劉宇　金瑜　李鵬

摘 要 文章針對傳統(tǒng)協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)所存在的問題，研究了基于對等網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可利用對等網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢，從資源共享、學(xué)習(xí)資料備份、激勵/懲罰機制以及流媒體展現(xiàn)等方面提升協(xié)同學(xué)習(xí)系統(tǒng)的功能，可滿足協(xié)同學(xué)習(xí)時不同應(yīng)用場景中用戶對信息交互的需求，進而增強協(xié)同學(xué)習(xí)參與者的學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞 協(xié)同學(xué)習(xí) 對等網(wǎng)絡(luò) 信息系統(tǒng)

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A

Collaborative Learning System Based on Peer Network

LIU Yu， JIN Yu， LI Peng

（Computer Science and Technology， Wuhan University of Science and Technology， Wuhan， Hubei 430065）

Abstract Traditional collaborative learning system problems studied based on peer network collaborative learning system. The system can take advantage of the technological advantages of the peer network， from resource sharing， learning data backup， incentive / penalty mechanism and streaming media to show other aspects to enhance collaborative learning system features to meet different application scenarios when the user collaborative learning in information exchange demand， thus enhancing collaborative learning participants' learning effectiveness.

Key words collaborative learning； peer network； information system

隨著高校的擴招，學(xué)生數(shù)量的增加阻礙了教師與學(xué)生在常規(guī)課堂上的交流，降低了教學(xué)的效果，因此如何運用互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)來促進教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的交流已成為廣泛研究的課題。比如，BBS（Bulletin Board System）作為一種互聯(lián)網(wǎng)上的電子信息服務(wù)系統(tǒng)，已被運用到網(wǎng)絡(luò)公選課①和英文本科教學(xué)；②針對傳統(tǒng)協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)代價昂貴的問題，開源的課程與教學(xué)管理系統(tǒng)Sakai被運用到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，從而鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)和小組協(xié)作。③盡管上述信息系統(tǒng)能夠在一定程度上解決教師和學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的交流問題，但存在對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境要求較高、學(xué)習(xí)資料較難檢索、無協(xié)作學(xué)習(xí)激勵/懲罰機制等問題。為了解決上述問題，基于互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)亟需引入更為先進的信息服務(wù)技術(shù)，比如：對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（Peer-to-Peer）、網(wǎng)格計算和云計算技術(shù)等。

1 現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)

在協(xié)作學(xué)習(xí)的過程中，參與者相互交流、幫助以及合作，充分利用成員之間的差異性和互補性，從而達到所有參與者學(xué)習(xí)效果最大化的目的。當(dāng)今，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益普及逐步消除了人與人之間交流的時空限制，同時也深刻地影響著協(xié)作學(xué)習(xí)過程中每位參與者。在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，每位參與者均可共享學(xué)習(xí)資料、解答疑問，甚至同時在線解決大型課題。因此，在互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，教師從知識的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的引導(dǎo)者、學(xué)習(xí)任務(wù)的管理者，比如：教師可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況動態(tài)地調(diào)整教學(xué)進度和教學(xué)方式；同時，學(xué)生從知識的接受者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的主導(dǎo)者、知識的共享者，比如：每個學(xué)生可以與其他參與者共享學(xué)習(xí)資料，或者進行問題解答。雖然基于互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)作學(xué)習(xí)優(yōu)勢明顯，但是依然面臨著以下問題有待解決。

首先，基于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信息系統(tǒng)對教育機構(gòu)的硬件、軟件資源和網(wǎng)絡(luò)資源要求較高，需要投入大量的人力和物力維護系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。信息系統(tǒng)的穩(wěn)定決定著用戶的體驗，而在線協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)直接影響著學(xué)生學(xué)習(xí)知識的興趣。在線學(xué)習(xí)的不良體驗甚至?xí)?dǎo)致學(xué)生失去動力參與線下常規(guī)的教學(xué)活動。其次，傳統(tǒng)的協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)所提供的資料管理功能較簡易，既無法高效地檢索資源也沒有冗余備份的功能，往往會導(dǎo)致學(xué)生無法獲取資料，而學(xué)習(xí)資料在協(xié)作學(xué)習(xí)過程中至關(guān)重要。最后，傳統(tǒng)的協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)所提供的交互方式較為簡單，比如：BBS主要是通過文字和圖片的方式進行信息的交流，而該方式在某些協(xié)作學(xué)習(xí)場景中效率較低。因此，聲音和視頻等多種流媒體形式需要在協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)中采用，以提高協(xié)作學(xué)習(xí)的效率。

