基于语音识别APP的航空英语课程混合式教学模式建构与效果研究
时间：2023-03-04 10:20:06 来源：千叶帆 本文已影响人
尚立琴，张乐，原文杰，李慧君
(1.中国民航大学，天津 300300；
2.九江职业技术学院，江西九江 332007；
3.民航天津空管分局，天津 300399)
《国务院关于促进民航业发展的若干意见》明确指出中国民航要努力增强国际航空竞争力。国际航空市场的迅速发展对于相关从业人员的英语能力尤其是航空英语能力提出了更高的要求。同时，国际民航组织数据显示，70%以上的民航不安全事件与航空从业人员英语沟通不畅有关，因此ICAO(International Civil Aviation Organization)在附件1中规定了对从业人员的语言要求，即相关人员必须达到ICAO英语工作级要求，方可从事实际运行工作〔1〕。航空英语，隶属于专门用途英语ESP(English for special purposes)，是特定民航运行环境下使用的语言。根据航空公司、院校和相关企业要求，我国民航院校的学生也需要通过中国民用航空局开发和组织的航空英语测试，达到工作级语言能力要求，方可进入行业从事相关工作。随着我国国际航空的迅速发展和民航局航空英语测试难度的提升，各民航院校传统航空英语教学模式培养的学生在毕业时取得航空英语工作级资质的比例有所下降，同时进入实际民航运行后，学生的航空英语能力与行业需求也有一定的差距。在航空英语教学改革方面，民航院校教学专家进行了一系列研究和探讨，刘博等〔2〕探讨了OBE+SPOC理论指导下的管制员英语课程改革；
戴莉新等〔3〕研究了航空飞行英语中的EGP+ESP模式；
冯蜀冀等〔4〕进行了航空英语“微改革”可行性实证研究。本研究将构建基于语音识别APP的航空英语课程混合式教学模式，并开展教学实验，对该模式的教学效果进行实证研究，旨在为我国行业院校专门用途英语教学模式改革提供新的思路和启示。
二十世纪60年代，语音识别开始受到学者的关注，随后隐马尔科夫模型和人工神经网络成为语音识别领域研究的热点内容〔5〕。语音识别是指从原始语音数据里提取声学特征，训练后得到声学模型，与字典发音和语言模型组成语音网络，然后对新的语音提取其特征，再通过声学模型，最后采用维特比解码得出识别结果〔6〕。新的世纪，信息技术的迅速发展，语音识别技术开始从实验室走向实际应用。航空陆空通话英语作为专门用途英语是一种半人工语言〔7〕，有特殊的通话发音和结构，一般的语音识别软件有效识别度不高。邱意等开发了基于双向长短时记忆网络(BiLSTM)的陆空通话语音识别方法〔8〕，提高了陆空通话语音识别的有效性。
近年来多款通用英语学习手机APP引入了语音识别技术，如科大讯飞语记APP、流利说-英语、有道词典等。在航空陆空通话英语方面，英语流利说和土星英语等APP结合陆空通话英语特点，基于陆空通话特殊的发音和结构，建立航空陆空通话英语语料库。引入语音识别技术对于使用者的陆空通话跟读进行评价和纠正，一定程度上代替了航空英语教师对学生陆空通话语言的评价和纠正，可以很大程度上缓解教师的工作量，提升评价环节的效率；
同时手机APP的使用突破了传统学习模式的时间和地点限制，语音识别技术的应用一定程度上可取代教师对于飞行员陆空通话跟读进行评价和纠正，可作为混合式教学模式中学习评价的组成部分之一。
项目组邀请5位航空英语教学专家、2位在线教学平台运行经理、1位航空英语语音识别APP公司语音识别专家，基于混合式教学理论、ESP语音识别技术、智慧树线上教学平台以及教学评价理论，结合中国民航大学二年级飞行学员的学情分析，构建了基于语音识别APP的混合式教学模式(如图1所示)。混合式教学模式，依托智慧树在线教育平台、课堂教学和航空英语语音识别APP土星英语，融合传统线下教学和新技术背景下的线上教学优势。
图1 线上线下结合的混合式教学模式
