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摘 要：学习汉语普通话的外国人越来越多，对外汉语教师的师资力量的匮乏，严重制约了对外汉语教学的发展。针对希望进一步掌握普通话口语学习的外国学习者，该研究提出了一种普通话游戏学习系统。本系统的学习模式结合了计算机技术和语言学研究成果，打破了传统的教学模式的限制，对学习者进行实时评测，提供学习报告与口语学习的最终评定结果。结果表明，该系统能够较为有效地辅助外国学习者的普通话口语学习。
关键词：普通话学习；语音评测；语音识别
中图分类号：TP391.7 文献标识号：A 文章编号：2095-2163（2015）01-
Abstract： More and more foreigners want to learn Chinese Mandarin， but the lack of Chinese language teachers seriously restricts the development of teaching Chinese. For the foreign learners who hope to further grasp the mandarin study， this research proposes a Mandarin learning system. The mode of learning system combines computer technology and linguistics and breaks the traditional teaching model constraints. It support real-time evaluation and provide learning report and the final evaluation results of oral learning. The results show that the system can effectively assist foreign learners to study Mandarin.
Keywords： Mandarin Learning；Speech Evaluation；Speech Recognition
0 引 言
人类最常使用的、最为有效且方便的交流方式之一就是语言，所以口语水平已然成为衡量会话能力的重要标准。近年来，随着中国经济实力和综合国力的增强，汉语逐渐走向了全世界。在与不同国家间日渐频繁的文化与经济交流过程中，汉语普通话作为一门非常重要的通用型语言，引起了大家的广泛关注。学习汉语普通话的外国人越来越多，国内外对优秀的对外汉语教师的需求也呈现出显著增长态势，目前，我国现有的对外汉语教师的师资力量还无法满足时下的需求缺口，因而严重制约了对外汉语教学的发展。
随着语音语言处理技术的逐步发展和完善，现在，一种普遍接受的语言学习方式便是利用计算机来帮助外国学习者进行第二语言学习的计算机辅助语言学习。在自由交互式语言学习中，学习者可根据给定的阅读内容或者听力材料，对计算机给定的问题进行自由作答。计算机则能够对学习者的理解能力、表述的完整性和正确性进行评估并给出语言提示。
提高听说能力的有效方式之一就是朗读与复述。但是仅仅开口讲是不够的，口语交流需要实现说话者双方或多方高效的交互[1]。为了更好地模仿真实生活的交流，本系统将语音技术与虚拟游戏学习环境融合在一起，可以使学习者根据个人的需要置身于一个实时的交流环境。该游戏系统采用的是自由式的故事来提高广大学习者的学习兴趣，并伴有奖励与惩罚措施来吸引学习者的全程参与。
1 学习策略
