徐菁鴻?劉雪梅

摘要：近年來，多智能體技術(shù)成為很多領(lǐng)域的研究熱點。針對目前高等院校教育教學(xué)過程質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)在滿足實時性、動態(tài)性等質(zhì)量監(jiān)控要求有限的前提下，提出了基于多智能體的高等院校教育教學(xué)過程質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。并結(jié)合高等院校教育教學(xué)過程中的重要質(zhì)量監(jiān)控環(huán)節(jié)的實際情況，分析了該結(jié)構(gòu)對通信、分析決策等功能的實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：多智能體；高等院校教育教學(xué)過程；質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)

作者簡介：徐菁鴻（1979-），女，山東萊州人，沈陽工程學(xué)院管理學(xué)院，講師，遼寧大學(xué)商學(xué)院博士研究生；劉雪梅（1965-），女，遼寧沈陽人，沈陽工程學(xué)院，教授。（遼寧 沈陽 110136）

基金項目：本文系遼寧省高等教育教學(xué)改革研究項目“教育教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化平臺開發(fā)研究與實踐”（項目編號：978）、遼寧省普通高等教育本科教學(xué)改革項目“基于ABET認證的工業(yè)工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式國際化研究”（項目編號：259）的研究成果。

中圖分類號：G647 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）08-0050-02

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020 年）》指出“建立以提高教育質(zhì)量為導(dǎo)向的管理制度和工作機制，把教育資源配置和學(xué)校工作重點集中到強化教學(xué)環(huán)節(jié)、提高教育質(zhì)量上來?！痹跀?shù)字信息技術(shù)高度發(fā)達的今天，運用計算機技術(shù)及人工智能技術(shù)對高等院校教育教學(xué)過程質(zhì)量進行監(jiān)控，能夠提高管理者的工作效率，也能夠使高等學(xué)校教育教學(xué)過程的每一個環(huán)節(jié)和步驟得以完善，及時有效的質(zhì)量監(jiān)控措施可以有效避免出現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量危機。[1]

陳艷艷等人利用ASP.NET和ADONET設(shè)計技術(shù)構(gòu)建基于Web數(shù)據(jù)庫的動態(tài)交互式教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控平臺，實現(xiàn)了教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控作用，并提出今后需要進一步應(yīng)用人工智能技術(shù)對測評結(jié)果進行分析。楊振興等人運用多Agent技術(shù)設(shè)計了軟件質(zhì)量評價系統(tǒng)，明顯提高了團鍵質(zhì)量評價的異地同步性和效率，為多Agent技術(shù)在其他領(lǐng)域的運用提供了參考。[2，3]目前運用人工智能技術(shù)對高等院校教育教學(xué)過程進行質(zhì)量監(jiān)控的研究比較有限。同時，在招生生源開始下降的今天，整體提高教學(xué)質(zhì)量和技能水平，培育自己的核心競爭力，必然對教育教學(xué)過程的質(zhì)量監(jiān)控與評價提出了更高的要求。因此，運用新的技術(shù)與理論，建立基于多智能體技術(shù)的教育教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)是有必要的。

針對目前高等院校教育教學(xué)過程質(zhì)量監(jiān)控的目的，擬運用計算機科學(xué)與人工智能領(lǐng)域的研究成果，即多智能體技術(shù)，設(shè)計基于多智能體的高等院校教育教學(xué)過程質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有自治性、反應(yīng)性等特點。

一、高等院校教育教學(xué)過程質(zhì)量監(jiān)控的目的

高等院校教育教學(xué)過程需體現(xiàn)人才培養(yǎng)與科學(xué)研究相結(jié)合，因此具有動態(tài)性、互動性、復(fù)雜性、傳播性、特殊性等特點。這些特點決定了對高等院校教育教學(xué)過程質(zhì)量監(jiān)控的目的。

第一，對教育教學(xué)過程中的各種質(zhì)量指標進行即時采集，質(zhì)量數(shù)據(jù)綜合后能夠體現(xiàn)連續(xù)的教育教學(xué)過程事件，保證對教育教學(xué)過程基本運行情況的觀察及動態(tài)分析。

第二，對教育教學(xué)過程中復(fù)雜的質(zhì)量指標進行篩選與分層，具有教學(xué)事故診斷能力，為制定改善教育教學(xué)過程的具體措施提供可信的依據(jù)。

