基于Agent的智能教學(xué)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)*

馬世霞，于 琨，劉 丹

(河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)系，河南新鄉(xiāng)453002)

遠(yuǎn)程教學(xué)是傳統(tǒng)課堂教學(xué)在網(wǎng)絡(luò)上的實(shí)現(xiàn)，它以大量的數(shù)字化教學(xué)資源為支撐，突破了傳統(tǒng)教學(xué)的時(shí)空限制［1］，讓人們體驗(yàn)到自由獲取知識(shí)的樂(lè)趣。然而，目前的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)大多將教學(xué)資源放在專(zhuān)用服務(wù)器上，靜態(tài)地等待學(xué)習(xí)者瀏覽和下載，對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為習(xí)慣、學(xué)習(xí)需求等缺乏分析和指導(dǎo)，是非實(shí)時(shí)(非交互)的遠(yuǎn)程教學(xué)。這種以系統(tǒng)為中心的教學(xué)模式要求人適應(yīng)系統(tǒng)而非系統(tǒng)主動(dòng)為學(xué)習(xí)服務(wù)，沒(méi)有充分體現(xiàn)出教師在組織課程上的主導(dǎo)地位，在指導(dǎo)學(xué)習(xí)者調(diào)整策略時(shí)更是缺乏智能［2］。教學(xué)智能化一直是教學(xué)界和教學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的理想目標(biāo)。Agent技術(shù)的出現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提供了良好的契機(jī)。本文采用多Agent技術(shù)［3］，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于多 Agent的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)彌補(bǔ)了上述缺陷，使遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)變被動(dòng)為主動(dòng)，讓遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者體驗(yàn)到自由獲取知識(shí)的樂(lè)趣。

1 Agent的特征及其應(yīng)用于智能教學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

Agent［4］是一個(gè)基于軟件(在更多情況下)或硬件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是一個(gè)智能主體，能夠感知外部環(huán)境、獨(dú)立決策，并能作用于外部環(huán)境以及與其他Agent相互協(xié)作共同實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。多Agent系統(tǒng)(MAS)，它通過(guò)多個(gè)Agent之間進(jìn)行協(xié)調(diào)或協(xié)作，從而解決復(fù)雜問(wèn)題。MAS的協(xié)作求解問(wèn)題的能力超過(guò)單Agent，將MAS技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)系統(tǒng)，可以將被動(dòng)式教學(xué)轉(zhuǎn)為主動(dòng)式教學(xué)，在教學(xué)策略和教學(xué)過(guò)程中更加關(guān)注學(xué)生的個(gè)性特征和協(xié)作學(xué)習(xí)需求。通過(guò)利用Agent的自治性，反應(yīng)性、社會(huì)性和能動(dòng)性來(lái)管理學(xué)生的學(xué)習(xí)信息，即時(shí)記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)，分析學(xué)生的認(rèn)知水平，滿足學(xué)生的協(xié)同學(xué)習(xí)要求。

2 基于MAS的個(gè)性化智能教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 智能教學(xué)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

采用多Agent技術(shù)建立智能化的學(xué)習(xí)系統(tǒng)。通過(guò)該學(xué)習(xí)系統(tǒng)，學(xué)生可以在系統(tǒng)的建議下自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，通過(guò)能力測(cè)試判斷自己的學(xué)習(xí)效果及應(yīng)用知識(shí)的能力。系統(tǒng)將根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程記錄分析其認(rèn)知水平，提供更有效的學(xué)習(xí)參考。系統(tǒng)的整體模型如圖1。

用戶通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)教學(xué)系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)在瀏覽器端建立一個(gè)界面Agent，負(fù)責(zé)學(xué)生信息的采集和教學(xué)過(guò)程的實(shí)施，同時(shí)為教師的訪問(wèn)和教學(xué)系統(tǒng)的維護(hù)提供接口，接受界面Agent傳遞過(guò)來(lái)的用戶信息，并由協(xié)調(diào)A-gent對(duì)用戶需求進(jìn)行任務(wù)分解，協(xié)同其余各Agent共同完成任務(wù)策略的制定。

