移動協同答疑模式的設計與實現

鐘元生　朱文強　萬本庭

【摘要】提出了一種新的移動協同答疑模式。通過UML用例分析法分析了該模式的工作流程和邏輯結構,并給出了實現方案。新的系統,除具傳統的答疑功能外,還能自動協調多個教師、學習服務器的聯系,回答學生的復雜問題,特別支持移動狀態下的教師答疑需求。

【關鍵詞】電子學習系統; 協同答疑;移動通訊;移動應用

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097(2009)07—0116—04

一 研究現狀

Internet的普及與發展為e-learning系統提供了很好的支持。其中,答疑系統是基于互聯網的e-learning系統的重要模塊,引起了研發人員的重視。孫發勤等[1]認為,網上答疑是網絡教學活動的一種重要環節, 隨著音、視頻壓縮技術和互聯網傳輸實時業務新技術的出現,網上實時答疑已成為現實,網上實時答疑系統的設計、開發已成為網絡教學環境構建的重要內容。他們結合網上實時答疑系統開發的實踐,探討了網絡實時答疑系統的設計思想、關鍵開發技術和最終能實現的功能。張業睿等[2]關注了基于互聯網的遠程答疑系統的設計與實現,他們模擬了答疑過程中師生單獨交流、群組討論等模式,并對典型問題進行了積累。陳麗婷等[3]則研究了課堂輔助式點播專家答疑系統。

雖然現有答疑系統提高了教學的質量,但仍然存在以下不足:

①系統的使用受時空上的限制。現有的答疑系統大多都是基于Web設計,師生必須坐在電腦前,打開瀏覽器,才可以進行提問和解答。

②答疑系統缺乏協同性。現有的答疑系統能利用自身的知識庫以及教師來幫助學生解答一些較為簡單的問題,但對于復雜的問題,如涉及多個領域或多個學科的復雜問題,需要多個教師進行協同回答時,系統就顯得無能為力。

移動設備的普及以及移動設備的處理能力的不斷提高,使人們開始重視移動教育[4][5][6]。將移動設備使用到答疑系統中來的條件也逐步成熟。作為移動e-learning系統的重要模塊,移動答疑為移動狀態下的老師指導學生學習提供多種可能性,有必要研究能充分利用這種可能性的答疑模式。由于高校學生的許多問題有一定深度,常常一個教師無法立即回答學生的疑問,需要教師之間的協作。現有的研究均未涉及這方面的內容。為此,本文在一般移動答疑的功能需求與流程分析[7]工作的基礎上,提出了一種移動協同答疑模式,并探討其實現方案。

二 移動協同答疑模式的功能需求

含移動協同答疑模式的學習系統應具有以下特點:

①交流的隨時隨地性。基于移動協同答疑模式的系統,可以讓學生借助智能手機、PDA等移動設備以WAP、短信等方式隨時隨地訪問系統,提出自己的問題。教師可以以WAP、短信、Web等方式隨時隨地回答學生的問題,具有極大的靈活性。

②能夠自動解答較為簡單的問題。基于該模式的系統知識庫中必須預先存儲大量的問題和解答。當學生提出的問題在知識庫中有合適記錄時,可直接由系統給出答案。

③能對復雜問題進行協同答疑。當學生提出的問題較為復雜、系統自身知識庫中沒有現成答案時,則系統將問題發給與問題相關方向的有關教師,有關的教師可以對問題進行答疑,也可以向通過系統向其他教師、專家求助,協同給出更加精確的答案;整個答疑過程甚至還可以將對此領域感興趣的學生結合進來,以提高學生的積極性,增強互動性與趣味性。

④記錄答疑過程。對于每一次新問題的解答,系統都記錄下答疑的過程,存放到系統的知識庫中,為將來解答類似疑問及教師解答時提供幫助與支持。

三 移動協同答疑工作流程設計

1 移動協同答疑的用例分析

基于移動協同答疑模式的平臺是一個以服務器為中心的,可以通過WAP、Web、短信進行訪問的多組件體系結構。它提供基于Internet技術和移動通信技術的通用接入和訪問模式。系統用例圖如圖1所示。

圖1 移動協同答疑模式的用例圖

2 答疑的工作順序分析

答疑過程的順序圖如圖2所示。移動協同答疑的工作流程步驟如下:

①學生向移動協同答疑模型提出問題。

②系統根據問題在知識庫查找,如果有現成答案則給出答案;沒有則將問題轉發給教師。

③教師進行答疑;如果無法解答,則向系統請求協同答疑。

④答疑系統將請求轉發給相應的教師或具有答疑資格的學生。

⑤相應的教師或具答疑資格的學生對問題進行解答,如果無法解答則向系統請求協同答疑并轉至第④步,直至給出較為滿意答案為止。

⑥學生獲得答疑結果。

另外,教師可以對學生答疑資格進行評定打分,具有相應分數資格的學生可以對其他學生提出的問題進行解答。教師還可以對答案進行評分,以后學生再問類似的問題,系統根據答案的評分高低,來排列答案順序。學生也可以對答疑教師評分,評選出教師的答疑準確度。

圖2 移動協同答疑模式的答疑順序圖

3 協同答疑的核心模塊功能分析

圖2中的知識庫模塊、內容分解模塊以及答疑處理模塊是移動協同答疑模式中最重要的三個部分。

(1) 知識庫模塊功能

知識庫是移動協同答疑模式中的基礎,用來存放問題、關鍵字表、通用關鍵詞表、同義詞表、可忽略詞表以及答疑庫,知識庫的健全與否對整個答疑系統的問題查準率及查全率都有極大的影響。

本模式的知識庫主要由課程關鍵詞表、通用關鍵詞表、同義詞表、可忽略詞表和答疑庫五部分組成。課程關鍵詞表用來存放課程中出現率較高的詞素,通用詞表存放提問過程中出現頻率較高的詞語,同義詞表存放的是課程關鍵詞以及通用關鍵詞相近的詞,答疑庫主要存放問題及問題的答案,并通過關鍵詞表來進行外鍵鏈接,為學生的提問提供答案搜索文檔。答疑庫需要有科學的分類索引,以提高問題的查詢速度。首先將問題按學科分類建立索引,然后再進行學科方向分類建立索引。問題分類通過向資深教師咨詢來完成。

(2) 內容分解模塊功能

內容分解模塊的功能主要是進行分詞,將用戶提交的問題的關鍵字分離出來,分解成系統可以理解的語句。一個好的分詞技術可以準確的定位問題的答案,提高查詢速度。

對于學生輸入的問題,首先我們將其分解成若干子串,分解的依據有:①顯示的標點符號;②可忽略詞表中的詞匯。然后,使用關鍵詞表和通用關鍵詞表對每一個子串進行分詞。本模式采用基于規則和基于統計相結合的分詞方法。由于該模式是針對具體某一學科的,因而涉及到的專業詞匯比較集中,出現重復率高。只要詞庫建設的適當,分詞的準確性能夠達到較高的水平。

(3) 答疑處理模塊功能

① 對內容分解模塊分解后的詞語與答疑庫中的問題進行匹配,在答疑庫中進行搜索,返回問題結果。其中,我們判斷一個句子是否與問題相關主要通過計算該句子與問題的相似度來完成。相似度Sim(D1, D2)用于度量兩個文檔D1和D2之間的內容相關程度。當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算公式來表示文檔間的相似度。我們通過判斷余弦距離的方式來判斷其語句的相似度,其公式為:

其中, 為學生提出的問題, 為答疑庫中的問題, 為學生提出的問題在專業課程領域里的權重,由學生的提出的問題中的關鍵字的權重計算得到, 為答疑庫中相關問題在專業課程領域里的權重,也是由問題的關鍵字的權重得到。當有多個答疑庫中的問題與學生提出的問題的相似度達到設定閥值時,我們將匹配的這些問題及答案按降序排列則形成搜索結果。

② 存儲教師答疑記錄。學生的問題被分解后,提交給答疑處理模塊,答疑處理模塊記錄問題的標題,在知識庫中生成相應的問題記錄ID,存儲問題內容及關鍵字內容,同時,教師回答以及協同回答的問題以追加的形式存儲到問題的答案字段中。

4 移動協同答疑模式的邏輯結構

基于上述考慮,移動協同答疑系統要能根據學生選擇的提問平臺選擇進行相應的服務,其邏輯部件結構如圖3所示。

圖3 邏輯部件結構圖

從邏輯上看,移動答疑平臺分為表示層、業務處理層和數據層三層。

(1) 表示層。表示層直接與用戶進行交互。用戶通過客戶端設備的客戶端軟件---Web瀏覽器、WAP瀏覽器以及短信終端訪問答疑平臺的表示層,提交自己的請求。表示層接受用戶提交的請求,并將請求轉發給業務處理層。