本系统主要面向的是希望进一步增强对普通话口语使用方式的掌握、且已有一定基础的外国学习者。本系统的这种学习模式对学习时间、地理位置、人际交往等因素没有很多的限制，在学习过程中学习者可以根据实际情况合理安排时间进行学习。在学习的过程中，着重强调的是学习者的自主学习。自主学习能够激发学习者的学习兴趣，提高学习者学习的独立性，同时加强学习者的主观能动性。自主不仅有利于提高学习者的成绩，而且也是个体终身学习和毕生发展的基础[2]。学习策略的设计遵循建构主义的教育理论，强调学习者的主体地位，当学习者在达到一定水平后，即能依据自己的练习成绩自主挑选学习内容或调整学习进度，也可以对未掌握的内容实行重复学习。本系统的学习模式结合了计算机技术和语言学研究成果，打破了传统的教学模式的限制，而且充分利用有限的教学资源，提供了有效的普通话辅助学习和指导，因而能够在相当程度上缓解对外汉语教学中教师严重不足的问题。
2 系统功能模块设计
本系统将语音技术支持与游戏学习环境融合在一起，使学习者可以根据个人的需要置身于一个实时的交流环境中，能够充分利用有限的教学资源，在教师资源缺乏的情况下，提供有效的汉语普通话辅助学习和指导，不仅为外国学习者提供了灵活方便的自由学习环境，而且也有利于对外汉语教学的持续高速发展。
本文中的普通话学习系统主要由语音识别、语音评测、游戏环境这三部分组成。学习者对系统中提出的问题进行回答，即产生一个非标准的语音输入，系统中的语音识别接口对外国学习者的讲话内容进行相关特征提取。然后利用评分模型给出一个评价结果，即得分，这个得分用来来衡量学习者普通话的表达正确性，评分结果会通过屏幕反馈给学习者。系统给出的语音评测得分能够促进情节的发展，如果学习者给出一个合理的答案，那么就会进入到游戏的下一关。如果学习者给出了一个不合理的答案，那么系统就会重复问题，3次之后给出暗示来使问题稍显简单，若提问5次后回答还不正确，则要返回本关的初始点，重新学习本节内容。系统结构图如1所示。
3 关键技术
3.1 游戏设计
游戏的研究和应用可以有效地提高学习效率，并且与现存的教育策略相比还能够提升语言学习的兴趣。本文普通话游戏学习系统可分为两个部分。第一部分由十个单元组成，这个部分的内容整体上是一个故事，系统给出的语音检测的得分则能够推动游戏情节的发展，必须完成了前一单元的学习才能进入下一单元。第二个部分却由五个单元组成，主要内容为中国的成语、习语、格言和古诗等。在按顺序完成了第一部分的十个单元后，可以按照学习者的兴趣自主地选择学习这五个单元中的某些单元。 第一部分中的普通话游戏学习系统的主要故事背景就是：一只小动物在一片陌生的大森林里历经十天的冒险故事。许多动物共同居住在这片森林中，每种动物都有其各自的专属领地。不同动物的领地对这只小动物来说就是不同的冒险区域，对学习者来说就是不同的单元。这只小动物会在不同动物的领地中发生各样的有趣的故事。在游戏的开始，会有对不同小动物关于外表、性格特征的详细介绍，学习者根据自己的喜好选择其中的一只小动物，并通过简单交互命令来跨越剧情说明和逐步实现发音练习和探索的目标。
在游戏情节的开始，学习者会自动进入一个预设的领地，开始在大森林里的第一天的旅程。在每一天傍晚的时候，今天与其相伴的动物就会和这只小动物一起回顾一下今天的经历，也就是复习今天的学习要点。然后会提出今天的最后一个问题，同时也就是这一关卡的检查点。处于这个位置时，发音练习是基于由动物主人提出的问题，这是进入下一场景的唯一方式。每个答案都会由嵌在系统中的评分模型给出一个分数，每关的满分均是100分。若是学习者能够给出一个合理的答案，那么就会顺利进入到下一关。如果学习者给出了一个不合理的答案，那么今天与其相伴的动物就会重复问题，3次之后给出暗示来使问题略为简单，若提问5次后相应回答还不正确，则要返回本关的初始点，重新学习本节内容。
对于学习者来说，这个游戏开始会相对比较容易，很容易就能赢得比赛。随着普通话发音复杂程度的提高，游戏的难度也逐渐加大。由于学习者不断进步，评价得分的基准也在相应地提高。初始的几关比较容易，所以语音评价的得分在80分以上才可以进入下一关，可是后面的场景中训练难度加大，所以进入下一关的要求也随之改变，语音评价的得分在60分以上就可以进入下一关了。系统将会根据各关累计的分数来提供一定的奖励，但每次使用这些奖励时也会扣除相应的分数。例如：可以降低问题难度的魔法卡需要扣除50分，直接跳过该问题需要扣除80分，在检查点直接进入下一关需要扣除150分等。如果学习者经过了前几关的适应学习后，还没有取得进步，那么惩罚系统就会启动运行了。如果不合理答案的连续错误超过五次，那么，惩罚会将虚拟人物重新送回到本关的初始点；持续较低的发音得分超过十次，惩罚就将其送回到整个游戏的起点，令其重新进入学习。
