基于ＭＡＳ的協(xié)同遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉興紅

摘要：本文針對(duì)現(xiàn)階段遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中存在的缺點(diǎn)和不足，將MAS技術(shù)引入到遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中，以建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)，提出了一個(gè)突出個(gè)性化、強(qiáng)調(diào)多種學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)協(xié)作的MAS遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并以現(xiàn)代教育技術(shù)課程為例闡述了如何基于此系統(tǒng)開展教學(xué)。

關(guān)鍵詞：MAS 協(xié)同遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 應(yīng)用 現(xiàn)代教育技術(shù)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2009）07-0040-02

從目前遠(yuǎn)程教學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，很多遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)交互性差，學(xué)生完全是自學(xué)，無法得到有效的指導(dǎo)和幫助，教師也不能對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo)，網(wǎng)絡(luò)僅僅成為傳輸書本內(nèi)容的工具。一些軟件雖然通過設(shè)計(jì)判斷條件，模擬了學(xué)生的答疑過程，可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)，但從本質(zhì)上看，它還是靜態(tài)的，不能交互。

本文所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)突出個(gè)性化和協(xié)作化以及互動(dòng)性，將傳統(tǒng)的以教師為中心改變?yōu)橐詫W(xué)生為主體，強(qiáng)調(diào)多種學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)協(xié)作，使學(xué)生的個(gè)性化自主學(xué)習(xí)與交互式協(xié)作學(xué)習(xí)相結(jié)合，充分地體現(xiàn)了MAS（Mobile Agent Server，移動(dòng)代理服務(wù)器）技術(shù)的優(yōu)越性，較好地解決了現(xiàn)階段遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中存在的缺點(diǎn)和不足。

一、MAS及其特點(diǎn)

MAS是一個(gè)包含多個(gè)Agent的復(fù)雜系統(tǒng)，其中的Agent相互合作完成一項(xiàng)大的任務(wù)。[1] 這種Agent間既獨(dú)立自主、互相競爭，又協(xié)調(diào)合作的松散耦合系統(tǒng)為分布式問題提供了理想的求解結(jié)構(gòu)。

1.知識(shí)和數(shù)據(jù)的分布存儲(chǔ)

在MAS中，單個(gè)Agent僅僅包含特定于本節(jié)點(diǎn)的知識(shí)和數(shù)據(jù)，對(duì)于一個(gè)規(guī)模較大的問題求解往往需要各Agent共同協(xié)作來完成。Agent間共享數(shù)據(jù)和知識(shí)，也可以向其他Agent提出服務(wù)請(qǐng)求來獲取需要的信息。因此，MAS中知識(shí)和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、決策的制定和任務(wù)的執(zhí)行都表現(xiàn)出分布的特點(diǎn)。

2.并行處理

各Agent選擇有利于自己局部利益的控制策略和決策目標(biāo)，獨(dú)立地做出決策，實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)，任務(wù)的執(zhí)行表現(xiàn)出并行的特點(diǎn)。這種并行處理機(jī)制大大提高了問題求解效率。

3.健壯性

MAS中Agent的自治性和松散耦合關(guān)系，使得其中個(gè)別Agent的功能喪失后，不會(huì)影響其他Agent的正常行為，也不會(huì)給整個(gè)MAS的運(yùn)行造成災(zāi)難性后果。同時(shí)，還可以通過協(xié)商、協(xié)調(diào)將其局部任務(wù)交給其他Agent，不影響總體任務(wù)的完成。

4.易擴(kuò)展性

只要配置相應(yīng)的通信協(xié)議和控制策略，以及相應(yīng)的知識(shí)和數(shù)據(jù)，新的Agent就可以加入MAS中正常運(yùn)行，原先的系統(tǒng)不需要做任何改動(dòng)。

5.具有靈活性，易于實(shí)現(xiàn)

二、MAS在遠(yuǎn)程教學(xué)中使用的可行性

Agent不僅僅是分析人工智能問題的高層概念，而且由于其社會(huì)性，完全可以利用它來研究遠(yuǎn)程教育中的個(gè)體相互作用問題。[2] 多Agent理論為人類社會(huì)建模提供了一種有效的分析工具。此外，MAS本身也是一個(gè)人工社會(huì)，為人類社會(huì)的建模和理解提供了強(qiáng)大的和新穎的工具。所以，在遠(yuǎn)程教育等涉及個(gè)體和群體行為的問題上，MAS和社會(huì)科學(xué)可以互相借鑒。