(2) 業務處理層。業務處理層根據信息的內容,將信息分解為系統易于理解的形式,答疑處理模塊接受經過處理后的信息,對信息進行分類、處理,將信息提交給數據庫存取接口。

(3) 數據層。數據庫存取接口根據業務處理層提交的信息對知識數據庫進行查詢,返回相關的結果,表示層將結果以用戶可以理解的形式呈現給用戶。

四 移動協同答疑支持平臺的實現

1 移動協同答疑平臺的體系結構

在對移動協同答疑模式進行研究和分析后,我們設計了用于《軟件測試技術》課程網站的移動答疑平臺。整個移動協同答疑平臺的硬件與軟件體系結構如圖4、圖5所示。

由于平臺處于試驗階段,WAP網關服務器我們采用了相對較為簡單的移動WAP公用網關服務器。學生可以通過WAP、短信、Web三種方式來訪問系統。

(1) WAP方式。學生通過移動設備的WAP瀏覽器訪問系統,提出問題,網關服務器將基于WAP協議的信息轉換為基于HTTP協議的信息,發給答疑服務器,答疑服務器向知識數據庫查詢,如果有結果,則返回答案。否則,則向教師發出短信,要求教師回答。教師接到短信后,如可以回答,則直接通過WAP、短信、或Web的形式向系統返回答案,如教師無法解答問題,則使用平臺向其他教師或者有資格答疑的學生發出短信,請求協同答疑,得到正確答案后,將結果以WAP、短信、或Web的形式返回給系統。系統接收到正確答案后,將正確答案一并同類似問題的答疑記錄以短信的新式發給學生,如答案過長,則給學生發送“問題已解決,請點擊鏈接得到答案”短信給學生,學生通過鏈接來得到相關答案,并且答疑系統記錄答疑過程。

(2) 短信方式。學生通過手機向系統的移動信息服務器發送問題,移動信息服務器將信息提交給答疑服務器,答疑服務器中的答疑模塊向知識數據庫查詢,如果有結果,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。這是訪問答疑系統最方便的方式。學生直接由Web瀏覽器訪問系統,將問題提交給答疑服務器,答疑服務器中的答疑模塊向知識數據庫查詢,如果有結果,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,系統直接將答案以網頁的形式呈現給學生。

2 移動答疑平臺的數據庫表的設計

移動答疑平臺的業務實現中比較復雜的表在于知識數據庫的搭建。整個系統基本的數據庫有:①課程管理數據庫(Course_Table,Key_Table,Thesaurus_Table,Solution_Table,popQuestion_Table,BlurSolution_Table);②問句類型信號詞庫(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 移動協同答疑平臺的實施

在實施過程中,我們使用了華為的MAS服務器作為短信收發服務器,用一臺PC機作為答疑服務器,數據庫采用MySql,開發環境采用J2EE和J2ME,使用J2EE開發系統的務器,采用J2ME開發系統的客戶端,模擬器采用的是Sun公司的無線模擬器,實施結果如圖6所示。

五 結語

本文設計的移動協同答疑平臺可以更好的為學生、教師提供交流,學生可以隨時隨地把疑問發送給系統,教師可以隨時隨地的為學生服務,從而達到充分利用現有教師資源的目的,對于提高教學質量、教學服務質量、改進教學方法都有很大的幫助,并且此平臺可以遠程教育、職業教育等提供很好的幫助,有很好的推廣價值。本文闡述的移動答疑平臺雖然可以完成一部分題目的自動答題,但還有很多地方需要完善,在提高智能答題的準確度以及題庫的搜索速度方面還有所欠缺,這是今后研究的重要內容。

參考文獻

[1] 孫發勤,馮銳.網上實時答疑系統的設計與開發策略[J].現代教育技術,2004,14(5):71-74.

[2] 張業睿,蔡冠群,袁曉斌.基于Internet遠程答疑系統的設計與實現[J].現代遠程教育研究,2006,35(4):35-38.

[3] 陳麗婷,許益成.課堂輔助式點播專家答疑系統的設計與實現[J].遠程教育雜志,2007,19(2):65-69.

[4] 德斯蒙德?基史.移動學習:下一代的學習——在亞洲開放大學協會第18屆年會上的主題報告[J].開放教育研究,2004,10(6):86-96.

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

[6] 董愛琴,岳瑋寧,崔光佐.一個基于手持移動設備的現代教育信息平臺[J].計算機應用,2004,24(11):142-146.

[7] 鐘元生,萬本庭,朱文強.移動答疑的功能需求與流程分析,中國教育技術裝備,2009,(4): 73-75.