基于軟件代理支持的學習系統(tǒng)模型構建

蒿景蘭　夏洪文　鄭慧會

【摘要】文章提出利用一種新型的代理人—過程代理來定制學習支持服務，從而幫助在線學習的個別學習者有效地進行知識建構。首先分析了網(wǎng)絡教學系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其存在的問題；然后構建了一個基于軟件代理的學習系統(tǒng)模型，并分析了系統(tǒng)模型中的代理類型及其任務；最后對該模型如何適應個別學習者的問題也進行了相關研究。

【關鍵字】個性化學習；知識建構；支持服務；軟件代理

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2009）04—0053—03

Internet和WWW的迅速發(fā)展，為傳統(tǒng)的網(wǎng)絡教學和學習提供了新的思路和方法，世界各國特別是發(fā)達國家都積極研究和開發(fā)基于Internet和WWW網(wǎng)絡教學系統(tǒng)，構建有效的虛擬學習環(huán)境。目前，基于web的多媒體網(wǎng)絡教學系統(tǒng)在國內(nèi)外已有不少，但是它們都分別都或多或少地存在著一些問題，如：系統(tǒng)多以呈現(xiàn)課程材料為主，缺乏有效的交互手段；系統(tǒng)缺乏一定的智能性；缺乏先進的學習理論的指導；以及學生學習過程中缺乏協(xié)同性和及時有效的支持等。

針對網(wǎng)絡教學系統(tǒng)的這些問題，有專家學者提出把智能代理技術引入網(wǎng)絡教學系統(tǒng)中，構建智能型的網(wǎng)絡教學系統(tǒng)。本文正是在前人研究的基礎上，提出了一種新型的代理人—過程代理，它不僅通過理解學習者正在學習的科目內(nèi)容來推動在線學習，還通過提供范圍廣泛的面向過程的服務來協(xié)助學習者獲得個性化的學習過程。過程代理的主要特點是它是域獨立的，不需要像教學代理那樣只了解某一特定主題的知識。

一 理論背景

當今，“學習環(huán)境”已經(jīng)成為國際教學設計領域的主題詞。學習環(huán)境設計的興起源于上個世紀80年代末90年代初美國教學設計領域發(fā)生的一次重大轉(zhuǎn)型。建構主義思潮的涌入和學習科學的誕生打破了美國教學設計研究一直以來的平靜，并由此而催生出了新的教學設計研究范式—學習環(huán)境設計。學習環(huán)境設計與傳統(tǒng)的教學系統(tǒng)設計不同，它強調(diào)以“學習者”為中心，注重學習者的主觀體驗、知識的建構機制和學習境脈的真實性，它主要關注如何為學習者提供學習的支撐性條件，而非現(xiàn)成的知識。學習環(huán)境的設計是教學系統(tǒng)設計領域中的新生兒，自然而然地涌現(xiàn)了許多學習環(huán)境設計思想，而在這些學習環(huán)境的設計研究中，喬納森的建構主義學習環(huán)境設計思想在前沿性、系統(tǒng)性和操作性等方面均是非常有代表性的。

1999年，喬納森在瑞格魯斯主編的《教學設計的理論與模型》中系統(tǒng)闡述了“建構主義學習環(huán)境設計的構想”。他提出的建構主義學習環(huán)境以“學習者”為中心，特別強調(diào)在心理層面支撐學習者的知識建構和意義制定，并以問題解決為核心為學習者創(chuàng)設了一個支撐性的學習系統(tǒng)。在建構主義學習環(huán)境中，展現(xiàn)在學習者面前的是一個開放的問題空間。喬納森特別強調(diào)建構主義學習環(huán)境選用結構不良的問題，適應于結構不良問題解決的學習。因此，在問題解決的過程中學習者要自行選擇可解決問題的子問題，并決定如何開展問題的研究，搜索、篩選哪些資料，采用哪些工具和方法，學習者對自己的行為和學習負有更多的責任，所經(jīng)歷的是一種自我導向的學習。在整個學習過程中，學習者是一個主動的探究者，這種主動性可能來自學習者自發(fā)的意向，也可能來自同伴之間的相互激勵。此外，建構主義學習環(huán)境為學習者的自主行為提供了必要的指導、腳手架和認知工具來作為支撐。以此促進學習者的自我反思并將學習引向深入。如，喬納森所強調(diào)的動態(tài)知識建模工具，通過讓學習者利用已有知識產(chǎn)生有形的產(chǎn)品，在觀察、探測中激起學習者的認知沖突，促發(fā)他們的反思和元認知認識。

二 基于軟件代理的學習系統(tǒng)模型

通過以上的分析，可知建構主義學習環(huán)境（CLE）是一個豐富開放的學習環(huán)境。在此環(huán)境中，學習者不僅可以攜手合作，還可以互相扶持；并且在指導學習者使用各種工具和信息資源時進行解決問題的活動[1]。建構主義學習理論和建構主義學習環(huán)境強調(diào)以學生為中心，學生由外部刺激的被動接受者和知識的灌輸對象轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒓庸さ闹黧w、知識意義的主動建構者[2]。以建構主義學習環(huán)境這一理論為背景，再引入過程代理技術，我們構建了一個基于軟件代理支持的學習系統(tǒng)模型（如圖1），以協(xié)助個別學習者訂制個性化支持服務，從而有效地促進學生的知識建構。

