基于智能Agent的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

1 引 言
Internet與www的迅速發(fā)展為傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程教學(xué)提供了新的思路和方法。
網(wǎng)絡(luò)教學(xué)以網(wǎng)絡(luò)作為傳輸信息的載體，是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)結(jié)合的一種新型教育手段，突破了傳統(tǒng)教學(xué)模式中的單向傳播的局限，并以教師為中心的灌輸式教育轉(zhuǎn)向以學(xué)生為中心的主動(dòng)學(xué)習(xí)，他必將成為未來教育發(fā)展的趨勢(shì)。
但目前大多基于Web的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)儀是教材的電子化翻版，在交互性方面存在著缺陷，同時(shí)也缺乏智能性，難以實(shí)現(xiàn)因材施教，而在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中又容易出現(xiàn)迷航，偏離學(xué)習(xí)目標(biāo)。
因此，如何提高遠(yuǎn)程教學(xué)的智能化程度成為迫切需要解決的問題，而近年來在人工智能領(lǐng)域新興的Agent技術(shù)則為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提供了良好的契機(jī)。利用Agent技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上的智能輔導(dǎo)，統(tǒng)一各地的教育資源，創(chuàng)建虛擬課堂、虛擬圖書館等，從而增加教學(xué)內(nèi)容的趣味性和人性化色彩，改善教學(xué)質(zhì)量。
2 Agent簡介
2．1 Agent技術(shù)
Agent技術(shù)的誕生和發(fā)展是人工智能和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。從20世紀(jì)60年代起，傳統(tǒng)的人工智能技術(shù)開始致力于對(duì)知識(shí)表達(dá)、智能推理、機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域的研究，這些研究成果在計(jì)算機(jī)軟件中的應(yīng)用使得軟件有了一定程度上的主動(dòng)性，并在自主判斷和行為選擇上有了一定的智能性。雖然不同專業(yè)的人會(huì)對(duì)Agent有不同理解，但普遍認(rèn)為：Agent是運(yùn)行于動(dòng)態(tài)環(huán)境的、具有高度自治能力的實(shí)體，能夠接受其他實(shí)體的委托并為之服務(wù)。在更多的應(yīng)用領(lǐng)域中，研究者把凡是具有智能行為和交互特性的分布式實(shí)體都稱為Agent[1]。他一般具有以下的技術(shù)特性；
自主性 Agent本身是一個(gè)獨(dú)立自主的計(jì)算實(shí)體，他能獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)和利用各種信息資源和服務(wù)，獨(dú)立自主地解決問題和為用戶提供服務(wù)。這是Agent區(qū)別于普通軟件程序的基本特性；
主動(dòng)性 Agent能根據(jù)用戶的需求，適應(yīng)環(huán)境的變化，主動(dòng)為用戶提供服務(wù)；
響應(yīng)性
Agent必須對(duì)來自環(huán)境的影響和信息做出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)；
智能性
Agent能感知周圍的環(huán)境，具有推理和智能計(jì)算功能，能分析用戶的需求，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，以提高自身處理問題的能力；
代理性
Agent能代表用戶完成某些工作或代理用戶軟件與其他軟件進(jìn)行通信和聯(lián)系；
移動(dòng)性Agent作為一個(gè)活體，能夠在互聯(lián)網(wǎng)上跨平臺(tái)漫游，以幫助用戶搜集信息，他的狀態(tài)和行為具有連續(xù)性。
同時(shí)，為了完成一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)，還可以創(chuàng)建多個(gè)相互協(xié)作和配合的Agent，以提高系統(tǒng)解決問題的能力。多個(gè)自主Agent組成的整體是一個(gè)多Agent系統(tǒng)[2]，其中每個(gè)Agent。都有自己的職責(zé)，并與其他Agent通信獲取信息，互相協(xié)作完成整個(gè)問題求解。與單個(gè)Agent相比，多Agent系統(tǒng)能夠完成更為復(fù)雜、更廣泛的功能[3]。
2．2．Agent技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的優(yōu)勢(shì)
現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)很大程度上是把傳統(tǒng)的教育課程搬到了網(wǎng)上，原有的教育體系中一些好的方面(如教學(xué)內(nèi)容的趣味性、針對(duì)性和人性化色彩等)并沒有被繼承和發(fā)揚(yáng)，而Agent技術(shù)的引入，有望較好地解決這些存在的問題，特別是對(duì)于構(gòu)建這類處于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的協(xié)作信息系統(tǒng)具有巨大的優(yōu)越性。Agent技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)在以下幾方面起到十分重要的作用：
(1)可有助于建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的協(xié)作化學(xué)習(xí)環(huán)境；
