多参量的个人平均分信息；
其中，个人口语成绩来源于安卓手机客户端上的学习成绩，服务器在每次
完成口语语音测试后保存每次的个人总成绩和各参量成绩。所述第一预设规则
可以是根据离散数据形成饼状图的规则，也可以是根据离散数据形成雷达图的
规则。本实施例中，形成个人总评分信息的第一预设规则为根据离散数据形成
饼状图的规则，形成基于所述多参量的个人平均分信息的第一预设规则为根据
离散数据形成雷达图的规则。对应的，个人总评分信息以如图2所示的饼状图
的形式体现；基于所述多参量的个人平均分信息以如图3所示的雷达图的形式
体现。方便学生及时掌握自己口语学习的情况，充分发挥了学生的主观能动性。
S152、根据所述班级成绩分布信息及第二预设规则形成班级总评分信息、
班级学生的总评分和/或基于所述多参量的班级平均分信息；
其中，服务器在每次完成口语语音测试后保存每次的班级成绩分布信息。
所述第二预设规则可以是根据离散数据形成线形图的规则，也可以是根据离散
数据形成饼状图的规则。对应的，班级总评分信息和基于所述多参量的班级平
均分信息以如图4所示的线性图的形式体现。班级学生的总评分按照教师所教
的不同班级将班级学生的总评分以如图5所示的饼状图的形式体现。方便教师
针对不同班级的情况进行教学计划的修改。
S153、根据所述语段成绩及第三预设规则形成语段平均分信息。
其中，服务器在每次完成口语语音测试后保存每次的语段信息。所述第三
预设规则是根据离散数据形成柱状图的规则。对应的，语段平均分信息以如图6
所示的柱状图的形式体现，方便教师按照学生针对句子的不同掌握情况进行有
针对性的辅导。
通过步骤S15将综合发音指导以图表的形式直观地展示给教师和学生，从
而为教师日常口语教学提供在线形成性评价工具，为学生的日常口语学习提供
在线形成性指导。
本发明实施例提供的基于多参量分析的口语形成性教学方法，通过提取口
语测试语音的特征参数，并根据所述特征参数，利用预先建立的隐马尔可夫模
型进行语音关键词识别，根据语音关键词获得多参量评价结果，通过对多参量
评价结果进行处理获得综合发音指导，将综合发音指导以图表的形式直观地展
示给教师和学生，从而为教师日常口语教学提供在线形成性评价工具，为学生
的日常口语学习提供在线形成性指导。相较于现有技术，本发明一方面口语发
音进行多参量客观评价，将成绩及时反馈给学生，充分发挥了学生的主观能动
性；另一方面深入学生个体、语段个体、班级个体对学习状况进行分析，为教
师教学提供形成性评估依据。
参见图7，是本发明提供的基于多参量分析的口语形成性教学系统的一个实
施例的系统结构图。所述基于多参量分析的口语形成性教学系统的实质内容与
图1所示实施例的基于多参量分析的口语形成性教学方法对应，本实施例中未
详述之处可参见图1所示实施例中的相关描述。
如图7所示，所述基于多参量分析的口语评测系统包括语音采集单元21、
语音预处理单元22、语音特征提取单元23、多参量分析单元24、综合评价单元
25、评价信息形成单元26和标准模型库27。
语音采集单元21安装于如手机等的客户端供口语学习者使用，语音预处理
单元22、语音特征提取单元23、多参量分析单元24、综合评价单元25、评价
信息形成单元26和标准模型库27安装于服务器中，通过在线提交方式让服务
器对口语学习者的发音进行评测并处理，口语教学者可通过该系统查看测试者
个人成绩、班级整体成绩和语段成绩等多种可视化的统计图表，将统计数据作
为形成性评价依据，对学生进行有针对性的辅导。
其中，所述语音采集单元21，用于获取口语测试语音；
所述语音预处理单元22，用于对所述口语测试语音进行预处理；
所述语音特征提取单元23，用于从预处理后的口语测试语音中提取特征参
数；
所述多参量分析单元24，用于对所述特征参数进行多参量评价，得到多参
量评价结果；
所述综合评价单元25，用于对所述多参量评价结果进行分级处理，获得综
合发音指导；
所述评价信息形成单元26，用于根据所述综合发音指导及预设规则形成个
人学习信息、班级学习信息和语段学习信息；
所述标准模型库27，用于存储标准语音语句和所述标准语音语句的语音特
征参数。
进一步地，所述语音特征提取单元23包括：
单词切分单元，用于对预处理后的口语测试语音进行单词切分，将所述口
语测试语音切分为语音段；
关键词提取单元，用于提取所述语音段的语音关键词；
进一步的，所述多参数分析单元24包括：
发音准确度评价单元，用于根据对所述语音关键词发音识别的正确率，获
得所述语音关键词的发音准确度评价；
情感准确度评价单元，用于根据对所述语音关键词发音情感的正确率，获
得所述语音关键词的发音情感准确度评价；
重音准确度评价单元，用于根据对所述语音关键词发音重音的正确率，获
得所述语音关键词的发音重音准确度评价；
语速准确度评价单元，用于根据对所述语音关键词发音的速度，获得所述
语音关键词的发音语速评价；
节奏准确度评价单元，用于根据对所述语音关键词发音的节奏，获得所述
语音关键词的发音节奏评价；
语调准确度评价单元，用于根据对所述语音关键词发音语调的正确率，获
得所述语音关键词的发音语调准确度评价。
进一步的，所述评价信息形成单元26包括：
个人评价信息形成单元，用于根据所述个人口语成绩及第一预设规则形成
个人总评分信息和基于所述多参量的个人平均分信息；
班级评价信息形成单元，用于根据所述班级成绩分布信息及第二预设规则
形成班级总评分信息、班级学生的总评分和/或基于所述多参量的班级平均分信
息；
语段评价信息形成单元，用于根据所述语段成绩及第三预设规则形成语段
平均分信息。
综上所述，本发明实施例提供的基于多参量分析的口语形成性教学方法及
系统，通过提取口语测试语音的特征参数，并根据所述特征参数，利用预先建
立的隐马尔可夫模型进行语音关键词识别，根据语音关键词获得多参量评价结
果，通过对多参量评价结果进行处理获得综合发音指导，将综合发音指导以图
表的形式直观地展示给教师和学生，从而为教师日常口语教学提供在线形成性
评价工具，为学生的日常口语学习提供在线形成性指导。相较于现有技术，本
发明一方面口语发音进行多参量客观评价，将成绩及时反馈给学生，充分发挥
了学生的主观能动性；另一方面深入学生个体、语段个体、班级个体对学习状
况进行分析，为教师教学提供形成性评估依据。
通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明
可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过专用硬件包括专
用集成电路、专用CPU、专用存储器、专用元器件等来实现。本发明的技术方
案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，
该软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，U盘、移动硬盘、
只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess
Memory)、磁碟或者光盘等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于
此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到
变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应
以所述权利要求的保护范围为准。