移動平臺中的課程答疑智能角色信息服務(wù)模式及實現(xiàn)

嚴一梅，陳宏彪

(1.華南農(nóng)業(yè)大學圖書館，廣州 510642；2.廣州影子科技有限公司，廣州 510640)

1 引言

隨著移動通信設(shè)備的快速普及和無線網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展，基于移動信息交互平臺的大眾集群交流模式應(yīng)運而生，典型的如騰訊公司推出的微信應(yīng)用app，其靈活組群和撤群功能使人們在特定時段與特定人群通過移動設(shè)備共享信息成為可能。由于不受時間空間限制，很多高校教師也嘗試引入微信群開展課外輔導活動。

利用手機微信群教學輔導，相較計算機網(wǎng)絡(luò)平臺更便捷，但任課老師面對至少一個班的學生，要做到即問即答也不現(xiàn)實，一定程度擾亂教師的課余工作計劃與休息時間，況且可能遇到不斷重復回答同樣問題的煩惱等；而學生積累了問題不方便得到老師及時答疑，也會影響學習興趣和熱情。而問題的另一面是：圖書館藏有豐富的專業(yè)課知識資源，分散在信息海洋的各個角落，未形成按課程名分類集中的易檢索模式；再則圖書館課程資源建設(shè)與教學一線需求的關(guān)聯(lián)較松散，不利于圖書館及時采訪、補充更有價值的教學資源。

為解決以上困境，如果圖書館創(chuàng)建課程答疑數(shù)據(jù)庫，通過在微信群嵌入課程答疑“智能助教”角色，主動為教學一線提供信息服務(wù)，在方便教學一線的同時，也將進一步提升圖書館資源建設(shè)的針對性和信息服務(wù)的有效性。

2 研究現(xiàn)狀

針對教學一線開展信息服務(wù)方面，國內(nèi)外學者探索了嵌入式學科服務(wù)、創(chuàng)建信息服務(wù)平臺及構(gòu)建虛擬問答系統(tǒng)模式，取得一定的成效，具體包括3 個方面。①在圖書館館藏資源如何高效為教科研服務(wù)方面：黃曉斌等分析了世界排名前10 的大學圖書館網(wǎng)站為本科教學的經(jīng)驗和特色，提出盡快形成完善的課程館員服務(wù)體系，設(shè)置“師生聯(lián)絡(luò)員”以加強與院系之間的聯(lián)系，并跟蹤用戶的信息需求和反饋意見，根據(jù)教學周期的變化將圖書館資源與服務(wù)嵌入相關(guān)的課程教學中[1]。李書寧從用戶、館員、服務(wù)、館藏4 方面探討了構(gòu)建分層學科服務(wù)體系，精準開展學科嵌入式服務(wù)，并利用用戶調(diào)查及行為分析進行完善[2]。賈靜借鑒美國伊利諾伊理工大學圖書館先進的理念和措施，提出了建立資源共享渠道、建立符合本院校專業(yè)課程、專業(yè)方向研究的指南以及鏈接，以提供深層次的科研服務(wù)[3]。吳愛芝等從科研項目、科研個體、科研團體及科研過程4 個維度闡述嵌入式科研服務(wù)內(nèi)容，為開創(chuàng)學科服務(wù)新途徑提供參考[4]。②在如何利用公共信息交互平臺為教學服務(wù)方面：紀彥旭基于微課堂微教學的需求，對微信平臺的公眾號進行二次開發(fā)，應(yīng)用Java 開發(fā)技術(shù)為依托進行了教學系統(tǒng)的開發(fā)與研究具有基礎(chǔ)信息管理、課表管理、考試及選課、教學評價等功能，但不能進行課程答疑[5]。丘源以單片機原理及應(yīng)用課程為例，提出引入微信平臺作為輔助教學的方式，并通過注冊微信平臺的訂閱號來實現(xiàn)移動學習資源的規(guī)劃與建設(shè)、編輯與發(fā)布流程及離線編輯等，不包括課程答疑[6]。宋振世等介紹了華東師范大學利用微信公眾平臺進行參考咨詢、教學培訓、宣傳推廣等服務(wù)[7]。王雅戈等以常熟大學科技園為例，探討了高校圖書館與其他科研機構(gòu)合作，構(gòu)建公共信息服務(wù)平臺，創(chuàng)新公共信息服務(wù)模式，特別是創(chuàng)新驛站這一高級信息服務(wù)模式，共同為大學科技園的產(chǎn)學研提供高端信息服務(wù)[8]。③在如何通過虛擬智能角色為教學信息交互平臺學生答疑解惑方面，雖未見直接的研究文獻，但在咨詢服務(wù)中引入機器問答系統(tǒng)的研究不少：布拉斯加大學林肯分校圖書館[9]通過挖掘分析咨詢記錄、優(yōu)化相關(guān)知識庫，構(gòu)建了聊天機器人為用戶提供更具有針對性的答案；JIN[10]提出了一種可以通過與用戶之間的對話來實現(xiàn)語法規(guī)則庫自動更新的聊天機器人問答系統(tǒng)。李雪婷等通過研究分析自動問答技術(shù)中的語言問題，編寫針對圖書館咨詢服務(wù)機器人的語言體系，設(shè)計了圖書館自動問答機器人來實現(xiàn)全時段虛擬答疑，加強讀者與圖書館之間的互動交流[11]。劉寶瑞等通過在圖書館數(shù)字參考咨詢系統(tǒng)引入Deep QA 技術(shù)，創(chuàng)建新問答系統(tǒng)，從而實現(xiàn)客觀分析問題，完備知識庫建設(shè)，最終準確給出答案[12]。沈奎林等利用微信作為圖書館的服務(wù)平臺，闡述了南京大學圖書館智能問答系統(tǒng)的設(shè)計思路和實踐[13]。覃顯晶等將智能機器人與圖書館公眾號及QQ 咨詢?nèi)?、app 等端口實現(xiàn)對接，構(gòu)建咨詢服務(wù)新系統(tǒng)，多渠道與讀者互動，并優(yōu)化語料庫建設(shè)[14]。陸偉等以武漢大學圖書館為對象，創(chuàng)新設(shè)計了圖書館問答系統(tǒng)，具有多功能模塊融合特征，并利用知識圖譜抽象了業(yè)務(wù)和學術(shù)知識[15]。

