移動(dòng)協(xié)同答疑模式的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鐘元生　朱文強(qiáng)　萬(wàn)本庭

【摘要】提出了一種新的移動(dòng)協(xié)同答疑模式。通過(guò)UML用例分析法分析了該模式的工作流程和邏輯結(jié)構(gòu),并給出了實(shí)現(xiàn)方案。新的系統(tǒng),除具傳統(tǒng)的答疑功能外,還能自動(dòng)協(xié)調(diào)多個(gè)教師、學(xué)習(xí)服務(wù)器的聯(lián)系,回答學(xué)生的復(fù)雜問(wèn)題,特別支持移動(dòng)狀態(tài)下的教師答疑需求。

【關(guān)鍵詞】電子學(xué)習(xí)系統(tǒng); 協(xié)同答疑;移動(dòng)通訊;移動(dòng)應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【論文編號(hào)】1009—8097(2009)07—0116—04

一 研究現(xiàn)狀

Internet的普及與發(fā)展為e-learning系統(tǒng)提供了很好的支持。其中,答疑系統(tǒng)是基于互聯(lián)網(wǎng)的e-learning系統(tǒng)的重要模塊,引起了研發(fā)人員的重視。孫發(fā)勤等[1]認(rèn)為,網(wǎng)上答疑是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)活動(dòng)的一種重要環(huán)節(jié), 隨著音、視頻壓縮技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)傳輸實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)新技術(shù)的出現(xiàn),網(wǎng)上實(shí)時(shí)答疑已成為現(xiàn)實(shí),網(wǎng)上實(shí)時(shí)答疑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)已成為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境構(gòu)建的重要內(nèi)容。他們結(jié)合網(wǎng)上實(shí)時(shí)答疑系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的實(shí)踐,探討了網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)答疑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、關(guān)鍵開(kāi)發(fā)技術(shù)和最終能實(shí)現(xiàn)的功能。張業(yè)睿等[2]關(guān)注了基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程答疑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),他們模擬了答疑過(guò)程中師生單獨(dú)交流、群組討論等模式,并對(duì)典型問(wèn)題進(jìn)行了積累。陳麗婷等[3]則研究了課堂輔助式點(diǎn)播專家答疑系統(tǒng)。

雖然現(xiàn)有答疑系統(tǒng)提高了教學(xué)的質(zhì)量,但仍然存在以下不足:

①系統(tǒng)的使用受時(shí)空上的限制?，F(xiàn)有的答疑系統(tǒng)大多都是基于Web設(shè)計(jì),師生必須坐在電腦前,打開(kāi)瀏覽器,才可以進(jìn)行提問(wèn)和解答。

②答疑系統(tǒng)缺乏協(xié)同性。現(xiàn)有的答疑系統(tǒng)能利用自身的知識(shí)庫(kù)以及教師來(lái)幫助學(xué)生解答一些較為簡(jiǎn)單的問(wèn)題,但對(duì)于復(fù)雜的問(wèn)題,如涉及多個(gè)領(lǐng)域或多個(gè)學(xué)科的復(fù)雜問(wèn)題,需要多個(gè)教師進(jìn)行協(xié)同回答時(shí),系統(tǒng)就顯得無(wú)能為力。

移動(dòng)設(shè)備的普及以及移動(dòng)設(shè)備的處理能力的不斷提高,使人們開(kāi)始重視移動(dòng)教育[4][5][6]。將移動(dòng)設(shè)備使用到答疑系統(tǒng)中來(lái)的條件也逐步成熟。作為移動(dòng)e-learning系統(tǒng)的重要模塊,移動(dòng)答疑為移動(dòng)狀態(tài)下的老師指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)提供多種可能性,有必要研究能充分利用這種可能性的答疑模式。由于高校學(xué)生的許多問(wèn)題有一定深度,常常一個(gè)教師無(wú)法立即回答學(xué)生的疑問(wèn),需要教師之間的協(xié)作。現(xiàn)有的研究均未涉及這方面的內(nèi)容。為此,本文在一般移動(dòng)答疑的功能需求與流程分析[7]工作的基礎(chǔ)上,提出了一種移動(dòng)協(xié)同答疑模式,并探討其實(shí)現(xiàn)方案。

二 移動(dòng)協(xié)同答疑模式的功能需求

含移動(dòng)協(xié)同答疑模式的學(xué)習(xí)系統(tǒng)應(yīng)具有以下特點(diǎn):

