（教育学原理专业论文）基于代理的智能远程教学系统研究.pdf

m a s t e r s t h e 粥 中文摘要 随着网络的普及及其在各个领域的广泛应用，现代远程教育已经成为国内教育 技术领域的研究热点，但是目前的远程教学系统大多数由于设计上的不足，使得系 统缺乏智能性和适应性，很难针对学生学习的差异性提供个性化的学习辅导，远程 教学质量无法得到良好的保证。 本文通过对典型现代远程教学系统使用情况的调查，针对存在的问题，提出以 适应性学习理论为指导思想，将智能教学系统中已有的技术与人工智能领域的代理 技术相结合，形成基于代理的智能远程教学系统。 在设计与实现基于代理的智能远程教学系统的过程中，本文从如下几方面加以 探讨：在系统设计上构建了b a s 三层结构，即适应性功能表现层、代理系统执 行层和数据资源层。这三层结构体现了适应性学习理论的指导思想和引入代理技术 并结合传统单机环境下智能教学系统中的成熟技术的开发宗旨。详细分析了系统 中主要代理的功能，包括学生代理、教师代理、管理代理和协作学习代理。综合 运用代理技术，开发了一个基于代理的远程教学系统。 本文所探讨的基于代理的远程教学系统能够测试判断学生的知识特征和学习 风格，并根据学生的知识特征和学习风格为其提供适应性的学习空间。系统从总体 上实现了适应性学习，并将微软代理组件引入到系统中，大大提高了系统的智能性； 充分利用教学系统提供的个性化功能可以更好的提高个人水平，同时个性化也可以 更好的吸引学生，增强远程教学的魅力。 本文是笔者在远程教学系统方面进行探索和研究的一个总结，进一步提高教学 系统的适应性、智能性和导航性，使远程教学向人性化方向发展，真正实现因材施 教，还需要不断地深入研究。 关键词：远程教育；代理；智能教学系统；适应性；协作 m a s t e r s t h e a b s t r a c t a st h ep o p u l a r i z a t i o na n da p p l i c a t i o no ft h en e t w o r kt e c h n o l o g yi na l lf i e l d s ，t h e d i s t a n c ei n s t r u c t i o nh a sa l r e a d yb e c o m ear e s e a r c hs u b j e c tp a i dm u c hm o r ea t t e n t i o ni n t h ee d u c a t i o nf i e l d b u tc u r r e n td i s t a n c et e a c h i n gs y s t e m sm o s t l yh a v ed e f e c t si n d e s i g n i n g , w h i c hm a k et h es y s t e ml a c ko fi n t e l l i g e n c ea n df l e x i b i l i t y s oi ti sd i f f i c u l tt o s u p p l yt h ei n d i v i d u a ls t u d yc o a c hi nt e r m so fs t u d e n t sd i s c r e p a n c yi nl e a r n i n g m o r e o v e g t h eq u a l i t yo f d i s t a n c et e a c h i n gc a n tb ee n s u r e d t h r o u 曲i n d e p t hi n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i s ，a st ot h es h o r t a g eo fs o m ed i s t a n c e t e a c h i n gs y s t e m ，w ep r o p o s e da ni d e at o b e r e ri ti nt h i sp a p e r r e g a r d i n ga d a p t i v e l e a r n i n gt h e o r ya sg u i d a n c e ，w ei n t r o d u c e da g e n tt e c h n o l o g ya n di n t e g r a t e dt h em a t u r i t y t e c h n o l o g yo fi n t e l l i g e n tt e a c h i n gs y s t e m ，t h e nc o n s t r u c t e dn e t w o r ki n t e l l i g e n tt e a c h i n g s y s t e mb a s e do na g e n ti nt h ei d e a d u r i n gt h ep r o c e s so fd e s i g n i n ga n dr e a l i z i n gn e t w o r