基于多Agent技術在網(wǎng)絡教學中的應用

陳 勇

(重慶正大軟件職業(yè)技術學院,重慶 400056)

基于多Agent技術在網(wǎng)絡教學中的應用

陳 勇

(重慶正大軟件職業(yè)技術學院,重慶 400056)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術和 Internet技術的快速發(fā)展,傳統(tǒng)的教學模式和體系已經(jīng)不能滿足各類學校尤其是高職院校的教學需要,網(wǎng)絡教學系統(tǒng)充分利用互聯(lián)網(wǎng)和 Internet資源以及現(xiàn)代化的教學手段能夠更好的滿足教學需要。鑒于此,就多Agen t技術在智能網(wǎng)絡教學系統(tǒng)中的應用做了分析和研究。

智能網(wǎng)絡;網(wǎng)絡教學;多Agent

一、網(wǎng)絡教學概述

隨著計算機網(wǎng)絡技術和 Internet(英特網(wǎng))的迅猛發(fā)展,網(wǎng)絡教學已經(jīng)成為現(xiàn)實。網(wǎng)絡教學是指教師利用計算機網(wǎng)絡向學生傳遞教學信息,或學生通過計算機網(wǎng)絡獲取學習的知識(包括教學資源調度,教學計劃管理,教學課件演示,學生教學測試,在線作業(yè)系統(tǒng),學生學籍管理等)。由于網(wǎng)絡教學具有時效性、共享性、交互性和個別化等特點,教師在教學過程中如何根據(jù)網(wǎng)上教學不同的教學模式,發(fā)揮教師的主導作用和激發(fā)學生自主學習使學生成為認識的主體。網(wǎng)絡教學系統(tǒng)就是利用信息技術提供一種可行的解決方案,使學生在教師指導下自主式學習的新型教學模式能夠高效率、高質量地開展。另外,在校園內(nèi)開展網(wǎng)絡教學,將極大地豐富網(wǎng)上教學資源,并且提高教師運用多媒體網(wǎng)絡教學的能力,這對蓬勃發(fā)展的遠程教育來說將有積極的推動作用。網(wǎng)絡教學系統(tǒng)教育與傳統(tǒng)教學模式相比在對教學各類角色、異步/同步教學模式、學習者的個體差異性、交互性、考核與評價等方面的支持具有明顯優(yōu)勢。

目前,網(wǎng)絡教學系統(tǒng)仍存在很多問題,如以教師為主體,忽視學生的認知主體作用。系統(tǒng)缺乏智能性,忽視了教學活動的個性化設計,難以實現(xiàn)因材施教。教學資源多以呈現(xiàn)教學材料為主,教學內(nèi)容多以廣播的形式進行,缺少交互手段,互動是通過在教師機上監(jiān)控和學生電子舉手的形式進行。在已有的教學系統(tǒng)中忽略了學生間的相互協(xié)作,分組活動體現(xiàn)不充分。

二、智能網(wǎng)絡教學系統(tǒng)

智能網(wǎng)絡教學系統(tǒng) (Ne twork Intelligence Tutoring System,N ITS)是在智能教學系統(tǒng)的基礎上,在網(wǎng)絡環(huán)境下實現(xiàn)的教學系統(tǒng)(圖 1),特點是能在學生的學習過程中隨時了解其學習狀態(tài)和個性特點,并以此為依據(jù)做出最佳的教學決策判斷,給予學生有針對性的個別指導,提供給學生個性化的教學服務。智能網(wǎng)絡教學系統(tǒng)是模仿人類教學活動,來輔助教學工作的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)。在互聯(lián)網(wǎng)遠程教育中,學生可以通過 Internet訪問相應的網(wǎng)站來學習,而不受時間和空間的限制。在學生學習過程中,老師通過教學控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)監(jiān)控學生的學習狀況,當學生在學習過程中需要幫助時,教師可遠程控制學生的鍵盤鼠標對學生進行手把手地幫助,也可將教師自己的講解或某一學生的操作廣播到全體學生或特定的部分學生的屏幕上,避免了學生盲目操作和無組織性操作,也增大了老師講解知識的受眾面。

