中小学网络直播课堂教学安全监管平台的设计与实现＊

干宇昂，陈熙，韩文睿，郭士豪

（温州大学电气与电子工程学院，浙江 温州 325035）

后疫情时代，“网络直播”“云在线” 等新的教育教学方式以特有的个性化、共享化、碎片化等特点成为中小学生获取优秀教学资源的重要方式[1]，这种新的学习方式已渗透到中小学的日常学习生活中，并将继续改变中小学原有的传统的教育方式，对中小学教育教学起到重要的推进作用。但直播教学平台安全问题频出，多地发生“网课爆破”，相关信息备受关注，不少中小学学生在上网课的时候遭到了网课入侵[2]，侵入者从开麦说话、播放歌曲、刷屏霸屏，到直播淫秽视频、辱骂师生，已严重破坏网上教育教学的秩序，更严重地侵害了未成年人的身心健康。

针对上述问题，设计和实现了一款中小学网络直播课堂教学安全监管平台，利用人工智能技术对网络课程进行全时段音频监控与敏感词甄别，当出现涉黄、涉恐语音信息时能自动快速识别并在第一时间进行预警响应；同时使用大数据技术对参加网络课程的人员进行身份记录与鉴别，对涉黄、涉恐人员及相关信息进行全天候监管，确保在线教学安全有序进行。

1 中小学网络直播课堂教学安全监管平台的设计思路

针对中小学网络直播课堂教学安全监管需求，结合课堂监控内容特点，中小学网络直播教学安全监管平台设计分为以下3 个部分。

1.1 可视化前端界面开发

使用Web 前端技术开发一套可视化界面，使用人通过账号密码登录后，可用于展示目前监控的所有网络课堂，可以查看网络课堂听课人员信息及上课的主要内容。

1.2 功能后台开发

使用Java 语言及数据库技术开发后台功能[3]，包括网络课堂新增、人员信息及课堂内容记录与处理、网络课堂音频监听、请求云端AⅠ能力等。

同时将人员信息、网课信息、敏感词信息等内容存入MySQL 数据库中持久保存，以便于后续进行查询与回看。

1.3 技术中台搭建

通过调用人工智能开放平台语音识别云端APⅠ（Application Programming Ⅰnterface，应用程序编程接口）[4]，实现对网络课堂音频内容的实时识别，基于识别结果快速定位甄别课堂上敏感内容。将云端AⅠ能力通过技术中台快速接入产品，便于业务属性与技术属性的快速解耦与再组装，为后续可能的手机端软件的快速迁移打下基础。

2 中小学网络直播课堂教学安全监管平台的具体设计

2.1 功能设计

中小学网络直播课堂教学安全监管平台用户角色分为超级管理员、监管用户与普通用户（学生、教师、其他教职工），不同角色在业务功能上有所区别，功能设计描述如表1 所示。

表1 功能设计描述

2.2 系统架构设计

中小学网络直播课堂教学安全监管平台架构从业务属性来看，分为应用层（前端）与服务层（后端）2 层架构设计。系统整体架构如图1 所示。

图1 系统架构图

应用层采用Web 应用SSM 架构，框架集由Spring、MyBatis 这个开源框架整合而成，给不同用户角色提供差异化的界面化服务，如普通用户可以注册网课，监管用户可以进行网课监控。

服务层包括3 个模块：①后台。是主要功能模块之一，向技术中台请求AⅠ语音识别，完成识别结果的快速收集与处理，快速甄别网课内容是否存在敏感词汇。②技术中台。将云端用到的AⅠ能力及相应的APⅠ接口封装成技术中台，便于系统后续往手机端迁移。本项目中技术中台包括语音实时识别能力。③中间件。包括Redis、MySQL 和ES，其中Redis 主要提供远程字典服务，实现数据读写缓存，支持高并发；MySQL是关系型数据库，对用户信息和网课信息进行持久保存；ES 为索引库，保存网课的音频与文本内容，支持快速索引和读写。

2.3 系统开发环境搭建及调试

中小学网络直播课堂教学安全监管平台应用层前端模块基于Web 编程语言开发，ⅠDE 环境（集成开发环境）为Webstorm，产物打包为Build 部署包，借助Chrome 浏览器完成前端模块功能的调试。

服务端后台功能模块使用Java 语言开发，同时完成技术中台语音转写APⅠ的接口封装，ⅠDE 环境为ⅠntelliJ ⅠDEA Community，本地调试，产物为打包后的软件部署包。

3 中小学网络直播课堂教学安全监管平台的实现

3.1 系统赋权管理实现

超级管理员登录后，可以对当前已经注册的用户进行赋权，指定谁是监管用户，谁是普通用户。该功能监管用户和普通用户均不具备，可防止恶意访问。用户管理功能界面如图2 所示。

图2 用户管理界面

用户管理界面支持对用户进行增删改查，可以直接新增用户，不需要经过注册，可以为用户赋权限，当前权限分为超管、教师和学生。用户管理编辑界面如图3 所示。

图3 用户管理编辑界面

3.2 网课监听过程实现

以教师角色使用本系统时，教师角色首页只显示教师所负责班级的实时监控数据，每个班级增加了上课和下课的开关，同一个教师同一时间只能打开一个班级的上课按钮，同一个班级同一时间也只能由一个教师来上课。打开上课开关，则开始监控网课音频内容，教师管理开启监控功能如图4 所示。

图4 教师角色管理功能

以学生角色使用本系统时，学生首页的签到按钮橘色表示未签到，绿色表示已签到。只有在学生所在班级的教师开启上课开关后，学生才可以签到。学生签到后，在教师首页会展示所有已签到学生姓名。教师开启下课开关后，当前班级所有学生的签到状态置为未签到，同时音频转写内容停止推送。学生签到功能如图5 所示。

图5 学生签到功能

网课监听功能如图6 所示。

图6 网课监听功能

3.3 网课监控与可视化大屏显示

监控者登录后，可在分析大屏页面看到所有历史网课的敏感词统计结果，可以通过时间范围自行筛选数据。

网课监听可视化显示功能如图7 所示。

图7 网课监听可视化显示

3.4 用户身份认证及溯源实现

普通用户登录系统后，需及时在用户管理界面填入个人信息，如真实姓名、学校、年级、班级、家庭地址、班主任等信息。这部分信息一方面是作为系统认证使用，另外更重要的一方面是在监控者页面可以看到参加网课者的实名信息，帮助系统尽早发现可疑人员。

用户身份信息输入功能如图8 所示。

图8 用户身份信息输入

4 结束语

针对网络直播课堂安全需求，创新性地利用人工智能语音识别技术对网络课堂可能出现的涉黄、涉恐音频信息进行全时段实时监控，具备预警和溯源功能，可省去大量监督和审查的人力，有效辅助教育主管部门及中小学校维护网上教育教学秩序，保护青少年健康成长。