一種虛擬輔導(dǎo)員APP模式的創(chuàng)新型研究與設(shè)計

胡鵬宇

（河南大學(xué) 河南 開封 475000）

1 引言

輔導(dǎo)員作為高校工作者,是學(xué)生大學(xué)時代的良師益友，隨著時代的發(fā)展和學(xué)生人數(shù)的增加，高校輔導(dǎo)員的工作壓力越來越大。在輔導(dǎo)員日常工作中，不僅要進行學(xué)生日常事務(wù)管理、黨團班級建設(shè)，還要深入到學(xué)生當(dāng)中進行一些創(chuàng)業(yè)就業(yè)的指導(dǎo)等。根據(jù)教育部發(fā)布的《教育部關(guān)于高等學(xué)校教師工作量試行辦法》統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，普通高校輔導(dǎo)員實際輔導(dǎo)學(xué)時是計劃學(xué)時的3倍，管理班級數(shù)量平均達到4個以上，任務(wù)繁瑣且工作量巨大。

2 針對輔導(dǎo)員日常工作的前期調(diào)查分析

為了創(chuàng)新虛擬輔導(dǎo)員APP的設(shè)計模式，本團隊通過問卷星做了相關(guān)的調(diào)查，調(diào)查情況總結(jié)如下。

調(diào)查主題：輔導(dǎo)員處理學(xué)生工作時遇到的問題；

調(diào)查時間：2020—03—02—2020—03—22；

調(diào)查對象：河南大學(xué)歐亞國際學(xué)院以及軟件學(xué)院在職輔導(dǎo)員。

通過發(fā)放關(guān)于輔導(dǎo)員處理學(xué)生工作時遇到的問題的調(diào)查問卷得出了以下主要問題。

（1）學(xué)生與輔導(dǎo)員之間的溝通較少，大部分學(xué)生礙于心理原因或其他因素很少咨詢輔導(dǎo)員。

（2）輔導(dǎo)員管理的班級眾多,傳統(tǒng)的微信傳達消息的方式容易出現(xiàn)消息淹沒的情況。

（3）輔導(dǎo)員陷于日常繁雜事務(wù)性工作中，身心疲憊，較少能抽身進行自我提高。

（4）當(dāng)前校園類APP對學(xué)生隱私的保護還不夠[1]。調(diào)查問卷一部分統(tǒng)計見圖1、圖2、圖3。

圖1 輔導(dǎo)員管理學(xué)生遇到的問題

圖2 關(guān)于開展黨建活動時輔導(dǎo)員遇到的問題

圖3 關(guān)于輔導(dǎo)員發(fā)布消息、通知遇到的問題

通過分析上述問題，本團隊擬結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法設(shè)計一款可以解答學(xué)生問題、減少輔導(dǎo)員重復(fù)性工作、增強師生間高效溝通等功能的虛擬輔導(dǎo)員APP。本APP的主要工作流程見圖4。

圖4 工作流程圖

3 虛擬輔導(dǎo)員APP主要功能模塊

虛擬輔導(dǎo)員A P P命名為“小河”，它也是首頁的人物模型，人物模型可以采用3DMAX軟件構(gòu)建，后期導(dǎo)入Android開發(fā)平臺,當(dāng)學(xué)生有問題請教時，可以登錄APP，以語音、文字或圖片的形式咨詢“小河”，“小河”會在數(shù)據(jù)庫里尋找答案解決問題，如若無法解決，它會把問題整理后傳達給輔導(dǎo)員，由輔導(dǎo)員解答后把答案再傳給“小河”。學(xué)生助理會對數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容進行更新，“小河”也可以統(tǒng)計學(xué)生最近通過學(xué)生端口經(jīng)常問詢的問題，生成詞頻，在數(shù)據(jù)庫中及時更新問題答案。

本軟件用戶分為兩類：學(xué)生用戶與輔導(dǎo)員用戶。我們這里用“VR”代替“虛擬”這個詞匯，軟件的主要功能板塊[2-3]，見圖5。

圖5 功能板塊圖

3.1 問詢模塊

你問我答，與虛擬輔導(dǎo)員“小河”對話，學(xué)生可以向“小河”咨詢在校的各種問題，例如黨建活動安排、班會內(nèi)容、各類學(xué)科競賽、就業(yè)、考研、成績信息等。在使用這款軟件的過程中，通過大數(shù)據(jù)對學(xué)生個人興趣愛好進行分析，“小河”可以為學(xué)生推薦關(guān)于學(xué)習(xí)和考證課程資料以及開源的軟件安裝包。當(dāng)學(xué)生想考取普通話等級證書、計算機二級等級證書或者英語四六級證書等或者找不到正版軟件時，“小河”會提供與考證相關(guān)學(xué)習(xí)資料和開源軟件安裝包供學(xué)生學(xué)習(xí)與使用。“小河”會在數(shù)據(jù)庫尋找答案進行回答，數(shù)據(jù)庫需要學(xué)生助理的定期維護，“小河”也會統(tǒng)計學(xué)生口頭端經(jīng)常詢問的問題，生成詞頻，在數(shù)據(jù)庫中更新。

3.2 信息上報模塊

當(dāng)學(xué)生礙于心理原因或其他原因不方便實名上報信息時，可以采用匿名的方式向“小河”上報信息。增加一個匿名社區(qū)，同學(xué)們可以在匿名社區(qū)中自由發(fā)表意見，可以討論包括學(xué)習(xí)、生活、人際交往各個方面的問題，這里我們加入過濾算法去掉不良詞匯。實名上報由輔導(dǎo)員發(fā)布通知，每個人都需要填寫，例如疫情期間健康信息的上報、課堂在線簽到等必要信息的上報工作。