(2)可將分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下各地的教育資源統(tǒng)一起來； (3)可進(jìn)一步提高系統(tǒng)的交互性，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上的智能輔導(dǎo)；
(4)可創(chuàng)建起一個(gè)基于多Agent的且對(duì)不同的使用者提供不同接口的智能系統(tǒng)。
3系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)
3．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)采用B／A／S模式，即瀏覽器Browser／代理A-gent/中心服務(wù)器Server，他足一種"瘦客戶"模式，有助于加快訪問速度，客戶端利用瀏覽器l：網(wǎng)，不再需要為不同的客戶端安裝不同的客戶程序，這能夠?yàn)閺?fù)雜的分布式應(yīng)用提供統(tǒng)一的環(huán)境?？蛻舳艘部梢赃\(yùn)行一些Java Applet來增強(qiáng)客戶端功能，減輕服務(wù)器負(fù)擔(dān)；而且這些Applet可以根據(jù)客戶賦予的權(quán)限對(duì)客戶端進(jìn)行操作，增加了安全性。中間部分是各種Agent，負(fù)責(zé)溝通各個(gè)站點(diǎn)和服務(wù)器方，各種Agent之間通過KQML語言通信以協(xié)調(diào)工作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)學(xué)習(xí)流程分別如圖1與圖2所示。

3．2 系統(tǒng)中各Agent功能
3．2．1 學(xué)生Agent
學(xué)生Agent是協(xié)助學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)的一個(gè)智能代理，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的智能模擬。他主要負(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)。詳細(xì)記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)特點(diǎn)和個(gè)性特點(diǎn)，提供了解學(xué)生的途徑，為實(shí)現(xiàn)學(xué)生的個(gè)別化學(xué)習(xí)提供分析基礎(chǔ)，為制定教學(xué)策略和選擇教學(xué)資源準(zhǔn)備基本信息，也為將來協(xié)作小組的劃分、學(xué)習(xí)內(nèi)容的選擇以及學(xué)習(xí)進(jìn)度的控制提供參考依據(jù)。
學(xué)生Agent在學(xué)生登錄系統(tǒng)后自動(dòng)生成。他具有以下的功能：
(1)負(fù)責(zé)輔助學(xué)生與系統(tǒng)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)內(nèi)容；
(2)負(fù)責(zé)代理學(xué)生向管理Agent申請(qǐng)某類知識(shí)的教師；
(3)與教師Agent建立連接，要求老師輔導(dǎo)；
(4)向教師Agent提交作業(yè)或參與測(cè)試；
(5)在學(xué)習(xí)過程中根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況及時(shí)向教師Agent反饋相關(guān)的信息，在學(xué)習(xí)結(jié)束后將學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果返回給教師Agent并申請(qǐng)測(cè)試；
(6)參與和個(gè)性化Agent的交互合作，為個(gè)性化A-gent進(jìn)行個(gè)性化服務(wù)提供必要的學(xué)生信息；
(7)參與和其他學(xué)生Agent的協(xié)作學(xué)習(xí)、討論。
3．2．2 教師Agent
教師Agent的作用是模擬人類教師的行為，把領(lǐng)域知識(shí)以恰當(dāng)?shù)姆绞絺魇诮o學(xué)生。教師Agent根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，選擇合適的知識(shí)傳授給學(xué)生，監(jiān)督并評(píng)價(jià)學(xué)生的行為，應(yīng)學(xué)生的請(qǐng)求提供幫助和選擇糾正方法。
他具有以下功能：
(1)幫助教師修改、增刪、更新教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略和規(guī)則；
(2)監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)(包括個(gè)人學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí))，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況和學(xué)習(xí)要求，對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)指導(dǎo)、管理；
(3)利用教師信息庫和學(xué)生信息庫中的相關(guān)信息，了解學(xué)生當(dāng)前的學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)成績、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)心理狀態(tài)以及綜合的學(xué)習(xí)能力，對(duì)有關(guān)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)做出評(píng)價(jià)，并按一定的控制策略對(duì)教學(xué)過程中遇到的各種問題進(jìn)行推理求解，從而重新組織安排教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整教學(xué)步驟和方法為決策提供最優(yōu)方案；

