基于教学活动过程的多Agent网络教学系统设计

基于教学活动过程的多Agent网络教学系统设计马颖峰金燕马晶晶陕西师范大学知识媒体研究所陕西西安710062【摘要】本文以多Agent技术为基础，结合网络教学活动的一般过程，设计了一个基于教学活动过程的多Agent网络教学系统，并对教学活动过程中各Agent是如何进行协同工作进行了简单地论述。【关键字】教学活动过程；多Agent技术；网络教学系统Thenetworkinstructionaldesignofthemulti-AgentsystembasedontheteachingactivitiesprocessMAYingfeng,JINYan,MAJingjingShanxinormaluniversity,knowledgeMediaInstitute,Xi'an,710062【Abstract】Basedonthemulti-agenttechnology,theauthorofthearticlehasdesignedamulti-agentnetworkteachingsystemoftheinstructionalactivitiesprocess,withreferencetothegeneralprocessofthenetworkteachingactivities.Also,theauthorgaveabriefelaborationonthecooperationofdifferentagentsintheteachingactivitiesprocess.【Keywords】Teachingactivitiesprocess;Multi-Agenttechnology;NetworkteachingsystemAgent技术已出现数年，将其应用研究于网络教学系统之中的研究也引起普遍的关注，以此来增加网络教学系统的智能性、互通性、及时反馈性和个性化交互性。然而这些基于Agent技术的教学系统，多为基于功能结构的思想而设计的，[1][2][3]而显见将Agent渗透到教学活动过程而设计的教学系统，甚至对功能模块在整个网络教学活动是如何发挥作用及各模块之间是如何实现协作等问题的关注也不够。这种基于功能结构的教学系统的关注的是知识传授功能，注重了学习结果，而忽视了学生的学习活动过程。而面对目前所倡导的以培养学生综合素质为目标，以探究式、协作式、发现式等教学理念的教学模式来说，从适应性方面的缺陷是明显的。本研究试图从教学活动过程的角度来探索基于多Agent的智能网络教学系统的设计，以适应我国新的课程改革的需要。一、教学活动过程与多Agent技术“综观世界教育史，我们知道，关于教学活动的界定有两种，其一种是以教师为中心的、以知识的传授与获得为主的模仿教学活动；另一种是以学习者为中心的、注重学习者思维的态度与探究的方法的变化教学活动。随着社会的发展和进步，教学活动有逐步从模仿走向变化.以及两者不同程度融合的趋势。”[4]教学活动过程是整个教学的关键，对学生能力和素质培养起着重要的作用。一个好的教学活动，能够提高学生的学习兴趣，调动学生主动性和参与性，使得学生的聪明才智得到充分地发挥，有利于促进学生的创新精神和实践能力形成，提高学生的综合素质。与以教师为中心的传统教学活动相比，网络教学活动强调以学生为中心，在教师的有效引导下，学生可以根据自己学习需要来运用丰富的网上学习资源，进行自主化学习。这种教学活动注重学生的思维发展和个性培养，它能够调动学生的积极性，提高学生运用学习方法上的灵活性和接受信息的选择性，能够激发学生的学习热情。因此，网络教学活动过程是网络教学取得成功的关键。“Agent是一个具有自适应性和智能性的软件实体，能代表用户或其他程序，以主动服务的方式完成一项工作”[1]。它具有自主性、交互/协同性、反应性、目标导向性、推理和规划能力及可移动性等特性。