基于Agent技術(shù)的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境研究

任華

（武警杭州指揮學(xué)院 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，浙江 杭州 310023）

基于Agent技術(shù)的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境研究

任華

（武警杭州指揮學(xué)院 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，浙江 杭州 310023）

本文從網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境入手，構(gòu)建了一種基于Agent技術(shù)的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型，并深入細(xì)致地分析了模型中各Agent模塊的功能和運(yùn)作方式，從而使整個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)境具有個(gè)性化、智能化的特點(diǎn)。

Agent；網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)；學(xué)習(xí)環(huán)境

一、網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境概述

協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境主要包括協(xié)作學(xué)習(xí)的組織環(huán)境、空間環(huán)境、硬件環(huán)境和資源環(huán)境。組織環(huán)境是指協(xié)作學(xué)習(xí)成員的組織結(jié)構(gòu)，包括小組劃分、小組成員功能的分配等；空間環(huán)境是指協(xié)作學(xué)習(xí)的場(chǎng)所，如班級(jí)課堂、互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境等；硬件環(huán)境是指協(xié)作學(xué)習(xí)所使用的硬件條件，如計(jì)算機(jī)支持的協(xié)作學(xué)習(xí)、基于互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)作學(xué)習(xí)等；資源環(huán)境是指協(xié)作學(xué)習(xí)所利用的資源，如虛擬圖書館、互聯(lián)網(wǎng)等。

據(jù)此，筆者給出了網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境的定義：網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境是指基于互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境，其組織環(huán)境仍是指協(xié)作學(xué)習(xí)成員的組織結(jié)構(gòu)，其小組劃分、小組成員功能的分配是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的；其空間環(huán)境、硬件環(huán)境和資源環(huán)境均是基于互聯(lián)網(wǎng)的。

目前常見(jiàn)的網(wǎng)上協(xié)作形式有：BBS、E-mail、QQ和聊天室等。這幾種方式的優(yōu)點(diǎn)是：應(yīng)用廣泛、使用方便，幾乎每一個(gè)上網(wǎng)的人都用過(guò)這幾個(gè)軟件。但是就協(xié)作學(xué)習(xí)而言，它們也存在著明顯的不足：不能提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容、不具備智能，而這兩點(diǎn)正是網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)的重要特點(diǎn)。

二、基于Agent技術(shù)的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境

1．Agent的概念

從20世紀(jì)80年代末開(kāi)始，Agent的理論、技術(shù)研究從分布式人工智能（DAI）領(lǐng)域拓展開(kāi)來(lái)，與其他領(lǐng)域相互借鑒和融合得到廣泛的應(yīng)用。到目前為止，對(duì)Agent一詞的概念因所研究和關(guān)心的問(wèn)題不同而很不一致，在此我們應(yīng)用一個(gè)普遍被人們接受的定義：Agent是一段程序，能夠利用其環(huán)境中收集到的信息，合理運(yùn)作，有效完成給定的任務(wù)。這段程序能隨環(huán)境的變化去調(diào)整自己，以期在變化的環(huán)境中仍能達(dá)到與環(huán)境相一致的結(jié)果。

一般來(lái)講，Agent具有這樣的特性：自治性；適應(yīng)性；能動(dòng)性；交互性；社會(huì)性。由于現(xiàn)實(shí)世界和問(wèn)題的復(fù)雜性，單個(gè)Agent很難完成給定的任務(wù)，于是便由多個(gè)Agent共同承擔(dān)一個(gè)任務(wù)，分工合作、互相協(xié)調(diào)完成任務(wù)。所以，目前關(guān)于Agent的應(yīng)用大多是多Agent的使用，多Agent的最大優(yōu)勢(shì)就是協(xié)作。

2．基于Agent的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境

利用Agent來(lái)構(gòu)建網(wǎng)上協(xié)作環(huán)境，就是在協(xié)作學(xué)習(xí)的環(huán)境中嵌入?yún)f(xié)作學(xué)習(xí)模塊來(lái)更好地實(shí)現(xiàn)各部分功能?；贏gent的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境如圖1所示：

（1）基于Agent的協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)

基于Agent的協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)是一塊虛擬的共享區(qū)域，支持在線協(xié)作學(xué)習(xí)者在各自的計(jì)算機(jī)上觀看同一內(nèi)容和討論同一問(wèn)題，協(xié)作學(xué)習(xí)者可以通過(guò)文字、繪圖等形式進(jìn)行信息交流。除了實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的協(xié)作外，協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)還可以實(shí)現(xiàn)總?cè)蝿?wù)的接受，據(jù)一定的原則劃分成子任務(wù)，將所有登錄的學(xué)習(xí)者劃分成合理的協(xié)作學(xué)習(xí)小組等功能。協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)可以通過(guò)模擬現(xiàn)實(shí)工作中的黑板，即電子白板系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在此我們應(yīng)用基于Agent的電子白板系統(tǒng)，其模型如圖2所示：

