一種基于Agent技術的開放教育教學管理系統(tǒng)研究

張波，王銳

(鄭州廣播電視大學教務處，河南鄭州 450003)

一種基于Agent技術的開放教育教學管理系統(tǒng)研究

張波，王銳

(鄭州廣播電視大學教務處，河南鄭州 450003)

提出了一種基于Agent技術的開放教育教學管理系統(tǒng)模型.在遠程開放教育教學環(huán)境下，利用遠程教學平臺資源，以Agent技術為基礎，將教學資源、學生、教師及管理人員進行有機整合，實現學生個性化學習和智能化溝通學習.對系統(tǒng)模型的部分功能進行了詳細論述，構建了個性化、智能化的現代遠程教育學習環(huán)境.

開放教育;教學管理;Agent技術;系統(tǒng)框架;系統(tǒng)模型

1 Agent技術概述

Agent技術最先由美國麻省理工大學研制開發(fā)［1］，Agent智能技術是隨著人工智能技術和計算機網絡技術的發(fā)展而逐步發(fā)展起來的.從20世紀60年代起，人工智能技術主要應用在知識表達、智能推理和機器學習等方面的研究［2］，這些成果在管理軟件中的應用使得軟件系統(tǒng)在主動性方面得到加強.人們雖然存在對Agent理解的差異，但基本認為:Agent是運行于動態(tài)環(huán)境的具有高度智能的計算機程序，它的內部又可以細分出很多小的功能模塊，能根據系統(tǒng)定義的規(guī)則，主動地通過智能化代理服務器代理用戶完成某項任務，調整和執(zhí)行工作計劃，能夠接受其他實體的委托并為之服務.

軟件Agent技術可以看做是軟件開發(fā)的又一重大突破［3］，這是因為它不僅能夠以一種自然、高效的方式解決傳統(tǒng)軟件業(yè)中存在的問題，而且能為解決目前其他技術難以解決的問題提供一個理想的途徑.電大遠程開放教育是一個復雜的學習環(huán)境，當需要完成一項復雜的任務時，經常需要創(chuàng)建多個Agent來相互協(xié)作和配合，從而提高軟件系統(tǒng)處理問題的綜合性能.多Agent技術系統(tǒng)是指多個Agent可以彼此之間相互通信實現很好的協(xié)調，一起完成任務的系統(tǒng)，具備分布式系統(tǒng)的系統(tǒng)資源共享、靈活性好、容易擴張、實時性好的優(yōu)點.在這樣的系統(tǒng)環(huán)境中，單個Agent是一個抽象的物理實體，能與其他Agent通信，具有感知、信息通信、動作及控制的能力等基本功能［4］.這些技術特點使其在處理基于計算機網絡知識等方面的應用前景廣闊［5］.

2 基于Agent技術的教學管理系統(tǒng)模型

鄭州廣播電視大學經過多年遠程開放教育模式的探索研究，在總結試點經驗的基礎上，在依據遠程教育的基本理論和科學方法構建的“一主三學”教學模式中明確提出，網絡教育應以學生自主學習為中心，打破傳統(tǒng)教育理念，學生成為網絡學習的主體［5］.通過計算機網絡上的虛擬教學課堂，學生進行自由學習，課程責任教師通過課程學案設計，在線教學專題研討、習題答疑，以不同的評價和激勵措施及方法，調動學生的學習興趣，端正學習動機，促使他們廣泛深入地理解和掌握知識體系.

2.1 系統(tǒng)結構

根據電大現代遠程開放教育的復雜特點，可以把問題劃分為多個子問題，構造出多個不同功能的Agent，由這些功能各異的Agent去處理子問題［6］.本文提出一個基于Agent的B/S結構模式的教學管理系統(tǒng)模型.在計算機網絡服務器端實現Web服務、各種不同的應用數據服務，用戶方面是Web瀏覽器顯示信息，不同的請求從瀏覽器端向服務器提交，服務器經過處理后將結果通過計算機網絡返回瀏覽器.系統(tǒng)結構如圖1所示.