多Agent由一组独立的但又协同工作的Agent构成，相互通信，彼此协作来完成同一任务，Agent是其基本的组成单位，又是独立运行的实体。与单Agent相比，多Agent功能强大，能够完成单个Agent很难完成的任务以解决一些复杂的问题。网络教学系统中的可变因素非常之多，教学活动过程的可控要素纷乱，为此，基于多Agent的设计方式便成为基于教学活动过程的智能网络教学系统设计的首选方案。二、基于教学活动过程的多Agent网络教学系统的设计思想本文主要从教学活动过程角度出发，来设计整个网络教学系统模型。对该模型进行设计时，本文沿着教学过程这条主线，分别来介绍系统各个模块的功能及它们是如何协调工作的。该模型设计的指导思想：1、教学过程的每个环节是控制网络教学质量的关键点对于网络教学来说，不能仅仅停留在教学内容或教学资源的分析上，应该以系统的观点，从过程角度分析网络教学的活动和实施过程，即对网络教学的教学过程分析，因此，对网络教学过程分析在网络教学中发挥着重要意义。2、促进网上教学评价网上教学评价主要用于监控、调节网络教学过程，提高教学质量。在网络教学中，要注重对网络教学过程的评价，通过利用网络的优势对整个教学过程做跟踪、监控、检测、指导，来关注教学活动中学生的学习状态、学习态度和应变能力等，从中发现问题，及时反馈并相应给出教学建议和补救方案。此外，为了使网络教学更有针对性、预见性，需要在教学设计前对学习者进行评价，根据这个评价的结果来制定教学目标、组织教学内容、选择学习策略，来帮助学习者可以有选择地进行学习，从而实现最终的自主性学习。三、基于教学活动过程的多Agent网络教学系统模型框架构建基于教学活动过程的多Agent网络教学系统模型框架一）主要功能模块的功能1、界面接口Agent。该接口主要负责学生、教师、管理者与教学、管理系统之间的交互联系，记录交互过程，并能够为不同的用户的交互提供个性化的交互界面。2、学生。学生登录网络教学系统后，系统会自动生成一个学生Agent。该Agent负责学生与系统的交互联系，通过了解学生的实际情况，引导学生的学习、更新学生模型数据库、为学生学习提供合适的学习资料等。3、教师。教师登录网络教学系统以后，系统会自动生成一个教师Agent。该Agent负责教师与系统的交互联系，对教学的过程进行的指导和监控、完善学生模型库和教学策略库、自动求解和智能指导教学过程中遇到的问题等。4、管理者。管理者登录网络教学系统后，系统会自动生成一个管理者Agent。该Agent主要负责对网络教学系统中教学活动包括一系列的管理，如学习资源管理、学生档案管理、教学过程管理等。5、教学Agent群。教学Agent群由多个教学Agent组成。每个教学Agent均具有独立解决问题所需要的领域知识和技能，作为独立的智能个体负责完成具体的教学任务，如组织和呈现教学材料、给学生的学习提出建议、辅导学生学习等。6、教学过程管理Agent。它对整个教与学过程进行管理，监视教学会话和教与学的行为，根据学生的反应和教学内容的性质来调整教学的微策略，如：改变刺激方式，增加或减少教学范例，提供练习等。7、学生模型数据库。学生模型的主要作用：一方面是对学生信息数据进行管理，记录下学生的学号、姓名、性别等；另一方面是系统通过相关的学习和推理，挖掘用户信息数据的潜在信息，从而获得学生的知识水平、认知程度、兴趣爱好、学习能力和学习情况，为智能化教学提供依据。此外，使用过系统的学生都会在学生模型数据库中有一条记录，用来和跟踪他们的学习状态，以便根据其调整教学策略。8、教学策略Agent群。教学策略Agent群由多个教学策略Agent组成。“每个策略Agent自动对学生学习行为进行分析，根据汇集的各类信息，策略Agent可以针对每一类教学对象的学习水平、学习内容、学习中遇到的问题等一系列的特征，提供不同的教学资源，并给出具体指导和教学策略。”[5]二）基于教学活动过程的Agent协同工作“网络教育中的教学过程可简称为“网络教学过程”，作为一般教学过程的具体化，网络教学过程是处于时空相对分离的教师和学生，通过若干环节和以网络为基础的教学活动实现教学目的。