ki n t e l l i g e n tt e a c h i n gs y s t e m b a s e do na g e n t ，t h er e s e a r c hw o r ko f t h ef o l l o w i n gs e v e r a lr e s p e c t sh a sb e e nm a i n l yd o n e i nt h i sp a p e r ：w ec o n s t r u c t e db a st h r e el a y e rs t r u c t u r ei ns y s t e md e s i g n ，n a m e l y a d a p t i v ef i m c t i o nd i s p l a yl a y e r , a g e n tl a y e ra n dr e s o u r c el a y e r t h et h r e el a y e r ss t r u c t u r e i n c a r n a t e s g u i d a n c eo fa d a p t i v es t u d yt h e o r ya n dp r i n c i p l l e o fi n t r o d u c i n ga g e n t t e c h n o l o g ya n di n t e g r a t i n gt h em a t u r i t yt e c h n o l o g yo ft h ei n t e l l i g e n tt e a c h i n gs y s t e mi n t h es t a n d - a l o n ei n s t a n c e t h ep a p e ra n a l y z e di nd e t a i lt op r i m a r yf u n c t i o no fa g e n t ， i n c l u d i n gt h es t u d e n ta g e n t ，t e a c h e ra g e n lm a n a g e m e n ta g e n ta n dc o o p e r a t i v el e a r n i n g a g e n t an e t w o r kt e a c h i n gs y s t e mh a sb e e nf u n d a m e n t a l l yf u n d e da n di ts y n t h e t i c a l l y u s e da g e n ts k i l l t h ed i s t a n c ei n s t r u c t i o nb a s e do na g e n tc a nt e s ta n dj n d g et h es t u d e n t sk n o w l e d g e c h a r a c t e r i s t i ca n dl e a r n i n gs t y l e a c c o r d i n gt ok n o w l e d g ec h a r a c t e r i s t i ca n dl e a r n i n g s t y l eo fs t u d e n t ，t h es y s t e mc a np r o v i d ea d a p t i v el e a r n i n gs p a c e t h es y s t e mr e a l i z e d a d a p t i v el e a r n i n go nt h ew h o l e a n dm i c r o s o f ta g e n tw a su s e di ns y s t e mf u n c t i o nt o e n h a n c ep e r s o n a la b i l i t i e s m e a n w h i l e , i n d i v i d u a t i o nc a nd r a ws t u d e n t s a t t e n t i o na n d e n h a n c et h ec h a r mo f d i s t a n c ei n s t r u c t i o ns y s t e m i nc o n c l u s i o n ，t h i sp a p e ri sas u m m a r yo fr e s e a r c ha n de x p l o r a t i o na b o u tn e t w o r k t e a c h i n g h o wt oi m p r o v ei n t e r a c t i o n ，i n t e l l i g e n c e ，n a v i g a t i o no fn e t w o r kt e a c h i n g s y s t e mi na c c o r d a n c eo f t h e i ra p t i t u d es t i l ln e e dc o n s t a n tf u r t h e rs t u d ya n dd e v e l o p m e n t 。 