第三，各級教育教學(xué)過程質(zhì)量監(jiān)控部門共同參與過程質(zhì)量評價活動，并對評價過程中的評價目標、權(quán)重等因子進行信息交互與協(xié)商。[4]

第四，通過運用計算機技術(shù)及監(jiān)測設(shè)備對整體數(shù)據(jù)進行綜合并評價，最終實現(xiàn)教育教學(xué)過程的優(yōu)化。

為實現(xiàn)上述目的，引入多智能體技術(shù)，建立了基于多智能體的高等院校教育教學(xué)過程質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)。[5]

二、基于多智能體的高等院校教育教學(xué)過程質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

智能體（Agent）是計算機科學(xué)與人工智能領(lǐng)域的研究成果，是具有感知能力、問題求解能力和外界通信能力的一種實體。1995年，Agent理論專家Wooldridge和Jennings對Agent進行了權(quán)威定義：Agent是一個基于軟件或硬件的計算機系統(tǒng)，[6]它具有以下主要特征：

一是自治性。自治性是Agent最重要的特性之一，可以在沒有直接的外部調(diào)用或干預(yù)的情況下運行，任何其他程序單元無法訪問其操作，具有良好的封裝性，因而也具有更高的安全性。

二是反應(yīng)性。Agent可以在一定程度上對其他Agent或環(huán)境進行響應(yīng)，通過觸發(fā)規(guī)則或執(zhí)行定義的計劃來更新Agent的知識庫，同時發(fā)送消息給其他的Agent。

三是協(xié)同性。在Multi-agent系統(tǒng)中，不同的Agent具有不同的能力，協(xié)同工作可以通過Agent之間交換知識及計劃的機制來實現(xiàn)，交互可以在多個Agent或Agent與人之間完成，用戶與Agent之間可以實現(xiàn)雙向交談，即用戶對其期望的操作進行定義，Agent對能力進行說明并給出結(jié)果，交互雙方處于對等地位。

四是智能性。處于智能狀態(tài)的Agent要由知識術(shù)語來描述，在此基礎(chǔ)上，通過使用符號語言實現(xiàn)與其他Agent的交互。一般來說，一個Agent很少同時具有上述所有特性，往往結(jié)合實際情況來開發(fā)包含所需特性的Agent及Agent系統(tǒng)。

近年來，多智能體（Multi-agent）技術(shù)成為分布式人工智能領(lǐng)域的研究熱點，并被成功應(yīng)用于多個領(lǐng)域。多智能體系統(tǒng)（Multi-agent system）是由多個Agent組成的群體，每個Agent有組織的、有序的在特定環(huán)境中完成各自承擔(dān)的工作任務(wù)，也可以通過相關(guān)Aagent的通信來共同協(xié)調(diào)完成特定的任務(wù)。

本文根據(jù)Agent的特點，結(jié)合Multi-agent system的發(fā)展趨勢，針對高等院校教育教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控過程的目的及要求，提出了基于多智能體的高等院校教育教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該模型采用FDDI模式來保證高效可靠的通信。在該模型中，在教育教學(xué)過程的重點環(huán)節(jié)配置一個質(zhì)量Agent，如教學(xué)過程Agent、教學(xué)進程Agent等，各質(zhì)量Agent能夠完成獨立的質(zhì)量檢測任務(wù)。同時，各Agent之間能夠進行即時通信，使整個過程的控制效果達到最優(yōu)。過程分析Agent通過與其他Agent通信，將發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)或命令裝入數(shù)據(jù)庫，然后進行相關(guān)性分析、方差分析等，得出教學(xué)質(zhì)量的演變態(tài)勢，然后將以上結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫并提供給質(zhì)量評價Agent使用。質(zhì)量評價Agent從過程分析Agent中得到分析結(jié)果，或從數(shù)據(jù)庫中獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，然后在自身知識庫的基礎(chǔ)上進行推理，并作出決策。

三、基于多智能體的高等院校教育教學(xué)過程質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的過程分析及質(zhì)量評價過程