基于语音识别APP的混合式教学模式和传统的课堂教学模式均遵循相同的教学规律和学习规律，其主要的区别在于，传统教学模式集中在课堂学习，以教师授课为中心，而新型混合式教学模式以学生为中心，注重课前线上自主学习，课堂教师指导学习，课后APP巩固练习和纠正，并引入了多元评价体系。课程的多元评价基于3个部分的数据：智慧树平台学生学习数据(如学生学习时长、学习次数、教学视频弹题完成情况和章节测试成绩等)、教师评价(包括课程随堂测试和集中听说能力测评)和语音识别APP数据(如跟读次数和跟读正确率等)。混合式教学模式的实施主要分为课前、课中和课后三个阶段，分别基于智慧树平台、课堂教学和语音识别APP来进行。
课前，教师在智慧树平台发布学习资源，学习资源包括本节课的学习目标、5-15分钟左右的知识点教学视频、课堂测试、练习、思考问题和课后作业，同时规定学习时间节点和作业提交时间节点。学生根据时间节点，完成视频学习、测试、练习、思考问题并在平台提交作业，在论坛提出问题。课中，教师在教室进行授课，对于知识点中的难点和重点进行串讲，组织学生针对相关话题和案例进行讨论，并对于学生提出的问题进行针对性讲解。课后，学生利用具备航空英语语音识别功能的手机APP练习所学的知识点，完成跟读-评价-纠正的过程。如果学生多次练习后评分仍然不及格，学生需要返回智慧树平台重新学习知识点视频，教师可根据学生后台的数据，对学生学习进行辅导和督促。
同时，语音识别APP后台会统计学生的学习情况。针对飞行员陆空通话英语课程涉及的605个语言知识点，APP后台对于学生的练习次数和评分过低次数进行统计(如图2所示)。基于该数据，教师可以了解学生的练习情况，同时对评分次数过低的知识点可以进行针对性讲解，亦可对每位学生的学习情况进行监控，了解学生的知识点掌握薄弱环节，为学生进行个性化辅导。同时，利用图中的多元评价体系，课程的教学评价有条件从终结性评价向形成性评价过渡。
图2 知识点练习次数和评分过低次数
(一)研究问题
基于语音识别APP的混合式教学模式对于学生航空英语测试成绩的影响。
(二)实验对象
研究以中国民航大学60名大学二年级的飞行技术专业学生为实验对象，学生的教育背景基本相同，学习和认知能力基本一致，均完成了一年的飞行基础陆空通话课程学习，基础陆空通话成绩无显著差异(如表1所示，P=0.135)。实验将学员分为A组和B组，A组为实验组，B组为对照组，每组30人。
(三)实验设计
教学时长为18周，每周3学时，两组学生均使用《PEPEC中国民航飞行员英语考试900句》为教材。课题组基于中国民航飞行人员英语语言能力考试系统Pilots’ English Proficiency Examination of CAAC，即PEPEC 4级考试语句复诵部分考试大纲要求〔9〕，将教材内容细化为605个知识点。实验组采用在智慧树平台、课堂授课和语音识别APP的混合式教学模式教学(如图1)，对照组采用传统的课堂教学模式教学，在实验的其他方面，两个班尽可能保持一致。
(四)测量工具
在完成18周的教学实验后，使用中国民航飞行人员英语语言能力考试系统(PEPEC)测试的语句复诵部分对于被试者进行陆空通话英语能力的测量。
PEPEC测试是我国民航局结合国内多年飞行员专业英语测试的经验，根据国际民航组织附件1和《国际民航组织语言能力要求实施手册》(Doc.9835)的要求开发的一套专门用途英语考试系统，侧重被试者职业英语的测试，旨在测试飞行员在一线运行中所需的语言能力〔10〕。陆空通话英语能力是测试的主要内容之一。《PEPEC中国民航飞行员英语考试900句》是中国民航飞行人员英语语言能力考试语句复诵部分的考试题库〔11〕。因此，实验的测量工具采取中国民航飞行人员英语语言能力考试模拟系统进行，聘请具有局方认证评分员资质的教师对学生的陆空通话英语能力进行评分〔12〕。课题组将陆空通话英语知识点(按照PEPEC4级，即工作级要求)进行分类，从基本管制通话能力、机场管制通话能力、进近管制通话能力、区域管制通话能力、紧急情况通话能力、气象有关通话能力和其他情况通话能力进行测试和评分(每项满分为10分)。