k e yw o r d s ：d i s t a n c ee d u c a t i o n ；a g e n t ；i n t e l l i g e n tt e a c h i n gs y s t e m ；a d a p t a b i l i t y ； c o o p e r a t i o n i i 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 1 原创性声明 本人郑重声明；所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得 的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表 或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：风诅a日期：1 ，甸年，月，j 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中师 范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位 论文收录到中国学位论文全文数据库。并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：j 孔日a 日期：，年f 月f 善日 导师弛嘲钆承 日期加力年夕月f 3 日 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程”中的 规定享受相关权益。囤意途塞埕童厘溢卮! 旦坐生；旦二生；旦三生筮查! 作者签名：同峭 日期：，i y f - yb 占日 栅签名：嘲砷 日期：矽u 唧年夕月l 扩日 硕士学位论文 m a s t e r s t h e s i s ( 一) 远程教育的含义 一、远程教育概述 远程教育于1 9 世纪7 0 年代开始在国际教育界流行，2 0 世纪初引入我国。远程 教育通常是指对教师和学生在时空上相对分离，学生自学为主、教师助学为辅， 教与学的行为通过各种教育技术和媒体资源实现联系、交互和整合的各类学校或社 会机构组织的教育的总称。随着人们对获取新知识、新技能的迫切需要和电子信 息通信技术、计算机技术等高新技术的应用和发展，远程教育作为一种全新的教育 教学方式，弥补了课堂教育教学在时空上的局限，在教学工作中发挥着重要的作用。 ( 二) 远程教育的发展历史 2 0 世纪以来，随着大众媒体的广泛应用，多种媒体教学的开放使远程教育在世 界各地蓬勃发展，而电子信息通信技术和计算机技术的迅猛发展，又带来了远程教 育的巨大进步。 远程教育的发展历程大致分为三个阶段： 第一阶段是函授教学，。由独立的函授院校和普通院校的函授教育部门承办j 采 用纸介质的教材，以自学与面授相结合的形式开展远程教学。 第二阶段是多种媒体教学，主要是各教育机构应用广播、电视、卫星等开展远 程教学。 第三阶段是现代远程教学，利用计算机网络和多媒体技术，在数字信号环境下 进行教学，也就是以学习者为主体，以通讯技术、计算机技术、多媒体技术和i n t e r n e t 等高新技术为主要教学手段和传播媒体，运用图像、文字、动画、音频和视频相结 合的一种新型的交互式网络教育方式。 ( 三) 现代远程教育的特点 现代远程教育具有如下特点： 教师的角色发生变化，从讲台上的“讲者”变为教学材料的设计与组织者、学 生学习的辅导者、学生学习过程的引导者和学习结果的评估者，教师与学生在教学 。丁兴富远程教育学北京师范大学出版，2 0 0 l ，1 l ，第2 6 页 l 硕士学位论文 m a s t e r s t h e s l s 过程中共同探讨。 学生处于远程教学的中心，教学所提供的一切教学资源、教学策略的建设和 制定都必须以适合学生学习需要为准。 网络学习环境是虚拟的空间，学生可以在任何地点、任何时间获学习上的帮 助。学生的学习不再是被动地接受，而具有主动探索、自主学习、主动交流的特性， 并能够自主管理其学习过程。 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 二、代理技术 智能代理( i n t e l l i g e n t a g e n t ，以下简称代理技术) ，其诞生和发展是分布式人工 智能技术和网络技术发展的必然结果。近几年来代理的研究已经成为基于网络的分 布式人工智能研究的一个热点，许多专家称代理技术将使网络软件领域发生又一次 革命。 ( 一) 代理的概念与特征 代理是指能在某一环境中运行，能响应环境的变化，灵活、自主地采取行动以 满足其设计目标的计算实体。它运行于动态环境中并具有较高的自治能力，能够接 受其他实体( 如用户、其他智能体、系统或机器等) 的委托并为之提供帮助和服务： 同时，能够在该目标的驱动下主动采取包括社交、学习等手段在内的各种必要的行 动以感知、适应并作用于动态变化的环境。 目前，代理尚无被普遍接受的定义。