綜上所述，在圖書館館藏資源如何高效為教科研服務(wù)方面，有把資源“嵌入”到一線的主流觀點，但多止步于策略研究，少有給出具體技術(shù)方法，或給出的服務(wù)方案主動性不夠突出或不夠及時；在如何利用公共信息交互平臺為教學服務(wù)方面，研究案例多為利用移動平臺推介圖書館功能信息以方便遠程辦理圖書館業(yè)務(wù)，或類似公眾號的新書導讀服務(wù)。圖書館開發(fā)參考咨詢的問答系統(tǒng)較豐富，但缺乏針對教學一線實時問題進行實時更新信息服務(wù)的研究；在如何通過虛擬智能角色嵌入信息交互平臺主動為一線師生答疑解惑方面，尚無直接的研究案例文獻，多為一些預設(shè)和定制的交互網(wǎng)站機器答疑研究及應(yīng)用，市面可見的如阿里巴巴的“阿里旺旺”和“京東客服”辦公等交互平臺中的“機器人”，常用于“平臺功能介紹”、無人值守時的“預設(shè)問題答疑”“應(yīng)景閑聊”等。

本文提出將圖書館學科資源與教學一線急需動態(tài)關(guān)聯(lián)的“智能角色”主動信息服務(wù)模式，以騰訊的“微信”為試驗平臺，以圖書館創(chuàng)建的課程數(shù)據(jù)庫為信息資源支撐、任課教師或者圖書館員靈活參與建設(shè)的“智能助教”課程答疑系統(tǒng)，簡要介紹系統(tǒng)組成原理、基本的技術(shù)實現(xiàn)方法，最后給出實現(xiàn)示例。

3 課程答疑信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 信息系統(tǒng)支撐環(huán)境設(shè)計

考慮到使用成本，盡量以成熟、現(xiàn)有的校園網(wǎng)信息資源為支撐。系統(tǒng)設(shè)計主要包括3 個部分：校園正方教學管理信息系統(tǒng)、校園WiFi 平臺、圖書館信息服務(wù)數(shù)據(jù)庫。其中，正方教學管理系統(tǒng)采集課程教學班級學生信息，并建立對應(yīng)的課程微信群；校園WiFi 用作空中數(shù)據(jù)通道。課程答疑機器人作為“智能助教”角色嵌入微信群，經(jīng)空中通道與圖書館信息服務(wù)數(shù)據(jù)庫相鏈接，以獲取和存儲課程知識協(xié)助老師回答問題。

3.2 信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

通過微信群連接教學管理系統(tǒng)和圖書館信息服務(wù)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)模型如圖1 所示。

由圖1 所示，正方教學系統(tǒng)每學年初按班級完成新生的信息采集工作，并根據(jù)課程A、B 分為A、B 小組，并將信息輸入到微信客戶端，微信客戶端根據(jù)A、B 分組構(gòu)建課程A 微信群、課程B 微信群。AB 微信群分別植入微信機器人（“智能助教”），在微信群進行答疑、咨詢，并收集專業(yè)課程有價值信息，導入圖書館信息系統(tǒng)，以備調(diào)用和導出。每學年的知識積累可使用于下一個學年，不斷累積，構(gòu)成內(nèi)容日益豐富的課程信息數(shù)據(jù)庫。

