張波，王銳

(鄭州廣播電視大學(xué)教務(wù)處，河南鄭州 450003)

一種基于Agent技術(shù)的開放教育教學(xué)管理系統(tǒng)研究

張波，王銳

(鄭州廣播電視大學(xué)教務(wù)處，河南鄭州 450003)

提出了一種基于Agent技術(shù)的開放教育教學(xué)管理系統(tǒng)模型.在遠(yuǎn)程開放教育教學(xué)環(huán)境下，利用遠(yuǎn)程教學(xué)平臺資源，以Agent技術(shù)為基礎(chǔ)，將教學(xué)資源、學(xué)生、教師及管理人員進(jìn)行有機(jī)整合，實現(xiàn)學(xué)生個性化學(xué)習(xí)和智能化溝通學(xué)習(xí).對系統(tǒng)模型的部分功能進(jìn)行了詳細(xì)論述，構(gòu)建了個性化、智能化的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育學(xué)習(xí)環(huán)境.

開放教育;教學(xué)管理;Agent技術(shù);系統(tǒng)框架;系統(tǒng)模型

1 Agent技術(shù)概述

Agent技術(shù)最先由美國麻省理工大學(xué)研制開發(fā)［1］，Agent智能技術(shù)是隨著人工智能技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展而逐步發(fā)展起來的.從20世紀(jì)60年代起，人工智能技術(shù)主要應(yīng)用在知識表達(dá)、智能推理和機(jī)器學(xué)習(xí)等方面的研究［2］，這些成果在管理軟件中的應(yīng)用使得軟件系統(tǒng)在主動性方面得到加強(qiáng).人們雖然存在對Agent理解的差異，但基本認(rèn)為:Agent是運(yùn)行于動態(tài)環(huán)境的具有高度智能的計算機(jī)程序，它的內(nèi)部又可以細(xì)分出很多小的功能模塊，能根據(jù)系統(tǒng)定義的規(guī)則，主動地通過智能化代理服務(wù)器代理用戶完成某項任務(wù)，調(diào)整和執(zhí)行工作計劃，能夠接受其他實體的委托并為之服務(wù).

軟件Agent技術(shù)可以看做是軟件開發(fā)的又一重大突破［3］，這是因為它不僅能夠以一種自然、高效的方式解決傳統(tǒng)軟件業(yè)中存在的問題，而且能為解決目前其他技術(shù)難以解決的問題提供一個理想的途徑.電大遠(yuǎn)程開放教育是一個復(fù)雜的學(xué)習(xí)環(huán)境，當(dāng)需要完成一項復(fù)雜的任務(wù)時，經(jīng)常需要創(chuàng)建多個Agent來相互協(xié)作和配合，從而提高軟件系統(tǒng)處理問題的綜合性能.多Agent技術(shù)系統(tǒng)是指多個Agent可以彼此之間相互通信實現(xiàn)很好的協(xié)調(diào)，一起完成任務(wù)的系統(tǒng)，具備分布式系統(tǒng)的系統(tǒng)資源共享、靈活性好、容易擴(kuò)張、實時性好的優(yōu)點.在這樣的系統(tǒng)環(huán)境中，單個Agent是一個抽象的物理實體，能與其他Agent通信，具有感知、信息通信、動作及控制的能力等基本功能［4］.這些技術(shù)特點使其在處理基于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識等方面的應(yīng)用前景廣闊［5］.

2 基于Agent技術(shù)的教學(xué)管理系統(tǒng)模型

鄭州廣播電視大學(xué)經(jīng)過多年遠(yuǎn)程開放教育模式的探索研究，在總結(jié)試點經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，在依據(jù)遠(yuǎn)程教育的基本理論和科學(xué)方法構(gòu)建的“一主三學(xué)”教學(xué)模式中明確提出，網(wǎng)絡(luò)教育應(yīng)以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為中心，打破傳統(tǒng)教育理念，學(xué)生成為網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的主體［5］.通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的虛擬教學(xué)課堂，學(xué)生進(jìn)行自由學(xué)習(xí)，課程責(zé)任教師通過課程學(xué)案設(shè)計，在線教學(xué)專題研討、習(xí)題答疑，以不同的評價和激勵措施及方法，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，端正學(xué)習(xí)動機(jī)，促使他們廣泛深入地理解和掌握知識體系.

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)電大現(xiàn)代遠(yuǎn)程開放教育的復(fù)雜特點，可以把問題劃分為多個子問題，構(gòu)造出多個不同功能的Agent，由這些功能各異的Agent去處理子問題［6］.本文提出一個基于Agent的B/S結(jié)構(gòu)模式的教學(xué)管理系統(tǒng)模型.在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器端實現(xiàn)Web服務(wù)、各種不同的應(yīng)用數(shù)據(jù)服務(wù)，用戶方面是Web瀏覽器顯示信息，不同的請求從瀏覽器端向服務(wù)器提交，服務(wù)器經(jīng)過處理后將結(jié)果通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)返回瀏覽器.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.