计算机领域的学者较为认同的是 w o o l d r i d g e 、j e n n i n g s 等人的弱、强代理定义圆。 弱定义：代理是一个基于软件( 在较多情况下) 或硬件的计算机系统，它具有 以下四个特征： 自治性( a u t o n o m y ) 代理可以在没有人或其他代理直接干预的情况下运行， 而且对自己的行为和内部状态有某种控制能力； 社会性( s o c i a la b i l i t y ) ：代理与其他代理通过某种代理语言进行信息交流； 反应性( r e a c t i v i t y ) ：代理能够理解周围的环境，并对环境的变化作出实时响 应： 能动性( p r e a c t i v e n e s s ) ：代理不仅简单地对其环境作出反应，也能够通过接 受某些启动信息，表现出有目标的行为。 强定义：代理除了具备弱定义中的所有特性外，还应具备一些人类才具有的特 性，如知识、信念、义务、意图等。 综合现有各种代理的定义，可分为广义和侠义两类。广义的代理包括人类、物 理世界的机器人和信息世界的软件机器人。狭义的代理则专指信息世界中的软件机 。w o o d d f i d g em j e n n i n gn 丸i n t e l l i g e n ta g e n t s ：t h e o r ya n dp r a c t i c e , k n o w l e d g ee n g i n e e r i n g r e v i e w , 1 9 9 5 ，1 0 ( 2 ) ：1 - 6 7 3 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 器人或称软件代理。总的来说，代理是代表用户或者其他程序，以主动服务的方式 完成一组操作的机动计算实体。这种说法中的“主动服务有两层含义： 主动适应，即在完成操作的过程中，它可以获得、表示并在以后的操作中利 用关于操作对象的知识以及关于用户意图和偏好的知识； 主动执行，即对一些任务无须用户发出具体指令，只要当前状态符合某种条 件，就可以代表用户或其他程序完成相应的操作。 而“机动”则是指在所处的计算环境中灵活的访问机制以及同其他代理通信和 协作的机制。 ( 二) 代理的属性 代理应具备十一种属性： 1 代理性( a c t i n g o nb e h a l f o f o t h e r s ) ：代理具有代表他人的能力，即它们都代 表用户工作而不是代表自身。这是代理的第一基本特征。 2 ，自治性( a u t o n o m y ) ：代理应该是一个独立自主的计算实体，具有不同程度 的自治能力，即部分或彻底地不受用户干预而自行工作。 3 主动性( p r o c l i v i t y ) ：代理能遵循承诺采取主动行动，表现出面向目标的行为。 4 反应性( r e a c t i v i t y ) ：代理能感知所处的环境，并对相关事件作出适当反应。 5 社会性( s 0 6 f la b i l i t y ) ：代理具有一定程度的社会性，即它们可以跟代理的 用户、资源以及其他代理进行通信交流。 6 ，智能性( i n t e l l i g e n c e ) ：代理具有一定层次上的智能，包括从预定义规则到自 学习人工智能推理机等一系列的能力。 7 协作性( c o l l a b o r a t i o n ) ：更高级的代理可以与其他代理分工协作，共同完成 单个代理无法完成的任务。 8 移动性( m o b i l i t y ) ：具有移动能力的代理，为完成自己的任务，可以从某地 移动到其他地方。 9 诚实性( f a i t h f u l n e s s ) ：即代理不会故意发布错误信息。 1 0 顺从性( c o m p l i a n c e ) ：代理不会违背命令，每个代理都会尽力完成用户所 要求的任务。 1 1 理智性( i n t e l l e c t u a l i t y ) ：代理仅采取有助于自身目标任务实现的行动，不 会采取妨碍自身目标任务实现的行为，至少不会盲目采取行动。 4 硕士学位论文 m a s t e r s t h e s i s ( 三) 代理在网络中的应用 由于代理在远程教学系统中的应用尚不成熟，笔者在相关研究中借鉴代理在电 子商务、工作流和网络管理等网络中相对成熟的应用。 1 代理在电子商务中的应用 电子商务可以看作是买方的代理与卖方的代理在互联网上进行交易的应用。买 方的代理可以根据买方的消费心理、爱好、消费能力，替买方在互联网上选择用户 需要的商品，与卖方在网上讨价还价，选择卖方认定的支付方式，将选好的商品放 入电子虚拟购物车中。卖方的代理可以代替卖方分析买方的各种消费趋势和时尚， 向消费群体主动推销畅销商品。买卖双方成交时，买方通过网上银行代理付款给买 卖双方的代理，买卖双方的代理对付款进行确认后，通知卖方送货，买方确认收到 货后通知代理将货款付给卖方。整个交易过程都是在没有人与人直接交流的情况 下，由多个代理自动合作完成的。代理在电子商务中的应用，体现了其移动性、智 能性、自主性和适应性等特性，解决了过去电子商务存在的信息通行频繁、数据流 量庞大并具有个人特性等局限性问题，充分挖掘了电子商务系统的潜能，提高了效 率。 