具體來說，用多Agent理論構(gòu)建遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)模型的可行性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先是特征相似。Agent的自組織性使其能夠根據(jù)不同的生存環(huán)境做出相應(yīng)的調(diào)整，適應(yīng)環(huán)境并執(zhí)行特有的功能，這與遠(yuǎn)程教育參與主體中的學(xué)生具有自主性學(xué)習(xí)特點(diǎn)是類似的。其次是理論假設(shè)一致，Agent理論中假設(shè)每個(gè)Agent都是獨(dú)立的，有自己的個(gè)體目標(biāo)，為了完成這個(gè)目標(biāo)，Agent會(huì)利用一切可以利用的資源，這一點(diǎn)也與現(xiàn)實(shí)生活中的教師或?qū)W生角色具有相似性。再次，MAS有著極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。多Agent系統(tǒng)是由多個(gè)獨(dú)立的Agent組成的，為了完成一個(gè)共同的目標(biāo)而形成一個(gè)群體，群體中的各Agent在物理上或邏輯上具有分布和異構(gòu)的特點(diǎn)，即結(jié)構(gòu)分布性，這與現(xiàn)實(shí)世界中處于不同物理地點(diǎn)的學(xué)習(xí)主體或授課主體是一致的，其協(xié)作性使各Agent可以通過合作和協(xié)調(diào)工作，組成一個(gè)臨時(shí)群體完成單個(gè)個(gè)體無法完成的事情，如對(duì)于遇到的疑難問題，遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者可以通過討論、交流來加深理解，最終使問題得到解決。

三、基于MAS的協(xié)同遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)的組成[3]

１.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于MAS的協(xié)同遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)主要由三大部分組成：教師子系統(tǒng)、學(xué)生子系統(tǒng)和教學(xué)管理子系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1基于MAS的協(xié)同遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.系統(tǒng)功能

（１）教師子系統(tǒng)

教師子系統(tǒng)由備課Agent、授課Agent、答疑Agent、考評(píng)Agent和協(xié)同Agent組成。教師子系統(tǒng)給教師提供一個(gè)能方便地把教學(xué)內(nèi)容變成Web頁面和發(fā)布課件到教學(xué)網(wǎng)站的平臺(tái)，智能地為教師提出備課建議，提供實(shí)時(shí)授課和答疑。它一方面負(fù)責(zé)教師與系統(tǒng)的交互，另一方面負(fù)責(zé)對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，并將教師新的指導(dǎo)送往策略庫。根據(jù)教育形式的不同，教師實(shí)體可以不必實(shí)時(shí)參與。

（２）學(xué)生子系統(tǒng)

學(xué)生子系統(tǒng)由學(xué)習(xí)Agent、討論Agent和協(xié)同Agent三部分組成。學(xué)生子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)學(xué)生與系統(tǒng)之間的交互，引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)，并在學(xué)習(xí)過程中根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，動(dòng)態(tài)地選擇教學(xué)網(wǎng)站，并可以在學(xué)習(xí)者離線的情況下與教學(xué)站點(diǎn)保持聯(lián)系，當(dāng)教學(xué)內(nèi)容更新時(shí)，動(dòng)態(tài)下載學(xué)習(xí)者感興趣的內(nèi)容，完成在教學(xué)中要求的討論、協(xié)商、群體學(xué)習(xí)等。還可以與其他學(xué)生的協(xié)同Agent、教師子系統(tǒng)的協(xié)同Agent互相交換信息，智能地管理學(xué)習(xí)者選擇交互的對(duì)象，從而避免了網(wǎng)上交流的盲目性。

（３）教學(xué)管理子系統(tǒng)