2 基于對等網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)

2.1 對等網(wǎng)絡(luò)

對等網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)今運用最為廣泛的分布系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)之一。不同于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，對等網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點既是服務(wù)的提供者，也是服務(wù)的使用者，充分了體現(xiàn)了人類社會中“我為人人，人人為我”的理念?；谠擉w系結(jié)構(gòu)，以往較復(fù)雜甚至無法完成的任務(wù)，可被分割并分配到各個節(jié)點進行處理，充分地利用對等網(wǎng)絡(luò)中的各種資源，提高資源的利用率，從而加速了任務(wù)的完成。當(dāng)前，對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于文件共享、④流媒體⑤和科學(xué)計算⑥等多個領(lǐng)域。

2.2 協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)中資源的共享

在基于對等網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，資源可以從不同角度進行分類。從資源的類型分類，資源可分為硬件資源、軟件資源和網(wǎng)絡(luò)資源。當(dāng)需要計算問題或者存儲資料時，協(xié)作學(xué)習(xí)的參與者可以根據(jù)系統(tǒng)的分配使用相關(guān)硬件資源；當(dāng)需要查找學(xué)習(xí)資料時，協(xié)作學(xué)習(xí)的參與者可以運用對等網(wǎng)絡(luò)內(nèi)置的檢索引擎查閱系統(tǒng)中的軟件資源，包括：學(xué)習(xí)所需的軟件和資料；當(dāng)參與者需要發(fā)布學(xué)習(xí)資源時，可以充分地利用系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)資源，提高發(fā)布任務(wù)的效率。從資源的所有者進行分類，資源可分為教師資源和學(xué)生資源。教師資源是指由教師所有并發(fā)布到協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的資源，具有較高的可靠性和可信度，例如：教師在系統(tǒng)中所公開的服務(wù)器應(yīng)具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性，保證為協(xié)作學(xué)習(xí)的參與者提供不間斷的服務(wù)；教師所發(fā)布的學(xué)習(xí)資料可信度較高，應(yīng)當(dāng)被參與者廣泛認可。學(xué)生資源是指學(xué)生在參與協(xié)作學(xué)習(xí)時所共享的資源，因此相對于教師資源而言，硬件資源的可靠性和資料的可信度均較低。從資源的使用權(quán)限進行分類，資源可分為可編輯和不可編輯類型。在協(xié)作學(xué)習(xí)過程中，可編輯的資源是必不可少的。通過可編輯資源，參與者可以相互交換信息，即時地傳遞每個人的想法。不可編輯資源通常為系統(tǒng)權(quán)威人士所發(fā)布的資源，比如：教師發(fā)布的課程課件等。endprint

2.3 學(xué)習(xí)資料的冗余備份

傳統(tǒng)的協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)常采用的體系結(jié)構(gòu)為C/S（Client/Server）模式，該模式?jīng)Q定了要實現(xiàn)對學(xué)習(xí)資料的備份，以保證系統(tǒng)的可用性，必須在現(xiàn)有系統(tǒng)中增加額外的備份服務(wù)器，從而增加了系統(tǒng)的搭建成本和維護成本?；趯Φ染W(wǎng)絡(luò)的協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)則可充分地利用對等網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢：每個節(jié)點均可對重要的學(xué)習(xí)資料進行冗余備份，即使部分節(jié)點退出系統(tǒng)，依然能夠保證協(xié)作學(xué)習(xí)的參與者能下載到所需的學(xué)習(xí)資料。

如何快速地檢索所需的學(xué)習(xí)資源是所有協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)必須考慮的重要問題之一。基于C/S模式的系統(tǒng)常采用單一服務(wù)器來提供檢索服務(wù)，而基于對等網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)則可以采用更為先進的分布式檢索技術(shù)，比如：結(jié)構(gòu)化對等網(wǎng)絡(luò)中的分布式哈希表。該技術(shù)不僅能幫組學(xué)習(xí)的參與者更加快速地找到自己所需的資源，而且在一定程度上避免單點失效的問題。此外，改進的分布式哈希表能幫助用戶找到更合適的資源。⑦