1 系統(tǒng)模塊描述

（1） 電子學習空間，即學習發(fā)生的環(huán)境或場所，可能包含物理實體、工具和人。

（2） 學習者檔案，記錄收藏學習者的學習背景、學習風格等特征的文檔資料。

（3） 軟件代理，它是該系統(tǒng)中最主要的部分，它不僅協(xié)助學習者獲取學習材料，還為學習者提供學習計劃以及幫助他們完成學習目標，同時建議學習者參加與課題有關的在線討論論壇，幫助學習者及時評價學習成果，進而調(diào)整學習。

（4） 學習活動，描述學習者為完成學習計劃所采取的行動表現(xiàn)，如：寫了一份報告，評估一個問題。

（5） 學習設計，設計學習計劃、學習方法等學習步驟。

（6） 學習單元（UOL）數(shù)據(jù)庫，UOL是一個抽象的概念，用來指教育和培訓的任何部分，如：一個課程、一節(jié)課、一個模塊等。一個UOL由7個復合版塊組成，即元數(shù)據(jù)、角色、內(nèi)容、方法、評估、案例和計劃。UOL數(shù)據(jù)庫用來存儲學生的學習情況。

2 系統(tǒng)過程描述

個別學習者通過網(wǎng)絡數(shù)字設備登錄到該系統(tǒng)進行學習，他們可以根據(jù)自己的意愿單獨在電子學習空間內(nèi)進行研究學習，也可以在電子學習空間內(nèi)與其他學員協(xié)作學習。在這個自由學習背景下代理獨立與學習者進行工作，并觀察和監(jiān)測發(fā)生在學習空間中的事件（我們把學習空間內(nèi)發(fā)生的并由個別學習者引起的任何改變看做一個事件）。代理自動檢測這些事件，并采取行動以回應學習者。

為了為個別學習者訂制支持服務，軟件代理通過收集檢測的事件并從這些事件中推導出結果，進而來建立和及時更新配置文件。代理不僅監(jiān)測和評價個人的學習、還通過學習空間為學習者提供學習建議或者學習意見。依據(jù)實際的學習情景和學習者的個人資料，代理動態(tài)地組織個別學習者的學習過程。所有與為不同學習者提供何種支持服務相關的規(guī)則，包括學習情況等都儲存在學習單元數(shù)據(jù)庫。該學習單元數(shù)據(jù)庫包含了一個詳細的學習單元設計集合，學習單元的每一部分都根據(jù)不同學習者的獨特學習特點來界定如何組織學習過程以及如何達到單元學習目標，代理主要依照這些規(guī)則為個別學習者提供服務。

在基于軟件代理的學習系統(tǒng)模型中，代理以建議或意見的形式為學習者提供支持服務，而不是強迫學習者采取任何學習步驟，同時學習者可以決定是否使用代理所提供的服務以及使用多少。從概念上來說，代理的工作就像一個 “建構主義老師”，他們鼓勵學習者以自己的方式積極建構知識[3]。對于一個研究的主題，代理支持學習者自主開發(fā)和探索自己的學習方法，并積極構建有意義的主題理解。與此同時， 當個人有需要時他們將給個人提供自發(fā)性服務，從而去引導學習者和幫助學習者架構學習過程?？梢?，在該模型中，學習者學習的自主性是受到充分地支持和鼓勵的。

三 基于軟件代理支持的學習系統(tǒng)模型中的代理類型及其任務

為了促進學習者知識建構，我們所開發(fā)的訂制學習服務的代理是一組具有專門知識的個別代理人，它們形成了一個多代理社會。每個代理有一個特別的功能，并承擔特定的任務。他們?yōu)橥瓿梢粋€共同的目標而攜手合作，即在網(wǎng)絡學習中為個別學習者定制支持服務，以方便學習者的知識建構。目前，在基于軟件代理支持的學習系統(tǒng)模型中使用三類代理來實現(xiàn)服務：

1 學習助理代理（LAA）是一個針對個別學習者的代理人。當學習者登陸網(wǎng)絡課程進行學習時，每一個學習者都被指派一個代理人。在學習過程中學習助理代理與學習者互動并充當個人助理的角色，它不斷觀察學習者的行為或行動，從而為學習者訂制一個學習文檔。它管理文檔文件作為學習處理，并給其他代理人提供學習者的個人資料信息。