Agent一般分為認知Agent和反應(yīng)式Agent。兩者的主要區(qū)別在于認知Agent具有推理能力，可以根據(jù)本體的動作和其他Agent的動作進行推理。在本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，過程分析Agent和質(zhì)量評價Agent均采用認知Agent，其他Agent采用反應(yīng)式Agent。過程分析及質(zhì)量評價如圖2所示。

首先，過程分析Agent的接口從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫獲得所需數(shù)據(jù)，通過控制器進入推理機，推理機按照知識庫中的規(guī)則，選擇模型和算法進行分析，分析結(jié)果輸入數(shù)據(jù)庫。

其次，分析結(jié)果通過接口從數(shù)據(jù)庫讀入質(zhì)量評價Agent，輸入推理機后，對數(shù)據(jù)是否處于控制范圍進行判斷。例如：對教學(xué)設(shè)施進行維修；按照實習(xí)廠的實際情況微調(diào)教學(xué)進程；監(jiān)督授課計劃運行過快或過慢的教師；對課后輔導(dǎo)、答疑及作業(yè)批改進行檢查與考核；對學(xué)生的日常及期末考核成績進行分析與評價，使教與學(xué)的過程實現(xiàn)更好地配合等等。

再次，也可以對數(shù)據(jù)整體的分布情況進行分析，在判斷數(shù)據(jù)是否符合質(zhì)量要求的同時，判斷現(xiàn)行的質(zhì)量考核標準是否符合客觀實際。假如某學(xué)年或某學(xué)期內(nèi)異常數(shù)據(jù)明顯偏高，則考慮調(diào)整質(zhì)量考核標準，或者對教師進行教育教學(xué)過程培訓(xùn)，這些可以通過給教育教學(xué)過程的重點環(huán)節(jié)Agent下指令來實現(xiàn)。

最后，質(zhì)量評價Agent具有查詢功能，例如每月的教師調(diào)課情況，每月的教室使用情況，教師授課進度的跟進情況，通過比較使教育教學(xué)質(zhì)量監(jiān)管部門對一段時期的教育教學(xué)過程質(zhì)量情況有一個比較全面的了解。

四、基于多智能體的高等院校教育教學(xué)過程質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的功能

第一，每個重要環(huán)節(jié)Agent都能對教育教學(xué)過程進行實時監(jiān)控，控制器在雙環(huán)上的各個節(jié)點，所以當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件時，例如教學(xué)設(shè)施突然故障，教學(xué)設(shè)施Agent可以進行快速響應(yīng)，并與相關(guān)節(jié)點進行通信，以降低整個系統(tǒng)的損失成本。

第二，該系統(tǒng)可以通過Agent之間的通信，實現(xiàn)高度的信息共享。例如教務(wù)處在完成過程分析任務(wù)后，可以將結(jié)果發(fā)送至數(shù)據(jù)庫共享，其他部門可以結(jié)合現(xiàn)有的信息資源調(diào)整自身的過程分析方案，避免冗余，達到節(jié)約系統(tǒng)資源的目的。

第三，隨著教育教學(xué)進程的不斷改進，如果某類問題不能依靠現(xiàn)有單元得到解決，可以考慮多個單位協(xié)同工作解決，如果依然得不到解決，則可以考慮增加Agent節(jié)點，而不會影響到現(xiàn)有系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。例如在課堂教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)多媒體利用效率有所下降，則可以考慮增加課堂教學(xué)Agent節(jié)點。

參考文獻：

[1]郭亮，藍維鼎.構(gòu)建高等院校教育質(zhì)量預(yù)警機制的必要性和可行性[J].繼續(xù)教育研究，2011，（6）：30-31.

[2]陳艷艷，施珺.基于.NET的教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機教育，2010，（8）：156-159.

[3]楊振興，宗宇偉，朱三元.面向多Agent技術(shù)的軟件質(zhì)量評價系統(tǒng)研究[J].計算機工程，2004，（30）：72-74.

[4]趙麗萍.基于Multi-agent的電能質(zhì)量監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2006.

[5]鄭東霞.基于多agent技術(shù)的軟件質(zhì)量協(xié)同控制模型研究[D].大連：大連海事大學(xué)，2006.

[6]Michael Wooldridge，Nicholas R Jennings，Intelligent Agents：Theory and Prictice[M].Manchester：Department of Computing Manchester Metropolitan University，2000.

（責(zé)任編輯：孫晴）