（教育技术学专业论文）基于网络的课堂辅助式专家点播答疑系统的设计与实现.pdf

摘要 随着网络技术和计算机技术的迅猛发展，各种不同的网络学习系统孕育而 生，这也大大促进了现代教育技术的发展进程，也使得现在的教育更加注重课程 与信息技术的整合。在其中众多的有关学习系统的开发中，答疑系统是一个不可 或缺的重要部分，它是学生进行系统学习的有益补充，同时也是学生巩固知识的 重要途径。因此，无论学习的形式如何变化，答疑对于学习活动来说始终是必要 的，不可或缺的。及时、有效地获得解答是学生对于答疑环节的基本需求，在传 统的学校课堂教育中，面对面的交流保证了答疑的及时性，相对固定的班级教学 保证了教学的针对性，从而也保证了答疑的有效性。但当教师和学生发生分离， 或因其它因素限制了面对面答疑的机会时，我们又怎样解决及时有效的答疑问题 呢? 网络为我们提供了良好的媒介。 本文针对高校教学中普遍存在着课堂教学辅导不足的情况，从实际教学需要 出发，选择基于网络课堂辅助式专家答疑系统为课题，系统地论述了该答疑 系统的相关概念界定，所依据的理论基础，并从开发环境的选择、系统功能设计 与解析以及系统的技术实现和运行状况钡9 试等几个方面阐述了系统的开发过程， 论述了计算机网络技术的发展带来的新的教育观念和教育手段，揭示了教学软件 开发的一般方法。其中： 前言 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 是对作者选题的初衷及课题的研究内容和意义的总体概述 系统设计的相关理论基础和技术支持 系统的整体设计理念和思路分析 系统实现的技术方案及实现功能简介 介绍系统运行和测试情况 对本系统的研发工作的总结和展望 关键字：实时答疑非实时答疑人本主义学习理论设计开发 a b s t r a c t o n g 诵t ht h en e t w o r kt e c h n o l o g ya l l dt h ec o m p u t e rt e c h n o l o g yg 、i ra n d d e v e i o p m e n t ，d i 五凫r e n tl 【i n d so f w e b - b a s e dj e a n i i n gs y s t e m 州s e ，w t l i c hn o to n l y g r e a t l yp r o m o t et h em o d e me d u c a t i o nt e c h o l o g yd 鲫d o p m e m ，b u ta l s oe n a b l e s p r e s e n te d u c a t i o np a ym o r ea t t e m i o nt ot h ei n t e g r 砒i o no f c u r r i c u l u ma l l di n f o 珊a t i o n t e c h n o i o g y a m o n g “l t h ei e a m i n gs y s t e m s ，t h eq as ) r s t e mi sa ni n d i s p e n s a b i e i m p o r t a n tp a n ，i ti sn o to n l yb e n e f i c i a ls u p p l e m e m ，a tt h es 锄et h e a l s oi saw a yf o f s t u d e n tc o n s o l i d a t i n gk n o w l e 如e t h e r e f o r e ，r e g a r d i e s so f h o wd o e st h e 咖d i e sf b m c h a n g e ，q u e s t i o na i l g w e r si sn c c e s s a r yt o1e a ：n l i n g 删v i t yp r o m 砖e 髓c t i v e l yo b t a i n s t h ee x p l a i l a t i o ni sb a s i cf o r t h es m d e n ti nt h et r a d “i o n a ls c h o o lc l a s s r 0 0 me d u c a t i o n ， t h ef a c e - t o - f a c ee x c h a f 培eh a dg u a r a n t e e d ( y at i m e l n e s s ，t h er e l a t i v e l yf k e dc l a s s t e a 出n gh 船g u a r a m e e dt h et e a c l l i n gp o i n t e d ，t h u sa l s oh a sg u a r a l l t e e dt h eq av a l i d i t y b u tw h e nt h et e a c h e r 锄dt h es t u d e n ta r es e p a r a t e d ，0 ro t h e rf h c