如果学习者学习任务完成得堪称优秀，完成了第一部分的十个单元，就进入了可自主选择学习内容的第二部分。第二部分主要由五个单元组成，主要内容为中国的成语、习语、格言和古诗。每个单元只介绍了几个成语、习语、格言或古诗，介绍的内容包括发音、含义、适用场合及与其相关的小故事。学习者可根据自己的兴趣与需求来自主选择想要学习的单元[3]。
本系统对学习者在闯关过程中的发音进行了录音，并开展实时的评测，能够让学习者随时掌握自己的学习动态，并且能够自动存储学习进度，为学习者建立学习档案，提供学习报告与口语学习的最终评定结果。
3.2 语音评测
语音评测技术可以对非标准的普通话发音进行标准评价，并且给出错误反馈以及指导意见。语音评测技术一般由建立标准发音模型、分析发音的音段韵律质量以及训练人工评分映射等多部分组成[4]。本系统的语音评测框架如图2所示。
语音评测的第一步就是接收学习者的非标准语音数据。接下来提取其相关的声学特征和语音识别所需要的信息，并对其进行Viterbi解码，并与标准声学模型实施对比，从而自动分析非标准发音距离标准语音的声学差距。评分模型再根据评分特征计算模型与专家数据的结合，最终输出评价结果。
为保证实时识别学习者的发音，采用帧同步方法实现识别算法，同时又使用音素级声学模型实时计算最大概率的跟读内容的可能序列，当最大概率路径达到一定要求，就可以得到可信的识别结果。语音检测的目标就是要使机器评分和专家评分具有高度的一致性，这样就能够利用计算机取代专家来对学习者发音质量进行评分[5]。对机器评分与专家评分之间的映射模型进行训练，能够将发音质量评价更加直观地反馈给学习者。
在游戏学习过程中，学习者往往采用自己的表达方式去描述场景或者进行回答，这种多样性的表述会使得传统关键字比较方法失去理想的效果。从非标准的发音文本和给定范文提取语义，通过两者的语义的比较结果对表述完整性进行评价；而利用言语生成方法构造专家标准进行正确度评价，则能够避过说话人表述多样性条件下关键字比较方法的不足。另外，利用语言理解结果对说话人表述进行分析，还能够深入探究说话人表述问题的所在；研究会将在多个标准答案与说话人表述进行比对，挑选与说话人表述最为接近的结果作为正确性的提示呈现给说话人，再根据文字比对判定表述文字的正确与否。进一步地，更利用了人工产生的例句以及说话人口语的比对结果进行错误提示，从而有效地帮助并实现了学习者改进语言能力的全面改善。
4 应用效果分析
对使用评测系统的外国学习者进行调查，由其填写调查问卷，对系统的可用性、知识性与教育有效性等方面进行综合评价，同时一并提出改进建议。结果表明， 87.9%的学习者认为本系统能够有效促进普通话的口语学习。
5结束语
本系统操作简单便捷，仅仅通过语音和简单的操作就可以实现实时的交流，为学习者提供了一个更好的学习状态与氛围。具体地，为了适应不同学习特点的学生，本系统即为学生提供了一个轻松、快乐的学习环境。在口语训练由易到难、循序渐进的过程中，本系统在每个部分中均提供了合适的口语适用环境和足够的训练量。在未来的研究中，将要优化评测系统，完成游戏系统，使学习者能够了解更多的中国传统文化的内容，帮助更多的学习者在一个乐于参与的氛围中更快地掌握汉语普通话。
参考文献：
[1] ARIAS J P，YOMA N B，VIVANCO H.Automatic intonation assessment for computer aided language learning[J].Speech Communication，2010，52（3）：254-267.
[2]王慧琴，岑岗，唐伟. 普通话多媒体学习软件的设计与开发[J]. 计算机时代， 2007（8）：16-17.
[3]罗广华.移动学习下的情境学习模型设计[J]. 青年文学家， 2013（4）：71.