管理Agent：負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的管理工作，包括用戶的加入、登錄、處理信息，與存儲(chǔ)模塊相連進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和檢索。

消息路由Agent：主要提供Agent的注冊(cè)服務(wù)，記錄各Agent的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)地址，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)維護(hù)Agent與網(wǎng)絡(luò)地址的聯(lián)系；提供路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，分析KQML中的路由信息，依據(jù)注冊(cè)Agent進(jìn)行各種信息的轉(zhuǎn)發(fā)；提供消息的緩存功能。

KQML是一種描述性語(yǔ)言，定義了Agent之間傳遞信息的格式和處理協(xié)議，通過(guò)提供一套標(biāo)準(zhǔn)的通信原語(yǔ)使得Agent間可以交流和共享知識(shí)，已成為Agent之間通信的事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)；KQML語(yǔ)言采用了“協(xié)議?！钡乃枷?，它攜帶的信息內(nèi)容可以使用實(shí)現(xiàn)Agent的語(yǔ)言表達(dá)，即意味著KQML可以攜帶任何一種語(yǔ)言表達(dá)的信息。

（2）協(xié)作小組 Agent

協(xié)作小組Agent實(shí)際上是由參與協(xié)作學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)者與終端計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互后，形成協(xié)作學(xué)習(xí)者Agent，協(xié)作區(qū)根據(jù)協(xié)作學(xué)習(xí)者Agent中提供的關(guān)于學(xué)習(xí)者的個(gè)人特點(diǎn)，按照一定原則（如：學(xué)習(xí)水平、思維方式傾向等）劃分而成的，其模塊如圖3所示。當(dāng)協(xié)作區(qū)分配任務(wù)時(shí)，按照協(xié)作學(xué)習(xí)小組Agent的對(duì)外特性來(lái)確定任務(wù)的分配方式，而且，協(xié)作小組對(duì)外以一種整體的方式體現(xiàn)其功能。當(dāng)然，當(dāng)協(xié)作小組Agent接到任務(wù)后，通常會(huì)進(jìn)行再次分配，將任務(wù)具體到協(xié)作學(xué)習(xí)者Agent，由學(xué)習(xí)者Agent具體實(shí)施或通過(guò)協(xié)作完成任務(wù)。

（3）協(xié)作學(xué)習(xí)者 Agent

協(xié)作學(xué)習(xí)者Agent是指參與協(xié)作學(xué)習(xí)的個(gè)體Agent，它是協(xié)作小組Agent的組成成員。基于Agent的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境為每一位學(xué)習(xí)者提供了一個(gè)個(gè)體Agent。當(dāng)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)區(qū)注冊(cè)時(shí)，個(gè)體Agent隨之生成；當(dāng)學(xué)習(xí)者與協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)不斷交互進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)，個(gè)體Agent將記錄下學(xué)習(xí)者的一些個(gè)人特征，如學(xué)習(xí)水平、前驅(qū)知識(shí)掌握程度、知識(shí)接受能力、思維傾向方式等，并將這些信息記錄到相應(yīng)的參數(shù)庫(kù)。當(dāng)學(xué)習(xí)者再次登錄時(shí)，個(gè)體Agent的這些參數(shù)將為下一步的學(xué)習(xí)提供指導(dǎo)，如學(xué)習(xí)內(nèi)容的提供、學(xué)習(xí)路徑的提供以及學(xué)習(xí)界面的提供等，如若學(xué)習(xí)者隨著學(xué)習(xí)的不斷深入，學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)水平、思維傾向性等積累到一定域值的變化，則個(gè)體Agent中的參數(shù)將隨之更新。其模塊如圖4所示。

控制器：協(xié)調(diào)各部分的工作，并負(fù)責(zé)分配任務(wù)以驅(qū)動(dòng)其他模塊工作；

任務(wù)接受器：負(fù)責(zé)接受經(jīng)過(guò)分配后的子任務(wù)；

規(guī)劃：評(píng)判任務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)、方法和原則以及評(píng)判學(xué)習(xí)者的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)則等；

處理器：解決控制器分配給它需要自動(dòng)處理的任務(wù)；

參數(shù)庫(kù)：存放小組或成員執(zhí)行、完成任務(wù)的情況，及學(xué)習(xí)小組或成員的學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)水平和學(xué)習(xí)能力等信息；

