移动协同答疑模式的设计与实现

【摘要】提出了一种新的移动协同答疑模式。通过UML用例分析法分析了该模式的工作流程和逻辑结构,并给出了实现方案。新的系统,除具传统的答疑功能外,还能自动协调多个教师、学习服务器的联系,回答学生的复杂问题,特别支持移动状态下的教师答疑需求。

【关键词】电子学习系统; 协同答疑;移动通讯;移动应用

【中图分类号】G40-057 【文献标识码】A 【论文编号】1009―8097(2009)07―0116―04

一 研究现状

Internet的普及与发展为e-learning系统提供了很好的支持。其中,答疑系统是基于互联网的e-learning系统的重要模块,引起了研发人员的重视。孙发勤等[1]认为,网上答疑是网络教学活动的一种重要环节, 随着音、视频压缩技术和互联网传输实时业务新技术的出现,网上实时答疑已成为现实,网上实时答疑系统的设计、开发已成为网络教学环境构建的重要内容。他们结合网上实时答疑系统开发的实践,探讨了网络实时答疑系统的设计思想、关键开发技术和最终能实现的功能。张业睿等[2]关注了基于互联网的远程答疑系统的设计与实现,他们模拟了答疑过程中师生单独交流、群组讨论等模式,并对典型问题进行了积累。陈丽婷等[3]则研究了课堂辅助式点播专家答疑系统。

虽然现有答疑系统提高了教学的质量,但仍然存在以下不足:

①系统的使用受时空上的限制。现有的答疑系统大多都是基于Web设计,师生必须坐在电脑前,打开浏览器,才可以进行提问和解答。

②答疑系统缺乏协同性。现有的答疑系统能利用自身的知识库以及教师来帮助学生解答一些较为简单的问题,但对于复杂的问题,如涉及多个领域或多个学科的复杂问题,需要多个教师进行协同回答时,系统就显得无能为力。

移动设备的普及以及移动设备的处理能力的不断提高,使人们开始重视移动教育[4][5][6]。将移动设备使用到答疑系统中来的条件也逐步成熟。作为移动e-learning系统的重要模块,移动答疑为移动状态下的老师指导学生学习提供多种可能性,有必要研究能充分利用这种可能性的答疑模式。由于高校学生的许多问题有一定深度,常常一个教师无法立即回答学生的疑问,需要教师之间的协作。现有的研究均未涉及这方面的内容。为此,本文在一般移动答疑的功能需求与流程分析[7]工作的基础上,提出了一种移动协同答疑模式,并探讨其实现方案。

二 移动协同答疑模式的功能需求

含移动协同答疑模式的学习系统应具有以下特点:

①交流的随时随地性。基于移动协同答疑模式的系统,可以让学生借助智能手机、PDA等移动设备以WAP、短信等方式随时随地访问系统,提出自己的问题。教师可以以WAP、短信、Web等方式随时随地回答学生的问题,具有极大的灵活性。

②能够自动解答较为简单的问题。基于该模式的系统知识库中必须预先存储大量的问题和解答。当学生提出的问题在知识库中有合适记录时,可直接由系统给出答案。

③能对复杂问题进行协同答疑。当学生提出的问题较为复杂、系统自身知识库中没有现成答案时,则系统将问题发给与问题相关方向的有关教师,有关的教师可以对问题进行答疑,也可以向通过系统向其他教师、专家求助,协同给出更加精确的答案;整个答疑过程甚至还可以将对此领域感兴趣的学生结合进来,以提高学生的积极性,增强互动性与趣味性。

④记录答疑过程。对于每一次新问题的解答,系统都记录下答疑的过程,存放到系统的知识库中,为将来解答类似疑问及教师解答时提供帮助与支持。

三 移动协同答疑工作流程设计

1 移动协同答疑的用例分析

基于移动协同答疑模式的平台是一个以服务器为中心的,可以通过WAP、Web、短信进行访问的多组件体系结构。它提供基于Internet技术和移动通信技术的通用接入和访问模式。系统用例图如图1所示。

图1 移动协同答疑模式的用例图

2 答疑的工作顺序分析

答疑过程的顺序图如图2所示。移动协同答疑的工作流程步骤如下:

①学生向移动协同答疑模型提出问题。

②系统根据问题在知识库查找,如果有现成答案则给出答案;没有则将问题转发给教师。

③教师进行答疑;如果无法解答,则向系统请求协同答疑。

④答疑系统将请求转发给相应的教师或具有答疑资格的学生。

⑤相应的教师或具答疑资格的学生对问题进行解答,如果无法解答则向系统请求协同答疑并转至第④步,直至给出较为满意答案为止。

⑥学生获得答疑结果。

另外,教师可以对学生答疑资格进行评定打分,具有相应分数资格的学生可以对其他学生提出的问题进行解答。教师还可以对答案进行评分,以后学生再问类似的问题,系统根据答案的评分高低,来排列答案顺序。学生也可以对答疑教师评分,评选出教师的答疑准确度。

图2 移动协同答疑模式的答疑顺序图

3 协同答疑的核心模块功能分析

图2中的知识库模块、内容分解模块以及答疑处理模块是移动协同答疑模式中最重要的三个部分。

(1) 知识库模块功能

知识库是移动协同答疑模式中的基础,用来存放问题、关键字表、通用关键词表、同义词表、可忽略词表以及答疑库,知识库的健全与否对整个答疑系统的问题查准率及查全率都有极大的影响。

本模式的知识库主要由课程关键词表、通用关键词表、同义词表、可忽略词表和答疑库五部分组成。课程关键词表用来存放课程中出现率较高的词素,通用词表存放提问过程中出现频率较高的词语,同义词表存放的是课程关键词以及通用关键词相近的词,答疑库主要存放问题及问题的答案,并通过关键词表来进行外键链接,为学生的提问提供答案搜索文档。答疑库需要有科学的分类索引,以提高问题的查询速度。首先将问题按学科分类建立索引,然后再进行学科方向分类建立索引。问题分类通过向资深教师咨询来完成。

(2) 内容分解模块功能

内容分解模块的功能主要是进行分词,将用户提交的问题的关键字分离出来,分解成系统可以理解的语句。一个好的分词技术可以准确的定位问题的答案,提高查询速度。

对于学生输入的问题,首先我们将其分解成若干子串,分解的依据有:①显示的标点符号;②可忽略词表中的词汇。然后,使用关键词表和通用关键词表对每一个子串进行分词。本模式采用基于规则和基于统计相结合的分词方法。由于该模式是针对具体某一学科的,因而涉及到的专业词汇比较集中,出现重复率高。只要词库建设的适当,分词的准确性能够达到较高的水平。

(3) 答疑处理模块功能

① 对内容分解模块分解后的词语与答疑库中的问题进行匹配,在答疑库中进行搜索,返回问题结果。其中,我们判断一个句子是否与问题相关主要通过计算该句子与问题的相似度来完成。相似度Sim(D1, D2)用于度量两个文档D1和D2之间的内容相关程度。当文档被表示为文档空间的向量,就可以利用向量之间的距离计算公式来表示文档间的相似度。我们通过判断余弦距离的方式来判断其语句的相似度,其公式为:

其中, 为学生提出的问题, 为答疑库中的问题, 为学生提出的问题在专业课程领域里的权重,由学生的提出的问题中的关键字的权重计算得到, 为答疑库中相关问题在专业课程领域里的权重,也是由问题的关键字的权重得到。当有多个答疑库中的问题与学生提出的问题的相似度达到设定阀值时,我们将匹配的这些问题及答案按降序排列则形成搜索结果。

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② 存储教师答疑记录。学生的问题被分解后,提交给答疑处理模块,答疑处理模块记录问题的标题,在知识库中生成相应的问题记录ID,存储问题内容及关键字内容,同时,教师回答以及协同回答的问题以追加的形式存储到问题的答案字段中。

4 移动协同答疑模式的逻辑结构

基于上述考虑,移动协同答疑系统要能根据学生选择的提问平台选择进行相应的服务,其逻辑部件结构如图3所示。

图3 逻辑部件结构图

从逻辑上看,移动答疑平台分为表示层、业务处理层和数据层三层。

(1) 表示层。表示层直接与用户进行交互。用户通过客户端设备的客户端软件---Web浏览器、WAP浏览器以及短信终端访问答疑平台的表示层,提交自己的请求。表示层接受用户提交的请求,并将请求转发给业务处理层。

(2) 业务处理层。业务处理层根据信息的内容,将信息分解为系统易于理解的形式,答疑处理模块接受经过处理后的信息,对信息进行分类、处理,将信息提交给数据库存取接口。