t o r sh a v el i m i t e dt h e f a c e t o f a c ea i l s w c r sq u e s t i o n so p p o r t u i l i 吼h o wd ow es o l v et h ep m b l e m ? t h en 既w o r k h a sp r o “d e dag o o dm e d i u mf o ru s t h i sa r t i c l es y s t 锄a t i c a l l ye l a b o r a t e daq as y s t e mr e l a t e dc o n c e p t s ，t h e o r yb a s i s ， 柚dh o wd e v e l o p m e n tf b mt h ed e v e l o p m e m 朗埘r o n m e n tc h o i c e ，t h es y s t e m 如n c t i o n d e s i 昱皿a n dt h ea i l a l y s i s ，t h es y s t e mt e c l l l l i c a lr e a l i z a t i o na n dt h ew o r kc o n d i t i o n ，a i l ds o o n t h en e we d u c a t i o ni d e aa n dm e t h o dw h i c ht h ec o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o 科 d e v e l o p m e n tb r i n g sh a sp r 0 枷l g a t e da i l dt e a c h i n gs o f l w a r eg 即e 同m e t h o da r ea l s ob e e l a b o r a t e d t h ed e t a i la r ea sf o l l o w s ： i nt h ef o r e w o r d ，i ti sa g e n e r a t i o na b o u tt h eo r i 西n a li m e n t i o n ，r e s e 盯c hc o m 朋ta 1 1 d t h es i g 凼c a l l c ea r ee l a b o r a t e d 、 h lc h a p t e ro n e ，s y s t e md e s i g nr e l a t e dt h e o r y 锄dt e c h n i c a ls u p p o na r ee l a b o r a t e d i nc h 印t 盯t w o ，s y s l 伽d e s i g nj d e aa 1 1 dm e n 嘲j t y 锄由s i sa r ee l a b o r a t e d i nc h 叩t e rt i l r e e ，s y s t e mr e a l i z a t i o nt 枷c a lp l a i la l l d 如n c t i o ns y n o p s i sa r e e l a b o f 砒e d i nc h a p t e rf o u r ，j ti sa f li n t r 0 血c t i o na b o u ts y s t e m 聃r o r kc o n d j t j o n i nc h p t e rf i v e ，i ti sas u m m a r ya b o u t 呵s t e mr e s e a r c h 锄dd e v e l o p m e m k e y w o r 出： m 蚰一t i m eq ao r e a l - t i m eq a h u m 帅i 咖咖d yt h e o r e t i c a l d e s i 四蛐dd e v e l o p 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果据我 所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成 果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意 作者签名： 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索有权将学位论文的标题和摘要汇编出版保密的学位论文在 解密后适用本规定。 学位论文作者签名：唯扬导师签名：塞皂瘩怠乏 日期：盘：i 旦 日期：塑幺：查：至2 硬士学位论文：基于网络的谭堂辅助式专家点播答疑系统的设计与实现 日u茜 从人类教育发展的长河来看，科学技术的每一次变革都会引发教育领域的革 命性变化： 文字的出现导致了形式化的教育组织一一学校的问世；印刷术的发明使得分 班教学和函授教育成为现实；电的发现实现了更加灵活多样的教育形式一广播 电视教育及电化教育。