中小學(xué)網(wǎng)絡(luò)直播課堂教學(xué)安全監(jiān)管平臺的設(shè)計與實現(xiàn)＊

干宇昂，陳熙，韓文睿，郭士豪

（溫州大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，浙江 溫州 325035）

后疫情時代，“網(wǎng)絡(luò)直播”“云在線” 等新的教育教學(xué)方式以特有的個性化、共享化、碎片化等特點成為中小學(xué)生獲取優(yōu)秀教學(xué)資源的重要方式[1]，這種新的學(xué)習(xí)方式已滲透到中小學(xué)的日常學(xué)習(xí)生活中，并將繼續(xù)改變中小學(xué)原有的傳統(tǒng)的教育方式，對中小學(xué)教育教學(xué)起到重要的推進作用。但直播教學(xué)平臺安全問題頻出，多地發(fā)生“網(wǎng)課爆破”，相關(guān)信息備受關(guān)注，不少中小學(xué)學(xué)生在上網(wǎng)課的時候遭到了網(wǎng)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(wǎng)上教育教學(xué)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(shè)計和實現(xiàn)了一款中小學(xué)網(wǎng)絡(luò)直播課堂教學(xué)安全監(jiān)管平臺，利用人工智能技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)課程進行全時段音頻監(jiān)控與敏感詞甄別，當(dāng)出現(xiàn)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(yù)警響應(yīng)；同時使用大數(shù)據(jù)技術(shù)對參加網(wǎng)絡(luò)課程的人員進行身份記錄與鑒別，對涉黃、涉恐人員及相關(guān)信息進行全天候監(jiān)管，確保在線教學(xué)安全有序進行。

1 中小學(xué)網(wǎng)絡(luò)直播課堂教學(xué)安全監(jiān)管平臺的設(shè)計思路

針對中小學(xué)網(wǎng)絡(luò)直播課堂教學(xué)安全監(jiān)管需求，結(jié)合課堂監(jiān)控內(nèi)容特點，中小學(xué)網(wǎng)絡(luò)直播教學(xué)安全監(jiān)管平臺設(shè)計分為以下3 個部分。

1.1 可視化前端界面開發(fā)

使用Web 前端技術(shù)開發(fā)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(jiān)控的所有網(wǎng)絡(luò)課堂，可以查看網(wǎng)絡(luò)課堂聽課人員信息及上課的主要內(nèi)容。

1.2 功能后臺開發(fā)

使用Java 語言及數(shù)據(jù)庫技術(shù)開發(fā)后臺功能[3]，包括網(wǎng)絡(luò)課堂新增、人員信息及課堂內(nèi)容記錄與處理、網(wǎng)絡(luò)課堂音頻監(jiān)聽、請求云端AⅠ能力等。

同時將人員信息、網(wǎng)課信息、敏感詞信息等內(nèi)容存入MySQL 數(shù)據(jù)庫中持久保存，以便于后續(xù)進行查詢與回看。

1.3 技術(shù)中臺搭建

通過調(diào)用人工智能開放平臺語音識別云端APⅠ（Application Programming Ⅰnterface，應(yīng)用程序編程接口）[4]，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)課堂音頻內(nèi)容的實時識別，基于識別結(jié)果快速定位甄別課堂上敏感內(nèi)容。將云端AⅠ能力通過技術(shù)中臺快速接入產(chǎn)品，便于業(yè)務(wù)屬性與技術(shù)屬性的快速解耦與再組裝，為后續(xù)可能的手機端軟件的快速遷移打下基礎(chǔ)。

2 中小學(xué)網(wǎng)絡(luò)直播課堂教學(xué)安全監(jiān)管平臺的具體設(shè)計

2.1 功能設(shè)計

中小學(xué)網(wǎng)絡(luò)直播課堂教學(xué)安全監(jiān)管平臺用戶角色分為超級管理員、監(jiān)管用戶與普通用戶（學(xué)生、教師、其他教職工），不同角色在業(yè)務(wù)功能上有所區(qū)別，功能設(shè)計描述如表1 所示。

表1 功能設(shè)計描述

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

中小學(xué)網(wǎng)絡(luò)直播課堂教學(xué)安全監(jiān)管平臺架構(gòu)從業(yè)務(wù)屬性來看，分為應(yīng)用層（前端）與服務(wù)層（后端）2 層架構(gòu)設(shè)計。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

應(yīng)用層采用Web 應(yīng)用SSM 架構(gòu)，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(wù)，如普通用戶可以注冊網(wǎng)課，監(jiān)管用戶可以進行網(wǎng)課監(jiān)控。