2 代理在工作流中的应用 工作流是指能够完全或者部分自动执行的经营过程，它根据一系列过程规则、 文档、信息或任务，能在不同的执行者之间进行传递与执行。对于某些复杂的工作 流，革个员工或单个部门往往不能独立完成，即使某个信息子系统也难以独立完成， 代理则可以根据各个信息子系统的能力，将其分解，交给各个信息予系统的代理。 这些自主的代理通过协商共同完成任务。由于代理在工作流中的应用具有协作性 特点，增强了工作流系统的性能。 3 代理在网络管理中的应用 网络管理是指实时地网络检测和控制，其内容包括运行、控制、维护和提供， 其基本功能包括故障管理、配置管理、性能管理和计费管理。传统的网络管理工作 集中在管理服务器上，但随着因特网上计算资源、域名的迅速增加，计算资源的分 散性扩大，以及因特网上客户机与服务器之间的通信量陡增，如果缺少代理的参与， 那么因特网的网络管理将难以进行。事实上，因特网的域名管理已经实现了代理化。 代理可以分布在网上的各个计算资源处，监控计算资源的状况，报告计算资源的故 障并进行相应的处理。分布在因特网上的多智能代理系统，可以使应用程序开发者 不必关心计算资源在网络上的物理位置；可以监控网上信息流量并且将通信负荷合 理地分配到多个服务器上；可以自动选择信息传输路由；可使网络连接异步化，从 而减少网络信息流量。此外，由于代理具备学习功能，可以从系统管理员那里学习 处理故障的知识，不断地提高网络管理水平。代理在网络管理中利用其智能性和移 动性等特性，减少了数据传输流量，缩短了响应时间，提高了信息的轮巡速度。 6 硕士学位论文 m a s i e r st h e $ 1 s 三、基于代理的智能远程教学系统研究概述 ( 一) 研究的背景和意义 1 研究的背景 现代远程教育与传统教育相比，虽然具有很多优势，但也存在一些问题。为了 全面地了解当前远程教学系统的现状及存在的问题，笔者采用随机抽样的方式，对 使用我校校园网中远程教学系统的l o 个班的学生进行问卷调查，并对部分学生进 行了个别访谈，共发放问卷5 4 0 份，回收有效问卷4 6 3 份，回收率8 5 7 ，访 谈学生3 0 名。 对于“你在使用远程教学系统时遇到过障碍吗? ”这一问题，调查结果显示，占 9 1 5 的被调查者在使用远程教学系统时遇到过障碍，其余的被调查者则认为没有 障碍。 从调查结果来看，绝大多数接受调查的人使用远程教学系统遇到过障碍，这说 明当前的远程教学系统普遍存在一定的缺陷，其易用性不够。 而对使用远程教学系统时学生遇到的主要障碍，调查结果如表l 所示： 表1 使用远程教学系统时学生遇到的主要障碍 题目是 否 你的计算机操作水平是远程学习的障碍吗? 7 5 9 2 5 你的计算机硬件和网络条件是远程学习的障碍吗? 1 1 4 8 8 6 你觉得远程学习是不是缺少督促，难以把握学习进 7 1 2 2 8 8 度? 在远程学习中遇到的问题是否能通过在线讨论和交 2 4 9 7 5 1 流得到解决? 从表l 可以看出，绝大部分接受调查的人员认为缺少监督、难以把握学习进度、 缺少交流以及遇到疑难问题无法及时解决，是目前使用远程教学系统时遇到的主要 障碍。 进一步问到影响学习效果因素的问题时，调查结果如表2 所示： 7 硕士学位论文 m a $ 1e r st h e s i s 表2 影响远程学习效果的因素 排名内容百分比 l 交互性 7 2 4 2 协作性 6 5 8 3 课程内容的组织 3 6 8 4 页面设计 2 6 4 从表2 可以看出，“交互性”和“协作性”是接受调查的人员认为的影响学习效果 的主要因素。 此外，笔者通过调查发现，被调查人员认为当前远程教学系统缺乏智能性的占 9 5 9 。当问到对改进远程教学系统的建议时，7 0 4 的被调查者都提到要增强智 能化。 根据上面的调查结果和对一些远程教学系统的分析，目前的远程教学系统主要 存在如下几个方面的闯题： 远程教学系统动态交互能力不强，很多仅是教材的电子文档，授课形式单一， 对教学内容的呈现与讲解，不能激发学生的学习兴趣；课程设置不能突出本学校、 本专业的特色，学生上网后在远程教育内容中不易找到适合自己的资料。 在组织教学材料时，由于采用超文本的方式，学生掌握了学习的主动权时， 在学习过程中容易出现迷航现象，偏离学习目标。 远程教学系统缺乏智能性，学生只是被动地接受教学内容，不便实际参与到 系统进行发现式、创造式主动学习。 远程教学系统缺乏适应性，对不同认知水平的学生和不同的教学内容采用相 同的教学策略和手段，难以实现因材旄教。 在远程教学系统中，随着学生数量的增加，网络协作过程中会出现教师辅导 不到位、反馈不及时等问题。 目前远程教学系统中存在问题的原因：一是基于网络的系统使用方式和运行环 境的特殊性，传统的智能系统开发方法不适合开发网上的智能型系统，必须采用新 的技术和方法。另一个重要原因是系统设计的指导思想没有更新，多数系统设计仍 然以行为主义的刺激一反应理论为指导。 五研究的意义 远程教学系统中存在的上述问题阻碍了远程教学系统的进一步推广和使用。如 果将代理技术应用于远程教育，则可以有效地克服其系统的局限性。 利用代理技术开展远程教育与传统远程教学系统相比有如下优点： 目前很多远程教学系统只是将课堂教学内容简单地搬上网络，没有实现个性 化教育。