網絡答疑系統的研究、設計與實現

鄭煒冬 江耿豪

韓山師范學院 廣東潮州 521041

網絡答疑系統的研究、設計與實現

鄭煒冬 江耿豪

韓山師范學院 廣東潮州 521041

為提高網絡答疑的效率，對現有網絡答疑方式進行比較分析，以C語言程序設計課程答疑系統為例，從系統用戶、體系結構、功能模塊方面闡述網絡答疑系統的設計，從關鍵算法和技術路線方面介紹答疑系統的實現技術。答疑系統在提高效率、降低成本、調動學習積極性和培養信息素養方面成效明顯。

網絡教育；答疑系統；答疑方式

隨著網絡技術的發展和互聯網資源的不斷完善，網絡教育逐漸普及。答疑、解惑作為教學活動中一個必不可少的環節，也是影響網絡教學質量的一個重要方面。在對網絡教學的效果調查中，64.9%的學生認為有問題不能及時向教師反饋是網絡教學存在的最大問題，而有74%的學生在關于影響學習最大障礙的調查中也提出了同樣的問題[1]。如何實現有效答疑，是目前網絡教學面臨的一個重要問題。

1 網絡教育中答疑的現狀

目前，網絡答疑可分為人工答疑和自動答疑。人工答疑主要采用BBS，E-mail，在線值機答疑，視頻會議，電子白板等方式。BBS是目前主要的一種答疑方式，師生、生生之間可圍繞某個問題展開討論，不僅有利于知識的理解和深化、培養學生的協作學習能力，而且通過教師的參與和激勵，可達到激發學生學習興趣和學習積極性的目的。E-mail私密性好，適合于個別化學習。在線值機答疑、視頻會議、電子白板實時性好。以上人工答疑方式在幫助學生解答疑問時發揮著重要作用，而且教師直接參與答疑有利于師生情感交流。但人工答疑方式加重了教師的負擔，特別是對基礎性知識和常見問題的重復回答，使教師無法開展更深層次問題的討論，影響網絡教學的質量和效率。

為實現網絡教學的高效率答疑，需要建立方便有效的自動答疑系統?；诔Ｒ妴栴}庫(Frequently Asked Questions，FAQ)的自動答疑系統是目前該領域研究的熱點?，F投入使用的答疑系統主要是采用關鍵詞匹配技術搜索問題解，學生輸入關鍵詞后，返回大量與問題相關或不相關的材料，效率不高，且要求學生具備一定的關鍵詞提取能力?；谧匀徽Z言理解的自動答疑系統，能夠理解學生用自然語言提出的問題，自動給出答案。學生不需要了解搜索引擎工作原理與關鍵詞抽取技術，減輕了學生負擔，提高學習效率；同時，教師只需要定時更新和維護知識庫，提高了教師的工作效率。上海交通大學、哈爾濱工業大學、北京理工大學、華南理工大學、江蘇理工大學、清華大學、西安交通大學等高校都對自動答疑進行了相關研究。但由于自然語言理解存在分詞切分歧義、未登錄詞處理、兼類詞理解，以及缺乏相應語料庫等困難，使依賴于自然語言理解技術的自動答疑系統無法完全滿足網絡教學中答疑的需要，所以應充分發揮人工答疑和自動答疑的優勢，開發綜合的答疑系統，以提高網絡答疑的效率和質量。以C語言程序設計課程為例，闡述答疑系統的設計、實現和應用。

2 答疑系統的設計

2.1 系統用戶

答疑系統有管理員、教師、學生和匿名4種用戶，管理員用戶擁有最高管理權限，可以管理系統用戶，維護知識庫及論壇等。教師用戶和學生用戶均屬于注冊用戶，教師用戶可進行在線答疑，維護知識庫，統計學生共性問題，以掌握學生的學習情況；學生用戶擁有提問、給其他用戶發送消息、參與討論的權利；匿名用戶只能使用自動答疑功能，通過管理員驗證成為注冊用戶后才能使用系統的值機答疑等其他功能。

2.2 體系結構

采用了B/S結構設計答疑系統。管理員、教師、學生等用戶通過Internet或局域網與Web服務器連接，通過瀏覽器進行所有操作。體系結構如圖1所示。

圖1 答疑系統的體系結構

2.3 功能模塊

答疑系統的功能模塊主要包括自動答疑、消息管理、論壇、值機答疑、統計共性問題、問題庫管理、詞庫管理和用戶管理等模塊。系統的主要功能模塊如圖2所示。

圖2 答疑系統的主要功能模塊圖

(1)自動答疑。自動答疑模塊允許學生用自然語言提問，自動對問句進行分析和處理，在問題庫中檢索與問句語義最相近的3個問句及答案返回。

(2)論壇和值機答疑。學生在自動答疑模塊找不到答案或對結果不滿意，可通過論壇和值機答疑方式尋求幫助。教師也可根據課程的重難點、易錯點和易混淆知識點設計論題，組織討論。

(3)消息。消息是一種異步的答疑方式，包括發送、接收、查看和刪除4個功能。

(4)統計共性問題。教師可以通過統計共性問題功能，統計學生在自動答疑模塊及論壇中所提問題，找出共性問題，調整教學內容。

(5)問題庫管理。在自動答疑模塊是基于常見問題庫的答疑，教師和管理員均有管理問題庫的權限。問題庫管理包括問題的添加、刪除、修改功能。

(6)詞庫管理。在自動答疑模塊中對學生問題理解需要用到專業詞典、同義詞典、通用詞典等詞庫，詞庫管理包括詞匯的添加、刪除和修改。

(7)用戶管理。用戶管理模塊主要負責系統用戶的添加、刪除及信息維護。

3 答疑系統的實現

3.1 關鍵算法

值機答疑、論壇、消息等模塊實現技術比較成熟，僅介紹自動答疑的算法流程。自動答疑對用戶問題理解，包括分詞、去停用詞、問句分類、關鍵詞標準化、語句相似度計算幾個環節。