通訊模塊：與其他小組或成員進(jìn)行信息交流和合作的渠道。

具體運(yùn)作過(guò)程如下：當(dāng)任務(wù)接受器接受到需要完成的子任務(wù)后，送至控制器；控制器即根據(jù)規(guī)劃庫(kù)中的規(guī)則評(píng)判任務(wù)或?qū)W習(xí)內(nèi)容的難易程度、難度系數(shù)、區(qū)分度等，打上相應(yīng)標(biāo)記。通過(guò)通訊模塊將其傳送至學(xué)習(xí)者本人；當(dāng)學(xué)習(xí)者完成任務(wù)時(shí)，規(guī)劃模塊將評(píng)判學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)水平等，并給出評(píng)判結(jié)果、分?jǐn)?shù)值；若分?jǐn)?shù)值達(dá)到或超過(guò)可以改變參數(shù)庫(kù)域值的值，則修改參數(shù)庫(kù)中的參數(shù)，否則不修改。

三、基于A g e n t技術(shù)的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境運(yùn)作方式

大致來(lái)講，整個(gè)基于Agent的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)實(shí)施過(guò)程如下：當(dāng)總?cè)蝿?wù)提交給基于Agent的協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)后，基于Agent的協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)或參與學(xué)習(xí)的教師，將任務(wù)劃分成相應(yīng)個(gè)數(shù)的子任務(wù)，然后分配給各個(gè)協(xié)作學(xué)習(xí)小組Agent；協(xié)作學(xué)習(xí)小組Agent相互合作完成子任務(wù)后，將結(jié)果提交給協(xié)作區(qū)，由協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)將所有結(jié)果有機(jī)匯總、綜合，形成最終結(jié)果，并提交給總?cè)蝿?wù)結(jié)果接受器，之后由教師組織全體協(xié)作區(qū)學(xué)習(xí)者對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)以及各小組解決問(wèn)題思路方式的判斷、學(xué)習(xí)等。當(dāng)然，如果有多個(gè)協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)，各協(xié)作區(qū)之間還可以進(jìn)行交互、合作、交流等活動(dòng)。

基于Agent的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)的具體實(shí)施過(guò)程主要有：學(xué)習(xí)者登錄注冊(cè)、小組劃分、任務(wù)分配、協(xié)作學(xué)習(xí)的實(shí)施、成果匯總、評(píng)價(jià)幾個(gè)階段。

1．學(xué)習(xí)者登錄注冊(cè)

當(dāng)學(xué)習(xí)者進(jìn)入?yún)f(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)后，首先要進(jìn)行注冊(cè)登記。具體過(guò)程是：當(dāng)協(xié)作學(xué)習(xí)者Agent首次進(jìn)入?yún)f(xié)作系統(tǒng)時(shí)，需要向消息路由Agent提交注冊(cè)信息，如：Agent的名字、密碼、IP地址等有關(guān)數(shù)據(jù)，并記錄入Agent注冊(cè)表中。

2．小組劃分

根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)水平、思維方式的傾向性等組成2-6人的協(xié)作學(xué)習(xí)小組。成員的分配一般采用互補(bǔ)的方式分配組員，這樣有利于提高協(xié)作學(xué)習(xí)效果。小組劃分有自主式和被動(dòng)式兩種。自主式是指每個(gè)學(xué)生在了解總體學(xué)習(xí)任務(wù)和所有其他登錄學(xué)習(xí)者的情況后，自己做出與誰(shuí)結(jié)組的判斷，并通知消息路由Agent，再由服務(wù)Agent確認(rèn)形成正式的協(xié)作小組。被動(dòng)式是指由服務(wù)Agent根據(jù)消息路由Agent中注冊(cè)登錄的學(xué)習(xí)者的情況，將學(xué)生按要求分組，或者由參與協(xié)作學(xué)習(xí)的教師來(lái)分組。一般分組應(yīng)注意學(xué)習(xí)者的優(yōu)劣搭配、不同學(xué)習(xí)風(fēng)格的搭配。

3．任務(wù)分配

任務(wù)劃分是協(xié)作學(xué)習(xí)的關(guān)鍵所在。當(dāng)總?cè)蝿?wù)到來(lái)時(shí)，運(yùn)用KQML消息包，通過(guò)消息路由Agent，將其送至管理Agent，管理Agent將按照一定原則將總?cè)蝿?wù)劃分成多個(gè)子任務(wù)，并根據(jù)學(xué)習(xí)者Agent提供的有關(guān)學(xué)習(xí)者的個(gè)人信息盡量將適合于學(xué)習(xí)者特性的任務(wù)內(nèi)容分配給學(xué)習(xí)者。

在任務(wù)劃分過(guò)程中要注意任務(wù)劃分的原則：任務(wù)劃分要合理，一般應(yīng)該根據(jù)任務(wù)的內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)、知識(shí)點(diǎn)劃分等劃分任務(wù)；任務(wù)劃分輕重、大小要適當(dāng)，不能有輕有重；還要注意任務(wù)的前驅(qū)后繼等情況，并將此類信息通知相應(yīng)的協(xié)作小組Agent；分配任務(wù)要根據(jù)各小組成員的個(gè)性特點(diǎn)進(jìn)行，盡量做到符合學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)水平、思維方式傾向等等。