(4)在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中給出提示、結(jié)論和參考信息，控制討論范圍和討論時(shí)間，對(duì)學(xué)生的非學(xué)習(xí)性瀏覽發(fā)出警告，對(duì)學(xué)生的解答和知識(shí)探索給予激勵(lì)的評(píng)價(jià)；

(5)生成、發(fā)布與批改作業(yè)和測(cè)試試卷；
(6)參與協(xié)作學(xué)習(xí)，對(duì)各個(gè)協(xié)作學(xué)習(xí)小組的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行分析、評(píng)估；
(7)在教學(xué)過程中負(fù)責(zé)收集學(xué)生的反饋信息以充實(shí)完善學(xué)生信息庫和教學(xué)策略庫，更新知識(shí)庫的內(nèi)容；
(8)完成與其他Agent之間的通訊交流；
(9)參與答疑系統(tǒng)，參與學(xué)生實(shí)時(shí)情況下的答疑，以及解答答疑Agent無法解答的問題；
(10)能通過教學(xué)活動(dòng)和與其他老師、同學(xué)的探討交流，不斷總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、方法，不斷學(xué)習(xí)新的知識(shí)技巧，提高自身素質(zhì)。
3．2．3 管理員Agent
管理員Agent是整個(gè)系統(tǒng)的組織者，他可以完成以下功能：
(1)對(duì)用戶進(jìn)行身份識(shí)別與訪問權(quán)限管理；
(2)知識(shí)庫的管理，及時(shí)動(dòng)態(tài)地對(duì)知識(shí)庫進(jìn)行有效的更新、歸類、增刪處理；
(3)管理協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)，協(xié)作學(xué)習(xí)人員分組的管理，協(xié)作學(xué)習(xí)的管理；
(4)對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)活動(dòng)的監(jiān)督；
(5)為學(xué)生Agent搜索指定相應(yīng)的教師Agent以指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)；
(6)監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)作，負(fù)責(zé)各個(gè)子系統(tǒng)的管理。
3．2．4 個(gè)性化Agent
個(gè)性化Agent調(diào)用目前登錄學(xué)生的學(xué)生信息庫，查看學(xué)生以往的學(xué)習(xí)記錄，根據(jù)這些記錄為學(xué)生本次學(xué)習(xí)呈現(xiàn)最初的學(xué)習(xí)資料。因?yàn)槊總€(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)信息庫不同，則不同的學(xué)生登錄得到的最初學(xué)習(xí)資料也不同。在學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)期間個(gè)性分析Agent要不斷地分析學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，為學(xué)生的下一步學(xué)習(xí)做相應(yīng)的準(zhǔn)備。個(gè)性化Agent還負(fù)責(zé)將本次學(xué)習(xí)的最終分析結(jié)果反還給學(xué)生信息庫，以便為用戶的下次學(xué)習(xí)提供資料。
學(xué)生輸入用戶名和密碼后，登錄教學(xué)系統(tǒng)，就自動(dòng)啟動(dòng)個(gè)性化Agent。個(gè)性化Agent的主要作用是準(zhǔn)確地分析和提取反映每個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)狀況的個(gè)性特征和興趣愛好的數(shù)據(jù)。他依賴于學(xué)生信息庫中的學(xué)生信息、學(xué)習(xí)歷史、學(xué)習(xí)記錄等信息提供數(shù)據(jù)。個(gè)性化Agent具有以下功能：
(1)提供智能導(dǎo)航功能。查看學(xué)生特征庫，查看學(xué)生以往的學(xué)習(xí)記錄，學(xué)生進(jìn)入系統(tǒng)后，直接定位到要學(xué)習(xí)的內(nèi)容；
(2)對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性分析、知識(shí)水平分析、認(rèn)知能力分析；
(3)針對(duì)性地形成最佳教學(xué)決策以及組織教學(xué)資源、對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo)、實(shí)施個(gè)性化教學(xué)；
(4)對(duì)不同的學(xué)生提供不同的學(xué)習(xí)方式、進(jìn)度。個(gè)性分析Agent調(diào)用目前登錄學(xué)生的學(xué)生信息庫，查看學(xué)生以往的學(xué)習(xí)記錄，根據(jù)這些記錄為學(xué)生本次學(xué)習(xí)呈現(xiàn)最初的學(xué)習(xí)資料。因?yàn)槊總€(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)信息庫不同，則不同的用戶登錄得到的最初學(xué)習(xí)資料是不同的；
(5)記錄學(xué)生目前的學(xué)習(xí)狀態(tài)，以此掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)能力，觸發(fā)推理機(jī)，為不同的學(xué)生提供個(gè)性化教學(xué)；
(6)負(fù)責(zé)將本次學(xué)習(xí)的最終分析結(jié)果反還給學(xué)生信息庫，以便為用戶的下次學(xué)習(xí)提供資料；
(7)完成對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的監(jiān)視和信息的采集。