①交流的隨時(shí)隨地性?；谝苿?dòng)協(xié)同答疑模式的系統(tǒng),可以讓學(xué)生借助智能手機(jī)、PDA等移動(dòng)設(shè)備以WAP、短信等方式隨時(shí)隨地訪問(wèn)系統(tǒng),提出自己的問(wèn)題。教師可以以WAP、短信、Web等方式隨時(shí)隨地回答學(xué)生的問(wèn)題,具有極大的靈活性。

②能夠自動(dòng)解答較為簡(jiǎn)單的問(wèn)題。基于該模式的系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)中必須預(yù)先存儲(chǔ)大量的問(wèn)題和解答。當(dāng)學(xué)生提出的問(wèn)題在知識(shí)庫(kù)中有合適記錄時(shí),可直接由系統(tǒng)給出答案。

③能對(duì)復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行協(xié)同答疑。當(dāng)學(xué)生提出的問(wèn)題較為復(fù)雜、系統(tǒng)自身知識(shí)庫(kù)中沒(méi)有現(xiàn)成答案時(shí),則系統(tǒng)將問(wèn)題發(fā)給與問(wèn)題相關(guān)方向的有關(guān)教師,有關(guān)的教師可以對(duì)問(wèn)題進(jìn)行答疑,也可以向通過(guò)系統(tǒng)向其他教師、專家求助,協(xié)同給出更加精確的答案;整個(gè)答疑過(guò)程甚至還可以將對(duì)此領(lǐng)域感興趣的學(xué)生結(jié)合進(jìn)來(lái),以提高學(xué)生的積極性,增強(qiáng)互動(dòng)性與趣味性。

④記錄答疑過(guò)程。對(duì)于每一次新問(wèn)題的解答,系統(tǒng)都記錄下答疑的過(guò)程,存放到系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)中,為將來(lái)解答類似疑問(wèn)及教師解答時(shí)提供幫助與支持。

三 移動(dòng)協(xié)同答疑工作流程設(shè)計(jì)

1 移動(dòng)協(xié)同答疑的用例分析

基于移動(dòng)協(xié)同答疑模式的平臺(tái)是一個(gè)以服務(wù)器為中心的,可以通過(guò)WAP、Web、短信進(jìn)行訪問(wèn)的多組件體系結(jié)構(gòu)。它提供基于Internet技術(shù)和移動(dòng)通信技術(shù)的通用接入和訪問(wèn)模式。系統(tǒng)用例圖如圖1所示。

圖1 移動(dòng)協(xié)同答疑模式的用例圖

2 答疑的工作順序分析

答疑過(guò)程的順序圖如圖2所示。移動(dòng)協(xié)同答疑的工作流程步驟如下:

①學(xué)生向移動(dòng)協(xié)同答疑模型提出問(wèn)題。

②系統(tǒng)根據(jù)問(wèn)題在知識(shí)庫(kù)查找,如果有現(xiàn)成答案則給出答案;沒(méi)有則將問(wèn)題轉(zhuǎn)發(fā)給教師。

③教師進(jìn)行答疑;如果無(wú)法解答,則向系統(tǒng)請(qǐng)求協(xié)同答疑。

④答疑系統(tǒng)將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的教師或具有答疑資格的學(xué)生。

⑤相應(yīng)的教師或具答疑資格的學(xué)生對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解答,如果無(wú)法解答則向系統(tǒng)請(qǐng)求協(xié)同答疑并轉(zhuǎn)至第④步,直至給出較為滿意答案為止。

⑥學(xué)生獲得答疑結(jié)果。

另外,教師可以對(duì)學(xué)生答疑資格進(jìn)行評(píng)定打分,具有相應(yīng)分?jǐn)?shù)資格的學(xué)生可以對(duì)其他學(xué)生提出的問(wèn)題進(jìn)行解答。教師還可以對(duì)答案進(jìn)行評(píng)分,以后學(xué)生再問(wèn)類似的問(wèn)題,系統(tǒng)根據(jù)答案的評(píng)分高低,來(lái)排列答案順序。學(xué)生也可以對(duì)答疑教師評(píng)分,評(píng)選出教師的答疑準(zhǔn)確度。

圖2 移動(dòng)協(xié)同答疑模式的答疑順序圖

3 協(xié)同答疑的核心模塊功能分析

圖2中的知識(shí)庫(kù)模塊、內(nèi)容分解模塊以及答疑處理模塊是移動(dòng)協(xié)同答疑模式中最重要的三個(gè)部分。

(1) 知識(shí)庫(kù)模塊功能

知識(shí)庫(kù)是移動(dòng)協(xié)同答疑模式中的基礎(chǔ),用來(lái)存放問(wèn)題、關(guān)鍵字表、通用關(guān)鍵詞表、同義詞表、可忽略詞表以及答疑庫(kù),知識(shí)庫(kù)的健全與否對(duì)整個(gè)答疑系統(tǒng)的問(wèn)題查準(zhǔn)率及查全率都有極大的影響。

