蔣逸凡 劉長平 魏 星

（北京科技大學(xué)計通學(xué)院，北京 100083）

校園網(wǎng)在線答疑平臺研發(fā)

蔣逸凡 劉長平 魏 星

（北京科技大學(xué)計通學(xué)院，北京 100083）

] 網(wǎng)絡(luò)答疑系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)教育體系中不可或缺的一個重要部分，它的發(fā)展和完善成了計算機領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點。本文首先分析了國內(nèi)部分高校傳統(tǒng)教育模式下答疑現(xiàn)狀以及存在的一些問題，再根據(jù)網(wǎng)絡(luò)教育發(fā)展中的需求，提出了基于P2P的實時答疑系統(tǒng)的設(shè)計方案。系統(tǒng)實現(xiàn)了多種信息資源的共享，使老師與學(xué)生可以“面對面”地進行交流。

計算機；網(wǎng)絡(luò)；答疑

1 問題與需求

目前，各高校在教學(xué)過程中，均安排有答疑環(huán)節(jié)，主要工作是針對學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的問題進行解答，以便及時解決學(xué)生在課堂教學(xué)和課后練習(xí)中未能理解和掌握的概念和方法問題，從而縮短學(xué)習(xí)時間、提高教學(xué)效率、快速解決學(xué)習(xí)中的難點，答疑是提高教學(xué)效果的一個重要環(huán)節(jié)，答疑工作開展得好與壞直接影響到教學(xué)質(zhì)量。

但近年來，答疑環(huán)節(jié)逐步萎縮，有的課程已經(jīng)取消此環(huán)節(jié)。主要原因如下：

(1)教室資源有限，教師和學(xué)生定時、定點答疑這種形式需占據(jù)教室、辦公室等資源；

(2)教師因出差、不住校內(nèi)等諸多因素難以保證定時定點答疑；

(3)學(xué)生常常不愿意為1、2個問題去固定地點答疑，因而遇到問題往往選擇放棄；

(4)對同一個問題老師要回答若干次，答疑效率低。由此可見，原有教學(xué)答疑模式難以滿足現(xiàn)有的教學(xué)模式需求，答疑模式亟待改革。

事實上，目前絕大多數(shù)在校學(xué)生均在宿舍擁有臺式電腦，或攜帶筆記本電腦（智能手機）去教室或圖書館自習(xí)，加之校園網(wǎng)覆蓋等條件具備，我們針對上述問題與需求，研發(fā)了校園網(wǎng)在線答疑平臺，用計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架起老師與學(xué)生之間的橋梁，從而根本上解決教學(xué)答疑中的問題，實現(xiàn)教學(xué)信息化。其必要性顯而易見。

目前，許多院校已有自己的網(wǎng)絡(luò)答疑平臺，不管是同步答疑平臺，還是自動答疑平臺，都是基于文字和語音，沒有充分發(fā)揮出計算機多媒體應(yīng)有的作用；另外，一些實驗性的教學(xué)課程，文字與語音既不直觀，效率又低，很難真正做到答疑解惑。

為解決上述問題，我們初步在校園網(wǎng)內(nèi)搭建了在線網(wǎng)絡(luò)答疑平臺。在這個平臺下，教師和學(xué)生可以在家或宿舍里進行不同地點、實時“面對面”的交流，避免路途奔波，節(jié)省大量時間和精力，提高學(xué)習(xí)的主動性、及時性、快捷性，從而充分達到提高學(xué)習(xí)效率、降低教學(xué)成本的目的；解決了教室資源嚴重不足等諸多問題?？傊?，網(wǎng)絡(luò)答疑平臺改變傳統(tǒng)教學(xué)答疑形式，改善教學(xué)方式，提高了教學(xué)效果。

2 技術(shù)方案設(shè)計及研發(fā)

2.1 軟件體系結(jié)構(gòu)

Client/Server是當(dāng)前數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序中較為流行的一種結(jié)構(gòu)方式，其最大特點是將計算機工作任務(wù)分別由客戶端和服務(wù)器端來共同完成，這樣有利于充分、合理利用系統(tǒng)資源。本系統(tǒng)中不僅涉及文字和語音信息，而且還會用到視頻等信息，每個用戶既有可能是服務(wù)器，也可能是客戶端，所以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)我們采用C/S模式。