今天，以计算机技术为核心的信息技术的出现又带来教育 的新发展，它不但引起了教育的技术革新，而且也推动了教育形式的转交。网络 教育作为信息技术与教育融合的新的教育形式为教育注入了新的活力：便捷的学 习机会、多样的学习环境以及丰富的学习资源，使学习活动更加自主化、个性化， 使教育的适应性得到大大加强。作为传统教学方式的有益补充，网上教学不仅能 够实现传统教育的功能，而且具有许多独特的优势：诸如教学资源共享、教学时 空分离、更有利于因材施教等，从而成为在“信息时代”解决“知识爆炸”与“学 习时间有限”的矛盾及“从教人员不足”与“受教人员增加”的矛盾的有效途径， 也为实行“全民教育”、“终身教育”提供了可靠的物质基础和技术保障，如何 开发更多蓼于网络的教学资源成为从事现代教育技术工作者的重要使命。 本文针对高校教育中普遍存在着课堂教学辅导不足的情况，从实际教学需要 出发，选择基于网络的课堂辅助式专家点播答疑系统的设计与实现为课题， 系统地论述了网络教学对传统教学的有益补充。从开发环境的选择、系统功能设 计与解析以及系统的技术实现和测试等几个方面阐述了系统的开发过程，论述了 计算机网络技术的发展带来的新的教育观念和教育手段，揭示了教学软件开发的 一般方法。 在目前，随着网络技术和计算机技术的迅猛发展，各种不同的网络学习系统 孕育而生，这不但促进了现代教育技术的发展进程，也加强了人们对实施教育中 有关课程与信息技术的整合的关注。在其中众多的有关学习系统的开发中，答疑 系统是一个不可或缺的重要部分，它是学生进行系统学习的有益补充，同时也是 学生巩固知识的重要途径。因此，无论学习的形式如何变化，答疑对于学习活动 来说始终是必要的，不可缺失的。及时、有效地获得解答是学生对于答疑环节的 基本需求，在传统的学校课堂教育中，面对面的交流保证了答疑的及时性，相对 固定的班级教学保证了教学的针对性，从而也保证了答疑的有效性。但随着高校 体制的改革，这种传统模式不论是从空间还是时间的角度都已与现实条件产生了 不小的矛盾，毕竟所有的学生在非上课时间能够同一时间、同一地点集中的机会 逐渐减少，当这些因素限制了师生面对面答疑的机会时，我们又怎样解决及时有 硕士学位论文：基于网络的课堂辅助式专家点播答疑系统的设计与实现 效的答疑问题呢? 当我们将目光投向网络时，我们发现，作为网络教育中的重要 技术手段一一网络以其特有的优势为我们提供了解决难题的答案。网络答疑系统 的开发将答疑的场所从固定的教师转移到无所不在的网络，将答疑的时间从有限 的圃定时段变换成自由随意的时刻，网络答疑使更多的学生参与到问题的解答中 来，问伴之间的互相答疑在实现学习互长的同时也节省了教师在答疑上所花费的 时间和精力。可见网络为答疑带来了新的内涵，研究和开发基于网络的答疑系统 也就具有了较高的教育意义和实践价值。 一、 网络答疑系统发展概况 目前的网络答疑系统可以简单分为实时交互和非实时交互两种。 实时交互的答疑方式是对于传统教育中师生的面对面答疑方式的模拟，充分 利用现代通讯技术和计算机网络技术，模拟传统答疑方式的各种行为。教师可以 把答案信息以音频、视频、文字等多媒体方式表现出来，并同步传输到学生面前、 学生也可以把要问的问题以多媒体方式表现出来，实时地传输给教师并与其交 互。然而这种答疑方式对网络带宽的要求很大，因为要在网络上传输大量的音频、 视频数据。由于网络环境无法满足这一要求，所以这种答疑方式般只在局域网 上运行，在广域网上般只传输文本信息。目前随着网络带宽的增加，这种方式 也正得到广泛的应用。 非实时交互的答疑方式一般采用电子邮件以及通过浏览器查询数据库中存 储的问题和答案的方法来实现。非实时交互对于时间的要求不很严格，学生可以 就学习过程中遇到的疑问，不能完成的习题等通过不同的方式向教师提问，而教 师不必在同一时间作答，可以自行选择时间给以较充分的答案。 一般而言，目前的网络答疑系统的答疑方式为b b s 、聊天室、电子邮件及通 过浏览器查询数据库中存储的问题及其解答，它们分属于实时交互和非实时交互 答疑模式。 二、 国内外网络答疑系统发展现状 l 、鼠外网络答疑系统发展状况简介： 国外的网上学校较重视交互、管理和对资源的利用。一般的网站都有很好的 交互、答疑功能，建立了很好的交互与反馈机制，每个学生都有专门的教师负责， 利用e m a 订、传真、信件、电话等进行答疑交流。大多数网站都有很好的管理机 制，提供登记、学籍管理等功能。在资源上，不仅提供网站自身的资源，而且和 专门的网上资源库建立链接。而且，还和其它教育站点有广泛的链接，有的站点 还提供对i n t e r n e t 、w w w 的搜索功能。同时，国外的自动闯答技术也已经有了极 大的发展，也出现了一些比较成型的能回答常识性信息的系统和能为用户回答某 2 硕士学位论文：基于网络的课堂辅助式专家点播答疑系统的设计与实现 些特定领域的问题系统。例如一紫较为典型的国外问答系统有： 1 ) a s k j e e v e s ：该系统允许用户使用自然语言进行提问，然后通过与用户的交互 进一步明确用户的真正检索需求，这样检索到的网页结果比单纯的基于关键 词的网页结果更符合用户的要求；它可以有效地引导用户学会使自己提出的 问题更明确。该系统的网址是：h t t p ：w w a s k c o m 2 ) s t a r t ：麻省理工大学的s t a r t 系统用于回答用户提出的关于历史、地理、科 技、娱乐、文化等方面阿问题“1 。