本模式的知識(shí)庫(kù)主要由課程關(guān)鍵詞表、通用關(guān)鍵詞表、同義詞表、可忽略詞表和答疑庫(kù)五部分組成。課程關(guān)鍵詞表用來(lái)存放課程中出現(xiàn)率較高的詞素,通用詞表存放提問(wèn)過(guò)程中出現(xiàn)頻率較高的詞語(yǔ),同義詞表存放的是課程關(guān)鍵詞以及通用關(guān)鍵詞相近的詞,答疑庫(kù)主要存放問(wèn)題及問(wèn)題的答案,并通過(guò)關(guān)鍵詞表來(lái)進(jìn)行外鍵鏈接,為學(xué)生的提問(wèn)提供答案搜索文檔。答疑庫(kù)需要有科學(xué)的分類索引,以提高問(wèn)題的查詢速度。首先將問(wèn)題按學(xué)科分類建立索引,然后再進(jìn)行學(xué)科方向分類建立索引。問(wèn)題分類通過(guò)向資深教師咨詢來(lái)完成。

(2) 內(nèi)容分解模塊功能

內(nèi)容分解模塊的功能主要是進(jìn)行分詞,將用戶提交的問(wèn)題的關(guān)鍵字分離出來(lái),分解成系統(tǒng)可以理解的語(yǔ)句。一個(gè)好的分詞技術(shù)可以準(zhǔn)確的定位問(wèn)題的答案,提高查詢速度。

對(duì)于學(xué)生輸入的問(wèn)題,首先我們將其分解成若干子串,分解的依據(jù)有:①顯示的標(biāo)點(diǎn)符號(hào);②可忽略詞表中的詞匯。然后,使用關(guān)鍵詞表和通用關(guān)鍵詞表對(duì)每一個(gè)子串進(jìn)行分詞。本模式采用基于規(guī)則和基于統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的分詞方法。由于該模式是針對(duì)具體某一學(xué)科的,因而涉及到的專業(yè)詞匯比較集中,出現(xiàn)重復(fù)率高。只要詞庫(kù)建設(shè)的適當(dāng),分詞的準(zhǔn)確性能夠達(dá)到較高的水平。

(3) 答疑處理模塊功能

① 對(duì)內(nèi)容分解模塊分解后的詞語(yǔ)與答疑庫(kù)中的問(wèn)題進(jìn)行匹配,在答疑庫(kù)中進(jìn)行搜索,返回問(wèn)題結(jié)果。其中,我們判斷一個(gè)句子是否與問(wèn)題相關(guān)主要通過(guò)計(jì)算該句子與問(wèn)題的相似度來(lái)完成。相似度Sim(D1, D2)用于度量?jī)蓚€(gè)文檔D1和D2之間的內(nèi)容相關(guān)程度。當(dāng)文檔被表示為文檔空間的向量,就可以利用向量之間的距離計(jì)算公式來(lái)表示文檔間的相似度。我們通過(guò)判斷余弦距離的方式來(lái)判斷其語(yǔ)句的相似度,其公式為:

其中, 為學(xué)生提出的問(wèn)題, 為答疑庫(kù)中的問(wèn)題, 為學(xué)生提出的問(wèn)題在專業(yè)課程領(lǐng)域里的權(quán)重,由學(xué)生的提出的問(wèn)題中的關(guān)鍵字的權(quán)重計(jì)算得到, 為答疑庫(kù)中相關(guān)問(wèn)題在專業(yè)課程領(lǐng)域里的權(quán)重,也是由問(wèn)題的關(guān)鍵字的權(quán)重得到。當(dāng)有多個(gè)答疑庫(kù)中的問(wèn)題與學(xué)生提出的問(wèn)題的相似度達(dá)到設(shè)定閥值時(shí),我們將匹配的這些問(wèn)題及答案按降序排列則形成搜索結(jié)果。

② 存儲(chǔ)教師答疑記錄。學(xué)生的問(wèn)題被分解后,提交給答疑處理模塊,答疑處理模塊記錄問(wèn)題的標(biāo)題,在知識(shí)庫(kù)中生成相應(yīng)的問(wèn)題記錄ID,存儲(chǔ)問(wèn)題內(nèi)容及關(guān)鍵字內(nèi)容,同時(shí),教師回答以及協(xié)同回答的問(wèn)題以追加的形式存儲(chǔ)到問(wèn)題的答案字段中。