(五)实验数据收集和分析
在实验开始前，利用SPSS统计学软件，对于60名被试的基础陆空通话课程成绩进行了独立样本T检验，结果显示，学生的基础陆空通话课程成绩，在统计学上均不存在显著差异(p>0.05)，说明两个班在实验前的初始条件是基本相同的，实验组和对照组具有可比性，如表1所示。
表1 实验组和对照组实验前基础陆空通话课程成绩独立样本t检验
在完成18周的教学实验后，利用中国民航飞行人员英语语言能力考试系统对飞行员的陆空通话英语能力进行测试。测试完成后，成绩由评分员评出，后台计算被试各个模块的成绩，并使用SPSS软件对所收集到的数据进行统计分析。
如表2所示，在完成18周的教学实验后，对60名同学分7个方面进行测试，实验组的PEPEC成绩均值在基本管制通话能力、机场管制通话能力、进近管制通话能力、区域管制通话能力、紧急情况通话能力、气象有关通话能力和其他情况通话能力方面均高于对照组。成绩在基本管制通话能力、机场管制通话能力、进近管制通话能力、紧急情况通话能力、气象有关通话能力和其他情况通话能力方面均存在显著差异(p<0.05)，但在区域管制通话能力方面差异不存在显著性(p>0.05)。可以认为基于语音识别APP的航空英语混合式教学模式有利于飞行技术专业学生陆空通话英语成绩的提高。
表2 实验组和对照组实验后PEPEC成绩独立样本t检验
航空英语混合式教学模式突破了传统教学模式“以教师为中心”的授课方式，完成了课程航空陆空通话知识传授、航空英语能力培养(以听说能力为主)和当代民航价值塑造“三位一体”的教学要求。智慧树线上教学平台帮助学生在课前进行有效预习和完成教师通过智慧树平台发布的课程相关知识点讲解、练习、测试等，同时教师能够通过线上平台对学生的预习时间和效果进行监控，该部分将成为学生课程结课成绩的一部分，从而促进学生对知识点进行充分的课前预习。在充分预习的情况下，教师的课堂教学效果和课堂讨论的深度得以提升。
课堂教学从“低阶”的教师单纯知识点讲解，升级为“高阶”的能力培养和价值塑造。学生充分的课前预习，使得课堂教学从低难度教学任务讲解向“高阶”能力培养过渡成为可能。教师在课堂组织相关知识点的课堂讨论和小组任务展示，课前充分预习使得讨论的深度和任务的完成效果均有显著提升。混合式教学模式突破了传统教学的瓶颈，从“以教师教为中心”转变为“以学生学为中心”。同时，基于语音识别APP的评价数据，教师在课堂教学中可以为不同的学生进行个性化教学和辅导。
多元综合评价体系的建立是混合式教学模式的主要特点。混合式教学模式结合智慧树平台数据、教师课堂教学评价和语音识别APP评价数据，对学生的综合能力给出评价。语音识别APP是混合式教学模式的核心内容之一。语音识别APP作为自动评价系统对学生的学习情况给出评分，且可持续多次给出较为准确的评分，一定程度上替代了教师的角色，缓解在飞行技术专业学生人数激增情况下大班授课中教学评价不足的矛盾。同时，语音识别自动评价系统突破了传统学习时间和空间的限制，可以在教学的各阶段对学生的学习进行反馈和评价。语音识别APP同时促进了航空英语学习的自主性和个性化。APP的后台数据，如学生的每个知识点的练习次数、学习时间和正确率可作为学生课程总评成绩的一部分。同时，针对每个学生错误率较高的知识点，教师总结其错误原因，可为学生制定个体化的辅导方案。基于语音识别APP的航空英语混合式教学模式结合了智慧树平台、语音识别手机APP和传统教室授课的优点，对学生基本管制通话能力、机场管制通话能力、进近管制通话能力、紧急情况通话能力、气象有关通话能力和其他情况通话能力培养均有促进作用。
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