4．具體協(xié)作學(xué)習(xí)的實(shí)施

協(xié)作學(xué)習(xí)的機(jī)制主要有：（1）沖突與競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制；（2）自我解釋機(jī)制；（3）內(nèi)在化機(jī)制；（4）學(xué)徒機(jī)制；（5）共同承擔(dān)認(rèn)知任務(wù)機(jī)制；（6）共享規(guī)則機(jī)制。在此，我們不都加以區(qū)分，而看作幾種機(jī)制的綜合使用。

具體協(xié)作實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：協(xié)作學(xué)習(xí)者Agent通過(guò)任務(wù)接收器接受子任務(wù)，并傳送給控制器，規(guī)劃模塊在控制器接受任務(wù)后幫助控制器分析任務(wù)、制訂解決任務(wù)的計(jì)劃等；然后由協(xié)作學(xué)習(xí)者操縱控制器，通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)處理器處理任務(wù)。在此過(guò)程中，有的任務(wù)由成員A完成，有的任務(wù)由成員B完成，也可能由A和B共同來(lái)完成，還有可能借助于其他協(xié)作小組或其成員來(lái)完成。另外，有些工作還要求使用其他小組所承擔(dān)任務(wù)的部分或全部成果，此時(shí)，要考慮到其他小組的任務(wù)實(shí)施和完成情況，及時(shí)互通信息、交流學(xué)習(xí)收獲等。

5．成果匯總

當(dāng)每一個(gè)協(xié)作小組或成員均完成任務(wù)時(shí)，就需要將所有成果匯集在一起，有機(jī)協(xié)調(diào)、組合后，形成一個(gè)總的學(xué)習(xí)成果，從而完成總?cè)蝿?wù)。具體講就是：協(xié)作學(xué)習(xí)者Agent將其學(xué)習(xí)成果通過(guò)電子白板系統(tǒng)中的消息路由Agent和服務(wù)Agent傳送出去，與其他小組成員的成果匯總在一起，形成總的結(jié)果。在此期間，還可以互相學(xué)習(xí)彼此的學(xué)習(xí)方法、解決問(wèn)題的思路等。

6．評(píng)價(jià)

任何學(xué)習(xí)到最后都有一個(gè)評(píng)價(jià)的過(guò)程，基于Agent的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)也不例外，評(píng)價(jià)可以是組內(nèi)成員互相評(píng)價(jià)、組間互相評(píng)價(jià)等?；竟ぷ鳈C(jī)制是運(yùn)用基于Agent的電子白板作為評(píng)價(jià)中介區(qū)，像協(xié)同學(xué)習(xí)時(shí)交流問(wèn)題一樣進(jìn)行評(píng)價(jià)信息的傳遞。

四、基于A g e n t技術(shù)的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境的特點(diǎn)

從基于Agent技術(shù)的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境運(yùn)作方式可以看出：整個(gè)過(guò)程中信息的交流、傳遞都是基于Agent間的通信來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于Agent能夠通過(guò)與學(xué)習(xí)者的交流了解學(xué)習(xí)者自身的特點(diǎn)，并做出反應(yīng)，得出并記錄和修改學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)特征、學(xué)習(xí)風(fēng)格及判斷學(xué)習(xí)者的知識(shí)水平等，從而使整個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)境具有個(gè)性化、智能化的特點(diǎn)。

1．個(gè)性化特點(diǎn)

通過(guò)使用學(xué)習(xí)者Agent，記錄學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)個(gè)性特征，如學(xué)習(xí)能力、思維方式、學(xué)習(xí)的水平等等，此后根據(jù)這些參數(shù)組織內(nèi)容和生成學(xué)習(xí)界面提供給學(xué)習(xí)者，使得學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)界面均具有個(gè)性化的特征，有利于實(shí)現(xiàn)因材施教。

2．智能化特點(diǎn)

在引入Agent之后，可以讓參加協(xié)作學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)者實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的智能分組，動(dòng)態(tài)地組織學(xué)習(xí)內(nèi)容和動(dòng)態(tài)地進(jìn)行學(xué)習(xí)任務(wù)的分配及動(dòng)態(tài)地生成學(xué)習(xí)界面，所有這些都是智能化的特點(diǎn)。

[1]趙建華,李克東.信息技術(shù)環(huán)境下基于協(xié)作學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)[J],電化教育研究,2000（4）.

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[4]余臘生,彭杜葳.基于Agent的智能化學(xué)習(xí)平臺(tái)的研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件,2008（2）.

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（編輯：隗爽）

TP393.09

A

1673-8454（2010）21-0074-03