该系统的答案不局限于文本，也可以是图 片、声音或者动画等。该系统的网址是：h t t p ：w w w a i m i t e d u p r o j e c t s i n f o l a b 3 ) a l i c e ：这是一个聊天机器人，该系统中采用a i m l 技术对日常交流中常用的文 字和语句进行处理幢h 。通过对这种标记语言的检索来找出可以用于回答用 户提问的句子。另外，该系统还会向用户提出问题，具有较好的交互性。 4 ) w e b c l o p e d i a ：这是一个基于分类的系统，根据用户的询问意图用句子的结构 区分出问句的类型，然后从大规模语料库中找到相关的资料并返回问题的答 案5 引。 另夕 还有1 0 n a u t ( s t e v ea b n e ya n dm i c h a e lc 0 1li n s ) ，a n s w e r b u s 、 q u a s m ( u m a s s c ii r ) 、s it e q ad e m o ( d i q u e s t c o mi n c ) 、l a 伊( n a t i o n a l u n i v e r s i t yo fs i n g a p o r e ) 等等。 国外自动答疑系统( q a s ) 的按照理论基础大致可以分为如下几个类别： i 基于信息检索的关键词理论7 1 9 “。基于统计自然语言处理理论“叩“” “。基于分类学“2 m 朝 i v 基于结构化语，即上面所说的a l i c e b o t v 结合多种理论“” 自动答疑的研究是多角度的，也有一些研究人员从知识的依赖关系“5 儿”1 、 从问题及答案两方面入手“”、从篇章句子结构组成方面n 8 3 或者从上下文“们进行 相应的研究。这些研究成果已经能够在特定领域发挥作用，其研究思路可以借鉴。 然而，这些系统大都是以英文为背景进行研究的，还不能直接移植到中文中来。 另外，汉语自动问答中还要涉及到很多的特殊问题，比如分词的问题、成分省略 的问题等等。所以我们要在汲取国外答疑系统的优势上研制开发符合我国教育体 制的网上答疑系统。 2 、国内网络答疑系统发展状况简介： 国内的网络答疑系统根据其答疑部分的特点可以分为三种情况： 1 ) 没有专门的答疑支持 硕士学位论文：基于网络的课堂辅助式专家点播答疑系统的设计与实现 在这样的平台中，系统不提供专门的答疑子系统，教师和学生的交流是通过 留言板或者直接通过e m a “进行交流。典型的有浙江大学远程教育系统和目前的 大部分中小学远程教育系统。 2 ) 为答疑提供部分支持 这类远程教育平台中也不提供专供答疑的子系统，只是提供一个可以让学生 参加讨论的b b s ，也可以由教师组织实时聊天。典型的是清华大学的远程教育系 统。 3 ) 具备完整的自动答疑支持 在这类远程教育平台中设有专门的答疑子系统，典型的是由上海交通大学的 远程教育中心设计开发的a n s w e rw e b 自动答疑系统皿0 2 “。该系统使用数据库来 存储用户提出的问题和答案。系统根据用户输入的关键词查找已经提出的问题中 的相关材料；如果没有找到答案，就将这个问题转发给专家点播进行回答。也有 一些部门( 例如内蒙古大学“) 在这个研究的基础上加以改进。 3 、国内外答疑系统比较分析 1 ) 系统形式 国外出色的答疑系统特别是智能答疑系统几乎都是独立运行的系统，他们不 属于任何教学或学习平台。这类系统所扮演的角色更像一个专业领域资源的提供 者，提问者借助系统回答他们的问题不一定是某个完整的教学过程的一部分，他 们通过答疑系统寻求答案可能是为了解决他们在相应学科的问题，或者是为了寻 找作业或任务中需要的资源。 国内大部分的答疑系统都嵌套在网络教学平台或者特定的网络课程中t ，而独 立的网络答疑平台或系统非常少，和国外独立的答疑系统相比，我们的答疑系统 提供的问题解答及资源涉及面相对较窄。但是由于我们建设答疑系统的目的就是 为了辅助在校学生或网络远程教育的学生学习特定课程，这类答疑系统所履行的 主要职责是提供给学生就课程相关问题与教师或其他同伴进行交互的环境，所以 我们的答疑系统所提供的问题解答及资源应该具有较强的针对性，这更有利于学 生学习课程知识。 但是目前国内有很大一部分答疑系统都是嵌套在特定的网络课程中的，这是 很不好的一种方式。这样的答疑系统由于只是网络课程的一部分，投入不够，使 得其功能简单，而且不具有通用性和可重复利用性，造成很大的资源重复、浪费。 2 ) 系统功能 国内的答疑系统的主要功能包括答疑功能、问题查询和浏览、用户信息和知 识管理，以及其它附加功能，如用户个性化定制、问题解答评价等。相比国内答 疑系统的丰富功能而言，国外答疑系统的功能更加简洁，但是其功能都是紧紧围 4 硕士学位论文：基于网络的课堂辅助式专家点播答疑系统的设计与实现 绕答疑功能而设计，功能设计重点突出、设计精良。 国内答疑功能主要是通过人工答疑和基于数据库的自动答疑两种方式来实 现，国外的答疑功能也主要通过人工答疑和机器自动答疑来实现。国内的人工答 疑通过电子邮件、网上异步讨论区、网上同步聊天室、网上语音视频会议、电子 白板等方式来实现。