整個電大開放教育教學管理系統(tǒng)包括3個部分:①3類基本用戶，分別是系統(tǒng)管理員、教師、學生;②9類Agent，即學生Agent、教師Agent、系統(tǒng)管理員Agent、人機信息交互Agent、教學信息Agent和教學管理Agent、教學測評Agent、教學策略Agent、管理Agent;③4個基本數據庫，即教學資源庫、教學策略庫、教師信息庫、學生信息庫.在網絡學習過程中，當學生完成登錄申請，生成學生Agent，系統(tǒng)取得合法的學生信息以后，在系統(tǒng)服務器端的管理Agent對學生信息和教學策略進行分析，然后生成學習的課件內容以及教師Agent，系統(tǒng)學習流程如圖2所示.

圖1 系統(tǒng)結構圖Fig.1Graph of system structure

2.2 教學管理系統(tǒng)中部分Agent功能描述

圖2 系統(tǒng)學習流程圖Fig.2Flow chart of system learning

(1)學生Agent.學生通過教學系統(tǒng)合法審核后，會生成一個學生Agent.它不僅給學生提供一個交互信息界面，引導學生在系統(tǒng)中自主學習，而且還根據學生實際學習過程情況，通過系統(tǒng)管理Agent在教學策略庫中指導學生應用適當的教學策略，學生在整個學習過程中將學習結果及各種不同信息及時反饋給學生信息檔案庫，為今后學生學習及時生成更優(yōu)化的學習策略.另外，學生Agent調用已經登錄的學生各類基本信息和以前的學習記錄情況，通過這些初始信息資源為學生學習建立當次初始學習資源環(huán)境.

(2)教師Agent.教師Agent功能是建立責任教師與網絡遠程教學系統(tǒng)的信息交互.利用教師Agent對網絡教學過程進行智能的系統(tǒng)指導和信息監(jiān)控，可以及時掌握學生的學習過程，了解學生學習環(huán)節(jié)，利于監(jiān)控和指導學生的學習，對學生學習過程做出適當的解釋和評價，及時糾正學習中出現的問題.教師A-gent承擔各類專業(yè)知識和資料的收集，對學習者提供資源數據.

(3)系統(tǒng)管理員Agent.系統(tǒng)管理員Agent是整個系統(tǒng)資源的組織者和管理者，負責對各類合法用戶身份的識別和訪問權限的管理.管理知識庫并動態(tài)地對知識庫進行有效的信息歸類、信息更新、信息增刪處理，對協(xié)作學習區(qū)和學習人員分組和學習過程管理，實現網上教學內容和活動監(jiān)控.

(4)人機信息交互Agent.人機信息交互Agent負責完成各類學生、責任教師、系統(tǒng)管理員與教學和管理子系統(tǒng)之間的信息聯(lián)系.它能夠準確記錄學生當前的學習過程信息，及時針對不同學生的學習進度、學習的不同效果和學習不同理解能力等信息觸發(fā)教學Agent，為不同基礎的學生生成個性化學習環(huán)境.

(5)管理Agent.在整個系統(tǒng)中管理Agent承擔著教學系統(tǒng)的組織和管理任務.網絡教學活動也包括對一系列信息的管理，包括各類課程信息管理、學生學籍信息管理和各種不同的信息庫管理等.在網絡遠程教學系統(tǒng)內部建立管理Agent實現對系統(tǒng)的智能管理，管理員通過系統(tǒng)身份審核后，系統(tǒng)會生成一個管理員Agent，它承擔著整個教學過程的宏觀管理.

由于電大遠程開放教育學生學習存在自主性，學生不用按照預先安排的教學序列學習，系統(tǒng)可以提供智能性、自主性的Agent相關服務，可以實現對學生不同的學習狀況和興趣進行分析，動態(tài)的參照學生學習水平和理解能力調整課程難易程度，可以激發(fā)學生學習積極性，挖掘學生學習潛力，對學生自主性學習實現更好的指導.能夠整合教學資源，便于維護和擴充，改變系統(tǒng)資源重復建設的狀態(tài).

3 系統(tǒng)的實現技術

廣播電視大學辦學類別較多，學員分布較廣，面臨的情況也比較復雜，所以基于Agent技術的開放教育教學管理系統(tǒng)的用戶具有分布廣泛和開放性的特點.經過對系統(tǒng)的需求分析，采用安裝維護及升級都簡便快捷的基于Web的B/S架構模式，系統(tǒng)客戶端采用IE瀏覽器，系統(tǒng)服務器采用Win 2003 IIS 6.0，系統(tǒng)后臺數據庫采用SQL Server 2005管理各類數據.