2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

（1）文字信息的多對多傳送

（2）語音信息的多對多傳送

（3）視頻信息的多對多傳送

（4）計算機屏幕信息的多對多傳送

（5）文件信息的多對多傳送

（6）計算機屏幕的錄制與播放

（7）視頻信息的錄制與播放

（8）遠程協(xié)助

圖2 系統(tǒng)登錄界面

圖3 系統(tǒng)應(yīng)用界面

3 答疑平臺技術(shù)特征

本項目利用計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使多機進行語音、視頻、計算機屏幕和數(shù)字文件的信息交流。本項目具有如特點：

（1）“內(nèi)網(wǎng)”之間的互訪

通常情況下，學(xué)生在宿舍里使用無線路由器連接到校園網(wǎng)上。在校園網(wǎng)內(nèi)，形成許多不同的“內(nèi)網(wǎng)”，這些“內(nèi)網(wǎng)”之間互相訪問，必需在校園網(wǎng)內(nèi)建立專用服務(wù)器，作為客戶之間的橋梁，并利用網(wǎng)絡(luò)“打洞”技術(shù)，打通“內(nèi)網(wǎng)”與“內(nèi)網(wǎng)”之間的通路，使得“內(nèi)網(wǎng)”之間可以互相訪問。

（2）多對多的信息傳送

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)方式有兩種，一種是B/S方式，另一種是C/S方式。B/S方式主要工作是在服務(wù)器上完成，信息是由服務(wù)器發(fā)往客戶端單向過程，如視頻會議系統(tǒng)。而C/S方式主要工作是由服務(wù)器和客戶端共同來完成，信息流是雙向流動，如QQ系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中，由于每個用戶既是信息提供者，又是信息使用者，所以我們采用是C/S方式。在這種方式下，客戶端之間通信時需要建立大量的通道。

10000-19999用于聲音

20000-29999用于屏幕

30000-39999用于攝像

40000-49999用于文件

50000-59999用于遠程協(xié)助

理論上講本系統(tǒng)每個群最多99個學(xué)生可以同時進行通訊。以聲音通道為例：

學(xué)生甲學(xué)生乙學(xué)生丙……

學(xué)生甲10101 10102 10103……

學(xué)生乙10201 10202 10203……

學(xué)生丙10301 10302 10303……

……

（3）音頻信息的傳送

作為網(wǎng)絡(luò)答疑平臺，語音和視頻信息實時傳送是不可缺少的一個重要環(huán)節(jié)。在保證實時性的前提下，確保信息的完整性（不丟包）。

發(fā)送端：錄音（0.2秒）→發(fā)送

接收端：接收→播放

為了減少對網(wǎng)絡(luò)的壓力，發(fā)送端錄音后，判斷是否有語音信息來決定是否發(fā)送。

（4）視頻信息的傳送

視頻信息量非常龐大。1024*768一幅畫面不壓縮占據(jù)3.75MB，壓縮后只占200多KB，所以，需要進行壓縮后傳遞數(shù)據(jù)。

發(fā)送端：截屏→發(fā)送

接收端：接收→播放

為了提高傳輸效率、節(jié)省硬盤存儲空間，我們采用了兩種技術(shù)手段：

1）我們把屏幕分成10*8的矩陣，矩陣中哪個畫面發(fā)生改變，就傳送哪個畫面，這就大大減少對網(wǎng)絡(luò)的壓力。

2）當(dāng)畫面有變化時，才進行保存或傳輸，大大提高了硬盤存儲效率。

（5）數(shù)字文件信息的傳送

文件傳送與語音、視頻不同。對于前者來說，在保證信息完整的前提下，盡量減少傳送時間；對于后者來說，速度是第一位，信息完整性放在第二位，傳送過程中丟失幾個數(shù)據(jù)包，不會影響大局。

（6）用實名信息進行登錄

本系統(tǒng)采用的技術(shù)與QQ相同，但它們所面對用戶群是不同。在QQ上與人交流時，必須征得對方同意，交流對象是我們的親人或“朋友”，所以QQ號就像我們的手機號一樣，屬于個人隱私，對外不公開。而本項目所面對用戶群是那些天天與我們接觸的人群，不是我們的親人，也不是我們的朋友。我們與他們朝夕相處，與他們打交道占據(jù)了我們?nèi)种坏臅r間，他們就是我們的同事或同學(xué)。人名是一種公開的資源，不像手機號、QQ號具有隱私性，在與他人建立聯(lián)系時，使用人名既不涉及對方隱私，又不浪費過多資源。