圖1 課程答疑信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The diagram of the curriculum Q&A system's structure

3.3 系統(tǒng)的主要功能及特色

主要功能特色有5 個方面。

（1）24 小時無休在線課程答疑服務(wù)。“智能助教”在群里充當老師助手的角色，無休搜集重復出現(xiàn)的問答，自動關(guān)聯(lián)，納入答疑庫。答疑機器人與微信群里的角色產(chǎn)生了多維度的互動關(guān)系：“智能助教”與老師、每個學生構(gòu)成了互助學習團隊。答疑系統(tǒng)涉及到的角色有學生、老師、智能助教和后臺系統(tǒng)管理。功能場景是微信群。學生在微信群中@ 機器人并提出問題，機器人識別問題后搜索課程答疑數(shù)據(jù)庫，如果搜索到答案，則自動回復問題。

（2）越用越靈活。機器人識別問題后若搜不到答案，學生不滿意機器人自動回復的答案，機器人會邀請其他學生/老師來回答。當人工回答被采納后，機器人自動關(guān)聯(lián)該問題及正確答案，存入課程答疑數(shù)據(jù)庫以便將來能對相似的問題作出快速回答。這種自學習功能，使得知識得以積累，系統(tǒng)越用越好用。原理如圖2 所示。

（3）實現(xiàn)技術(shù)方面，通過一個微信賬號同時關(guān)聯(lián)多個課程群，并對每個群的信息進行分類管理，通過這種“多用戶”信息處理技術(shù)，可以一定程度緩解類似微信賬號資源稀缺問題。

圖2 答疑系統(tǒng)用況圖Fig.2 The diagram of the Q&A system's usage

（4）多途徑維護與知識升級。課程答疑數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建在圖書館服務(wù)器上，其維護管理既可以是專業(yè)專職館員，也可以是教學一線的老師學生，還可以是“智能助教”自主。館員可通過批量錄入，實現(xiàn)庫內(nèi)容跳躍式升級，而一線師生則通過與機器人交互，實現(xiàn)庫內(nèi)容步進式升級。

（5）多應(yīng)用途徑。設(shè)計了內(nèi)存映射表，將數(shù)據(jù)庫復雜問題索引轉(zhuǎn)化為簡單索引，方便學生和老師輸入問題和反饋知識。此外答疑庫有一套完備的管理系統(tǒng)，除了基本的增、刪、查、改功能之外，還提供數(shù)據(jù)分析功能。系統(tǒng)管理員選擇相關(guān)的指標將答疑庫進行知識分類管理，教師和學生可以隨時查詢、閱讀，并分享、推薦給其他同學和朋友。

4 技術(shù)實現(xiàn)及程序設(shè)計

4.1 技術(shù)實現(xiàn)路徑

4.1.1 微信應(yīng)用app 的二次開發(fā)技術(shù)

在一個微信聊天群中，根據(jù)即時通信原則，作為群成員的“智能助教”角色只要在線，就可以隨時收到群消息，運用自然語言處理算法，篩選出問題并檢索數(shù)據(jù)庫，返回答案。答疑機器人本質(zhì)上就是一個微信號，只要做到模擬微信號登陸微信平臺，并且能夠捕捉到群消息事件，就可以實現(xiàn)期望的答疑功能。本答疑系統(tǒng)使用Jeeves 實現(xiàn)模擬微信號登陸并捕捉群消息事件的功能，技術(shù)原理如圖3 所示。

圖3 模擬微信號登錄課程群過程示意圖Fig.3 The diagram of WeChat accounts'log on to the class

4.1.2 微信群虛擬角色與圖書館數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)技術(shù)

答疑庫以課程名稱作為命名空間，進行數(shù)據(jù)隔離。新建一個課程聊天群后，對應(yīng)的答疑庫代理同時被建立并初始化。微信群機器人接收到問題之后，會檢索答疑庫代理，如果檢索結(jié)果為空，答疑庫代理就會向圖書館數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)起檢索請求，調(diào)用圖書館系統(tǒng)開放的檢索接口，并將結(jié)果返回給群中機器人，同時保存一個問答備份到答疑庫代理。一方面，可以提高相似問題命中率，縮短響應(yīng)時間；另一方面，答疑庫代理采用的是倒排索引[16]的數(shù)據(jù)庫，檢索效率是實時的。也就是說，機器人與圖書館數(shù)據(jù)庫并不是直接與圖書館交互的，而是通過答疑庫代理間接聯(lián)系的。

圖4 課程群“智能助教”角色與答疑庫的關(guān)聯(lián)關(guān)系示意圖Fig.4 The relation between an"intelligent teaching assistant"and Q&A database

