基于Agent的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李姝博

摘 要： 應(yīng)用智能Agent技術(shù)，針對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的弱點(diǎn)與不足，結(jié)合其原有的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。闡述了此系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，總體結(jié)構(gòu)引用三層模型，包括用戶層、中間通信層和服務(wù)層；在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中給出了用戶Agent設(shè)計(jì)、教學(xué)站點(diǎn)設(shè)計(jì)、移動(dòng)Agent設(shè)計(jì)，構(gòu)造了一個(gè)基于Agent技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)模型。

關(guān)鍵詞： Agent； 網(wǎng)絡(luò)； 教學(xué)系統(tǒng)； 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP302.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2014）02-67-03

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)成為人們研究的熱點(diǎn)，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)展開了熱烈的研究和開發(fā)[1-2]。但就目前而言，許多網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)仍存在著弊端[3-6]，其技術(shù)上的主要原因是，傳統(tǒng)的開發(fā)方式不太適合于網(wǎng)上的智能型課件的開發(fā)，必須采用新的技術(shù)和方法。而迅速發(fā)展的Agent技術(shù)則是解決網(wǎng)上軟件智能性的有效方法。

本文構(gòu)造了一個(gè)基于Agent的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)模型，闡述了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)流程；設(shè)計(jì)了客戶端和服務(wù)器端各Agent的功能和結(jié)構(gòu)；采用移動(dòng)Agent實(shí)現(xiàn)Agent之間的通信。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)引用三層模型的概念，應(yīng)用Mobile Agent實(shí)現(xiàn)代理間的通信。三層結(jié)構(gòu)包括：用戶層、中間通信層、服務(wù)層。總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

用戶層為用戶提供交互界面，收集和跟蹤用戶行為，在必要的時(shí)候?yàn)橛脩籼峁┲笇?dǎo)和幫助，根據(jù)用戶的要求創(chuàng)建并派遣Mobile Agent到服務(wù)層執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。

中間通信層采用Mobile Agent實(shí)現(xiàn)第一層和第三層之間的通信。Mobile Agent攜用戶請(qǐng)求到服務(wù)層，并將獲得的資源等返回給用戶。

服務(wù)層負(fù)責(zé)收集和整理用戶信息和教學(xué)資源，為用戶提供信息和教學(xué)服務(wù)，分析用戶行為以建立和更新用戶模型，維護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。

系統(tǒng)面向三類用戶：第一類是學(xué)生，學(xué)生可以查看和修改個(gè)人信息，還可以通過(guò)在用戶層創(chuàng)建的Mobile Agent從教學(xué)站點(diǎn)上得到所需的學(xué)習(xí)資源和個(gè)性化的學(xué)習(xí)指導(dǎo)；第二類是教師，教師可以通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)教學(xué)站點(diǎn)，處理教學(xué)資源，面向?qū)W生提供在線指導(dǎo)和解決疑問(wèn)；第三類是管理員，主要是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行管理，以提供良好的系統(tǒng)環(huán)境。

1.2 學(xué)習(xí)流程

本系統(tǒng)要為學(xué)生創(chuàng)建一個(gè)個(gè)性化的學(xué)習(xí)空間，基本的學(xué)習(xí)流程如圖2所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 用戶Agent的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要是針對(duì)學(xué)生和教師兩類用戶，這里我們重點(diǎn)介紹學(xué)生Agent和教師Agent的功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.1.1 學(xué)生Agent

學(xué)生登錄系統(tǒng)后，由系統(tǒng)自動(dòng)生成一個(gè)學(xué)生Agent。它具有的功能是：負(fù)責(zé)學(xué)生與系統(tǒng)進(jìn)行交互，提供良好的用戶界面，在必要的時(shí)候給予學(xué)生合適的指導(dǎo)與幫助，根據(jù)學(xué)生的要求創(chuàng)建相應(yīng)的Mobile Agent，并派到教學(xué)站點(diǎn)請(qǐng)求幫助，及時(shí)將學(xué)生的學(xué)習(xí)情況反饋給教學(xué)站點(diǎn)。學(xué)生代理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

監(jiān)控模塊負(fù)責(zé)跟蹤并記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并將信息報(bào)告給處理模塊；處理模塊是學(xué)生Agent具有智能性的部件，負(fù)責(zé)接收和處理監(jiān)控模塊和通信模塊傳來(lái)的信息；通信模塊負(fù)責(zé)學(xué)生Agent和Mobile Agent之間可靠的數(shù)據(jù)通信。