3.3 語音提醒模塊

當(dāng)學(xué)生遺漏輔導(dǎo)員發(fā)布的通知時，虛擬輔導(dǎo)員“小河”會及時進行語音提醒，幫助學(xué)生及時收到來自輔導(dǎo)員的通知。

3.4 獎勵機制模塊

采用一個積分制度，針對學(xué)生給輔導(dǎo)員上報信息緩慢和使用軟件積極性不高的問題，每次上報一次信息獎勵一積分，積分可以兌換一些電子版的學(xué)習(xí)資料（例如四六級往年真題、計算機二級），積分越多，兌換的資料越多，涉及版權(quán)問題時可以提供一些正版資料的免費網(wǎng)站。

3.5 信息接收與整合版塊

“小河”會將從學(xué)生端收集的信息分類整合，自動發(fā)送輔導(dǎo)員客戶端，輔導(dǎo)員登錄后即可查看，如果需要發(fā)布信息，則可以直接通過語音直接向“小河”傳遞信息，“小河”識別后會轉(zhuǎn)化成相應(yīng)文字傳達給每一位同學(xué)。

4 虛擬輔導(dǎo)員開發(fā)過程中深度學(xué)習(xí)算法的應(yīng)用

4.1 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN幫助“小河”進行圖片識別

卷積層、池化層、全連接層這三個層級組成了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這三個層級有著不同的特性和作用。卷積層提取數(shù)據(jù)特征，池化層對卷積層的輸出結(jié)果進行特征提取，全連接層進行特征匯總。當(dāng)用戶向“小河”輸入圖片后，它會經(jīng)過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的三個層級，經(jīng)過一層一層的訓(xùn)練，最終輸出準確的結(jié)果，識別過程見圖6。

圖6 CNN卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別圖片的過程

4.2 循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)RNN幫助“小河”進行語音識別

信號預(yù)處理、特征提取、數(shù)據(jù)訓(xùn)練、匹配計算、識別判決是語音識別的五個關(guān)鍵部分。根據(jù)語音信號在時間序列上相關(guān)聯(lián)的特點，在信號經(jīng)過特征提取后，可以采用循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)RNN進行系統(tǒng)的訓(xùn)練、建模和識別。輸入層、隱含層、輸出層三個層級構(gòu)成了RNN。隱含層中記憶與反饋層的引入，使網(wǎng)絡(luò)能夠有效處理前后序列的信息。語音信號通過輸入層后被提取出語音信號特征,再在隱含層中通過樣本訓(xùn)練構(gòu)建,最終從輸入層輸出語音識別詞匯。每層都包含神經(jīng)元，通過BPTT算法逐層對神經(jīng)元進行訓(xùn)練以達到極高的識別率。RNN結(jié)構(gòu)圖見圖7。

圖7 RNN循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

5 創(chuàng)新與設(shè)計

5.1 充滿3D感的頁面設(shè)計

設(shè)計頁面以簡潔為原則，讓使用者的觀感體驗更佳。在按照H-anim標準設(shè)計人物三維模型的基礎(chǔ)上，使用3Dmax軟件采用骨骼捆綁的方式設(shè)計一些人物的動作以此構(gòu)建虛擬輔導(dǎo)員，再將大禮堂、貢院等校園古建筑背景元素融入其中打造一個充滿校園特點的3D虛擬頁面背景。在虛擬的人機交互過程中給予學(xué)生更多3D感、沉浸感，真實感。

5.2 深度學(xué)習(xí)模式下的極佳識別效果

在對圖片、語音進行識別過程中分別運用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN及循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)RNN，采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN在圖像識別過程中使復(fù)雜的特征提取工作簡單化、抽象化。而RNN循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比于傳統(tǒng)的HMM模型的數(shù)字識別方法，通過逐層對語音信號特征的提取與訓(xùn)練可以達到更高的識別率。這些網(wǎng)絡(luò)模型在語音、圖片處理上能賦予“小河”極佳的識別能力，學(xué)生通過像語音對話這樣自然的方式獲取信息，更加方便。

5.3 拓展性模塊化設(shè)計

APP采用逐一進行程序設(shè)計的思路來設(shè)計功能模塊，使得系統(tǒng)功能之間可以獨立調(diào)用，讓系統(tǒng)升級與維護更加便捷。模塊之間的獨立和多個接口之間的劃一，使模塊功能研究更加專業(yè)深入，可以不斷通過升級自身性能來提高系統(tǒng)的整體性能和可靠性，而不會影響到APP的其他模塊。同時，模塊化設(shè)計可以對系統(tǒng)進行并行設(shè)計、開發(fā)和并行試驗、驗證[4-6]。

經(jīng)過上述設(shè)計，此APP內(nèi)部可實現(xiàn)各大功能的集合。功能的多樣性和頁面的交互感，使師生使用更方便，彌補了國內(nèi)校園APP虛擬交互方面單一功能的短板。此款軟件開發(fā)后，能夠很大程度上解答學(xué)生咨詢的各種問題，在一定程度上減輕輔導(dǎo)員的繁重的工作任務(wù)，使得高校輔導(dǎo)員的工作以及高校學(xué)生的培養(yǎng)更加人性化。通過虛擬輔導(dǎo)員“小河”這個虛擬的人物增強學(xué)生使用校園類軟件的積極性以及促進與學(xué)生輔導(dǎo)員之間的網(wǎng)上交流。