2.4 協(xié)作學(xué)習(xí)的激勵/懲罰機制

在協(xié)作學(xué)習(xí)過程中，如何激勵各個角色都積極地參與到學(xué)習(xí)的每個環(huán)節(jié)是被廣泛研究的課題。良好的激勵/懲罰機制不僅能夠使學(xué)習(xí)效果最大化，而且對參與者的社交能力和團隊合作能力均有較大的提升；無激勵/懲罰機制或不合適的激勵/懲罰機制往往會導(dǎo)致某些學(xué)生參與協(xié)作學(xué)習(xí)的熱情不高，僅僅只是被動地接受知識，并沒有與系統(tǒng)中的其它用戶進行互動。其實，基于對等網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用系統(tǒng)同樣存在類似的問題，如：搭便車現(xiàn)象——指對等網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點只享受信息資源服務(wù)而不為系統(tǒng)作貢獻的行為。實踐表明搭便車的現(xiàn)象會隨著時間的推移，日趨嚴重甚至導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。因此，基于對等網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以充分地借鑒現(xiàn)有對等網(wǎng)絡(luò)中的激勵/懲罰機制來激發(fā)參與者的學(xué)習(xí)熱情。

首先，基于對等網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)需要科學(xué)地度量每位學(xué)習(xí)參與者的貢獻度。貢獻度的度量可以從自我評價和他人評價兩個方面進行。自我評價主要參考的是參與者貢獻知識的信息量和獲取知識的信息量，可分別對應(yīng)于向系統(tǒng)上傳的文件數(shù)量和從系統(tǒng)中下載文件數(shù)量。他人評價是指學(xué)習(xí)過程中其他人對某參與者的評價，如：上傳的資料是否有用、回答的問題是否正確等。

運用上述已測量的貢獻度，協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以運用不同的方法對各位學(xué)習(xí)參與者進行激勵/懲罰。在社會經(jīng)濟活動中，博弈論常被用于選擇最優(yōu)行為策略的問題。顯然，協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以采用該方法來懲罰不積極的參與者。此外，社會網(wǎng)絡(luò)方法和市場機制模型也可用于同樣的目的，從而提升學(xué)習(xí)效率的整體提升。

2.5 基于流媒體的交互式協(xié)作學(xué)習(xí)

對于采用C/S模式的協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)，參與者數(shù)量的增加會造成服務(wù)器負載加重和網(wǎng)絡(luò)擁塞，因此大部分協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)無法支持基于流媒體的交互式學(xué)習(xí)?；趯Φ染W(wǎng)絡(luò)的協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)規(guī)定節(jié)點之間需相互共享數(shù)據(jù)，可充分地利用各個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)資源，而且無需額外的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的支持。當(dāng)實時播放課程視頻時，系統(tǒng)中的節(jié)點可以采用樹狀結(jié)構(gòu)進行組織——每個收到視頻數(shù)據(jù)包的節(jié)點，只需將視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給其子節(jié)點；當(dāng)進行交互式討論時，系統(tǒng)可以采用數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法——每當(dāng)數(shù)據(jù)有改變時，節(jié)點將數(shù)據(jù)發(fā)送給討論組的其他成員。對于基于對等網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)，流媒體技術(shù)的引入可以更加形象地展現(xiàn)知識，增加了參與者之間交互的方式，彌補了傳統(tǒng)協(xié)同學(xué)習(xí)系統(tǒng)的不足。

3 總結(jié)

本文研究了基于對等網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)，分析了對等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以從資源共享、資料備份、激勵/懲罰機制和流媒體展現(xiàn)等方面提升協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)的性能，可滿足協(xié)同學(xué)習(xí)時不同應(yīng)用場景中用戶對信息交互的需求，從而提升協(xié)作學(xué)習(xí)的效果。

本文由以下項目提供支持：湖北省教育廳科學(xué)研究計劃項目B2014085，武漢科技大學(xué)教學(xué)研究項目2007058x

注釋

① 武麗志，繆玲. 多校學(xué)生共同參與課程BBS討論的交互分析. 中國遠程教育，Vol.9，2013.

② 肖俊洪. 基于BBS平臺的生生異步交互模式研究. 中國遠程教育，Vol.17.2005.

③ 陸正球， 何廣軍. Sakai協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)在高校的應(yīng)用. 杭州師范大學(xué)學(xué)報，Vol.8， No.6，2009.

④ 歐陽榮， 雷振明. BitTorrent類型P2P系統(tǒng)模型研究與性能分析.北京郵電大學(xué)學(xué)報，Vol. 29，2006.

⑤ 李真真， 張志斌， 杜躍進. P2P在線視頻研究綜述. 計算機應(yīng)用研究，Vol.26， No.6，2009.

⑥ 文元橋. 協(xié)同地球科學(xué)計算環(huán)境的架構(gòu)設(shè)計. 計算機工程與應(yīng)用. Vol.46， No.19，2010.

⑦ 劉宇， 李鵬. 基于蟻群搜索算法的語意對等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議.計算機應(yīng)用研究，Vol.27，No.12，2007.endprint