三、多Agent技術

Agen t技術作為一門設計和開發(fā)軟件系統(tǒng)的新方法已經(jīng)得到了學術界和企業(yè)界的廣泛關注。Agen t是一個具有自治能力的實體,這個實體是一個由軟件支持下的系統(tǒng)。這種軟件能夠在目標的驅動下采取社會性等行為對環(huán)境的變化作出主動的反應,完成特定的任務。國內(nèi)有學者把Agent譯成由多種智能品質構成的有機智能整體,較好地表達了Agent所包含的內(nèi)容。對 Agent的研究大致可分為智能Agent、多Agent系統(tǒng)(m u lti-agent system,簡稱MAS)和面向 Agent的程序設計 (agent oriented p rogramm ing,簡稱AOP)這 3個相互關聯(lián)的方面。Agent的特點主要包括自主性、進化性、協(xié)作性、進化性、通信性、移動性等。Agent是人工智能的一個基本術語,A gen t應當具有自治性、社會性、反應性、能動性等特點,另外還應具備一些人類才具有的特性,如知識、信念、義務、意圖等。從結構上劃分,一般把單Agent分為慎思型 A-gent(deliberative Agent)、反應型Agent(reactive A-gent)和混合型 Agent。單 Agent求解問題的能力有限,而多Agent系統(tǒng)協(xié)作求解問題的能力則大大超過單個Agent,這正是多Agent智能體系統(tǒng)產(chǎn)生的直接原因。MAS可定義為由多個解決問題的Agen t構成的松散耦合的問題解決網(wǎng)絡,這些 Agent一起工作可以解決超出單個能力或知識的問題。MAS通過信息使若干個的Agent保持獨立完成某一問題的求解的能力,多個 Agent相互協(xié)助以完成更復雜的問題求解。MAS是一個并行的、異步的、智能的案例。

圖 1 智能網(wǎng)絡教學系統(tǒng)

網(wǎng)絡教學系統(tǒng)是一個復雜、龐大、不可預測的系統(tǒng)。建立一個多Agent結構、跨平臺的系統(tǒng),將大大推進當前網(wǎng)絡遠程教育的智能化水平。多Agent技術的應用對于網(wǎng)絡教學系統(tǒng)而言有助于建立網(wǎng)絡教學的協(xié)作化學習環(huán)境,可將分布式網(wǎng)絡環(huán)境下各地的教育資源統(tǒng)一起來,可進一步提高系統(tǒng)的交互性,實現(xiàn)網(wǎng)上的智能輔導,可創(chuàng)建一個基于多Agent的且對不同的使用者提供不同接口的智能系統(tǒng)。

四、基于多 Agent技術的網(wǎng)絡教學系統(tǒng)架構設計

基于以上分析,提出一種基于多 Agent技術的網(wǎng)絡教學系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中引入 Agent技術,提出了一種適用于W eb環(huán)境下的網(wǎng)絡教學系統(tǒng),系統(tǒng)由傳統(tǒng)的 B/S模式改為采用B/(A)/S模式,即瀏覽器B row ser/代理Agent/中心服務器 Server,客戶端利用瀏覽器與該系統(tǒng)交互,服務器包括管理服務器及信息資源服務器,負責信息的管理。各種代理Agent,負責溝通客戶端和服務器。該系統(tǒng)架構按照B/(A)/S模式共分為 3層:

第一層是基于瀏覽器的表現(xiàn)層。W eb瀏覽器作為客戶展示端,提供圖形用戶界面,負責系統(tǒng)與用戶進行交互。在這里可以實現(xiàn)用戶的輸入、輸出,用戶信息和行為的獲取,任務的接受,處理結果的反饋等。

第二層是中間 Agent代理層,這些代理 Agent可以分為:教師指導Agent、管理 (教務管理和學生管理)Agent、總體資源(課件資源、教學資源)Agent、討論 (測試、答疑)A-gent、接口 Agent、課程 (教學安排)Agent、控制Agent等。

第三層屬于數(shù)據(jù)層,用于保存各類數(shù)據(jù)資源,包括教學資源庫、教學策略庫、習題庫、教學課件、教務管理、用戶信息庫和用戶信息庫等。為了數(shù)據(jù)的安全還應該包括一個時時備份的備份數(shù)據(jù)庫。

五、多Agent設計及各Agent主要功能

在系統(tǒng)中設計了多個Agent分別完成不同的角色,它們之間能夠通過通信和協(xié)議,傳送信息,控制系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)中的Agent就是教學系統(tǒng)中的功能單元和系統(tǒng)角色,它能夠接受一定的外界信息,并根據(jù)信息產(chǎn)生一定的行為,多個 Agent個體通過分工協(xié)作,完成一個復雜的行為。系統(tǒng)中的Agent可分為教師指導 Agent、管理 (教務管理和學生管理)Agent、總體資源(課件資源、教學資源)Agent、討論(測試、答疑)Agent、接口Agent、課程 (教學安排)Agent、控制Agent等。