圖1 遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)模型

1)學(xué)生Agent:學(xué)生Agent通過(guò)和協(xié)調(diào)Agent進(jìn)行交互，從信息系統(tǒng)Agent中采集關(guān)于學(xué)生用戶的信息，然后進(jìn)行分析整理，記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，分析學(xué)生的認(rèn)知水平，為以后的教學(xué)實(shí)施等提供支持。學(xué)生A-gent主要實(shí)現(xiàn)如下功能:①完成學(xué)生的注冊(cè)信息采集并將其傳遞到服務(wù)器端，由學(xué)生Agent通過(guò)對(duì)資源庫(kù)的訪問(wèn)進(jìn)行身份的確認(rèn)，從而將學(xué)生的學(xué)習(xí)記錄提取以便使教學(xué)Agent確定教學(xué)策略。②跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，記錄本次學(xué)習(xí)進(jìn)度，測(cè)試報(bào)告，將其傳遞到學(xué)生Agent中，以分析學(xué)生的認(rèn)知水平。

2)管理Agent:包括一系列的管理，如課程管理、成績(jī)管理，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的智能協(xié)調(diào)，它通過(guò)實(shí)例派生的方法生成教師Agent，強(qiáng)化教師Agent在教學(xué)控制上的主導(dǎo)地位。

3)教師Agent:教師Agent從學(xué)生個(gè)性庫(kù)中采集學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，測(cè)試成績(jī)經(jīng)過(guò)分析向?qū)W生提供相應(yīng)的教學(xué)資源。Wi:表示學(xué)生的學(xué)習(xí)難度系數(shù);Ch:是章節(jié)號(hào)，即表示學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度;Ci:瀏覽次數(shù)，即表示章節(jié)的用權(quán)值，取值范圍為1，2，3。設(shè)定產(chǎn)生式規(guī)則如下:

if Ch=2

if Ci＜=3 then Wi

else if(Ch=2)and(Ci＞3)then Wi－1

else Ch+1

教師可以根據(jù)學(xué)生測(cè)試的結(jié)果，調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)度，讓學(xué)生有成就感，提高學(xué)生興趣。

設(shè)權(quán)值Qi為每道測(cè)試題目的測(cè)試成績(jī)記錄，測(cè)試題目的難度用權(quán)值Ni表示，每個(gè)學(xué)生瀏覽相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)資源次數(shù)用權(quán)值Ci表示。教學(xué)Agent記錄相關(guān)信息的值，分析每個(gè)學(xué)生的認(rèn)知水平，認(rèn)知水平用權(quán)值Ri表示，Ni*(Qi－Ci/3)，規(guī)則如下:

if(Ni*(Qi－Ci/3))＜ =2

then Ri=1

else if((Ni*(Qi－Ci/3))＞ =2)and((Ni*(Qi－Ci/3))＜=5)

then Ri=2

else if((Ni*(Qi－Ci/3))＞ =5)and((Ni*(Qi－Ci/3))＜=8)

then Ri=3

教師Agent根據(jù)權(quán)值Ri來(lái)判斷學(xué)生對(duì)測(cè)試題目相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)知能力，并且通過(guò)對(duì)所有學(xué)生對(duì)測(cè)試題目的認(rèn)知水平的統(tǒng)計(jì)來(lái)增添教學(xué)資源，確定教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)策略的調(diào)整。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 用戶助手Agent

在遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中，需要建立一個(gè)智能化的人機(jī)接口，這個(gè)接口就是用戶助手Agent。用戶助手Agent的功能是跟蹤每個(gè)用戶的訪問(wèn)過(guò)程，用戶助手Agent是用Microsoft Agent開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)的。用戶助手Agent在不同的子模塊中有不同的功能，如在登錄模塊中，用戶助手Agent可以根據(jù)登錄用戶的不同類(lèi)別和名稱(chēng)，進(jìn)行相應(yīng)處理。

3.2 學(xué)生Agent與教師Agent的交互

在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生Agent和教師Agent都是在JADE中啟動(dòng)并進(jìn)行交互的。學(xué)生Agent通過(guò)協(xié)調(diào)Agent和教師Agent進(jìn)行交互，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)要求，記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，根據(jù)測(cè)試報(bào)告分析學(xué)生的認(rèn)知水平，然后根據(jù)這些再由教師Agent開(kāi)展實(shí)際的教學(xué)。學(xué)生Agent與教師Agent在JADE中的交互狀態(tài)如圖2所示。

圖2 學(xué)生Agent與教師Agent交互圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析傳統(tǒng)的基于Internet遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提出了基于多Agent技術(shù)的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)模型，并用JADE平臺(tái)實(shí)現(xiàn)多Agent智能遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了學(xué)生的按需學(xué)習(xí)和教師的因人施教，提高了遠(yuǎn)程教學(xué)的效果。

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