基于公眾號的課程答疑助教系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

勞傳媛 蒙江 周慧怡

摘要：在國家政策的有力支持下，人工智能技術(shù)在教育中的落地應用得到重視與發(fā)展。針對實際課堂教學中答疑情境下存在的內(nèi)向?qū)W生不敢問、教師手工搜集學生問題并答疑的效率不高等問題，提出基于微信公眾號，設計并實現(xiàn)一個課程答疑助教系統(tǒng)，主要功能是智能識別學生提問并實現(xiàn)自動回復，從而有效提高教學效率。

關鍵詞：智能助教系統(tǒng);微信公眾號;自動回復

中圖分類號：TP319? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）21-0052-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 引言

在人工智能技術(shù)日漸發(fā)展與進步的時代大背景下，人工智能技術(shù)在各行各業(yè)中的落地應用正如火如荼地進行中，教育領域亦復如是。2017年，國務院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，文件中提到教育作為迫切民生需求之一，應加快人工智能在其中的創(chuàng)新應用，為公眾提供個性化、多元化、高品質(zhì)的教育服務[1]，其中“開發(fā)智能教育助理”在“智能教育”項中被明確列出。2021年，教育部部長懷進鵬出席國際人工智能與教育會議并講話，表示中國將推動人工智能與教育教學深度融合，加快建設高質(zhì)量教育體系[2]。在國家政策的有力支持下，“人工智能+教育”將進入發(fā)展的快車道。

在實際課堂教學中，由于課堂授課時間有限、不同學生知識接受能力存在差異等主客觀原因，教師期望教學效果與學生實際學習情況之間往往存在一定的偏差。為減小其間的偏差值，答疑是當前教師采取的主要手段之一，鼓勵學生通過課堂提問、論壇發(fā)帖、課程群發(fā)言等線上線下多種方式說明自身學習中存在的疑難問題，教師再進行答疑解決彌補知識漏洞。毋庸置疑，答疑能夠一定程度上提高教學效果，但是仍然存在部分內(nèi)向?qū)W生不敢問、教師手工搜集學生問題并答疑的效率不高等問題。而人工智能技術(shù)在教育中的應用之一，正是充分利用其程序化、智能化等特點，幫助教師解決重復化、機械化的工作，從而有效提升教學效率和質(zhì)量。

針對課堂教學答疑情境下存在的種種問題，本文提出基于微信公眾號，設計并實現(xiàn)一個課程答疑助教系統(tǒng)，主要用于智能識別學生提問，從而自動回復學生在課程學習中遇到的各種常見問題，并能夠根據(jù)學生提問數(shù)據(jù)同步更新課程問題庫，針對更新問題，由后臺管理教師統(tǒng)一處理回復。基于微信公眾號的課程答疑助教系統(tǒng)方便學生及時解決所碰到的疑難問題的同時，也能幫助教師掌握學生學習情況，從而適當調(diào)整教學策略，有效提高教學效率。

2 課程答疑助教系統(tǒng)的設計

為應對課堂教學中答疑情境下存在的內(nèi)向?qū)W生不敢問、教師手工搜集學生問題并答疑的效率不高等問題，課程答疑助教系統(tǒng)應具備的主要功能如下：

1）問題理解與回復。問題準確回復的前提在于理解問題，應能夠在用自然語言描述的學生提問中識別問題核心，從而能夠從已有知識庫中檢索對應答案，并及時響應回復[3]。

2）知識庫更新。基于學生對于問題描述的多元性以及學習過程中遇到問題的未知性，答疑知識庫必然無法百分百覆蓋所有提問。針對未包含在內(nèi)的提問數(shù)據(jù)，應能夠及時保存并整理，便于管理教師掌握并更新知識庫。

根據(jù)以上主要功能需求分析，課程答疑助教系統(tǒng)的工作流程一般為：接收學生提問，并對問題進行文本處理及理解后，在已有知識庫中檢索相關數(shù)據(jù)，如果檢索成功則返回對應答案，否則，將問題數(shù)據(jù)保存到服務器本地，以待管理教師的更新。圖1是課程答疑助教系統(tǒng)的工作流程圖。

同時，為方便學生用戶使用，本文將課程答疑助教系統(tǒng)和微信公眾號相結(jié)合，關注公眾號后，即可通過公眾號的聊天界面獲得專屬“一對一”的答疑服務，而且能夠避免時間、地域以及設備的限制。

3 課程答疑助教系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 問題庫的構(gòu)建

一個完善的答疑系統(tǒng)，要實現(xiàn)良好的答疑服務，離不開問題知識庫的支撐[4]。本文面向本科課程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特定領域，通過收集近兩年某高校負責數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)授課的教師的線上答疑記錄，對學生問題進行歸類與分析，并以此為基礎構(gòu)建一個問題庫，進而輔助課程答疑系統(tǒng)自動回復功能的實現(xiàn)。

通過手工整理，答疑情境主要可分為以下三類：

1）課程內(nèi)容答疑：在課程章節(jié)內(nèi)容學習過程中，對某個知識點存在困惑不解時提出的問題，屬于課程內(nèi)容答疑。這類問題大多是基礎性問題，存在的主要原因是對課堂講授內(nèi)容印象不深，因此可通過推送相關教學視頻、精煉整理后的圖文消息進行回復。

2）測試練習答疑：課堂教學開展的同時，往往會通過課堂測試、課后作業(yè)等方式來幫助教師及時掌握學生學習情況或幫助學生鞏固已學知識。而對于課堂測試、課后作業(yè)等內(nèi)容提出的問題，屬于測試練習答疑。這類問題是單個或多個教學知識點衍生而來，因此可通過推送題目解析以及關聯(lián)知識的圖文消息進行回復。