[4]梁迎丽，梁英豪.基于语音评测的英语口语智能导师系统研究[J]. 现代教育技术， 2012（11）：82-85.
[5]彭祥伟，李鹏，王磊等.基于多语种信息技术的汉语学习辅助系统[J]. 计算机工程， 2011（3）：248-250.
关键词：普通话学习；语音评测；语音识别
中图分类号：TP391.7 文献标识号：A 文章编号：2095-2163（2015）01-
Abstract： More and more foreigners want to learn Chinese Mandarin， but the lack of Chinese language teachers seriously restricts the development of teaching Chinese. For the foreign learners who hope to further grasp the mandarin study， this research proposes a Mandarin learning system. The mode of learning system combines computer technology and linguistics and breaks the traditional teaching model constraints. It support real-time evaluation and provide learning report and the final evaluation results of oral learning. The results show that the system can effectively assist foreign learners to study Mandarin.
Keywords： Mandarin Learning；Speech Evaluation；Speech Recognition
0 引 言
人类最常使用的、最为有效且方便的交流方式之一就是语言，所以口语水平已然成为衡量会话能力的重要标准。近年来，随着中国经济实力和综合国力的增强，汉语逐渐走向了全世界。在与不同国家间日渐频繁的文化与经济交流过程中，汉语普通话作为一门非常重要的通用型语言，引起了大家的广泛关注。学习汉语普通话的外国人越来越多，国内外对优秀的对外汉语教师的需求也呈现出显著增长态势，目前，我国现有的对外汉语教师的师资力量还无法满足时下的需求缺口，因而严重制约了对外汉语教学的发展。
随着语音语言处理技术的逐步发展和完善，现在，一种普遍接受的语言学习方式便是利用计算机来帮助外国学习者进行第二语言学习的计算机辅助语言学习。在自由交互式语言学习中，学习者可根据给定的阅读内容或者听力材料，对计算机给定的问题进行自由作答。计算机则能够对学习者的理解能力、表述的完整性和正确性进行评估并给出语言提示。
提高听说能力的有效方式之一就是朗读与复述。但是仅仅开口讲是不够的，口语交流需要实现说话者双方或多方高效的交互[1]。为了更好地模仿真实生活的交流，本系统将语音技术与虚拟游戏学习环境融合在一起，可以使学习者根据个人的需要置身于一个实时的交流环境。该游戏系统采用的是自由式的故事来提高广大学习者的学习兴趣，并伴有奖励与惩罚措施来吸引学习者的全程参与。
1 学习策略
本系统主要面向的是希望进一步增强对普通话口语使用方式的掌握、且已有一定基础的外国学习者。本系统的这种学习模式对学习时间、地理位置、人际交往等因素没有很多的限制，在学习过程中学习者可以根据实际情况合理安排时间进行学习。在学习的过程中，着重强调的是学习者的自主学习。自主学习能够激发学习者的学习兴趣，提高学习者学习的独立性，同时加强学习者的主观能动性。自主不仅有利于提高学习者的成绩，而且也是个体终身学习和毕生发展的基础[2]。学习策略的设计遵循建构主义的教育理论，强调学习者的主体地位，当学习者在达到一定水平后，即能依据自己的练习成绩自主挑选学习内容或调整学习进度，也可以对未掌握的内容实行重复学习。本系统的学习模式结合了计算机技术和语言学研究成果，打破了传统的教学模式的限制，而且充分利用有限的教学资源，提供了有效的普通话辅助学习和指导，因而能够在相当程度上缓解对外汉语教学中教师严重不足的问题。
