中小學網絡直播課堂教學安全監管平臺的設計與實現＊

干宇昂，陳熙，韓文睿，郭士豪

（溫州大學電氣與電子工程學院，浙江 溫州 325035）

后疫情時代，“網絡直播”“云在線” 等新的教育教學方式以特有的個性化、共享化、碎片化等特點成為中小學生獲取優秀教學資源的重要方式[1]，這種新的學習方式已滲透到中小學的日常學習生活中，并將繼續改變中小學原有的傳統的教育方式，對中小學教育教學起到重要的推進作用。但直播教學平臺安全問題頻出，多地發生“網課爆破”，相關信息備受關注，不少中小學學生在上網課的時候遭到了網課入侵[2]，侵入者從開麥說話、播放歌曲、刷屏霸屏，到直播淫穢視頻、辱罵師生，已嚴重破壞網上教育教學的秩序，更嚴重地侵害了未成年人的身心健康。

針對上述問題，設計和實現了一款中小學網絡直播課堂教學安全監管平臺，利用人工智能技術對網絡課程進行全時段音頻監控與敏感詞甄別，當出現涉黃、涉恐語音信息時能自動快速識別并在第一時間進行預警響應；同時使用大數據技術對參加網絡課程的人員進行身份記錄與鑒別，對涉黃、涉恐人員及相關信息進行全天候監管，確保在線教學安全有序進行。

1 中小學網絡直播課堂教學安全監管平臺的設計思路

針對中小學網絡直播課堂教學安全監管需求，結合課堂監控內容特點，中小學網絡直播教學安全監管平臺設計分為以下3 個部分。

1.1 可視化前端界面開發

使用Web 前端技術開發一套可視化界面，使用人通過賬號密碼登錄后，可用于展示目前監控的所有網絡課堂，可以查看網絡課堂聽課人員信息及上課的主要內容。

1.2 功能后臺開發

使用Java 語言及數據庫技術開發后臺功能[3]，包括網絡課堂新增、人員信息及課堂內容記錄與處理、網絡課堂音頻監聽、請求云端AⅠ能力等。

同時將人員信息、網課信息、敏感詞信息等內容存入MySQL 數據庫中持久保存，以便于后續進行查詢與回看。

1.3 技術中臺搭建

通過調用人工智能開放平臺語音識別云端APⅠ（Application Programming Ⅰnterface，應用程序編程接口）[4]，實現對網絡課堂音頻內容的實時識別，基于識別結果快速定位甄別課堂上敏感內容。將云端AⅠ能力通過技術中臺快速接入產品，便于業務屬性與技術屬性的快速解耦與再組裝，為后續可能的手機端軟件的快速遷移打下基礎。

2 中小學網絡直播課堂教學安全監管平臺的具體設計

2.1 功能設計

中小學網絡直播課堂教學安全監管平臺用戶角色分為超級管理員、監管用戶與普通用戶（學生、教師、其他教職工），不同角色在業務功能上有所區別，功能設計描述如表1 所示。

表1 功能設計描述

2.2 系統架構設計

中小學網絡直播課堂教學安全監管平臺架構從業務屬性來看，分為應用層（前端）與服務層（后端）2 層架構設計。系統整體架構如圖1 所示。

圖1 系統架構圖

應用層采用Web 應用SSM 架構，框架集由Spring、MyBatis 這個開源框架整合而成，給不同用戶角色提供差異化的界面化服務，如普通用戶可以注冊網課，監管用戶可以進行網課監控。

服務層包括3 個模塊：①后臺。是主要功能模塊之一，向技術中臺請求AⅠ語音識別，完成識別結果的快速收集與處理，快速甄別網課內容是否存在敏感詞匯。②技術中臺。將云端用到的AⅠ能力及相應的APⅠ接口封裝成技術中臺，便于系統后續往手機端遷移。本項目中技術中臺包括語音實時識別能力。③中間件。包括Redis、MySQL 和ES，其中Redis 主要提供遠程字典服務，實現數據讀寫緩存，支持高并發；MySQL是關系型數據庫，對用戶信息和網課信息進行持久保存；ES 為索引庫，保存網課的音頻與文本內容，支持快速索引和讀寫。

2.3 系統開發環境搭建及調試

中小學網絡直播課堂教學安全監管平臺應用層前端模塊基于Web 編程語言開發，ⅠDE 環境（集成開發環境）為Webstorm，產物打包為Build 部署包，借助Chrome 瀏覽器完成前端模塊功能的調試。

服務端后臺功能模塊使用Java 語言開發，同時完成技術中臺語音轉寫APⅠ的接口封裝，ⅠDE 環境為ⅠntelliJ ⅠDEA Community，本地調試，產物為打包后的軟件部署包。

3 中小學網絡直播課堂教學安全監管平臺的實現

3.1 系統賦權管理實現

超級管理員登錄后，可以對當前已經注冊的用戶進行賦權，指定誰是監管用戶，誰是普通用戶。該功能監管用戶和普通用戶均不具備，可防止惡意訪問。用戶管理功能界面如圖2 所示。

圖2 用戶管理界面

用戶管理界面支持對用戶進行增刪改查，可以直接新增用戶，不需要經過注冊，可以為用戶賦權限，當前權限分為超管、教師和學生。用戶管理編輯界面如圖3 所示。

圖3 用戶管理編輯界面

3.2 網課監聽過程實現

以教師角色使用本系統時，教師角色首頁只顯示教師所負責班級的實時監控數據，每個班級增加了上課和下課的開關，同一個教師同一時間只能打開一個班級的上課按鈕，同一個班級同一時間也只能由一個教師來上課。打開上課開關，則開始監控網課音頻內容，教師管理開啟監控功能如圖4 所示。

圖4 教師角色管理功能

以學生角色使用本系統時，學生首頁的簽到按鈕橘色表示未簽到，綠色表示已簽到。只有在學生所在班級的教師開啟上課開關后，學生才可以簽到。學生簽到后，在教師首頁會展示所有已簽到學生姓名。教師開啟下課開關后，當前班級所有學生的簽到狀態置為未簽到，同時音頻轉寫內容停止推送。學生簽到功能如圖5 所示。

圖5 學生簽到功能

網課監聽功能如圖6 所示。

圖6 網課監聽功能

3.3 網課監控與可視化大屏顯示

監控者登錄后，可在分析大屏頁面看到所有歷史網課的敏感詞統計結果，可以通過時間范圍自行篩選數據。

網課監聽可視化顯示功能如圖7 所示。

圖7 網課監聽可視化顯示

3.4 用戶身份認證及溯源實現

普通用戶登錄系統后，需及時在用戶管理界面填入個人信息，如真實姓名、學校、年級、班級、家庭地址、班主任等信息。這部分信息一方面是作為系統認證使用，另外更重要的一方面是在監控者頁面可以看到參加網課者的實名信息，幫助系統盡早發現可疑人員。

用戶身份信息輸入功能如圖8 所示。

圖8 用戶身份信息輸入

4 結束語

針對網絡直播課堂安全需求，創新性地利用人工智能語音識別技術對網絡課堂可能出現的涉黃、涉恐音頻信息進行全時段實時監控，具備預警和溯源功能，可省去大量監督和審查的人力，有效輔助教育主管部門及中小學校維護網上教育教學秩序，保護青少年健康成長。