移動協(xié)同答疑模式的設(shè)計與實現(xiàn)

鐘元生　朱文強　萬本庭

【摘要】提出了一種新的移動協(xié)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(jié)構(gòu),并給出了實現(xiàn)方案。新的系統(tǒng),除具傳統(tǒng)的答疑功能外,還能自動協(xié)調(diào)多個教師、學(xué)習(xí)服務(wù)器的聯(lián)系,回答學(xué)生的復(fù)雜問題,特別支持移動狀態(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;移動通訊;移動應(yīng)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(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]認為,網(wǎng)上答疑是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)活動的一種重要環(huán)節(jié), 隨著音、視頻壓縮技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)傳輸實時業(yè)務(wù)新技術(shù)的出現(xiàn),網(wǎng)上實時答疑已成為現(xiàn)實,網(wǎng)上實時答疑系統(tǒng)的設(shè)計、開發(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)上實時答疑系統(tǒng)開發(fā)的實踐,探討了網(wǎng)絡(luò)實時答疑系統(tǒng)的設(shè)計思想、關(guān)鍵開發(fā)技術(shù)和最終能實現(xiàn)的功能。張業(yè)睿等[2]關(guān)注了基于互聯(lián)網(wǎng)的遠程答疑系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn),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(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)的使用受時空上的限制?，F(xiàn)有的答疑系統(tǒng)大多都是基于Web設(shè)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(tǒng)缺乏協(xié)同性?，F(xiàn)有的答疑系統(tǒng)能利用自身的知識庫以及教師來幫助學(xué)生解答一些較為簡單的問題,但對于復(fù)雜的問題,如涉及多個領(lǐng)域或多個學(xué)科的復(fù)雜問題,需要多個教師進行協(xié)同回答時,系統(tǒng)就顯得無能為力。

移動設(shè)備的普及以及移動設(shè)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(shè)備使用到答疑系統(tǒng)中來的條件也逐步成熟。作為移動e-learning系統(tǒng)的重要模塊,移動答疑為移動狀態(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)生的許多問題有一定深度,常常一個教師無法立即回答學(xué)生的疑問,需要教師之間的協(xié)作?，F(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,提出了一種移動協(xié)同答疑模式,并探討其實現(xiàn)方案。

二 移動協(xié)同答疑模式的功能需求

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

①交流的隨時隨地性?；谝苿訁f(xié)同答疑模式的系統(tǒng),可以讓學(xué)生借助智能手機、PDA等移動設(shè)備以WAP、短信等方式隨時隨地訪問系統(tǒng),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(xué)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(tǒng)知識庫中必須預(yù)先存儲大量的問題和解答。當學(xué)生提出的問題在知識庫中有合適記錄時,可直接由系統(tǒng)給出答案。

③能對復(fù)雜問題進行協(xié)同答疑。當學(xué)生提出的問題較為復(fù)雜、系統(tǒng)自身知識庫中沒有現(xiàn)成答案時,則系統(tǒng)將問題發(fā)給與問題相關(guān)方向的有關(guān)教師,有關(guān)的教師可以對問題進行答疑,也可以向通過系統(tǒng)向其他教師、專家求助,協(xié)同給出更加精確的答案;整個答疑過程甚至還可以將對此領(lǐng)域感興趣的學(xué)生結(jié)合進來,以提高學(xué)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(tǒng)都記錄下答疑的過程,存放到系統(tǒng)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(xié)同答疑工作流程設(shè)計

1 移動協(xié)同答疑的用例分析

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

圖1 移動協(xié)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(xié)同答疑的工作流程步驟如下:

①學(xué)生向移動協(xié)同答疑模型提出問題。

②系統(tǒng)根據(jù)問題在知識庫查找,如果有現(xiàn)成答案則給出答案;沒有則將問題轉(zhuǎn)發(fā)給教師。

③教師進行答疑;如果無法解答,則向系統(tǒng)請求協(xié)同答疑。

④答疑系統(tǒng)將請求轉(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)生對問題進行解答,如果無法解答則向系統(tǒng)請求協(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,教師可以對學(xué)生答疑資格進行評定打分,具有相應(yīng)分數(shù)資格的學(xué)生可以對其他學(xué)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(xué)生再問類似的問題,系統(tǒng)根據(jù)答案的評分高低,來排列答案順序。學(xué)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(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中的知識庫模塊、內(nèi)容分解模塊以及答疑處理模塊是移動協(xié)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(xié)同答疑模式中的基礎(chǔ),用來存放問題、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,知識庫的健全與否對整個答疑系統(tǒng)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(guān)鍵詞表、通用關(guān)鍵詞表、同義詞表、可忽略詞表和答疑庫五部分組成。課程關(guān)鍵詞表用來存放課程中出現(xiàn)率較高的詞素,通用詞表存放提問過程中出現(xiàn)頻率較高的詞語,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,答疑庫主要存放問題及問題的答案,并通過關(guān)鍵詞表來進行外鍵鏈接,為學(xué)生的提問提供答案搜索文檔。答疑庫需要有科學(xué)的分類索引,以提高問題的查詢速度。首先將問題按學(xué)科分類建立索引,然后再進行學(xué)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(nèi)容分解模塊功能