网络教学过程的四个关键环节：课程导入、网络学习组织、学习支持与教学评价。”[6]下面按着这四个环节，从教学过程角度来认识该网络教学系统模型。1、课程导入阶段：用户从界面接口Agent登陆后，界面接口Agent首先要对每一个新登陆的学员进行注册，并获取一个唯一的标识符，追加在学生模型数据库中；其次，从学生行为中获悉相关信息记录并写入学生模型数据库；最后将学生的交互信息传递给教学过程管理Agent，为后面的教学提供依据。2、教学（或学习）组织与教学支持阶段：这两个阶段是整个教学过程的关键阶段，整个教学过程中，各个Agent都具有不同的功能，并通过它们相互合作共同完成整个教学目标。由于在网络教学过程中，教学组织与学习支持是交叉进行的，所以此处把这两个阶段放在一起介绍。学生进入系统后，系统为学生提供交互界面，开始引导学生的进行学习。整个教学过程：一是学生Agent要从学生模型数据库调用目前登录学生的学生基本信息和学习记录，查看学生以往的学习情况，根据这些记录为学生本次学习呈现最初的学习资料；二是教学Agent能通过对学生行为的分析，解决学生在学习过程中遇到的问题，它还负责组织和呈现教学材料、给学生的学习提出建议、辅导学生学习等；三是教学过程管理Agent对整个教与学过程进行管理，监视教学会话和教与学的行为，根据学生的反应和教学内容的性质来调整教学的微策略。如：改变刺激方式，增加或减少教学范例，提供练习等；四是学生Agent在学习过程中根据学生的实际情况，通过教学Agent从教学策略库中选择合适的策略给学生以引导，在学习结束后将学生的学习结果返回学生模型数据库。此外，在整个教学过程中，还有几个Agent一直起着关键作用。如：一是教师Agent。它通过教学Agent对教学的过程进行相关的指导和监控，了解学生的学习过程和学习反应，并收集学生的反馈信息以完善学生模型库和教学策略库，利用教学策略Agent提供的策略和自身推理机制的推理对教学过程中遇到的问题自动求解和智能指导。此外，“教师Agent还可以从试题库中抽取相关的问题进行讨论以加强理解；教师Agent还是专业知识的资料库和主动收集者，能对每一个学习者提供专业的最大的资源数据，建立相关的课程或课程框架（指包含教学目标、教学策略、教学步骤等）供教学Agent选择”[2]。二是管理者Agent。在教学过程中，它主要负责对整个教学情况宏观的调控。管理者Agent通过其它Agent的数据和资料，了解到整个教学活动的情况，自动生成相关的管理数据，如学习者的相关信息（如学习时间、地区分布、学习者水平等等）、学习资源的管理、教师工作统计等，协助管理者进行有效快速的反应。“同时，管理者Agent还要负担起诸如其他Agent的增删管理、名录和地址管理、通讯链条的管理职责”[3]。三是安全Agent。它负责整个网络教学系统的安全，尽量排除教学系统中的一些不安全因素，解决系统中存在的一些网络安全问题，这样能够减少教学系统在运作过程中存在着一定的风险，确保整个教学系统能够正常运行。3、教学评价阶段：网络教学系统的教学评价由教学评价Agent来负责，根据实际教学活动的需要，评价Agent对相应的内容进行评价。它主要对以下几个方面进行评价：对学生的评价。对于学生的评价，既是获取学生学习状况的手段，也是学生自我教育的过程。评价内容主要包括以下几个方面：学生交互程度的评价，例如学生与其他学习伙伴、学习环境之间的相互作用如何，这样的评价可以通过记录学习者利用网络教学支撑平台中的各种交流工具辅助学习进行；学生学习态度的评价，该评价反映学生是否能够进行主动学习、是否能够积极参加学习活动、是否愿意和别人进行交流等相关问题；资源利用情况的评价，包括从教师获得或从互联网获得的资源的使用情况，反映出学习者对资料的处理情况和能力；作业与考试的评价，反映学习者对知识的掌握情况。对教师的评价。评价内容主要有以下几个方面：教师与学生的反馈与