服務(wù)層包括3 個模塊：①后臺。是主要功能模塊之一，向技術(shù)中臺請求AⅠ語音識別，完成識別結(jié)果的快速收集與處理，快速甄別網(wǎng)課內(nèi)容是否存在敏感詞匯。②技術(shù)中臺。將云端用到的AⅠ能力及相應(yīng)的APⅠ接口封裝成技術(shù)中臺，便于系統(tǒng)后續(xù)往手機端遷移。本項目中技術(shù)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(wù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀寫緩存，支持高并發(fā)；MySQL是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，對用戶信息和網(wǎng)課信息進行持久保存；ES 為索引庫，保存網(wǎng)課的音頻與文本內(nèi)容，支持快速索引和讀寫。

2.3 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境搭建及調(diào)試

中小學(xué)網(wǎng)絡(luò)直播課堂教學(xué)安全監(jiān)管平臺應(yīng)用層前端模塊基于Web 編程語言開發(fā)，ⅠDE 環(huán)境（集成開發(fā)環(huán)境）為Webstorm，產(chǎn)物打包為Build 部署包，借助Chrome 瀏覽器完成前端模塊功能的調(diào)試。

服務(wù)端后臺功能模塊使用Java 語言開發(fā)，同時完成技術(shù)中臺語音轉(zhuǎn)寫APⅠ的接口封裝，ⅠDE 環(huán)境為ⅠntelliJ ⅠDEA Community，本地調(diào)試，產(chǎn)物為打包后的軟件部署包。

3 中小學(xué)網(wǎng)絡(luò)直播課堂教學(xué)安全監(jiān)管平臺的實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)賦權(quán)管理實現(xiàn)

超級管理員登錄后，可以對當(dāng)前已經(jīng)注冊的用戶進行賦權(quán)，指定誰是監(jiān)管用戶，誰是普通用戶。該功能監(jiān)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(jīng)過注冊，可以為用戶賦權(quán)限，當(dāng)前權(quán)限分為超管、教師和學(xué)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(wǎng)課監(jiān)聽過程實現(xiàn)

以教師角色使用本系統(tǒng)時，教師角色首頁只顯示教師所負責(zé)班級的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)，每個班級增加了上課和下課的開關(guān)，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(guān)，則開始監(jiān)控網(wǎng)課音頻內(nèi)容，教師管理開啟監(jiān)控功能如圖4 所示。

圖4 教師角色管理功能

以學(xué)生角色使用本系統(tǒng)時，學(xué)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(xué)生所在班級的教師開啟上課開關(guān)后，學(xué)生才可以簽到。學(xué)生簽到后，在教師首頁會展示所有已簽到學(xué)生姓名。教師開啟下課開關(guān)后，當(dāng)前班級所有學(xué)生的簽到狀態(tài)置為未簽到，同時音頻轉(zhuǎn)寫內(nèi)容停止推送。學(xué)生簽到功能如圖5 所示。

圖5 學(xué)生簽到功能

網(wǎng)課監(jiān)聽功能如圖6 所示。

圖6 網(wǎng)課監(jiān)聽功能

3.3 網(wǎng)課監(jiān)控與可視化大屏顯示

監(jiān)控者登錄后，可在分析大屏頁面看到所有歷史網(wǎng)課的敏感詞統(tǒng)計結(jié)果，可以通過時間范圍自行篩選數(shù)據(jù)。

網(wǎng)課監(jiān)聽可視化顯示功能如圖7 所示。

圖7 網(wǎng)課監(jiān)聽可視化顯示

3.4 用戶身份認證及溯源實現(xiàn)

普通用戶登錄系統(tǒng)后，需及時在用戶管理界面填入個人信息，如真實姓名、學(xué)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(tǒng)認證使用，另外更重要的一方面是在監(jiān)控者頁面可以看到參加網(wǎng)課者的實名信息，幫助系統(tǒng)盡早發(fā)現(xiàn)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(jié)束語

針對網(wǎng)絡(luò)直播課堂安全需求，創(chuàng)新性地利用人工智能語音識別技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)課堂可能出現(xiàn)的涉黃、涉恐音頻信息進行全時段實時監(jiān)控，具備預(yù)警和溯源功能，可省去大量監(jiān)督和審查的人力，有效輔助教育主管部門及中小學(xué)校維護網(wǎng)上教育教學(xué)秩序，保護青少年健康成長。