3.1 開發(fā)技術的選取

開發(fā)Agent應用技術較多，系統(tǒng)應用CORBA分布式對象構件技術［7］.CORBA是一種開放的分布式對象計算框架標準，CORBA中的接口定義語言IDL不僅提供了到C++、Java等語言的映射［8］，IDL還使CORBA做到與系統(tǒng)設計語言無關，能夠方便地實現計算機網絡上不同系統(tǒng)平臺對象之間交互，不用考慮這些系統(tǒng)程序的系統(tǒng)架構方式、編程設計語言和運行平臺，而且應用CORBA能解決計算機網絡中遠程對象之間的相互操作等問題.

3.2 技術特點

接口定義語言IDL將被映射為某種程序設計語言如C++或Java，并且分成兩部分，即客戶方的IDL Stub(樁)和服務器方的IDL Skeleton(骨架)，雙方能夠采用不同的編程設計語言.IDL只定義接口，不定義實現，能稱得上是描述性語言，它的語法很像C++，當然也像Java，類似于C語言中的頭文件［9］.而實際上它不算是真正的編程設計語言，如果用它編寫具體應用，則需要將它映射到具體的程序設計語言上去，如映射到Java或C++上去，那么映射后的代碼叫Client Stub Code和Server Skeleton Code.IDL實現的好處是不需要考慮具體實現細節(jié)，而只用關心具體功能描述，在應用中設計IDL的過程也可以說是設計對象模型的過程，在整個系統(tǒng)軟件設計中至關重要，這是編寫CORBA應用重要的第一步.因此，實現基于Agent的開放教育教學系統(tǒng)的最佳設計方案是采用CORBA與Java技術兩者相結合，并采用由用戶界面層、管理服務器層、數據層構成的三層客戶/服務器模式.

4 結語

計算機技術和通信技術的迅速發(fā)展和快速應用為電大遠程開放教育教學提供了應用平臺，計算機網絡中豐富多彩的各類媒體資源、靈活多變的表現手段、自由的時空便利環(huán)境、方便快捷的多種聯(lián)系溝通方式，成為電大開展遠程開放教育教學的優(yōu)勢.智能Agent技術的引入，科學地將各類教學資源進行智能整合，實現電大開放教育學生自主性學習和網絡智能化交互學習，為進一步增強電大現代遠程開放教育學生學習的個性化，調動學生網絡學習興趣、提高網絡教學效果，對整個開放教育教學模式探索和教學改革起到積極的推動作用.目前，在廣播電視大學內基于Agent技術的開放教育教學管理系統(tǒng)仍然處于理論研究和實驗開發(fā)階段，各項研究工作在進一步開展和深化.

［1］王永慶.人工智能原理與方法［M］.西安:西安交通大學出版社，2001:24－29.

［2］申瑞民，許彥青，張同珍，等.基于多代理的智能型網絡教學環(huán)境研究［J］.計算機工程與應用，2002(4):96－101.

［3］劉大有，楊鯤，陳健寧.Agent研究現狀與發(fā)展趨勢［J］.軟件學報，2000，11(3):315－321.

［4］曲紅亭，申瑞民.基于數據挖掘的個性化學習導航系統(tǒng)的設計與實現［J］.計算機工程，2003，29(8):58－61.

［5］萬三敏.多媒體教學方式與傳統(tǒng)教學方式的耦合機制研究［J］.河南教育學院學報:自然科學版，2010，19(3):36－39.

［6］孫龍國.鄭州電大“一主三學”教學模式的實踐模型［J］.河南廣播電視大學學報，2005，18(1):2－8.

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［9］MATTHIA KLUSCH.Information agent technology for the internet:A survey［J］.Data＆Knowledge Engineering，2001(36):337－372.

Study on Education and Teaching Management System in Open Education Based on Agent Technology

ZHANG Bo，WANG Rui

(Department of Teaching Administration，Zhengzhou Radio＆Television University，Zhengzhou 450003，China)

Proposed a model of education and teaching management system in open education based on agent technology.Under distance and open education teaching environment，by distance learning platform resources and based on agent technology organically integrated teaching resources，students，teachers and managers to achieve personalized learning and intelligent communication for students.Discussed partial functions of system model in detail，and constructed personalized and intelligent learning environment of modern distance education.

open education;teaching management;Agent technology;system framework;system model

TP309.2

A

1007－0834(2011)03－0040－03

10.3969/j.issn.1007－0834.2011.03.014

2010－12－17

張波(1975—)，男，河南方城人，鄭州廣播電視大學教務處講師.