3．2．5 管理Agent
管理Agent是對(duì)整個(gè)教學(xué)情況做宏觀調(diào)控。他是在服務(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。他的管理包括成員管理、任務(wù)管理、信息管理、協(xié)作過程管理等。
他可以完成以下功能：
(1)負(fù)責(zé)各個(gè)Agent間通信；
(2)負(fù)責(zé)產(chǎn)生和管理系統(tǒng)中的其他Agent，在系統(tǒng)中起著控制作用。管理Agent能根據(jù)任務(wù)性質(zhì)生成不同任務(wù)Agent執(zhí)行不同的任務(wù)，相應(yīng)的Agent在執(zhí)行完任務(wù)后，返回到管理Agent，同時(shí)把執(zhí)行的情況向管理Agent報(bào)告。管理Agent在確定以后，把執(zhí)行的結(jié)果返回給用戶Agent，同時(shí)撤銷任務(wù)；
(3)負(fù)責(zé)Agent間的協(xié)調(diào)、協(xié)作沖突的檢測(cè)與消除以及協(xié)作信息的一致性。
3．2．6 協(xié)作學(xué)習(xí)Agent
教學(xué)活動(dòng)本身是一個(gè)交互的過程，教師需要了解學(xué)生知識(shí)掌握的情況，從而及時(shí)調(diào)整自己的教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容；學(xué)生需要與老師配合才能掌握各類知識(shí)和基本技能。因此，在系統(tǒng)中，提供了協(xié)作學(xué)習(xí)的功能。
3．2．7 答疑Agent
在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)中學(xué)習(xí)的用戶往往較多，因此讓有限數(shù)目的教師對(duì)每位學(xué)生提出的問題都做出實(shí)時(shí)解答是不現(xiàn)實(shí)的。但是根據(jù)學(xué)科的特點(diǎn)和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，課程的內(nèi)容具有經(jīng)典和普遍意義，學(xué)生對(duì)課程的理解一般都有相似之處，提出的問題實(shí)質(zhì)性內(nèi)容有60％～70％是相同的，只不過表達(dá)方式可能有所偏差[4]。因此，在系統(tǒng)中建立答疑Agent來對(duì)常見問題進(jìn)行自動(dòng)解答。
3．2．8測(cè)試Agent
測(cè)試的目的是為了檢驗(yàn)學(xué)生是否掌握了特定的知識(shí)和能力，為前一階段提供教學(xué)反饋信息，為改善教學(xué)活動(dòng)提供依據(jù)。測(cè)試Agent是一個(gè)負(fù)責(zé)對(duì)學(xué)生出題進(jìn)行測(cè)試的Agent，他用于支持學(xué)生對(duì)當(dāng)前的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行自我評(píng)測(cè)，他主要是通過與試題庫的交互來確定學(xué)生的知識(shí)水平和錯(cuò)誤所在。他在測(cè)試過程中可以實(shí)時(shí)評(píng)估考生的水平，并根據(jù)考生的水平按一定規(guī)則選擇試題測(cè)試。測(cè)試A-gent在測(cè)試完成后會(huì)給出正確答案和成績，并完成對(duì)測(cè)試效果的評(píng)估。
4 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)采用的是開放性、跨平臺(tái)好的B／A／S模式。學(xué)生通過因特網(wǎng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，與教師進(jìn)行交互。以win-dow98或更高版本為學(xué)生端操作平臺(tái)，以Window2000Server為Web服務(wù)器軟件；采用Java技術(shù)和Java的JDBC數(shù)據(jù)庫技術(shù)(采用SQLServer7．0存儲(chǔ)教師和學(xué)生的基本信息、課程信息、學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、知識(shí)庫以及試題庫等)，來完成對(duì)不同數(shù)據(jù)源的透明操作；采用JSP技術(shù)創(chuàng)建和運(yùn)行動(dòng)態(tài)交互的、基于Web服務(wù)器的應(yīng)用程序，他的最大好處是能有效地將表達(dá)與內(nèi)容分離開，開發(fā)可重用、跨平臺(tái)的組件(JavaBean)，使系統(tǒng)執(zhí)行效率大大提高[5]；A-gent之間的通信采用與KQML語言兼容的語義表達(dá)式，利用移動(dòng)Agent系統(tǒng)的消息機(jī)制加以實(shí)現(xiàn)。
5 結(jié) 語
移動(dòng)Agent在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中的應(yīng)用，使得教學(xué)效果、教學(xué)模式和系統(tǒng)性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)系統(tǒng)，促進(jìn)了現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的智能化，實(shí)現(xiàn)了真正意義的個(gè)性化教學(xué)，對(duì)整個(gè)教學(xué)改革和素質(zhì)教育的實(shí)施起到積極的推動(dòng)作用。盡管基于Agent思想的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)尚處于研究與實(shí)驗(yàn)開發(fā)階段。但隨著人工智能和信息技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化、智能化和個(gè)性化的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育模式將成為未來教育的主要手段，其應(yīng)用前景非常廣闊。