內(nèi)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(guān)鍵字分離出來,分解成系統(tǒng)可以理解的語句。一個好的分詞技術(shù)可以準確的定位問題的答案,提高查詢速度。

對于學(xué)生輸入的問題,首先我們將其分解成若干子串,分解的依據(jù)有:①顯示的標點符號;②可忽略詞表中的詞匯。然后,使用關(guān)鍵詞表和通用關(guān)鍵詞表對每一個子串進行分詞。本模式采用基于規(guī)則和基于統(tǒng)計相結(jié)合的分詞方法。由于該模式是針對具體某一學(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。只要詞庫建設(shè)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(nèi)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(jié)果。其中,我們判斷一個句子是否與問題相關(guān)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(nèi)容相關(guān)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(xué)生提出的問題, 為答疑庫中的問題, 為學(xué)生提出的問題在專業(yè)課程領(lǐng)域里的權(quán)重,由學(xué)生的提出的問題中的關(guān)鍵字的權(quán)重計算得到, 為答疑庫中相關(guān)問題在專業(yè)課程領(lǐng)域里的權(quán)重,也是由問題的關(guān)鍵字的權(quán)重得到。當有多個答疑庫中的問題與學(xué)生提出的問題的相似度達到設(shè)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(jié)果。

② 存儲教師答疑記錄。學(xué)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(yīng)的問題記錄ID,存儲問題內(nèi)容及關(guān)鍵字內(nèi)容,同時,教師回答以及協(xié)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(xié)同答疑模式的邏輯結(jié)構(gòu)

基于上述考慮,移動協(xié)同答疑系統(tǒng)要能根據(jù)學(xué)生選擇的提問平臺選擇進行相應(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,移動答疑平臺分為表示層、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行交互。用戶通過客戶端設(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(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)過處理后的信息,對信息進行分類、處理,將信息提交給數(shù)據(jù)庫存取接口。

(3) 數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)庫存取接口根據(jù)業(yè)務(wù)處理層提交的信息對知識數(shù)據(jù)庫進行查詢,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 移動協(xié)同答疑支持平臺的實現(xiàn)

1 移動協(xié)同答疑平臺的體系結(jié)構(gòu)

在對移動協(xié)同答疑模式進行研究和分析后,我們設(shè)計了用于《軟件測試技術(shù)》課程網(wǎng)站的移動答疑平臺。整個移動協(xié)同答疑平臺的硬件與軟件體系結(jié)構(gòu)如圖4、圖5所示。

由于平臺處于試驗階段,WAP網(wǎng)關(guān)服務(wù)器我們采用了相對較為簡單的移動WAP公用網(wǎng)關(guān)服務(wù)器。學(xué)生可以通過WAP、短信、Web三種方式來訪問系統(tǒng)。

(1) WAP方式。學(xué)生通過移動設(shè)備的WAP瀏覽器訪問系統(tǒng),提出問題,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)器向知識數(shù)據(jù)庫查詢,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WAP、短信、或Web的形式向系統(tǒng)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(xué)生發(fā)出短信,請求協(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題的答疑記錄以短信的新式發(fā)給學(xué)生,如答案過長,則給學(xué)生發(fā)送“問題已解決,請點擊鏈接得到答案”短信給學(xué)生,學(xué)生通過鏈接來得到相關(guān)答案,并且答疑系統(tǒng)記錄答疑過程。

(2) 短信方式。學(xué)生通過手機向系統(tǒng)的移動信息服務(wù)器發(fā)送問題,移動信息服務(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數(shù)據(jù)庫查詢,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。這是訪問答疑系統(tǒng)最方便的方式。學(xué)生直接由Web瀏覽器訪問系統(tǒng),將問題提交給答疑服務(wù)器,答疑服務(wù)器中的答疑模塊向知識數(shù)據(jù)庫查詢,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)頁的形式呈現(xiàn)給學(xué)生。

2 移動答疑平臺的數(shù)據(jù)庫表的設(shè)計

移動答疑平臺的業(yè)務(wù)實現(xiàn)中比較復(fù)雜的表在于知識數(shù)據(jù)庫的搭建。整個系統(tǒng)基本的數(shù)據(jù)庫有:①課程管理數(shù)據(jù)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(xié)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(wù)器作為短信收發(fā)服務(wù)器,用一臺PC機作為答疑服務(wù)器,數(shù)據(jù)庫采用MySql,開發(fā)環(huán)境采用J2EE和J2ME,使用J2EE開發(fā)系統(tǒng)的務(wù)器,采用J2ME開發(fā)系統(tǒng)的客戶端,模擬器采用的是Sun公司的無線模擬器,實施結(jié)果如圖6所示。

五 結(jié)語

本文設(shè)計的移動協(xié)同答疑平臺可以更好的為學(xué)生、教師提供交流,學(xué)生可以隨時隨地把疑問發(fā)送給系統(tǒng),教師可以隨時隨地的為學(xué)生服務(wù),從而達到充分利用現(xiàn)有教師資源的目的,對于提高教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)服務(wù)質(zhì)量、改進教學(xué)方法都有很大的幫助,并且此平臺可以遠程教育、職業(yè)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(nèi)容。

參考文獻

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