在应用代理后，利用它的智能性，可以针对每一个教学对象的学习水平、 学习内容、学习中遇到的疑难、学习的动机等一系列的特征，采取不同的教学方式， 提供不同的教学资源，做到每一个学生的教学资源和教学过程都不尽相同，满足个 性化需求。 代理可以作为虚拟教师、虚拟实验指导员、虚拟学习伙伴等出现在远程教学 系统中，它通过对学生学习行为的分析，智能地解决学生学习中遇到的问题，协助 学生完成学习任务。利用具有教学分析功能的代理，学生可以随时提出自己感到困 惑的问题，代理则利用查询自身知识库，将正确的解答呈现给学生，从而改善教学 效果，提高教学质量。 基于网络的协作学习是利用计算机网络以及多媒体等相关技术，由多个学生 针对同一学习内容彼此交互和合作，以达到理解和掌握教学内容的过程。如果在网 络协作式学习中引入代理技术，就能帮助教师监控学生的学习过程，更好地支持网 络协作教学。代理的社会性能可以满足协作学习的需要，把每一个学生看作一个代 理，学生之间通过代理的协作机制完成协作学习。 ， 虽然i n t e r n v t 上资源丰富，但资源的存在方式却杂乱无章，学生往往不能有 效利用网络资源，而在基于代理的远程教学系统中，代理会将网络中的信息和数据 变为学生所需要的知识，呈现给学生。 代理会根据学生的兴趣范围，自动在网络中寻找对其学习过程有用的数据信 息，经过信息搜索后提供给学生一份表单，方便学生快速进入含有有用信息的页面。 同时，对于一些含有有害信息、危险信息的网页，代理会对其进行有效的屏蔽。 可见，代理提供了一种远程智能程序设计方法。设计和开发基于代理的智能远 程教学系统，将代理引入网上教学和学习，可以解决网络软件的智能化问题。 ( = ) 研究的主要内容 本文是在笔者将代理应用于智能远程教学系统的研究和开发应用实践的基础 上撰写的。本文提出的系统设计的基本思想是：以适应性学习理论和教学理论为指 导，运用代理，根据学生的模型数据和知识类型确定教学过程中采用的基本教学策 略，在具体的学习过程中监视人机交互，进行动态的教学策略调整，从而实现适应 性学习和智能化教学。 9 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 四、适应性学习理论与智能教学系统研究现状 ( 一) 适应性学习理论及其在智能教学系统中的应用研究 适应性学习理论认为学习是一种通过学生原有的知识经验与适应性学习系统 进行交互活动来获取知识、获得能力的过程。学习过程中学生可以自我组织、制订 并执行学习计划，自主选择学习策略，并控制整个学习过程，对学习进行自我评估。 适应性学习理论的最大特点是打破了传统群体学习的结构，充分考虑了教学行为与 学习行为的个性化特征，把学生作为一个个体，置于一个更为个性化的情景之中。 按照适应性学习理论，学生一般采取三种学习策略，即传授式学习策略、探索 式学习策略和协作式学习策略。 传授式学习策略是一种以教师为主体，靠教师讲、学生听的单向沟通的传统学 习模式。学生可以通过聆听教师( 视频、音频等) 对教学内容的讲解，或者阅读教师 准备的教学材料进行学习。当学生在学习过程遇到疑难问题时，可通过话音网络或 双向视频网络与教师进行实时的交互，也可以通过电子邮件来进行异步的交互。 探索式学习策略是一种通过向学生提出问题，让学生在解决问题的过程中进行 学习的学习模式。在探索式学习策略中，学习系统提供大量与问题相关的信息资源 供学生在解决问题过程中查阅；而且，还设有专家系统负责对学生学习过程中的疑 难问题提供帮助，给学生的帮助并不是直接呈现答案，而是给以适当的方式启发或 提示学生去解决问题。探索式学习策略彻底改变了传统教学过程中学生被动接受的 状态，使学生处于积极主动的地位，因而能有效地激发学生的学习兴趣和创造性。 探索式学习策略要求教学系统具有四个基本要素，即问题、资料、提示和反馈。这 四个要素组织和衔接好，便能在简单的技术背景下，达到良好的教学效果。 在笔者设计的系统中，探索式学习策略表现为三个方面：适应性内容呈现、适 应性帮助和适应性导航。适应性内容呈现是指呈现适应学习者知识水平、学习风格、 学习目标的学习内容；适应性帮助体现在系统提供常见问题解答，即存放常见问题 及其解答的问题库，学习者通过关键词搜索可找到相关问题的解答；适应性导航体 现在系统能根据学习者的知识状态，引导学习者阅览适合自己水平的页面内容。 协作式学习策略是一种学习者以小组形式参与，在一定的激励机制下，为达到 共同的学习目标，获得个人和小组最大化学习成果而合作互助的学习模式。协作式 学习策略基本协作方式有四种，即竞争、协同、伙伴与角色扮演。协作学习有利于 1 0 促进学生高级认知能力的发展，有利于学生健康情感的形成，因而受到教育工作者 的普遍关注。 协作式学习策略通过在系统中建立协作学习知识库向学生提供相应知识。协作 学习知识库与普通知识库的不同之处，主要表现在知识库的结构上。协作学习知识 库包括通用知识库、社区知识库和伙伴知识库。其中，通用知识库用于向协作学习 参与者提供通用知识，如学习资料和相关资源；社区知识库用于辅助社区发展，将 社区在协作学习过程中所积累的经验、取得的成果、存在的不足、社区的知识特点 等保存下来，既用于社区自身的发展，也用于社区之间的相互协助；伙伴知识库面 对社区中的学习伙伴，既用于记录个体伙伴自身的知识发展、经验、偏差、特点、 成果等，也用于对其他伙伴知识发展情况的即时监控与交流，并为伙伴之间的沟通 提供参考与引导。 ( 二) 智麓教学系统及在其中应用代理的研究 1 智能教学系统简介 智能教学系统( i n t e l l i g e n c et u t o r i n gs y s t e m ) 是以认知科学为理论基础，综合 利用人工智能、教育心理学、计算机科学等多门学科的成果而形成的一种对学生实 施有效教学的技术。智能教学系统的最大特点是具有智能性，能够了解每个学生当 前的学习能力、学习基础和知识水平，并根据学生的不同特点给出最佳教学决策和 针对性的个别辅导。 ( 1 ) 智能教学系统的智能性 智能教学系统区别对待不同的学生，注重一对一的师生关系，根据不同学生 的认知特点进行个性化教学，实现因材旋教。 系统具有一定的自主性，能动态了解学生的学习状态，根据学生的水平和学 习情况选择和调整学习内容和进度，系统自动生成各种问题和联系，在理解教学内 容的基础上自动解决问题并生成答案。 系统具有一定的智能性，以最佳方式组织教学，系统可以诊断学生的学习错 误，分析原因并采取纠正措施，能自动评价学生的学习行为，不断改善教学策略等。 ( 2 ) 智能教学系统的功能 具备某一学科知识。 能够分析学生特征。 记录学生的学习情况。 诊断学习中的错误并进行补救教学。 可以自动选择不同的教学方法实现以学生为主体的个性化教学。 2 国外智能教学系统中代理的应用研究 在国外，代理在智能教学系统中的应用研究方面取得了一些研究成果，已经有 投入到实际应用的模型和系统。例如南加利福尼亚大学w l c w i sj o h n s o n 和e r i n s h a w 等人在论文 u s i n g a g e n t st oo v e r c o m ed e f t c i e n c i e si nw e b - b a s e dc o u r s e w a r e 3 中提到，为了使远距离学习系统适合每个学生的需要，并支持教师与学生的相互作 用，可以应用代理监视学生与计算机的交互并提供指导和建议。在他们主持的高级 远距离工程( a d e ) 项目中，提出了一个叫做a d e l e 的代理模型。目前，a d e l e 已 应用于医学教育课件、教授外伤和肿瘤医疗课程。这是一个专为适应虚拟教育环境 而设计的代理模型，它的体系结构贯彻了最基本的教育角色功能：表示知识、监控 学生及提供反馈、探究问题，以及提示和解答，这些角色功能都是通过一个能够支 持与学生进行连续和多模式交互的代理来完成的。当学生通过网上课件学习时， a d e l e 的备份在每一个学生计算机上运行，与每个学生交互作用。a d e l e 负责监控学 生，记录学生行为，根据需要调整课件呈现内容等。 蒙特利尔大学的c l a u d ef r a s s o n 在其论文u s i n gp e d a g o g i c a la g e n ti na m u l t i s t r a t e g i ci n t e l l i g e n tt u t o r i n gs y s t e m ) ) 中也提出了一种被称为a c t o r 的教学代理 模型。a c t o r 其实就是一种具有反应、指导、适应和认知能力的智能代理。系统由 多个a c t o r 组成，利用a c t o r 实现教学策略以及测定哪种策略更适合于某个特定的 学习者。该模型利用混合型代理体系结构，支持推理和反应两种行为模式，模型的 最大优点是其开放住，通过策略编辑器来扩充系统的策略。由于开发者试图将该模 型设计成一个通用的模型，因而使得模型的设计忽略了不同种类专业知识的特殊 性，不同的专业知识要求采用相应的教学策略。该系统对a c t o r 之阀的通信以及交 互没有给出定义，这也是该模型的缺陷，由于模型中各模块结合太紧，很难定义模 块之间的通信协议。 1 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s s 五、基于代理的智能远程教学系统设计与实现 开发基于代理的智能远程教学系统的目标是设计和开发运输在w w w 环境下 运行的智能远程学习系统。我们可以以适应性学习理论和教学理论为指导，利用智 能代理技术设计智能远程教学系统，使教学、学习和管理三个环节能够协同工作， 最大限度的用软件替代以前的重复劳动，并且使学习环境更具有人性化的特点。下 面以本人设计的基于代理的智能远程教学系统为例进行比较详细的分析。 ( 一) 系统设计的基本思想 没有任何一种教学策略可以解决教学过程中的所有问题，优秀的教学系统必须 根据教学目标、教学内容和学生的具体情况，在教与学的过程中智能地选择教学策 略以及动态地调整教学的微策略。基于这种思想，该系统为学生用户设计一个学生 代理，辅助学生更好地完成学习任务；为教师用户设计一个教师代理，模拟教师授 课，并负责对教学内容、教学资源以及教学策略进行日常维护和更新，辅助教师高 效地完成教学任务；另外，还设计一个管理员代理，专门管理学生代理和教师代理， 自动完成教学中的某些工作。