国外的人工答疑主要通过电子邮件和信息板，很少有讨论区 和聊天室。由于国内的人工答疑设计没有从结构上给用户设计更有益于深入探讨 问题的环境，结构比较松散，讨论的内容很难控制。而且缺乏对教师的答疑行为 的监督管理、评价的技术支持，教师答疑积极性不高，导致各答疑系统中人工答 疑部分成为摆设，呈现“有问无答”，而后也就没有人问的局面。 国外在智能答疑方面非常有特色。有的系统( 如a s kj e e v e s ) 的智能答疑模 块不但支持自然语言提问，而且设计了问题的确认交互，通过这层交互，系统能 够更精确地理解用户的问题，为用户提供精确简洁的回答，并可提供相关资源链 接。相比之下，国内的智能答疑功能就比较局限。国内系统的智能答疑功能是通 过对问题解答库的自动搜索实现的，无论提问者输入关键字或是自然语言的旬 子，系统都会根据问题进行问题解答库的全文搜索，然后将与这个问题相关性较 强的问题及其答案按点击频率高低反馈给提问者。然而这种搜索的准确率和针对 性比较差，会有很多和关键字有关的问题被呈现出来，需要用户再次搜索或自己 在结果中寻找，这样效率低下而且容易导致网络迷失。为了提高搜索的准确率和 针对性，国内也作了一些改进，比如给问题添加更多属性，提问者输入关键字并 选择问题属性进行组合查询；建立关键字意群，当提问者输入关键字时，查找其 相同意思的关键字意群，基于关键字意群进行搜索，相当于对用户输入的关键字 进行初级的理解。 3 ) 系统的智能性 答疑系统的智能性主要体现在对自然语言的理解和相应的问题查询与反馈。 国内对智能答疑的研究还处于低层次的机器对自然语言的理解、自动的闯题解答 库检索和粗糙的信息反馈的水平。而国外智能答疑系统在基于自然语言的提问力 面做得比国内更加准确和人性化，如带有问题确认功能，使得其对自然语言的理 解更加准确，而且增加了答案处理和解释部件，因此呈现的答案更加确切并简明 扼要。 调研的国外智能答疑系统主要采用英语作为提问语言，目前基于英语的自然 语言处理技术、文本检索和数据挖掘技术都己经得到了长期的发展，并取得了优 秀的成果。普林斯顿大学认知科学实验室创建的英文词汇语义网络系统( e n w n ) 使得词汇消歧率超过6 0 。目前其文本检索的研究方向为对问题的反馈是检索出 的文本符合需求的片断( s n i p p e t ) 而不是整篇文档( d o cu n l e n t ) ，而且问题的答案 硕士学位论文：基于网络的课堂辅助式专家点播答疑系统的设计与实现 不是原先设计好的，而是处理后现生成的。很多研究机构正在研究并已经建构出 了一些问题模型和相应的解答模型这些技术的发展为其智能答疑系统的高准确 率提供了保证。 目前制约国内智能答疑系统智能化的最大技术瓶颈是对中文信息的处理技 术。对中文问题的理解和基于中文进行查询的准确性和有效性还没有得到科学的 证明，导致目前国内智能答疑系统的准确性较低，此外反馈答案的针对性和有效 性也较差。 国内在自然语言方面的研究己有几十年时间，虽然很多研究己经取得一定的 进展，但是最基本的汉语分词问题仍然没有得到彻底解决。组合歧义、新词和未 登录词等问题，严重影响着分词的精度。此外由于目前还没有个获得大家认可 的现代汉语语料库或“国家标准现代汉语语料库”，也没有带词性、词法搭配、 句法和语义的语料库，关于短语结构标注的汉语语料库、汉语的语段库( c h u n k b a s e ) ，现代汉语树仓库( t r e eb a n k ) 以及双语语料库等，更是无从谈起，因此自 然语言处理在中国的进一步发展受到严重限制。这融技术水平决定了目前国内智 能答疑系统的低层次，也成为智能答疑系统发展的主要障碍。除了自然语言处理 技术以外，数据挖掘、文本检索、机器学习和专家系统等技术的水平也都影响着 智能答疑系统的智能性。 4 、当前国内高校答疑系统研究现状不足 从上面的分析可以看出，当前国内的答疑系统还具有以下较为明显的不足之 处： 1 ) 网络的优势没有得到充分发挥。现在的很多答疑系统仍是依照传统的答疑模 式为蓝本进行设计的，强调以教师答疑为主，而忽视了网络的巨大资源优势。 2 ) 过多地考虑技术因素，而忽略了非技术因素。技术的支持是实现网络答疑的 基础，却不是网络答疑的根本内容。答疑的根本在于帮助学生及时、有效地 获得解决问题的答案，以强化学生对于知识的理解，促进更好地学习。因此， 学生的需要应是系统设计中所要重点考虑的，而目前有些系统却因为瓣过多 的考虑技术因素而最终失去了服务的对象一一学生。 3 ) 没有完备的教育理念支持。答疑系统的最终目的是服务于教育，优化教育手 段。但目前的许多答疑系统都忽略了其中的教育教学原理，脱离相关的教育 理论支持，单纯的追求技术指标，结果开发出的答疑系统不符合教育教学规 律，给学生参与答疑系统的应用带来了不必要的麻烦。 4 ) 针对性不强，忽略了答疑系统和课堂教学的紧密联系。 目前的许多答疑系 统都是针对远程教学开发的，系统涉及答疑知识范围广而分散，学生在参与 6 硕士学位论文：基于网络的i 暴堂辅助式专家点播答疑系统的设计与实现 答疑时仿佛海底捞针，容易迷航。而有关基于校园网内部辅助课堂教学的答疑系 统的开发甚少，忽视了传统学校教育中的学生课下答疑不足的情况。 5 ) 缺乏有关典型问题的反馈练习环节。