2 學習計劃代理（PA）是一個利用把相關的組件組合在一起的方式來匹配學習者的學習特點，進而負責為個人定制學習方法的代理人。PA的主要任務是協(xié)助個人針對特定目標來確定一個學習方法，包括確定使用的學習材料，采取的學習活動和活動的序列，評價方法等。所有這些都是依據(jù)實際的學習情況和個別學習者的獨特學習特點來確定的。當其他代理人要求時，PA還協(xié)助其他代理人幫助個別學習者完成他們的學習目標。

3 管理代理（MA）是一個負責管理學習過程單元的代理人。每個UOL有一個特定的代理人，即MA，為協(xié)助個別學習者來執(zhí)行UOL界定的學習活動。管理代理根據(jù)學習計劃為正在使用UOL的學習者管理UOL中的學習，它根據(jù)學習計劃分配學習活動的工作。MA會持續(xù)追蹤UOL中的學習活動進展，相應地并幫助學習者修改學習計劃。這包括監(jiān)測提交的文物檔案，評價文物檔案或通過詢問專家來評估它們，然后收到專家的評估結果。

四 基于軟件代理支持的學習系統(tǒng)模型如何來適應個別學習者

為了使基于軟件代理支持的學習系統(tǒng)模型有效地適應個別學習者的在線學習，在該學習系統(tǒng)模型中，我們首先利用學習者檔案來描述個別學習者的學習特點；之后，依據(jù)儲存在學習者檔案中的知識組成、認知能力、學習風格這三個方面和實際的學習情景來為個人學習動態(tài)組織學習支持服務。知識組成描述學習者目前所學習的知識，即學習歷史；認知能力描述個人建構知識的能力或技能；學習風格描述個人學習的模式[4]。

在基于軟件代理的學習系統(tǒng)模型中，代理設法以能滿足學習者的學習要求的模式為個別學習者提供支持服務。在選擇模式的呈現(xiàn)上，該模型要求把不同認知技能的學習者的不同要求考慮在內(nèi)。在網(wǎng)上學習中我們可以很容易地觀察到，學習者需要不同的服務呈現(xiàn)模式和不同的干預程度。舉例來說，在在線系統(tǒng)某一特定場景中呈現(xiàn)一個即時訊息，不需要訊息提示的學員可能會覺得這樣會受到干擾；但另一方面，其他學習者可能認為這樣的訊息提示有助于他們的學習，甚至他們中的一些人可能認為僅僅一個即時訊息是不夠的，他們可能希望在類似的場面能收到更多這樣的提示訊息。毫無疑問，為不同的學習者提供服務應采取不同的策略，從而使所有人可以與這些服務有感情連接是很有必要的。在實際實施中，我們利用整體原則來處理這個問題包括：（1）盡可能的減少學習者的認知負荷。（2）盡可能以不干擾他人的方式來協(xié)助學習者[5]。例如，認知能力水平較低的學習者很可能以循序漸進的模式給他們提供支持服務，即明確地指示他們下一步做什么以及如何做；而且，所有的援助都被積極地呈現(xiàn)給他們。對于認知能力水平較高的學習者，只提供有限的援助，主要是通過建議、提醒或提示。

由此可見，在基于軟件代理支持的學習系統(tǒng)模型中，為了使系統(tǒng)定制的所有支持服務能適合不同學習基礎的學員，該模型依據(jù)個別學習者的學習特點動態(tài)組織服務的內(nèi)容。同時代理通過服務內(nèi)容和模式介紹這兩個方面來為個別學習者提供個性化的支持服務。一般而言，對于不同的學習者利用不同的方式提供不同的服務。為了使代理為個別學習者提供與他們的學習特征很匹配的支持服務，有必要對不同類型的學習者的學習模式進行調(diào)查，從而讓代理了解學習者的學習特點。

五 結束語

為了使在線學習者更有效地使用網(wǎng)上學習系統(tǒng)，給學習者提供范圍廣泛的支持服務是很有必要的。但是目前一個主要的挑戰(zhàn)是，不同學習背景、學習風格、學習動機和學習能力的學習者可能需要不同的學習支持服務。本文描述了一個利用過程代理的方法建構的基于軟件代理支持的學習系統(tǒng)模型，該系統(tǒng)模型不像大多數(shù)智能教學系統(tǒng)模型那樣迫使學習者接受系統(tǒng)中的學習者模型、專家模型和教學模型預先提供的服務，而是根據(jù)建構主義學習環(huán)境設計的思想依據(jù)個別學習者的學習特點訂制個性化的學習服務，從而幫助學習者有效地進行知識建構。

參考文獻

[1] Wilson. G. Constructivist learning environments: Case studies in instructional design[J]. Educational Technology Publications,1996.

[2] 何克抗.建構主義—革新傳統(tǒng)教學的理論基礎[J]. 電化教育研究. 1997,(3)-1998,(1).

[3] 李海燕.基于多Agent的智能網(wǎng)絡教學系統(tǒng)研究[D]. 長沙:中南大學,2004,(9).

[4][5]Pan,W. Hawryszkiewycz,I. Facilitating knowledge construction by customized supportive services[J]. Educational Information Technology,2007,12:245-256.