教師指導 Agen t,這是教師與整個教學體系的接口。通過這個Agent,教師或其他的指導人員可以較好地實現(xiàn)與整個教學系統(tǒng)的交互,對教學的過程進行相關的指導和監(jiān)控。Agent可以主動地從學生特征數(shù)據(jù)庫中獲得各個學習狀況,通過與某個學生的控制 Agent和討論 Agent中的學習科專業(yè)知識庫進行干預和調整。管理 Agent:主體是對整個的教學情況作宏觀的調控。Agent主動獲得其他Agent的數(shù)據(jù)和資料,并自動地生成相關的管理數(shù)據(jù),如學習者的學習時間、地區(qū)分布、學習者水平統(tǒng)計、教師工作統(tǒng)計等,協(xié)助管理者進行有效而快速的反應?？傮w資源 A-gent:是專業(yè)知識的資料庫和主動收集者,能對每一個學習者提供專業(yè)的最大的資源數(shù)據(jù),有相關的課程或課程框架(指包含教學過程、教學方法、教書步驟等,而沒有教學的具體內(nèi)容)可供課程生成 Agent選擇。根據(jù)教師的干預和學生的反應對本身的知識庫進行主動的調整的擴充,主動從網(wǎng)絡上獲取相關的信息,重組成為更有意義的知識。討論Agent:為學習者的相互協(xié)辦和討論提供了一個場所,A-gent對討論的內(nèi)容進行自主記錄、統(tǒng)計,對一些較普遍問題,并根據(jù)這些問題可以對教學資源和過程進行調整。接口 Agent:是學習者與整個教學體系的接口。提供人性化的交互界面,完成學習者與整個教學體系的交互,將學習者的特征,如學習內(nèi)容、學習時間分布,以至于學習的方類,傳遞給相關的 Agent。課程 Agent:結合學習者的特征(初始水平、能力、學習中遇的難點等)以及學習者本身的意愿,從總體資源Agent中主動取得相關的課程,對其中要的內(nèi)容進行與學習者特征相符合的重組?；蛘邚目傎Y源Agent取得課程框架,從資源 Agent(包括總資源和學生個人的資源)中獲得教學的內(nèi)容和相關的資料,生成適合學習者的教學課程(或曰教學程序)。隨著教學過程的進行,根據(jù)學習者學習進度和效果調整課程內(nèi)容和方式。另外一個重要的作用是調節(jié)學習的時間限制,以保證學習者在一個最大允許時間范圍內(nèi)完成對整個課程的學習。控制Agent:學生Agent組是一個有機的整體,各個 Agent之間有很強的聯(lián)系性、協(xié)助性,控制Agent的主要作用就是在學生Agent中調節(jié)各個 Agent之間的關系,并維護管理各個 A-gen t之間的通迅和協(xié)作。在各個 Agen t之間出現(xiàn)資源沖突或其他予質以予以化解?？刂艫gent另一個重要作用是與教師取得聯(lián)系,使教師較好地了解學生的學習進展情況。

從整個系統(tǒng)來說,每個Agent都是相互關聯(lián)的,它們互相合作完成教學任務。它們各負其責,同時又彼此依賴,從而形成一個有機的、智能化的整體。

六、結束語

本文主要研究將人工智能領域的Agent技術引入網(wǎng)絡教學系統(tǒng)以增強系統(tǒng)的智能性和個性化,通過對智能網(wǎng)絡教學系統(tǒng)進行分析以及 Agent技術的介紹,設計了基于多Agent技術的智能網(wǎng)絡教學系統(tǒng)的架構,初步實現(xiàn)了系統(tǒng)的功能。Agent在教育中的應用必將使網(wǎng)絡教學呈現(xiàn)一個新的局面,網(wǎng)絡教育的智能化水平將得到一個質的提高。Agent為我們提供了一個良好的契機。

多Agent技術應用于網(wǎng)絡教學中的目的是使學生成為教學活動的主體。在系統(tǒng)中,可以根據(jù)學生的能力、水平進行進行個性化的教學活動,并能夠進行練習和測試;系統(tǒng)根據(jù)學生的測試反饋,調整學習難度和進度。

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2010-08-11

陳勇(1972—),男,講師,研究方向:面向服務架構(SOA)和基于多Agent(MAS)技術。

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(責任編輯 魏艷君)