鄭煒冬 江耿豪

韓山師范學院 廣東潮州 521041

網(wǎng)絡(luò)答疑系統(tǒng)的研究、設(shè)計與實現(xiàn)

鄭煒冬 江耿豪

韓山師范學院 廣東潮州 521041

為提高網(wǎng)絡(luò)答疑的效率，對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)答疑方式進行比較分析，以C語言程序設(shè)計課程答疑系統(tǒng)為例，從系統(tǒng)用戶、體系結(jié)構(gòu)、功能模塊方面闡述網(wǎng)絡(luò)答疑系統(tǒng)的設(shè)計，從關(guān)鍵算法和技術(shù)路線方面介紹答疑系統(tǒng)的實現(xiàn)技術(shù)。答疑系統(tǒng)在提高效率、降低成本、調(diào)動學習積極性和培養(yǎng)信息素養(yǎng)方面成效明顯。

網(wǎng)絡(luò)教育；答疑系統(tǒng)；答疑方式

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)資源的不斷完善，網(wǎng)絡(luò)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(huán)節(jié)，也是影響網(wǎng)絡(luò)教學質(zhì)量的一個重要方面。在對網(wǎng)絡(luò)教學的效果調(diào)查中，64.9%的學生認為有問題不能及時向教師反饋是網(wǎng)絡(luò)教學存在的最大問題，而有74%的學生在關(guān)于影響學習最大障礙的調(diào)查中也提出了同樣的問題[1]。如何實現(xiàn)有效答疑，是目前網(wǎng)絡(luò)教學面臨的一個重要問題。

1 網(wǎng)絡(luò)教育中答疑的現(xiàn)狀

目前，網(wǎng)絡(luò)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(yǎng)學生的協(xié)作學習能力，而且通過教師的參與和激勵，可達到激發(fā)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(fā)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(chǔ)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(wǎng)絡(luò)教學的質(zhì)量和效率。

為實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學的高效率答疑，需要建立方便有效的自動答疑系統(tǒng)。基于常見問題庫(Frequently Asked Questions，F(xiàn)AQ)的自動答疑系統(tǒng)是目前該領(lǐng)域研究的熱點?，F(xiàn)投入使用的答疑系統(tǒng)主要是采用關(guān)鍵詞匹配技術(shù)搜索問題解，學生輸入關(guān)鍵詞后，返回大量與問題相關(guān)或不相關(guān)的材料，效率不高，且要求學生具備一定的關(guān)鍵詞提取能力。基于自然語言理解的自動答疑系統(tǒng)，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(guān)鍵詞抽取技術(shù)，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(yè)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(guān)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(yīng)語料庫等困難，使依賴于自然語言理解技術(shù)的自動答疑系統(tǒng)無法完全滿足網(wǎng)絡(luò)教學中答疑的需要，所以應(yīng)充分發(fā)揮人工答疑和自動答疑的優(yōu)勢，開發(fā)綜合的答疑系統(tǒng)，以提高網(wǎng)絡(luò)答疑的效率和質(zhì)量。以C語言程序設(shè)計課程為例，闡述答疑系統(tǒng)的設(shè)計、實現(xiàn)和應(yīng)用。

2 答疑系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)用戶

答疑系統(tǒng)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(quán)限，可以管理系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)送消息、參與討論的權(quán)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(tǒng)的值機答疑等其他功能。

2.2 體系結(jié)構(gòu)

采用了B/S結(jié)構(gòu)設(shè)計答疑系統(tǒng)。管理員、教師、學生等用戶通過Internet或局域網(wǎng)與Web服務(wù)器連接，通過瀏覽器進行所有操作。體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 答疑系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

2.3 功能模塊

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

圖2 答疑系統(tǒng)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?qū)Y(jié)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(jù)課程的重難點、易錯點和易混淆知識點設(shè)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(fā)送、接收、查看和刪除4個功能。

(4)統(tǒng)計共性問題。教師可以通過統(tǒng)計共性問題功能，統(tǒng)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(diào)整教學內(nèi)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(quán)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(yè)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(tǒng)用戶的添加、刪除及信息維護。