3）課程信息答疑：在實際教學情境中還存在一些問題，包括課程與專業(yè)的關系、課程考核內(nèi)容及方式、課程進度安排等多個方面，主要是因為學生關注于課程對其個人發(fā)展的影響，因而需要了解課程相關的一些信息，因此本文將其歸類為課程信息答疑。

問題庫的分類梳理，有利于提高問題的識別與檢索的效率。除此以外，本文還將該分類應用于提問無法檢索到答案的情況下，通過展示分類提供用戶選擇，用戶在選擇對應分類后，可查看到該分類下的熱度TOP5問題，或通過關鍵字搜索相關問題。

3.2 自助答疑服務的實現(xiàn)

課程答疑助教系統(tǒng)基于微信公眾號，因此需要通過調(diào)用微信的第三方接口來完成消息會話功能。微信公眾平臺向不同用戶群體及需求提供不同類型的公眾賬號申請服務，包括面向企業(yè)和組織提供的以強大業(yè)務服務和用戶管理能力為核心的服務號、面向媒體和個人提供的以溝通交流為核心的訂閱號等。課程答疑助教系統(tǒng)的核心服務是答疑，答疑本質(zhì)上是提問方與解釋方之間的對話交流，因此本文申請的公眾號類型為訂閱號。訂閱號主要提供群發(fā)消息、被動回復消息、客服消息和模板消息四類消息服務，自助答疑服務發(fā)生在學生提問后，因此主要觸發(fā)的是被動回復消息類型。

在收到以文本為載體的提問消息后，微信服務器會將該條消息以XML的形式發(fā)送到預先配置的開發(fā)者服務器地址處，以提問“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從邏輯上如何劃分”為例，推送的XML數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)如圖2所示。

其中，ToUserName結(jié)點標簽是消息的接收方，即開發(fā)者的微信號;FromUserName結(jié)點標簽是消息的發(fā)送方，即提問者的微信號;CreateTime結(jié)點標簽是提問消息創(chuàng)建的時間;MsgType結(jié)點標簽是消息類型，當前課程答疑助教系統(tǒng)主要解決的是text文本消息;Content結(jié)點標簽是提問消息中的全部文本內(nèi)容;MsgId是由微信后臺系統(tǒng)自動生成的一個為記錄識別該條提問消息的標記ID[5]。

自助答疑服務的實質(zhì)是，以提問消息的文本數(shù)據(jù)為檢索內(nèi)容，在自建的問題庫中檢索相應的問題記錄，從而向提問者返回預設的對應答案與解析文本。因此，系統(tǒng)首先需從XML數(shù)據(jù)包中解析提取出ToUserName、FromUserName和Content等結(jié)點標簽中的內(nèi)容數(shù)據(jù)，為后續(xù)操作提供支持。然后，系統(tǒng)采用SimHash算法分別對Content結(jié)點標簽的內(nèi)容數(shù)據(jù)和問題庫中的已有問題進行文本相似度計算，從中檢索出相似度高于0.6的數(shù)據(jù)。若僅檢索出一條數(shù)據(jù)，則直接將該數(shù)據(jù)對應的答案項和解析項封裝到特定XML結(jié)構(gòu)中，并在響應包中返回該XML數(shù)據(jù)，來對原提問消息進行響應。針對提問“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從邏輯上如何劃分”，系統(tǒng)檢索到對應數(shù)據(jù)后，響應回復的XML數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)如圖3所示。若存在多條，則返回相似度最高的數(shù)據(jù)。

微信服務器接收到回復的XML數(shù)據(jù)包后，則會根據(jù)其中的ToUserName結(jié)點標簽，發(fā)送給指定微信用戶，即發(fā)出提問的用戶。實現(xiàn)效果如圖4所示。

但自建問題庫并不能保證百分百覆蓋所有的提問，針對在自建問題庫未能檢索到相似度高于0.6的提問數(shù)據(jù)，系統(tǒng)同樣會響應回復一個XML數(shù)據(jù)包，表示當前暫時還未收集相關問題，以及當前問題庫中被檢索返回次數(shù)最高的前5個問題，提問用戶可根據(jù)自身需求選擇是否根據(jù)指定數(shù)字查看對應問題的答案解析。實現(xiàn)效果如圖5所示。

4 結(jié)束語

微信公眾號作為一種全新的服務平臺，能夠在公眾號管理者與讀者之間架起良好的溝通橋梁，目前已經(jīng)得到廣泛應用。本文利用微信公眾號的便利優(yōu)勢，設計并實現(xiàn)一個課程答疑助教系統(tǒng)，主要完成智能識別學生提問并實現(xiàn)自動回復的任務，并嘗試應用在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學中。在實際教學場景下，基于微信公眾號的課程答疑助教系統(tǒng)能夠幫助教師分擔一定的答疑工作量，并且從課程內(nèi)容、課程進度、課程考核等多個方面向?qū)W生提供友好的“自助”答疑服務，具有良好的教學應用價值。

參考文獻：

[1] 國務院.國務院關于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知[EB/OL].（2017-07-20）[2021-10-20].http：//www.gov.cn/zhen gce/content/2017-07/20/content_5211996.htm.

[2] 2021國際人工智能與教育會議舉行[J].中國教育網(wǎng)絡，2021（12）：7.

[3] 李敬偉，劉丹.一種基于FAQ的自動應答系統(tǒng)的研究與設計[J].河南機電高等專科學校學報，2012，20（4）：27-30.

[4] 滿盈盈.網(wǎng)絡教學平臺答疑系統(tǒng)在教學中的應用研究——以《計算機輔助教育》課程教學為例[D].桂林：廣西師范大學，2015.

[5] 微信官方文檔[EB/OL].[2021-10-20].https：//developers.weixin.qq.com/doc/offiaccount/Getting_Started/Overview.html.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】