整個電大開放教育教學(xué)管理系統(tǒng)包括3個部分:①3類基本用戶，分別是系統(tǒng)管理員、教師、學(xué)生;②9類Agent，即學(xué)生Agent、教師Agent、系統(tǒng)管理員Agent、人機(jī)信息交互Agent、教學(xué)信息Agent和教學(xué)管理Agent、教學(xué)測評Agent、教學(xué)策略Agent、管理Agent;③4個基本數(shù)據(jù)庫，即教學(xué)資源庫、教學(xué)策略庫、教師信息庫、學(xué)生信息庫.在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)過程中，當(dāng)學(xué)生完成登錄申請，生成學(xué)生Agent，系統(tǒng)取得合法的學(xué)生信息以后，在系統(tǒng)服務(wù)器端的管理Agent對學(xué)生信息和教學(xué)策略進(jìn)行分析，然后生成學(xué)習(xí)的課件內(nèi)容以及教師Agent，系統(tǒng)學(xué)習(xí)流程如圖2所示.

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1Graph of system structure

2.2 教學(xué)管理系統(tǒng)中部分Agent功能描述

圖2 系統(tǒng)學(xué)習(xí)流程圖Fig.2Flow chart of system learning

(1)學(xué)生Agent.學(xué)生通過教學(xué)系統(tǒng)合法審核后，會生成一個學(xué)生Agent.它不僅給學(xué)生提供一個交互信息界面，引導(dǎo)學(xué)生在系統(tǒng)中自主學(xué)習(xí)，而且還根據(jù)學(xué)生實際學(xué)習(xí)過程情況，通過系統(tǒng)管理Agent在教學(xué)策略庫中指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略，學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中將學(xué)習(xí)結(jié)果及各種不同信息及時反饋給學(xué)生信息檔案庫，為今后學(xué)生學(xué)習(xí)及時生成更優(yōu)化的學(xué)習(xí)策略.另外，學(xué)生Agent調(diào)用已經(jīng)登錄的學(xué)生各類基本信息和以前的學(xué)習(xí)記錄情況，通過這些初始信息資源為學(xué)生學(xué)習(xí)建立當(dāng)次初始學(xué)習(xí)資源環(huán)境.

(2)教師Agent.教師Agent功能是建立責(zé)任教師與網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)的信息交互.利用教師Agent對網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過程進(jìn)行智能的系統(tǒng)指導(dǎo)和信息監(jiān)控，可以及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，了解學(xué)生學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，利于監(jiān)控和指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)，對學(xué)生學(xué)習(xí)過程做出適當(dāng)?shù)慕忉尯驮u價，及時糾正學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的問題.教師A-gent承擔(dān)各類專業(yè)知識和資料的收集，對學(xué)習(xí)者提供資源數(shù)據(jù).

(3)系統(tǒng)管理員Agent.系統(tǒng)管理員Agent是整個系統(tǒng)資源的組織者和管理者，負(fù)責(zé)對各類合法用戶身份的識別和訪問權(quán)限的管理.管理知識庫并動態(tài)地對知識庫進(jìn)行有效的信息歸類、信息更新、信息增刪處理，對協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)和學(xué)習(xí)人員分組和學(xué)習(xí)過程管理，實現(xiàn)網(wǎng)上教學(xué)內(nèi)容和活動監(jiān)控.

(4)人機(jī)信息交互Agent.人機(jī)信息交互Agent負(fù)責(zé)完成各類學(xué)生、責(zé)任教師、系統(tǒng)管理員與教學(xué)和管理子系統(tǒng)之間的信息聯(lián)系.它能夠準(zhǔn)確記錄學(xué)生當(dāng)前的學(xué)習(xí)過程信息，及時針對不同學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)的不同效果和學(xué)習(xí)不同理解能力等信息觸發(fā)教學(xué)Agent，為不同基礎(chǔ)的學(xué)生生成個性化學(xué)習(xí)環(huán)境.

(5)管理Agent.在整個系統(tǒng)中管理Agent承擔(dān)著教學(xué)系統(tǒng)的組織和管理任務(wù).網(wǎng)絡(luò)教學(xué)活動也包括對一系列信息的管理，包括各類課程信息管理、學(xué)生學(xué)籍信息管理和各種不同的信息庫管理等.在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部建立管理Agent實現(xiàn)對系統(tǒng)的智能管理，管理員通過系統(tǒng)身份審核后，系統(tǒng)會生成一個管理員Agent，它承擔(dān)著整個教學(xué)過程的宏觀管理.

由于電大遠(yuǎn)程開放教育學(xué)生學(xué)習(xí)存在自主性，學(xué)生不用按照預(yù)先安排的教學(xué)序列學(xué)習(xí)，系統(tǒng)可以提供智能性、自主性的Agent相關(guān)服務(wù)，可以實現(xiàn)對學(xué)生不同的學(xué)習(xí)狀況和興趣進(jìn)行分析，動態(tài)的參照學(xué)生學(xué)習(xí)水平和理解能力調(diào)整課程難易程度，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，挖掘?qū)W生學(xué)習(xí)潛力，對學(xué)生自主性學(xué)習(xí)實現(xiàn)更好的指導(dǎo).能夠整合教學(xué)資源，便于維護(hù)和擴(kuò)充，改變系統(tǒng)資源重復(fù)建設(shè)的狀態(tài).