2 系统功能模块设计
本系统将语音技术支持与游戏学习环境融合在一起，使学习者可以根据个人的需要置身于一个实时的交流环境中，能够充分利用有限的教学资源，在教师资源缺乏的情况下，提供有效的汉语普通话辅助学习和指导，不仅为外国学习者提供了灵活方便的自由学习环境，而且也有利于对外汉语教学的持续高速发展。
本文中的普通话学习系统主要由语音识别、语音评测、游戏环境这三部分组成。学习者对系统中提出的问题进行回答，即产生一个非标准的语音输入，系统中的语音识别接口对外国学习者的讲话内容进行相关特征提取。然后利用评分模型给出一个评价结果，即得分，这个得分用来来衡量学习者普通话的表达正确性，评分结果会通过屏幕反馈给学习者。系统给出的语音评测得分能够促进情节的发展，如果学习者给出一个合理的答案，那么就会进入到游戏的下一关。如果学习者给出了一个不合理的答案，那么系统就会重复问题，3次之后给出暗示来使问题稍显简单，若提问5次后回答还不正确，则要返回本关的初始点，重新学习本节内容。系统结构图如1所示。
3 关键技术
3.1 游戏设计
游戏的研究和应用可以有效地提高学习效率，并且与现存的教育策略相比还能够提升语言学习的兴趣。本文普通话游戏学习系统可分为两个部分。第一部分由十个单元组成，这个部分的内容整体上是一个故事，系统给出的语音检测的得分则能够推动游戏情节的发展，必须完成了前一单元的学习才能进入下一单元。第二个部分却由五个单元组成，主要内容为中国的成语、习语、格言和古诗等。在按顺序完成了第一部分的十个单元后，可以按照学习者的兴趣自主地选择学习这五个单元中的某些单元。 第一部分中的普通话游戏学习系统的主要故事背景就是：一只小动物在一片陌生的大森林里历经十天的冒险故事。许多动物共同居住在这片森林中，每种动物都有其各自的专属领地。不同动物的领地对这只小动物来说就是不同的冒险区域，对学习者来说就是不同的单元。这只小动物会在不同动物的领地中发生各样的有趣的故事。在游戏的开始，会有对不同小动物关于外表、性格特征的详细介绍，学习者根据自己的喜好选择其中的一只小动物，并通过简单交互命令来跨越剧情说明和逐步实现发音练习和探索的目标。
在游戏情节的开始，学习者会自动进入一个预设的领地，开始在大森林里的第一天的旅程。在每一天傍晚的时候，今天与其相伴的动物就会和这只小动物一起回顾一下今天的经历，也就是复习今天的学习要点。然后会提出今天的最后一个问题，同时也就是这一关卡的检查点。处于这个位置时，发音练习是基于由动物主人提出的问题，这是进入下一场景的唯一方式。每个答案都会由嵌在系统中的评分模型给出一个分数，每关的满分均是100分。若是学习者能够给出一个合理的答案，那么就会顺利进入到下一关。如果学习者给出了一个不合理的答案，那么今天与其相伴的动物就会重复问题，3次之后给出暗示来使问题略为简单，若提问5次后相应回答还不正确，则要返回本关的初始点，重新学习本节内容。
对于学习者来说，这个游戏开始会相对比较容易，很容易就能赢得比赛。随着普通话发音复杂程度的提高，游戏的难度也逐渐加大。由于学习者不断进步，评价得分的基准也在相应地提高。初始的几关比较容易，所以语音评价的得分在80分以上才可以进入下一关，可是后面的场景中训练难度加大，所以进入下一关的要求也随之改变，语音评价的得分在60分以上就可以进入下一关了。系统将会根据各关累计的分数来提供一定的奖励，但每次使用这些奖励时也会扣除相应的分数。例如：可以降低问题难度的魔法卡需要扣除50分，直接跳过该问题需要扣除80分，在检查点直接进入下一关需要扣除150分等。如果学习者经过了前几关的适应学习后，还没有取得进步，那么惩罚系统就会启动运行了。如果不合理答案的连续错误超过五次，那么，惩罚会将虚拟人物重新送回到本关的初始点；持续较低的发音得分超过十次，惩罚就将其送回到整个游戏的起点，令其重新进入学习。