系统根据学生的情况确定教学过程中采用的基本教学 策略，对不同的学生采用不同的教学策略。在具体的学习过程中通过监视人机交互 进行动态的教学策略调整，从而实现适应性学习和智能化教学。 ( 二) 系统设计的主要功能框架 系统主要有学生端和教师端两个入口，分别提供学生学习、交流，教师备课、 教学等功能。具体功能如图l 所示： 硕士拳位论文 m a s t e r st h e s i s 图1 系统功能模型 在图1 所示的系统功能模型中，师生端的主要功能分述如下： 1 学生端主要功能 学生用户登录后能够使用的功能包括：基于流媒体技术的网络在线课堂学习； 能够浏览教案大纲、教学内容和教学公告等教学资源的自主学习；在线答疑、自测 练习和在线讨论模块的客户端远程交互；提供在线帮助，快速检索功能的帮助系统。 2 教师端主要功能 教师用户登录后能够使用的功能包括：具有一定编辑排版功能的在线备课环境 的在线备课；包括在线答疑、自测练习和在线讨论模块的教师端的远程交互；提供 在线帮助，快速检索功能的帮助系统。 ( 三) 系统设计的逻辑结构 系统采用b a s 三层逻辑模型，即b r o w s e r ( 表示层) a g e n t ( 代理层) s e r v e r 1 4 硕士学位论文 m a s t e r 。st h e s i s ( 数据层) ，有助于加快访问速度，而且客户端利用浏览器上网，不需要安装复杂 的客户端程序。代理层是各种代理集成的系统，负责沟通客户端和服务器。 表示代理数据层的系统逻辑结构如图2 所示： ，弋 褒 暴粥整器 象 k八 l 注搿代理 l 叁譬烹聋 ：箜鲨垡翌( ：型兰垡翌) ( 物侔譬露代理) ( 个栏化能理： l八 萋国囝圜圄回 图2 智能远程教学系统的逻辑结构 笫一层是基于浏览器的表示层。w e b 浏览器作为客户端，提供图形用户界面， 负责与用户进行交互。系统根据不同的用户进入到不同的个性化界面中。在这一层 冲包含系统的显示逻辑，实现知识的输入、输出，用户行为和信息的获取，任务的 接收和信息的反馈等功能。 第二层是代理层，这一层是设计的关键，该层中的代理可以分为4 类：第一类 5 硕士学位论文 m a s t e r s ，r h e s i s 是注册代理；第二类是用户代理，包括学生代理、教师代理和管理员代理；第三类 是管理代理：第四类是任务代理，包括答疑代理、测试代理、协作学习代理和个性 化代理。 用户登录到系统服务器中，系统自动产生一个注册代理，然后创建用户代理( 学 生、教师或管理人员) ，通过管理代理进行统一管理，管理代理包括用户管理、任 务管理、信息管理、协作管理等。进行登录以后，用户代理可以向管理代理请求， 由管理代理根据任务情况，派遣任务代理完成某个特定的任务，例如信息查询、信 息搜索及答疑等。任务代理完成任务后，返回到管理代理，同时把执行的情况向管 理代理报告；管理代理在确认以后，把执行的结果( 成功、失败) 返回给用户代理， 同时撤销任务代理。用户退出后，管理代理要撤销该用户代理。 第三层是数据层，用于保存各类数据资源，包括知识库、试题库、教学策略库、 学生信息库和答疑库等。知识库是由所讲授的具体领域的课程知识所构成的，主要 作用是组织教材，存放和管理所有教授课程的知识。试题库包含着课程对应的试题， 在这里试题不仅包括题目本身，还要有具体的试题答案和评分标准。试题库中每一 道题目都有知识点、难度、类型等基本属性。测试代理将以这些属性为基础，根据 要求从试题中抽出合适的题目，组成符合学生水平的试卷。教学策略库主要记录组 织教学的各种规则，提供选择学习环境、本次学习任务量、学习难度以及进入测试 或复习环节的各项规则，对于不同的学生可以有不同的教学策略，充分体现学生的 自主性。用户信息库主要负责记录学生的个人资料，如姓名、年龄、学号等，同时 记载着学生的学习情况，包括学习时间、次数、内容、当前水平和学习能力等。答 疑库记录着学生在学习过程中遇到的问题，教师给予解答以及无法给予解答的问 题。 ( 四) 系统代理的设计 系统中设计的代理比较多，这里重点介绍学生代理、教师代理、管理代理和协 作学习代理。 1 学生代理 学生代理负责处理学生学习活动，从学生登录系统到学生退出系统一直存在。 在学生学习中，学生代理便会开始记录信息，将学生正在学习的知识点记入数据库 中，这样学生下次进入系统中时，会取出这个记录的信息提示学生根据上次学习的 情况继续学习。 1 6 硕士擘位论文 m a s t r s t h e s i s 学生代理由学习应用部件、协同学习部件和通讯管理部件组成。其中学习部件 负责学生个性化学习使用，学习应用部件根据学生模型库的学生学习水平、能力及 学习要求，为每位学生制定适合自身实际情况的学习进度、计划，对学生进行指导、 答疑。另外，学习应用部件还能够根据学生已修课程情况，在学生选修其它课程时 提供帮助，进行指导。协同学习部件负责学生群体协作学习，它通过通讯管理部件 的帮助，实现协作学习要求，包括和老师、同学点对点交流，多人集体讨论等。 2 教师代理 当教师以教学身份进入系统，注册代理就会为其创建教师代理，教师代理从教 师登录到教师退出系统将一直存在。教师代理在系统活动中会从教师信息库中获取 教师的相关信息，并且会与其它代理进行通信。 教师代理的作用是模拟人类教师