3 系統(tǒng)的實現(xiàn)技術(shù)

廣播電視大學(xué)辦學(xué)類別較多，學(xué)員分布較廣，面臨的情況也比較復(fù)雜，所以基于Agent技術(shù)的開放教育教學(xué)管理系統(tǒng)的用戶具有分布廣泛和開放性的特點.經(jīng)過對系統(tǒng)的需求分析，采用安裝維護(hù)及升級都簡便快捷的基于Web的B/S架構(gòu)模式，系統(tǒng)客戶端采用IE瀏覽器，系統(tǒng)服務(wù)器采用Win 2003 IIS 6.0，系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2005管理各類數(shù)據(jù).

3.1 開發(fā)技術(shù)的選取

開發(fā)Agent應(yīng)用技術(shù)較多，系統(tǒng)應(yīng)用CORBA分布式對象構(gòu)件技術(shù)［7］.CORBA是一種開放的分布式對象計算框架標(biāo)準(zhǔn)，CORBA中的接口定義語言IDL不僅提供了到C++、Java等語言的映射［8］，IDL還使CORBA做到與系統(tǒng)設(shè)計語言無關(guān)，能夠方便地實現(xiàn)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上不同系統(tǒng)平臺對象之間交互，不用考慮這些系統(tǒng)程序的系統(tǒng)架構(gòu)方式、編程設(shè)計語言和運(yùn)行平臺，而且應(yīng)用CORBA能解決計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中遠(yuǎn)程對象之間的相互操作等問題.

3.2 技術(shù)特點

接口定義語言IDL將被映射為某種程序設(shè)計語言如C++或Java，并且分成兩部分，即客戶方的IDL Stub(樁)和服務(wù)器方的IDL Skeleton(骨架)，雙方能夠采用不同的編程設(shè)計語言.IDL只定義接口，不定義實現(xiàn)，能稱得上是描述性語言，它的語法很像C++，當(dāng)然也像Java，類似于C語言中的頭文件［9］.而實際上它不算是真正的編程設(shè)計語言，如果用它編寫具體應(yīng)用，則需要將它映射到具體的程序設(shè)計語言上去，如映射到Java或C++上去，那么映射后的代碼叫Client Stub Code和Server Skeleton Code.IDL實現(xiàn)的好處是不需要考慮具體實現(xiàn)細(xì)節(jié)，而只用關(guān)心具體功能描述，在應(yīng)用中設(shè)計IDL的過程也可以說是設(shè)計對象模型的過程，在整個系統(tǒng)軟件設(shè)計中至關(guān)重要，這是編寫CORBA應(yīng)用重要的第一步.因此，實現(xiàn)基于Agent的開放教育教學(xué)系統(tǒng)的最佳設(shè)計方案是采用CORBA與Java技術(shù)兩者相結(jié)合，并采用由用戶界面層、管理服務(wù)器層、數(shù)據(jù)層構(gòu)成的三層客戶/服務(wù)器模式.

4 結(jié)語

計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展和快速應(yīng)用為電大遠(yuǎn)程開放教育教學(xué)提供了應(yīng)用平臺，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中豐富多彩的各類媒體資源、靈活多變的表現(xiàn)手段、自由的時空便利環(huán)境、方便快捷的多種聯(lián)系溝通方式，成為電大開展遠(yuǎn)程開放教育教學(xué)的優(yōu)勢.智能Agent技術(shù)的引入，科學(xué)地將各類教學(xué)資源進(jìn)行智能整合，實現(xiàn)電大開放教育學(xué)生自主性學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)智能化交互學(xué)習(xí)，為進(jìn)一步增強(qiáng)電大現(xiàn)代遠(yuǎn)程開放教育學(xué)生學(xué)習(xí)的個性化，調(diào)動學(xué)生網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)興趣、提高網(wǎng)絡(luò)教學(xué)效果，對整個開放教育教學(xué)模式探索和教學(xué)改革起到積極的推動作用.目前，在廣播電視大學(xué)內(nèi)基于Agent技術(shù)的開放教育教學(xué)管理系統(tǒng)仍然處于理論研究和實驗開發(fā)階段，各項研究工作在進(jìn)一步開展和深化.

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Study on Education and Teaching Management System in Open Education Based on Agent Technology

ZHANG Bo，WANG Rui

(Department of Teaching Administration，Zhengzhou Radio＆Television University，Zhengzhou 450003，China)

Proposed a model of education and teaching management system in open education based on agent technology.Under distance and open education teaching environment，by distance learning platform resources and based on agent technology organically integrated teaching resources，students，teachers and managers to achieve personalized learning and intelligent communication for students.Discussed partial functions of system model in detail，and constructed personalized and intelligent learning environment of modern distance education.

open education;teaching management;Agent technology;system framework;system model

TP309.2

A

1007－0834(2011)03－0040－03

10.3969/j.issn.1007－0834.2011.03.014

2010－12－17

張波(1975—)，男，河南方城人，鄭州廣播電視大學(xué)教務(wù)處講師.