3 答疑系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 關(guān)鍵算法

值機答疑、論壇、消息等模塊實現(xiàn)技術(shù)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(guān)鍵詞標準化、語句相似度計算幾個環(huán)節(jié)。

圖3 分詞流程圖

(1)分詞。因為問句一般包含專業(yè)詞匯，所以采用“專業(yè)詞匯優(yōu)先+雙向最大匹配[2]”分詞法。用搜狗實驗室的《互聯(lián)網(wǎng)詞庫》(15萬詞)構(gòu)建通用詞典，由專業(yè)教師創(chuàng)建專業(yè)詞典。算法為：①利用雙向最大匹配法先在專業(yè)詞典中查找出專業(yè)詞匯，將問句切分成專業(yè)詞匯和其他一些子串。②采用雙向最大匹配法，對除專業(yè)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(shù)字及英文單詞。④詞典中的詞條由三部分信息構(gòu)成：詞、詞性、詞頻(即該詞在以往問句中出現(xiàn)的次數(shù))。在分詞時，若出現(xiàn)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(xiàn)頻率太高、沒有太大檢索意義的詞[3]。本系統(tǒng)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(guān)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(yè)詞匯)分類法，根據(jù)分類結(jié)果構(gòu)建候選問題集，有利于縮小檢索范圍，提高檢索效率。

(4)關(guān)鍵詞標準化處理(同義詞標準化)。創(chuàng)建同義詞典，判斷問句的關(guān)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(tǒng)采用語句相似度技術(shù)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(quán)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(xiàn)對問句的初步理解和自動解答。

3.2 技術(shù)路線

系統(tǒng)使用Visual Prolog7.1開發(fā)用戶問題理解模塊，使用Visual Studio 2008開發(fā)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(shù)據(jù)，采用IIS6.0作為Web服務(wù)器。答疑系統(tǒng)部分界面如圖4所示。

圖4 自動答疑界面

4 答疑系統(tǒng)的應(yīng)用成效

答疑系統(tǒng)界面友好，使用方便，運行穩(wěn)定，答疑效果好。投入使用兩年，得到師生的肯定，應(yīng)用成效明顯。

4.1 提高效率，降低成本

(1)答疑系統(tǒng)綜合設(shè)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(tǒng)，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(chǔ)性問題，可將更多精力用于組織深層次討論和開展學術(shù)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(guān)鍵詞抽取技術(shù)，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(tǒng)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(chǔ)上組織教學內(nèi)容，教學效果好。

4.2 調(diào)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(tǒng)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(yǎng)學習興趣。

4.3 培養(yǎng)信息素養(yǎng)

網(wǎng)絡(luò)答疑系統(tǒng)的使用，學生逐漸養(yǎng)成網(wǎng)絡(luò)學習和答疑的習慣，培養(yǎng)了學生的信息素養(yǎng)。

在研究現(xiàn)有答疑方式的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)用戶、體系結(jié)構(gòu)、功能模塊幾個方面闡述答疑系統(tǒng)的設(shè)計，從關(guān)鍵算法、技術(shù)路線及關(guān)鍵代碼方面闡述答疑系統(tǒng)的實現(xiàn)，并以C語言程序設(shè)計課程答疑系統(tǒng)的應(yīng)用為例，介紹答疑系統(tǒng)的應(yīng)用成效。實踐證明，答疑系統(tǒng)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(diào)動學生學習積極性和培養(yǎng)學生信息素養(yǎng)方面有促進作用。隨著網(wǎng)絡(luò)教學的發(fā)展，答疑系統(tǒng)作為一個重要的組成部分，將在未來的教育中發(fā)揮重要作用。

[1] 張銀.答疑系統(tǒng)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(shù)[J].現(xiàn)代圖書情報技術(shù),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(tǒng)中的應(yīng)用[J].計算機工程與應(yīng)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(wǎng)絡(luò)課程C語言程序設(shè)計(編號：粵韓師教字[2010]30號)。