圖3 分詞流程圖

(1)分詞。因為問句一般包含專業詞匯，所以采用“專業詞匯優先+雙向最大匹配[2]”分詞法。用搜狗實驗室的《互聯網詞庫》(15萬詞)構建通用詞典，由專業教師創建專業詞典。算法為：①利用雙向最大匹配法先在專業詞典中查找出專業詞匯，將問句切分成專業詞匯和其他一些子串。②采用雙向最大匹配法，對除專業詞匯及標點符號外的子串，利用通用詞典進行進一步的分詞及詞性標注。③合并數字及英文單詞。④詞典中的詞條由三部分信息構成：詞、詞性、詞頻(即該詞在以往問句中出現的次數)。在分詞時，若出現歧義，可利用詞典中該詞的詞頻來幫助分詞。具體算法流程如圖3所示。

(2)去停用詞。停用詞是指出現頻率太高、沒有太大檢索意義的詞[3]。本系統停用詞指標點符號及部分虛詞(助詞、擬聲詞、連詞和副詞)。去停用詞后，問句為關鍵詞序列。

(3)問句分類。采用疑問詞及疑問詞短語分類法和知識點(專業詞匯)分類法，根據分類結果構建候選問題集，有利于縮小檢索范圍，提高檢索效率。

(4)關鍵詞標準化處理(同義詞標準化)。創建同義詞典，判斷問句的關鍵詞序列中是否存在同義詞，并用標準詞代替，以提高檢索準確率。

(5)問句相似度計算。系統采用語句相似度技術計算學生問題與問題庫中問題的相似度，包括詞形相似度，句長相似度，詞序相似性，距離相似性[4]，再將4種相似度進行加權求和，得到句子相似度，按相似度進行降序排列，取相似度最高的3個問題及答案返回。從而實現對問句的初步理解和自動解答。

3.2 技術路線

系統使用Visual Prolog7.1開發用戶問題理解模塊，使用Visual Studio 2008開發基于ASP.NET2.0的在線自動答疑、值機答疑、消息、問題庫管理等其他模塊，使用SQLServer2005存儲數據，采用IIS6.0作為Web服務器。答疑系統部分界面如圖4所示。

圖4 自動答疑界面

4 答疑系統的應用成效

答疑系統界面友好，使用方便，運行穩定，答疑效果好。投入使用兩年，得到師生的肯定，應用成效明顯。

4.1 提高效率，降低成本

(1)答疑系統綜合設置了自動答疑、值機答疑、消息及論壇，師生無須登錄多個系統，便可開展多樣化的答疑活動，使用方便，效率提高。

(2)自動答疑方式的使用，教師無須重復回答相似問題及一些基礎性問題，可將更多精力用于組織深層次討論和開展學術研究，工作效率提高。

(3)學生不需要了解太多的搜索引擎工作原理與關鍵詞抽取技術，負擔減小，且自動答疑方式滿足了學生全天候的答疑需求，學生獲得反饋的時間縮短，學習效率提高，成本降低。

(4)統計共性問題模塊的引入，使教師在了解學生學習情況的基礎上組織教學內容，教學效果好。

4.2 調動學習積極性

自動答疑的引入，學生解決問題更及時，有利于保護學生學習積極性。另外系統還綜合了論壇、消息及值機答疑方式，學生可與教師進行深層次的討論和交流，有利于加深學生對知識的理解，培養學習興趣。

4.3 培養信息素養

網絡答疑系統的使用，學生逐漸養成網絡學習和答疑的習慣，培養了學生的信息素養。

在研究現有答疑方式的基礎上，從系統用戶、體系結構、功能模塊幾個方面闡述答疑系統的設計，從關鍵算法、技術路線及關鍵代碼方面闡述答疑系統的實現，并以C語言程序設計課程答疑系統的應用為例，介紹答疑系統的應用成效。實踐證明，答疑系統的使用，大大提高了教師的工作效率和學生的學習效率，且在調動學生學習積極性和培養學生信息素養方面有促進作用。隨著網絡教學的發展，答疑系統作為一個重要的組成部分，將在未來的教育中發揮重要作用。

[1] 張銀.答疑系統學習機制的分析與思考[J].中國遠程教育,2006,2:36-38.

[2] 孫茂松,鄒嘉彥.漢語自動分詞研究評述[J].當代語言學,2001,3(1):22-32.

[3] 化柏林.知識抽取中的停用詞處理技術[J].現代圖書情報技術,2007,8:48-51.

[4] 周法國,楊炳儒.句子相似度計算新方法及在問答系統中的應用[J].計算機工程與應用,2008,44(1):165-178.

Research, design and implementation of network answering system

Zheng Weidong
Hanshan normal university, Chaozhou, 521041, China

To improve the eff ciency of the network answering system, comparative analysis of present network answering mode, then take C programming language course answering system for example, elaborate the design from system users, architecture, function modules, introduce the implementation technology from key algorithm, technical route. The answering system can improve eff ciency, reduce costs, mobilize the enthusiasm of study and cultivate information quality.

network education; answering system; answering mode

2011-08-21

鄭煒冬，碩士，講師。

韓山師范學院網絡課程C語言程序設計(編號：粵韓師教字[2010]30號)。