如果学习者学习任务完成得堪称优秀，完成了第一部分的十个单元，就进入了可自主选择学习内容的第二部分。第二部分主要由五个单元组成，主要内容为中国的成语、习语、格言和古诗。每个单元只介绍了几个成语、习语、格言或古诗，介绍的内容包括发音、含义、适用场合及与其相关的小故事。学习者可根据自己的兴趣与需求来自主选择想要学习的单元[3]。
本系统对学习者在闯关过程中的发音进行了录音，并开展实时的评测，能够让学习者随时掌握自己的学习动态，并且能够自动存储学习进度，为学习者建立学习档案，提供学习报告与口语学习的最终评定结果。
3.2 语音评测
语音评测技术可以对非标准的普通话发音进行标准评价，并且给出错误反馈以及指导意见。语音评测技术一般由建立标准发音模型、分析发音的音段韵律质量以及训练人工评分映射等多部分组成[4]。本系统的语音评测框架如图2所示。
语音评测的第一步就是接收学习者的非标准语音数据。接下来提取其相关的声学特征和语音识别所需要的信息，并对其进行Viterbi解码，并与标准声学模型实施对比，从而自动分析非标准发音距离标准语音的声学差距。评分模型再根据评分特征计算模型与专家数据的结合，最终输出评价结果。
为保证实时识别学习者的发音，采用帧同步方法实现识别算法，同时又使用音素级声学模型实时计算最大概率的跟读内容的可能序列，当最大概率路径达到一定要求，就可以得到可信的识别结果。语音检测的目标就是要使机器评分和专家评分具有高度的一致性，这样就能够利用计算机取代专家来对学习者发音质量进行评分[5]。对机器评分与专家评分之间的映射模型进行训练，能够将发音质量评价更加直观地反馈给学习者。
在游戏学习过程中，学习者往往采用自己的表达方式去描述场景或者进行回答，这种多样性的表述会使得传统关键字比较方法失去理想的效果。从非标准的发音文本和给定范文提取语义，通过两者的语义的比较结果对表述完整性进行评价；而利用言语生成方法构造专家标准进行正确度评价，则能够避过说话人表述多样性条件下关键字比较方法的不足。另外，利用语言理解结果对说话人表述进行分析，还能够深入探究说话人表述问题的所在；研究会将在多个标准答案与说话人表述进行比对，挑选与说话人表述最为接近的结果作为正确性的提示呈现给说话人，再根据文字比对判定表述文字的正确与否。进一步地，更利用了人工产生的例句以及说话人口语的比对结果进行错误提示，从而有效地帮助并实现了学习者改进语言能力的全面改善。
4 应用效果分析
对使用评测系统的外国学习者进行调查，由其填写调查问卷，对系统的可用性、知识性与教育有效性等方面进行综合评价，同时一并提出改进建议。结果表明， 87.9%的学习者认为本系统能够有效促进普通话的口语学习。
5结束语
本系统操作简单便捷，仅仅通过语音和简单的操作就可以实现实时的交流，为学习者提供了一个更好的学习状态与氛围。具体地，为了适应不同学习特点的学生，本系统即为学生提供了一个轻松、快乐的学习环境。在口语训练由易到难、循序渐进的过程中，本系统在每个部分中均提供了合适的口语适用环境和足够的训练量。在未来的研究中，将要优化评测系统，完成游戏系统，使学习者能够了解更多的中国传统文化的内容，帮助更多的学习者在一个乐于参与的氛围中更快地掌握汉语普通话。
参考文献：
[1] ARIAS J P，YOMA N B，VIVANCO H.Automatic intonation assessment for computer aided language learning[J].Speech Communication，2010，52（3）：254-267.
[2]王慧琴，岑岗，唐伟. 普通话多媒体学习软件的设计与开发[J]. 计算机时代， 2007（8）：16-17.
[3]罗广华.移动学习下的情境学习模型设计[J]. 青年文学家， 2013（4）：71.
[4]梁迎丽，梁英豪.基于语音评测的英语口语智能导师系统研究[J]. 现代教育技术， 2012（11）：82-85.
[5]彭祥伟，李鹏，王磊等.基于多语种信息技术的汉语学习辅助系统[J]. 计算机工程， 2011（3）：248-250.