2.1.2 教師Agent

教師登錄系統(tǒng)后，由系統(tǒng)自動(dòng)生成一個(gè)教師Agent，其結(jié)構(gòu)類似學(xué)生Agent。教師Agent具有的功能：在必要時(shí)給教師提供幫助與指導(dǎo)；負(fù)責(zé)對(duì)知識(shí)庫(kù)的知識(shí)進(jìn)行有效的管理；根據(jù)教師提供的學(xué)習(xí)資料調(diào)整系統(tǒng)的教學(xué)資源庫(kù)。

2.2 教學(xué)站點(diǎn)的設(shè)計(jì)

教學(xué)站點(diǎn)為學(xué)生提供教學(xué)服務(wù)，為移動(dòng)代理的執(zhí)行提供具體的平臺(tái)。教學(xué)站點(diǎn)主要提供訪問(wèn)教學(xué)系統(tǒng)的服務(wù)接口，使移動(dòng)Agent有一個(gè)執(zhí)行環(huán)境，幫助學(xué)生完成知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)、測(cè)試，以及與教師的交流。教學(xué)站點(diǎn)還提供了收集和整理各種教學(xué)資源，合理組織和安排領(lǐng)域知識(shí)的教學(xué)服務(wù)。教學(xué)站點(diǎn)的結(jié)構(gòu)如圖4所示，教學(xué)站點(diǎn)包括管理Agent、分析Agent、教學(xué)Agent、考試Agent和若干數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)有學(xué)生模型庫(kù)、教師信息庫(kù)和知識(shí)結(jié)構(gòu)庫(kù)、教學(xué)資源庫(kù)、教學(xué)策略庫(kù)、試題庫(kù)四個(gè)知識(shí)庫(kù)。

在教學(xué)站點(diǎn)中，管理Agent是多代理系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的管理工作，處理用戶的注冊(cè)和登錄，對(duì)用戶的信息進(jìn)行維護(hù)；負(fù)責(zé)學(xué)生代理與教學(xué)站點(diǎn)各代理之間的通信；在學(xué)生發(fā)出在線指導(dǎo)申請(qǐng)時(shí)，為學(xué)生尋找符合條件的指導(dǎo)教師，并將教師的相關(guān)信息反饋給學(xué)生。在管理Agent的結(jié)構(gòu)中，對(duì)于移動(dòng)代理傳來(lái)的信息，處理模塊會(huì)根據(jù)信息的類型將信息轉(zhuǎn)給站點(diǎn)上相應(yīng)的代理進(jìn)行處理，對(duì)于處理結(jié)果，處理模塊會(huì)將信息及時(shí)返回給移動(dòng)代理。分析Agent在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中與移動(dòng)代理交互得到學(xué)生的學(xué)習(xí)信息，通過(guò)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)信息來(lái)調(diào)整學(xué)生模型庫(kù)。分析Agent結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

功能模塊中的學(xué)習(xí)進(jìn)度描述模塊用來(lái)記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)和對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的掌握情況；認(rèn)知能力評(píng)估模塊評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)能力；學(xué)習(xí)偏好估算模塊用來(lái)描述學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)愛(ài)好。通信模塊負(fù)責(zé)與其他代理之間的可靠的數(shù)據(jù)傳遞，實(shí)現(xiàn)知識(shí)共享。控制模塊負(fù)責(zé)控制功能模塊與通信模塊的交互合作。

教學(xué)Agent主管教學(xué)任務(wù)，與知識(shí)庫(kù)中的整體知識(shí)結(jié)構(gòu)模型和學(xué)生模型庫(kù)相結(jié)合，選取適合學(xué)生的教學(xué)策略和教學(xué)內(nèi)容。如圖6所示。

圖6中的功能模塊是智能部件，接收來(lái)自通信模塊的信息，根據(jù)學(xué)生庫(kù)中的學(xué)生的信息，運(yùn)用知識(shí)庫(kù)中的數(shù)據(jù)和推理規(guī)則來(lái)制定相應(yīng)的教學(xué)策略，如果需要教學(xué)資源，則從教學(xué)資源庫(kù)中選取適合學(xué)生需求和認(rèn)知能力的教學(xué)資源給學(xué)生；通信模塊負(fù)責(zé)與其他代理之間的可靠的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)知識(shí)共享。