4 移動(dòng)協(xié)同答疑模式的邏輯結(jié)構(gòu)

基于上述考慮,移動(dòng)協(xié)同答疑系統(tǒng)要能根據(jù)學(xué)生選擇的提問(wèn)平臺(tái)選擇進(jìn)行相應(yīng)的服務(wù),其邏輯部件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 邏輯部件結(jié)構(gòu)圖

從邏輯上看,移動(dòng)答疑平臺(tái)分為表示層、業(yè)務(wù)處理層和數(shù)據(jù)層三層。

(1) 表示層。表示層直接與用戶進(jìn)行交互。用戶通過(guò)客戶端設(shè)備的客戶端軟件---Web瀏覽器、WAP瀏覽器以及短信終端訪問(wèn)答疑平臺(tái)的表示層,提交自己的請(qǐng)求。表示層接受用戶提交的請(qǐng)求,并將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給業(yè)務(wù)處理層。

(2) 業(yè)務(wù)處理層。業(yè)務(wù)處理層根據(jù)信息的內(nèi)容,將信息分解為系統(tǒng)易于理解的形式,答疑處理模塊接受經(jīng)過(guò)處理后的信息,對(duì)信息進(jìn)行分類、處理,將信息提交給數(shù)據(jù)庫(kù)存取接口。

(3) 數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)庫(kù)存取接口根據(jù)業(yè)務(wù)處理層提交的信息對(duì)知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行查詢,返回相關(guān)的結(jié)果,表示層將結(jié)果以用戶可以理解的形式呈現(xiàn)給用戶。

四 移動(dòng)協(xié)同答疑支持平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

1 移動(dòng)協(xié)同答疑平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)

在對(duì)移動(dòng)協(xié)同答疑模式進(jìn)行研究和分析后,我們?cè)O(shè)計(jì)了用于《軟件測(cè)試技術(shù)》課程網(wǎng)站的移動(dòng)答疑平臺(tái)。整個(gè)移動(dòng)協(xié)同答疑平臺(tái)的硬件與軟件體系結(jié)構(gòu)如圖4、圖5所示。

由于平臺(tái)處于試驗(yàn)階段,WAP網(wǎng)關(guān)服務(wù)器我們采用了相對(duì)較為簡(jiǎn)單的移動(dòng)WAP公用網(wǎng)關(guān)服務(wù)器。學(xué)生可以通過(guò)WAP、短信、Web三種方式來(lái)訪問(wèn)系統(tǒng)。

(1) WAP方式。學(xué)生通過(guò)移動(dòng)設(shè)備的WAP瀏覽器訪問(wèn)系統(tǒng),提出問(wèn)題,網(wǎng)關(guān)服務(wù)器將基于WAP協(xié)議的信息轉(zhuǎn)換為基于HTTP協(xié)議的信息,發(fā)給答疑服務(wù)器,答疑服務(wù)器向知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢,如果有結(jié)果,則返回答案。否則,則向教師發(fā)出短信,要求教師回答。教師接到短信后,如可以回答,則直接通過(guò)WAP、短信、或Web的形式向系統(tǒng)返回答案,如教師無(wú)法解答問(wèn)題,則使用平臺(tái)向其他教師或者有資格答疑的學(xué)生發(fā)出短信,請(qǐng)求協(xié)同答疑,得到正確答案后,將結(jié)果以WAP、短信、或Web的形式返回給系統(tǒng)。系統(tǒng)接收到正確答案后,將正確答案一并同類似問(wèn)題的答疑記錄以短信的新式發(fā)給學(xué)生,如答案過(guò)長(zhǎng),則給學(xué)生發(fā)送“問(wèn)題已解決,請(qǐng)點(diǎn)擊鏈接得到答案”短信給學(xué)生,學(xué)生通過(guò)鏈接來(lái)得到相關(guān)答案,并且答疑系統(tǒng)記錄答疑過(guò)程。

(2) 短信方式。學(xué)生通過(guò)手機(jī)向系統(tǒng)的移動(dòng)信息服務(wù)器發(fā)送問(wèn)題,移動(dòng)信息服務(wù)器將信息提交給答疑服務(wù)器,答疑服務(wù)器中的答疑模塊向知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢,如果有結(jié)果,則直接返回答案。后面的步驟與WAP方式的后面步驟類似。