4.1.3 將索引映射之后的答案顯示在微信群

群中機器人即“智能助教”，接受到檢索答案后，如果答案為空，會在群里回復求助回答；如果答案不為空，會將答案列表發(fā)布到群中?？紤]到要收集群成員對于答案的匹配度回復，為了方便用戶對問題答案滿意度進行回復，需要將答案的全局Id 轉(zhuǎn)換為簡單索引。全局索引長且復雜，比如uuid，而簡單索引是簡短的，比如1、2，本系統(tǒng)使用內(nèi)存映射表實現(xiàn)長短索引的轉(zhuǎn)換。

圖5 長短索引轉(zhuǎn)換Fig.5 The conversion between long and short indexes

本系統(tǒng)在Window10 操作系統(tǒng)上，使用Java 語言[17]進行開發(fā)。開發(fā)工具使用IDEA，開發(fā)環(huán)境為JDK8[18]（java development kit8），Redis[19,20]和ElasticSearch[21]。

4.2 程序設(shè)計

4.2.1 系統(tǒng)整體框架及信息交互流程圖

在IDEA 集成開發(fā)環(huán)境下，用Java 語言對微信信息交互作二次開發(fā)程序設(shè)計，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖6 所示，信息交互流程如圖7 所示。

圖6 系統(tǒng)框架圖Fig.6 The system framework

圖7 系統(tǒng)信息交互流程圖Fig.7 The flow chart of system information interaction

4.2.2 數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)的答疑數(shù)據(jù)庫采用ElasticSearch[22]，表結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，只有問題和答案兩個屬性，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都為字符串類型，建表語法如下。

4.2.3 微信群“智能助教”角色實現(xiàn)程序

主要實現(xiàn)程序代碼如下。

程序流程圖如圖8 所示。

圖8 程序流程圖Fig.8 The program flow chart

5 試驗與測試

5.1 測試環(huán)境

硬件環(huán)境：PC I5 2.6G，內(nèi)存2G，硬盤剩余空間10G 以上。軟件環(huán)境：JDK8，Redis，ElasticSearch。運行系統(tǒng)：Jeeves 系統(tǒng)，答疑庫系統(tǒng)。

5.2 啟動步驟

管理員首先準備一個微信賬號，并在手機微信登陸。進入Jeeves 系統(tǒng)，使用手機微信掃描登陸，啟動機器人。將機器人加入課程群中，即可自動答疑。

5.3 測試報告

將課程答疑機器人小K 放入 《商務(wù)英語》 教學群進行測試，同學們很感興趣，嘗試@ 機器人進行交流，咨詢學科專業(yè)及課堂中的疑問，體驗人工智能服務(wù)。同時，智能角色在線答疑的啟用，創(chuàng)新了教學課后答疑的服務(wù)模式，延長了咨詢服務(wù)時間，讓老師從重復、繁重的教輔工作中解放出來，同時群內(nèi)多角色，多方面的互動也讓學習氣氛活躍，提高了同學們學習興趣和學習效率。系統(tǒng)測試的界面如圖9、圖10 所示。

圖9 人工回答問題Fig.9 Human-generated question answer pairs

圖10 關(guān)聯(lián)問答后自動回答問題Fig.10 Automatically generated answers

如圖9 所示，某同學在教學群@機器人小K 提出問題，小K 在答疑庫找不到匹配答案“請群里的老師同學回答”，并給出回答問題的格式要求。當老師回答該問題之后，機器人會識別這個回答，并自動關(guān)聯(lián)問答，將這個問答積累到答疑庫里面，當學生再次提出包含相同關(guān)鍵字的提問后，機器人即可自動回答，如圖10 所示。

將“智能助教”應(yīng)用前后的效果對比，如表1 所示。

表1 課程答疑系統(tǒng)應(yīng)用前后對比Table 1 Comparison of the situation before and after the application of the curriculum Q&A system

6 結(jié)語

本研究獲得以下有益結(jié)論：①以“智能助教”角色形式，嵌入到基于公共信息平臺的“課程群”中，是一種圖書館信息主動服務(wù)教學一線的可操作模式；②具體利用微信平臺的二次開發(fā)功能，利用JDK8、Redis、ElasticSearch 等軟件資源開發(fā)工具構(gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)，在技術(shù)上具有可行性；③本文的信息主動服務(wù)模式及其圖書館建課程數(shù)據(jù)庫，既可以調(diào)動盤活現(xiàn)有庫存信息資源，又可以動態(tài)發(fā)現(xiàn)資源短板，有針對性的充實完善資源建設(shè)工作；④賦予“智能助教”角色自學習功能是動態(tài)更新課程數(shù)據(jù)庫的智能化方法，本文的相關(guān)研究給出一種實現(xiàn)思路，具體技術(shù)方法還只處在起步階段，離“便捷好用”還有一定距離，尚需進一步研究和完善；⑤本文的模式、思路與方法，對有相似需求的信息服務(wù)系統(tǒng)有一定參考價值。