考試Agent類似教學(xué)Agent，組卷Agent根據(jù)學(xué)生的要求，結(jié)合學(xué)生模型中學(xué)生認(rèn)知能力的高低，從試題庫(kù)中為學(xué)生選取適合的試題。

2.3 移動(dòng)Agent的設(shè)計(jì)

移動(dòng)Agent是學(xué)生與教學(xué)服務(wù)器之間的橋梁，在整個(gè)學(xué)習(xí)期間，移動(dòng)Agent為學(xué)生的請(qǐng)求提供幫助，及時(shí)給教學(xué)服務(wù)器反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)信息，它是Agent智能性的關(guān)鍵部分。本智能教學(xué)系統(tǒng)中，Agent是一種封裝了學(xué)生請(qǐng)求信息代碼、運(yùn)行狀態(tài)和資料的計(jì)算實(shí)體，它根據(jù)需求從一臺(tái)主機(jī)到另一臺(tái)主機(jī)進(jìn)行一次或多次移動(dòng)。該Agent能夠自動(dòng)移動(dòng)到遠(yuǎn)程服務(wù)器上，執(zhí)行任務(wù)并返回，可以減少網(wǎng)絡(luò)擁堵。在整個(gè)過(guò)程中，客戶機(jī)沒(méi)必要在網(wǎng)絡(luò)上存在，只有在移動(dòng)Agent返回時(shí)，客戶機(jī)才需要連接到網(wǎng)絡(luò)上。

與傳統(tǒng)模式相比，引入移動(dòng)Agent技術(shù)后，使網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)具有一些優(yōu)勢(shì)。它能將提出請(qǐng)求的客戶端代碼動(dòng)態(tài)地移動(dòng)到服務(wù)器端，移動(dòng)Agent不需要網(wǎng)絡(luò)傳輸這一中間環(huán)節(jié)而直接與服務(wù)源進(jìn)行交互，大大減少了對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴；允許網(wǎng)絡(luò)連接中斷，減少網(wǎng)絡(luò)占用時(shí)間，提高網(wǎng)絡(luò)的利用率；快速響應(yīng)用戶的交互請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)真正意義上的及時(shí)性和交互性。

移動(dòng)Agent根據(jù)所賦予的任務(wù)不同而將其分為兩類：一類是幫助學(xué)生完成知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)和測(cè)試的任務(wù)；另一類是幫助學(xué)生與教師直接進(jìn)行在線交流的任務(wù)。

移動(dòng)Agent具體是如何工作的呢？移動(dòng)Agent一方面攜帶學(xué)生的學(xué)習(xí)請(qǐng)求信息，在網(wǎng)絡(luò)上游走，目的是從網(wǎng)絡(luò)上獲取學(xué)生所需要的學(xué)習(xí)資料、測(cè)試試卷或?qū)W習(xí)指導(dǎo)。在異地完成任務(wù)后，會(huì)卸掉學(xué)生的請(qǐng)求信息，返回學(xué)生需要的信息或負(fù)載非終止通信過(guò)程的后續(xù)通信服務(wù)。另一方面在學(xué)生的學(xué)習(xí)期間，及時(shí)將學(xué)生的學(xué)習(xí)信息、學(xué)習(xí)結(jié)果反饋給教學(xué)服務(wù)器進(jìn)行分析，為下一次學(xué)習(xí)指導(dǎo)提供依據(jù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文給出了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，介紹了系統(tǒng)的三層模型，說(shuō)明了系統(tǒng)工作流程，給出了用戶層和服務(wù)層各個(gè)靜態(tài)Agent的功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從分類、遷移路由、移動(dòng)行為三方面闡述了移動(dòng)Agent的設(shè)計(jì)思想。基于Agent的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)采用移動(dòng)Agent技術(shù)實(shí)現(xiàn)Agent之間的通信，提高了用戶與系統(tǒng)之間的交互性。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于Agent的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的工作，需要長(zhǎng)期不懈的努力。對(duì)于如何更好地實(shí)現(xiàn)智能化，進(jìn)一步補(bǔ)充各個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)境中的算法問(wèn)題等，是我們要繼續(xù)研究的方向。

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