知识的掌握是一个循序渐进的过程，一 个完备的人性化的答疑系统应该有相应的关于某类典型问题的反馈练习内 容，当学生得到专家点播的答疑后，可以得到有关该问题的练习内容，以便 加强对该问题知识的巩固和掌握。 鉴于以上的分析结果，笔者对现有答疑系统进行比较分析，在前人的基础上 取其精华并针对笔者所在高校的教学环境现状，确定了研究课题。 三、 本课题的提出 网络化发展的直接结果就是信息更新速度越来越快，人类无限的学习内容与 有限的学习时间之间的矛盾日益突出，随着素质教育的实施，“全民教育”、“终 身教育”的落实，基于网络的教学活动及教学系统将成为学校教育的有效辅助手 段。如今，校园网的建设已成为蔚然之风，各学校动辄耗资几十甚至上百万组建 校园网，硬件建设速度很快，但是目前的网上教学软件发展相对滞后，质量较差， 影响了硬件效益的发挥，比较好的网上教学系统将教学的各环节( 例如授课、改 作业、辅导等) 实行完全网络化，但真正能实现的高校并不多，更多的学校还是 以此作为追求的目标，作为教育发展的个方向。因此，有效利用网络资源，充 分发挥网络自身的优势去革新教育教学手段仍是一项艰巨而长远的工作。 “基于网络的课堂辅助式专家点播答疑系统”旨在建立一个综合的交互平 台，为传统的课堂教学或给教师、学生提供一个良好的网上辅导环境，一方面学 生能通过该系统多渠道的得到关于疑难问题的解答，另一方面教师也能及时得到 关于学生信息的反馈，这无疑是在师生之间架起了一座沟通的桥梁，为学生之间 的交流提供了一个场所，从远程教学形式来讲，它既具有同步远程教学的特点， 也有异步远程教学的成分；从网络教学系统而言，它既是一个实时交互系统，也 能实行非实时交流的功能，同时还兼有学生状况信息的统计功能；从现实意义看， 一方面它对于落实教学的各环节，提高教学质量会带来有益的影响，是传统教学 手段的有益补充和扩展，另一方面，通过对该系统的开发，也是对于教师业务能 力及水平的一个提高，为更好的适应教育信息化发展奠定良好基础。 下面是本课题的研究目标、内容和意义概述。 l 、研究目标 理论研究目标： 1 ) 构建一个“以学生为中心”人本主义学习理论支持的课堂辅助式答疑系统 的设计理念。 2 ) 有效地解决系统开发中相关的技术理论的问题。( 例如：有关人工智能方面 7 硕士学位论文：基于网络的课堂辅助式专家点播蒈疑系统的设计与实现 和数据库技术等理论研究) 应用研究目标： 1 ) 针对高校的教学现状设计开发一个基于网络的课堂辅助式答疑系统软件原 型，对适应高校中有关课程与信息技术整合的问题进行探索和研究。 2 ) 构建“以用户为中心”的服务理念，在具体的实施过程中，不断的完善系统 的功能，使其应用性更加符合教育规律且更为人性化。 3 ) 强调系统开发中的课堂辅助功能，使该系统成为传统课堂教学的有益补充， 真正发挥出信息技术对教育的促进作用。 2 、研究内容 理论研究内容： 1 ) 现代学习理论对该答疑系统理论支持。 2 ) 对答疑系统中相关技术理论问题的研究。 应用研究内容： 1 ) 系统的设计 2 ) 系统的实现 3 ) 系统开发中的疑难问题及解决办法 4 ) 系统运行状况分析 5 ) 研究的不足与后续研究工作 3 、研究意义 1 ) 弥补了传统课堂教学中师生课后答疑的不足。 2 ) 丰富了校园信息化学习环境建设的内涵，从真正意义上体现了课程与信息技 术整合的实践应用。 3 ) 有效地发挥了网络在传统教学中的巨大作用。 4 ) 提供了多样化的教与学方式，优化教学效果。 5 ) 促进了师生间的课后交流机会，使学习的空间更为自由。 以上是关于该课题的选择的背景知识及研究范围的简单介绍，下面将对“基 于网络的课堂辅助式专家点播答疑系统”的设计与实现分别从理论上和应用实践 上进行详细的研究。 4 、研究成果 “基于网络的课堂辅助式专家点播答疑系统的设计与实现”课题，已经笔者 所在单位通过列为该单位的重点科研课题项目，经过近一年多的研究工作，该答 疑系统以及已经投入使用弗取得良好效益，详情可见第四章的数据分析。另外日 前该课题已经结题，并获得所在单位的结题证书( 见附录1 ) 。 8 硕士学位论文：基于网络的课堂辅助式专家点播答疑系统的设计与实现 第一章基于网络的课堂辅助式专家点播答疑系统总述 本章主要从系统设计的相关概念及理论和技术基础为出发点，全面阐述该答 疑系统涉及到的理论和应用知识领域，为系统的设计和实现奠定良好的理论和技 术基础。并从中突出该答疑系统的特色。下面将从相关概念的界定、系统涉及到 的理论基础和相关的技术基础三方面来对该答疑系统作一个概述。 1 1 相关概念的界定 随着信息技术的飞速发展，它在教育中的应用已被世人所接受，各类的远程 教育体系和网络教学层出不穷，在众多的网络教学软件中，有关答疑的系统开发 也占了相当的比例，但大部分都是为远程教学服务的，且在设计上存在着或多或 少的不科学性，导致了设计开发者失去用户的尴尬局面。经调研，并综合了许多 笞疑系统的优势后，笔者就目前高校的教学现状，为弥补高校课堂教学中课后辅 导的不足而设计开发了一个基于网络的课堂辅助式专家点播答疑系统，下面就其 中涉及的两个概念作一个简单分析。 1 l1 课堂辅助式 “课堂辅助式”即限定了该答疑系统的开发性质，不是以往的针对远程教育 开发的答疑系统，而是针对传统课堂教学课后答疑不足而设计开发的。