教學(xué)管理子系統(tǒng)是對(duì)整個(gè)教學(xué)情況做宏觀調(diào)控，它在服務(wù)器啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生，一旦激活就一直處于活動(dòng)狀態(tài)，隨時(shí)響應(yīng)用戶Agent的請(qǐng)求。其管理包括成員管理、任務(wù)管理、信息管理、協(xié)作過程管理等。其中心數(shù)據(jù)庫是用來存放教學(xué)內(nèi)容和教務(wù)管理的地方。學(xué)生記錄Agent用來記錄學(xué)生的登記號(hào)、口令、姓名、學(xué)生的能力水平等詳細(xì)信息，記錄學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程，并根據(jù)學(xué)生記錄動(dòng)態(tài)地進(jìn)行推理，組織超文本結(jié)構(gòu)教學(xué)的頁面。控制Agent主要負(fù)責(zé)中心數(shù)據(jù)庫的更新，它從學(xué)生記錄Agent獲得教學(xué)內(nèi)容更新的需要，然后與教師子系統(tǒng)的協(xié)同教學(xué)Agent協(xié)商，完成學(xué)習(xí)資料和測(cè)試資料等的更新操作。

四、基于MAS的協(xié)同遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用

本文以師范院校的公共課程“現(xiàn)代教育技術(shù)”為例談?wù)勅绾位谠撓到y(tǒng)平臺(tái)來開展教學(xué)。[4]

1.教學(xué)流程

現(xiàn)代教育技術(shù)是一門理論和實(shí)踐相結(jié)合的課程，教師可以利用系統(tǒng)平臺(tái)中的教師子系統(tǒng)制作教學(xué)軟件，包括課件、練習(xí)、評(píng)價(jià)系統(tǒng)。學(xué)生通過學(xué)生子系統(tǒng)進(jìn)入系統(tǒng)后，首先選擇相關(guān)的學(xué)習(xí)主題，通過教師事先設(shè)計(jì)好的案例所實(shí)現(xiàn)的學(xué)習(xí)情境，明確主題和相關(guān)任務(wù)，通過自由組合或經(jīng)過一定的分析后組織學(xué)習(xí)小組，確定研究計(jì)劃，通過協(xié)同Agent在小組內(nèi)部或?qū)τ谳^大的項(xiàng)目任務(wù)可小組之間協(xié)作，進(jìn)行分工、搜集信息資源，交流協(xié)作，最后成果集成，完成匯報(bào)總結(jié)，進(jìn)行有意義的評(píng)價(jià)反思，最終完成意義建構(gòu)。

2.應(yīng)注意的問題

現(xiàn)代教育技術(shù)作為公共課，課堂教學(xué)中信息量較大，學(xué)生很難完全理解，課件放在教學(xué)平臺(tái)上，以便學(xué)生進(jìn)行自學(xué)。因此，教學(xué)課件的設(shè)計(jì)與開發(fā)是學(xué)習(xí)活動(dòng)中至關(guān)重要的步驟，也是選擇學(xué)習(xí)模式的主要考慮因素。教學(xué)過程中應(yīng)注意的幾個(gè)問題：（１）以學(xué)生為中心，學(xué)習(xí)的最終目的是完成對(duì)當(dāng)前知識(shí)的意義建構(gòu)。（２）體現(xiàn)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的指導(dǎo)，避免課本搬家現(xiàn)象。（３）教師針對(duì)不同專業(yè)的學(xué)習(xí)需求，分析學(xué)習(xí)者的特征，制定不同的中心議題，促進(jìn)學(xué)生關(guān)于教育技術(shù)與學(xué)科的整合研究能力的培養(yǎng)，同時(shí)注重學(xué)生的情感態(tài)度、人際交往技能的培養(yǎng)。學(xué)生登錄教學(xué)平臺(tái)，根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行自學(xué)、討論或?qū)嵺`練習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡元龍,鄔學(xué)禮.智能自治體及其在敏捷制造中的應(yīng)用[J].航空工藝技術(shù),1999(4):13-16.

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[3]楊永齊,符云清,劉瑩宇.基于Multi-Agent的個(gè)性化遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)科學(xué),2007(9):290-292．

[4]呂愛杰,張興華.計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同技術(shù)在現(xiàn)代教育技術(shù)公共課中的應(yīng)用[J].聊城大學(xué)學(xué)報(bào),2006(4):104-106．