（7）采用P2P技術(shù)

本系統(tǒng)采用P2P技術(shù)，所有信息交流都是多對多。它與網(wǎng)上視頻會議系統(tǒng)不同，視頻會議系統(tǒng)采用B/S方式，在這種方式下，語音和視頻信息只能從服務(wù)器向客戶端單向傳送。而本系統(tǒng)采用C/S方式，我們所使用的計算機既是服務(wù)器，又是客戶機，既能發(fā)送信息，也能接收信息。

本系統(tǒng)是一個多對多的系統(tǒng)，每個學(xué)生端網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不同，在通訊前需經(jīng)打洞處理。

（8）對無效信息的過濾

本系統(tǒng)使用到聲音和視頻信息，信息量非常大，且實時性強，對網(wǎng)絡(luò)要求比較高，在某些特定情況下，必須采取有效措施對無效數(shù)據(jù)進行過濾，才能使系統(tǒng)正常運行。因此在數(shù)據(jù)傳送前先對數(shù)據(jù)有效性進行判斷，有效信息傳送，無效信息不傳送，從而大大提高系統(tǒng)的效率，并減少對網(wǎng)絡(luò)的壓力。

4 答疑平臺應(yīng)用情況及輻射效應(yīng)

校園網(wǎng)在線答疑平臺應(yīng)用效果在于有效節(jié)約時間和空間，跨越空間進行多對多“面對面”的交流，多樣化交流提高了答疑的質(zhì)量和效率，將網(wǎng)絡(luò)與教學(xué)有機地結(jié)合起來，從而達到信息化教學(xué)的目的。本項目已進入測試階段的最后階段，測試結(jié)果表明已達到預(yù)期的目標。

4.1 降低教學(xué)中的時間和空間成本

老師和同學(xué)不必集中到教室，在家或宿舍就可以“面對面”地進行交流，節(jié)省了大量時間；減少教室資源的占用，有效節(jié)省空間；如果在答疑環(huán)節(jié)上，每位學(xué)生每天哪怕節(jié)省一分鐘，全校學(xué)生一年累計起來，效果也是相當(dāng)可觀的。

4.2 老師與學(xué)生“面對面”地進行交流

計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)普及的今天，老師和同學(xué)在校園網(wǎng)內(nèi)可以跨越空間進行多對多“面對面”的交流。傳統(tǒng)的方式下，老師一次只能與幾個同學(xué)進行面對面的交流；而在這個平臺下，老師可以與三、五十個同學(xué)同時進行交流，比起傳統(tǒng)答疑方式，不僅大大提高答疑的效率，而且改善了答疑效果。

4.3 信息交流的多樣性

交流不僅可以使用文字、語音和視頻，還可以使用計算機屏幕和文件；必要時老師還可以利用計算機遠程協(xié)助，控制學(xué)生端的計算機，對學(xué)生進行“手把手”地教學(xué)。

5 結(jié)論與展望

目前，答疑平臺研發(fā)已入進測試后期階段。在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)形式不同，帶寬不同，形成網(wǎng)絡(luò)狀況不同，面對這些不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，我們進行了大量（30臺電腦）的測試，其穩(wěn)定性、可靠性和實用性均達到預(yù)期目標。本系統(tǒng)操作簡單、使用有效，運行結(jié)果良好。

目前，本軟件只適用于校園網(wǎng)內(nèi)。如果將其拓展到互聯(lián)網(wǎng)上，可發(fā)揮更大的作用。另外，它不僅可以用到教學(xué)上，還可以在多個領(lǐng)域有更大的發(fā)展空間，如監(jiān)控、桌面到桌面的辦公自動化等，應(yīng)用前景廣闊。

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Design of the Online Q&Aplatform in Campus Network

Jiang Yifan Liu Changping Wei Xing
(University of Science and Technology Beijing,Bejing 100083)

As an important part in network education system,Q&A system has become the research hotspot in the computer field.This article firstly analyzes the status and existing problems of the Q&A system in colleges and universities under the traditional education pattern.Then,according to the requirements of network education development,it proposes the design scheme of realtime Q&A system based on P2P.This system implements resources sharing of a variety of information,making teachers and students communicate“face to face”.

computer;network;Q&A

TP311.52

A

1008-6609(2016)05-0036-04

蔣逸凡，男，北京人，本科，高級工程師，研究方向：計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用。