是对传统 课堂教学面对面答疑的一个辅助式网络答疑系统的设计，供在校师生课后( 即无 法进行面对面答疑时) 进行问题交流的一个网络平台，它区别于以往的远程教育 中的答疑系统，是在师生相互了解的基础上开发设计的一个应用答疑系统。即课 外答疑辅导，其内容包括；给学生解答疑难问题，指导学生课外作业，补充讲解 课堂上没有解决的遗留问题，给学习能力较差的学生补课，给特殊优秀学生深入 指导等。 课堂辅助式答疑的重要性主要体现在以下几个方面： 1 、辅助式答疑系统是对课堂教学进行查缺补漏的一种方式，它是弥补课堂 讲授不足的重要措施和手段 教师从备课到讲课是由主观到客观的过程，而客观情况总是随着一些因索而 不断变化的，因此主观和客观总是存在一定差距。教师备课是根据以往的信息， 如学生的已有知识水平和接受能力，结合自己的教学经验，来剖析教材和参考资 料，确定重点、难点、关键点以及讲授思路，选择教法，写出教案，然后在课堂 上实施。在课堂讲授之后，进行回顾反思，总会感到有遗憾的、不如意的地方， 如有的问题没有讲深讲透，有的问题学生还没有很好接受，有的教学目的还没有 达到等。这些问题就需要通过辅助式答疑系统这个教学环节来加以解决。 9 硕士学位论文：基于网络的课堂辅助式专家点播答疑系统的设计与实现 2 、辅助式答疑系统是深入、强化教学效果的熏要补充 高等学校的教学特点是内容多、时间少、速度快。特别是扩大招生规模、实 施跨越式发展后，各个教学班学生人数较多文化基础差别较大。教师讲课只能 从大多数学生的情况出发，不可能照顾到每一个学生，特别是基础较差的学生。 因此课堂上不可能解决所有问题，没有解决的问题只能靠课后的辅助式答疑系统 来解决。有些学生接受能力较差，必须依靠教师在课后辅助式答疑系统中帮助他 解决学习中的困难，使他们跟上课程进度。对基础较好的学生，对于针对普通学 生的教学，一般会感到“吃不饱”。对他们的学习热情，需要教师在答疑辅导过 程中根据本课程的要求，加大知识难度，引导他们对知识的深层次理解，扩大知 识体系结构。 3 、辅助式答疑系统是主动检查教学效果，获取教学信息，改进教学的重要 环节 “课堂好不好，学生最知道”。这是因为学生是教学主体，教学设计与实施 等一切都是为了学生。所以，教学效果如何，教师不能主观臆断，不能靠“自我 感觉良好”，而应该主要从学生那里获得反馈。在辅助式答疑系统中，师生之间 的距离更近，关系更密切。学生可有更多的机会直接提出问题，搞清课堂上没有 明白的地方，教师可以更容易地了解学生对课堂上所讲内容的理解和掌握情况， 了解学生对教学方法的评估，直接达到检查教学效果的目的：也可以听到学生对 教学的希望、要求和建议。这些反馈信息对今后改进教学，实现“教学相长”是 十分重要的。 总之，辅助式答疑系统是课堂教学的补充和延伸。所以，提供良好辅助式答 疑系统的教学才是完整的课堂教学。 1 1 2 专家点播 所谓“专家点播”是指用户( 学生) 可以通过相应的命令进行点播，与自己 喜欢的专家进行问题的交流。在系统中首先会根据学科进行课程分类，再为各课 程的专家( 在该学科具有较强业务水平的教师) 建立与用户交流的空间。一门课 程可设置2 3 个专家，学生可以选择自己喜爱的专家进行答疑。这样的设计使 学生的自主性更强，也使系统更具人性化，符合教育教学的自主需求原则。 专家点播式答疑的重要性主要体现在以下几个方面： l 、 增加系统的人性化，提高学生的学习兴趣 在目前大多数的传统课堂教学中，学生还无法自由选择教师，教师与班级学 生的关系还是遵循传统的统筹安排原则。在这样的传统课堂教学中，有些学生可 能不能够适应个别教师的教学风格而导致教与学的脱钩，所以基于以上原因的考 虑，我们针对目前高校现状设计开发了专家点播的答疑方式，由学生在系统上进 1 0 硕士学位论文：基于网络的课堂辅助式专家点播簪疑系统的设计与实现 行自由选择教师进行答疑，这样即避免了现实教学中的尴尬，又增强了学生的学 习兴趣，也提高了系统的使用率。 2 、 多专家答疑方式设计，不但可以减轻答疑专家的工作量，而且还可 以促进专家之间的学术交流 由于是专家点播式，所以每门课程的答疑专家至少在两位以上，这样可以减 轻一人答疑的繁重工作量，并且每门课程的专家还可以通过答疑系统交流工具进 行学术交流，对学生提出的疑难问题进行商榷，增强答疑系统的科学性和正确性。 以上两个概念是针对该答疑系统特点的一个概括，也是该答疑系统区别与其 它系统不同之处的重要体现。 1 2 系统的理论基础 众多的基于网络的教学平台( 软件) 的开发都是在网络技术的飞速发展基础 上实现的，可以说没有网络等信息技术的产生就没有网络教育，但网络教育并不 是技术，不能因为技术催生的网络教育，就将注意力完全集中在技术领域。网络 教育的本质并不在于它是网络的一种表现形式，而在于它是教育的一种表现形 式，因此说，网络教育在本质上仍然是教育。实际上，技术只是一个促成因素， 它就像机器上的润滑剂一样，可以为学习提供更大的自由，但却不是解决教育问 题的方法和途径，教育问题还需要基于教育的解决方法。网络技术是为促进教育 的更好发展提供了一种解决难题的手段，因此，在开发该系统时，我们区别于以 往的答疑系统，更多的从人而非技术的角度进行系统的开发与设计，鲜明的确立 了系统开发的理论基础人本主义学习理论，并将该理论思想溶入整个系统开 发中，是该答疑系统具有科学完备的理论基石。 