(3) Web方式。這是訪問(wèn)答疑系統(tǒng)最方便的方式。學(xué)生直接由Web瀏覽器訪問(wèn)系統(tǒng),將問(wèn)題提交給答疑服務(wù)器,答疑服務(wù)器中的答疑模塊向知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢,如果有結(jié)果,則直接返回答案。后面的步驟與WAP方式的后面步驟類似。在得到正確答案后,系統(tǒng)直接將答案以網(wǎng)頁(yè)的形式呈現(xiàn)給學(xué)生。

2 移動(dòng)答疑平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)表的設(shè)計(jì)

移動(dòng)答疑平臺(tái)的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)中比較復(fù)雜的表在于知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的搭建。整個(gè)系統(tǒng)基本的數(shù)據(jù)庫(kù)有:①課程管理數(shù)據(jù)庫(kù)(Course_Table,Key_Table,Thesaurus_Table,Solution_Table,popQuestion_Table,BlurSolution_Table);②問(wèn)句類型信號(hào)詞庫(kù)(Counnectione_Table, Question_Table);③停用詞表(Suspend_Table)。

其中主要的表的屬性如下:

Course_Table(courceID,courceName,courceVar,Teacher,TeacherTel,Member,Synopsis);

Key_Table(courceVar,codeID,keyWord);

Thesaurus_Table(courceVar, Keyword, ThesaurusWord);

Solution_Table(ID,nKeyWord,Q_type, Counnection,Solution);

popQuestion_Table(codeID, courceVar, nKeyWord, Counnection,Problem,Attention);

BlurSolution_Table(courceName,bookName,Title,K_KeywordList, Q_KeywordList,Power,Doc_id,Content);

Counnectiones_Table(Code, Counnection);

Question_Table(Q_type,Signal_word,Answer, Counnection)

3 移動(dòng)協(xié)同答疑平臺(tái)的實(shí)施

在實(shí)施過(guò)程中,我們使用了華為的MAS服務(wù)器作為短信收發(fā)服務(wù)器,用一臺(tái)PC機(jī)作為答疑服務(wù)器,數(shù)據(jù)庫(kù)采用MySql,開(kāi)發(fā)環(huán)境采用J2EE和J2ME,使用J2EE開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的務(wù)器,采用J2ME開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的客戶端,模擬器采用的是Sun公司的無(wú)線模擬器,實(shí)施結(jié)果如圖6所示。

五 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的移動(dòng)協(xié)同答疑平臺(tái)可以更好的為學(xué)生、教師提供交流,學(xué)生可以隨時(shí)隨地把疑問(wèn)發(fā)送給系統(tǒng),教師可以隨時(shí)隨地的為學(xué)生服務(wù),從而達(dá)到充分利用現(xiàn)有教師資源的目的,對(duì)于提高教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)服務(wù)質(zhì)量、改進(jìn)教學(xué)方法都有很大的幫助,并且此平臺(tái)可以遠(yuǎn)程教育、職業(yè)教育等提供很好的幫助,有很好的推廣價(jià)值。本文闡述的移動(dòng)答疑平臺(tái)雖然可以完成一部分題目的自動(dòng)答題,但還有很多地方需要完善,在提高智能答題的準(zhǔn)確度以及題庫(kù)的搜索速度方面還有所欠缺,這是今后研究的重要內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫發(fā)勤,馮銳.網(wǎng)上實(shí)時(shí)答疑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)策略[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2004,14(5):71-74.

[2] 張業(yè)睿,蔡冠群,袁曉斌.基于Internet遠(yuǎn)程答疑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究,2006,35(4):35-38.

[3] 陳麗婷,許益成.課堂輔助式點(diǎn)播專家答疑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].遠(yuǎn)程教育雜志,2007,19(2):65-69.

[4] 德斯蒙德?基史.移動(dòng)學(xué)習(xí):下一代的學(xué)習(xí)——在亞洲開(kāi)放大學(xué)協(xié)會(huì)第18屆年會(huì)上的主題報(bào)告[J].開(kāi)放教育研究,2004,10(6):86-96.

[5] 周海棋.M learning研究綜述[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備, 2005,(8):14-17.

[6] 董愛(ài)琴,岳瑋寧,崔光佐.一個(gè)基于手持移動(dòng)設(shè)備的現(xiàn)代教育信息平臺(tái)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2004,24(11):142-146.

[7] 鐘元生,萬(wàn)本庭,朱文強(qiáng).移動(dòng)答疑的功能需求與流程分析,中國(guó)教育技術(shù)裝備,2009,(4): 73-75.