(3) 数据层。数据库存取接口根据业务处理层提交的信息对知识数据库进行查询,返回相关的结果,表示层将结果以用户可以理解的形式呈现给用户。

四 移动协同答疑支持平台的实现

1 移动协同答疑平台的体系结构

在对移动协同答疑模式进行研究和分析后,我们设计了用于《软件测试技术》课程网站的移动答疑平台。整个移动协同答疑平台的硬件与软件体系结构如图4、图5所示。

由于平台处于试验阶段,WAP网关服务器我们采用了相对较为简单的移动WAP公用网关服务器。学生可以通过WAP、短信、Web三种方式来访问系统。

(1) WAP方式。学生通过移动设备的WAP浏览器访问系统,提出问题,网关服务器将基于WAP协议的信息转换为基于HTTP协议的信息,发给答疑服务器,答疑服务器向知识数据库查询,如果有结果,则返回答案。否则,则向教师发出短信,要求教师回答。教师接到短信后,如可以回答,则直接通过WAP、短信、或Web的形式向系统返回答案,如教师无法解答问题,则使用平台向其他教师或者有资格答疑的学生发出短信,请求协同答疑,得到正确答案后,将结果以WAP、短信、或Web的形式返回给系统。系统接收到正确答案后,将正确答案一并同类似问题的答疑记录以短信的新式发给学生,如答案过长,则给学生发送“问题已解决,请点击链接得到答案”短信给学生,学生通过链接来得到相关答案,并且答疑系统记录答疑过程。

(2) 短信方式。学生通过手机向系统的移动信息服务器发送问题,移动信息服务器将信息提交给答疑服务器,答疑服务器中的答疑模块向知识数据库查询,如果有结果,则直接返回答案。后面的步骤与WAP方式的后面步骤类似。

(3) Web方式。这是访问答疑系统最方便的方式。学生直接由Web浏览器访问系统,将问题提交给答疑服务器,答疑服务器中的答疑模块向知识数据库查询,如果有结果,则直接返回答案。后面的步骤与WAP方式的后面步骤类似。在得到正确答案后,系统直接将答案以网页的形式呈现给学生。

2 移动答疑平台的数据库表的设计

移动答疑平台的业务实现中比较复杂的表在于知识数据库的搭建。整个系统基本的数据库有:①课程管理数据库(Course_Table,Key_Table,Thesaurus_Table,Solution_Table,popQuestion_Table,BlurSolution_Table);②问句类型信号词库(Counnectione_Table, Question_Table);③停用词表(Suspend_Table)。

其中主要的表的属性如下:

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 移动协同答疑平台的实施

在实施过程中,我们使用了华为的MAS服务器作为短信收发服务器,用一台PC机作为答疑服务器,数据库采用MySql,开发环境采用J2EE和J2ME,使用J2EE开发系统的务器,采用J2ME开发系统的客户端,模拟器采用的是Sun公司的无线模拟器,实施结果如图6所示。

五 结语

本文设计的移动协同答疑平台可以更好的为学生、教师提供交流,学生可以随时随地把疑问发送给系统,教师可以随时随地的为学生服务,从而达到充分利用现有教师资源的目的,对于提高教学质量、教学服务质量、改进教学方法都有很大的帮助,并且此平台可以远程教育、职业教育等提供很好的帮助,有很好的推广价值。本文阐述的移动答疑平台虽然可以完成一部分题目的自动答题,但还有很多地方需要完善,在提高智能答题的准确度以及题库的搜索速度方面还有所欠缺,这是今后研究的重要内容。

参考文献

[1] 孙发勤,冯锐.网上实时答疑系统的设计与开发策略[J].现代教育技术,2004,14(5):71-74.

[2] 张业睿,蔡冠群,袁晓斌.基于Internet远程答疑系统的设计与实现[J].现代远程教育研究,2006,35(4):35-38.

[3] 陈丽婷,许益成.课堂辅助式点播专家答疑系统的设计与实现[J].远程教育杂志,2007,19(2):65-69.

[4] 德斯蒙德•基史.移动学习:下一代的学习――在亚洲开放大学协会第18届年会上的主题报告[J].开放教育研究,2004,10(6):86-96.

[5] 周海棋.M learning研究综述[J].中国教育技术装备, 2005,(8):14-17.

[6] 董爱琴,岳玮宁,崔光佐.一个基于手持移动设备的现代教育信息平台[J].计算机应用,2004,24(11):142-146.

[7] 钟元生,万本庭,朱文强.移动答疑的功能需求与流程分析,中国教育技术装备,2009,(4): 73-75.

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