1 2 1 人本主义学习理论概述 基于网络的课堂辅助式专家答疑系统的理论支持是久吞去学朋舅趱。在该 理论中强调“以学生为中心”的重要观点，并对以学生为中心做出了理论上的阐 述。人本主义学习理论重视学习的情感因素。其主要观点是“1 ： 1 学习是人的自我实现，它不是一般信息的接受和知识的积累，而是与学 习者各部分的经验都融合在一起的，可以使学习者改变自己的行为、态度、个性 等，使自己最终成为一个完善的入。 2 真正的学习是意义学习，即学习者整个人都参与进学习活动，学习是由 学习者内心生出的欲望，学习会使学习者的行为、个性等发生改变的，学习是由 学习者进行自我评价的。 3 学习的中心是学生，要使一切学习活动真正具有个人意义。教师要从传 统意义上的教师( t e a c h e r ) 转变为促进者( f a c i l i t a t o r ) ，为学生的学习设置 环境、提供资源，进行良好的教学设计。 硬士学位论文：基于网络的课堂辅助式专家点播答疑系统的设计与实现 1 2 2 人本主义学习理论对现代网络学习系统支持服务的启示 1 以人为本，为学习者的个体发展提供合适的条件。以人为本是人本主义 学习理论的基本原则，罗杰斯认为，每个人生来就有学习的潜力，人对他身外的 世界充满了好奇心，这种好奇心就是学习的愿望。不适当的教育( 如权威式的、 强制式的) 会使好奇心减弱，因此，教育者的职责是提供合适的条件，让每个人 所天生具有的学习、发现、探究、丰富知识的潜力和愿望释放出来。以人为本也 是今天构建网络教育学习支持服务系统的一个重要原则。在网络教育学习支持服 务系统中，需要为学习者提供的“合适的条件”是多方面的，比如：( 1 ) 观念问 题。教师要对学习者的学习潜力持充分信任的态度。( 2 ) 课程与教材问题。网络 教育所提供的课程、学习支持服务系统所提供的学习材料等，要与学习者的实际 需要紧密结合，只有让学习者感到这种学习与他自身的发展有着紧密的联系，能 够促进他自身的发展，帮助他达到他想要达到的某一目的，他才会进行有意义的 学习，才会主动地投入学习。这样的学习既能加快速度，又能提高效果。因此， 应该给学习者提供与当前经济社会发展紧密联系的、受到学习者普遍欢迎的课程 和学习材料，而不能脱离实际、脱离社会。丰富多彩的选修课、内容新颖的教材， 能使学习者有自由选择的机会，既满足社会对专业人才的需求，也满足个体自我 发展的需求。( 3 ) 技术媒体的使用问题。通过媒体进行学习更容易消除学习者因 自身某方面的不足( 或学业的、或身体的、或内心情感的) 而有可能产生的来自 外部的嘲笑、甚至威胁。现代网络教育正是通过信息网络技术、计算机技术的运 用，给学习者提供了一个更安全、更平等，更容易得到相互支持的全新学习环境， 把外部的威胁降到最低限度，使学习者完全可以根据自己的实际水平进行学习， 直到获得成功。这也正是罗杰斯提出的学习原则之一。 2 为学习者真正的自由学习，提供充足的资源。罗杰斯认为，促进自由学 习的方法之一是为学习者提供学习所需要的各种学习资源，并尽可能让他们更容 易获得这些资源。资源服务是学习支持服务系统的重要内容，其职责是要为学习 者提供“充足的资源”。所谓“充足的资源”的涵义十分广泛：( i ) 从内容层 面着，既包括专门为学习而设计的资料，如教材、教学辅导书、参考资料、复习 纲要、综合练习等；还包括可以为学习利用的电子书籍、电子期刊、网上数据库、 虚拟图书馆、虚拟实验室、各种答疑系统等教育信息资源。( 2 ) 从形式层面看， 既有文本的资料，如教材、参考书及其他书籍资料等；也有电子的资料，如录音、 录像、多媒体课件等教学软件。( 3 ) 从技术层面看，既包括印刷、录音录像、 广播电视、计算机多媒体、无线移动通信、高速宽带通信、远程直播课堂、双向 交互卫星电视、等多种媒体技术；还包括学习资源中心、电子阅览室、多媒体教 室、网络教室、语言实验室、虚拟实验室、虚拟实习工场、数字化图书馆、卫星 硕士学位论文：基于网络的谋堂辅助式专家点播答疑系统的设计与实现 电视、有线电视、图文电视、i n t e r n e t 等网络化基础设施。有了大量的学习资 源，学习者就可以根据自己不同的条件、要求、兴趣、爱好等进行自由选择，满 足其各自的需求，使自由学习真正成为可能。 3 以学生为中心，注意角色的变化。罗杰斯认为，学习是学习者个人内在 潜能的充分发挥，具有个人的意义和性质。因此，在学习和教学中，学习者处于 中心地位，传统意义上的学生、教师、教学诸因素的涵义发生了变化。在现代网 络教育学习支持服务系统的构建中，这些观点和原则也具有特别的意义。( 1 ) 以学生为中心，就是要一切从学生出发，根据和围绕学生的需求刨设教学情景、 安排教学内容、组织教学资源、改革学习方式，给学生提供最为丰富的、可以进 行最大限度选择的学习环境，使每个学生的学习潜能真正得到发挥，使每个人所 具有的学习、发现和丰富知识的愿塑得到释放，使他们成为能够选择和塑造自己 行为并从中得到满足的人。( 2 ) 教师角色的转换，意味着教师走出传统教学的 中心地位，成为学生学习的促进者。在现代网络教育环境下，教师的职责变得更 为丰富：一是学习情景的构建者。教师要尽力去发现那些与学生实际