虛擬學習社區定量研究框架

【摘要】隨著計算機網絡及通訊技術的發展和廣泛應用，人們對虛擬學習社區產生了濃厚的興趣。由于虛擬學習社區的形成不同于現實生活中的社區，其成員之間是一種隱性關系，這種關系會隨著時間的推移而發生變化。因此對虛擬學習社區的研究是網絡時代不可回避的課題。為了幫助人們更好地理解虛擬學習社區，以便對其的建立、運行、預測和管理提供可測量的依據。文章就此提出了虛擬學習社區的定量研究框架，并討論了其中的關鍵技術。

【關鍵詞】虛擬學習社區，可計算組織理論，基于代理的方法

【中圖分類號】G420【文獻標識碼】A【論文編號】1009—8097（2007）02—0020—03

一、引言

虛擬學習社區是通過以計算機為媒介的通訊（computer-mediated communications， CMC）形成的[1]。目前來自許多領域的理論都被用來對虛擬學習社區進行研究。目前對虛擬學習社區的研究主要包括個人參與者的行為、群體成員間的交互模式、情感交流和社區的總體績效幾個方面。

就虛擬學習社區而言，社區中個體參與者的行為同社區的發展密不可分。一方面，個體參與者具有他們自己的興趣和動機，他們在虛擬學習社區中帶有自己的目的同其他成員交互。另一方面，隨著時間的推移，社區中參與者的數量表現出一定的波動性。一個虛擬學習社區的發展由參與者在交互過程中所積累的共享知識和交互模式所推動。與此同時，社區同樣影響這些交互，如一個交互的指向、強度和滿意度。因此，需要用一個系統的方法來研究這一動態過程以便幫助我們更好地了解社區的形成及演化[2]。

二、虛擬學習社區的內涵及特征

本文將虛擬學習社區定義為：在協作學習技術尤其是計算機網絡技術和通訊技術的支持下，社區參與者基于自身需要（掌握知識、獲得技能、情感交流等）或是為了完成特定的學習目標而在參與者之間形成的知識共享和交互學習的人際關系網絡，并在其中體現著一定的價值取向和文化共識。通常將網絡中的學習群體稱之為虛擬學習共同體，簡稱學習共同體。

上述定義涉及到所有虛擬學習社區都關注的知識共享和學習實踐。虛擬學習社區在當前知識共享和學習實踐中扮演著重要的角色[3]。在虛擬學習社區中，個體參與者同其他人交互進行學習、討論、共享他們的知識、經驗、技能和態度。當我們以更廣博的視角來看待虛擬學習社區的時候，我們便排除了其中的良構學習內容和在學習過程中良構的指導這樣的學習過程，而是包含了如基于Web學習、智能導師系統和情境學習。更明顯地，一個虛擬學習社區具有以下特征[4]：

（1）一個開放的學習環境；

（2）基于個體需要的發現式學習；

（3）自主的主動學習而不是傳統課程學習的被動接受；

（4）參與者共享他們對于某些主題的知識和經驗；

（5）在參與者中有一定數量的交互，如提問和解答；

（6）參與者自己做出繼續留在社區還是離開社區的決定，而不受制于他人；

（7）社區有一個完整的生存周期，包括建立、發展、成熟、穩定和消亡。

三、虛擬學習社區定量研究框架

基于代理的方法（Agent-based Approach）在社會系統中已經得到了使用，如可計算組織理論（Computational Organization Theory， COT）。Monge和Constractor認為使用基于代理的方法非常適合研究復雜系統尤其是面向知識的網絡[5]。因此，本文提出一個使用基于多代理（Multi Agent-based Approach）的方法來研究虛擬學習社區。

（一）可計算組織理論

目前組織定量研究中一個比較活躍的方向是可計算組織理論（Computational Organization Theory），以Crnegie Mellon大學社會與決策科學系Kathleen M. Carley教授為首的研究小組在此方面有很多研究[6]。他們認為：組織是由智能體（agent）、任務（task）、資源（resource）和知識（knowledge）等實體以及各實體間的關系構成的。組織作為一個復合智能體，其智能不僅存在于其自身而且也反映在實體間的關系上。

可計算組織理論包括概要建模（General organizational model）、分布式人工智能（Distributed artificial intelligent）、組織工程（Organization engineering）、社會關系網（Social network）和邏輯模型這五種研究方法[7]：

第一，概要建模方法將組織實體及其關系抽象，忽略其微觀復雜特性，這種方法可用來研究組織的宏觀現象。

第二，分布式人工智能模型是一組基于符號的模型，其中的任務是特定的但也是形式化的。它的優點之一就在于能夠具體表示知識、共享等抽象概念，另外一個優點就是它主要關注搜索，該模型常用來解決交流、協調、計劃等問題，它的缺點是缺乏可伸縮性。

第三，組織工程的特點是細致地描述所研究組織的每個細節，集中考察它的某些特征。

第四，社會網絡模型的特點在于用個體或組織之間的關系表示組織和組織團體，其優點在于能夠揭示組織的結構或關系如何影響個人行為和組織行為。

第五，邏輯模型的特點在于用正規的邏輯表達式來表示組織和組織過程。

（二）虛擬學習社區定量研究步驟

本文提出的虛擬學習社區定量研究框架采用定性與定量相結合的方法，即先通過定性分析建立系統的概念模型，并將其轉化為定量模型，之后經過求解得出定量結論，最后對這些結論進行歸納總結，以達到對系統本質性的認識。其具體研究步驟如下：

第一，將虛擬學習社區中的每個參與者建模為一個代理。每個代理都具有自治性、反應性、認知性和社會性。

第二，反應性是推動虛擬學習社區發展的關鍵因素，而基于代理的方法非常適合對這樣的特性進行編碼。在虛擬學習社區中，參與者學習并適應新的環境。反應策略定義了處理同其他參與者或環境之間的交互規則，這些規則可以在參與者之間改變也可以隨著時間改變。基于代理的方法在個體層次上對反應進行建模。如果參與者的其他特性改變，代理的策略也會改變。

第三，在基于代理的系統中將經常把環境因素建模為外部因素，這樣做可以使核心模型更加集中。基于代理的方法經常將代理的特征同環境的交互相分離。在虛擬學習社區中，管理策略和技術平臺被建模成環境。當創建核心模型并且之后改變基于代理的核心模型時，這些因素可以被大大簡化[8]。

（三）虛擬學習社區參與者特征建模

1．認知特征

分布式知識和經驗被認為是在協作學習中最重要的因素。維果茨基(Vygotsky)的最近發展區理論認為具有較低水平的參與者可以在具有較高水平的參與者代理的幫助下改變他們的績效[9]。分布式專家水平和最近發展區在虛擬學習社區中同樣被應用。每個代理對一定的主題感興趣，我們使用“興趣結構”來表示它。每個代理在不同的主題中具有它自己的知識或專家水平。代理閱讀同它的興趣相關的主題，如果代理在主題中具有特定的專家水平的話，它還可以回答問題或發表評論。

當代理的興趣結構和專家水平在認知能力和認知風格中表現出相對穩定的特征的時，就是知識獲得過程的動態特性，此時代理改變興趣結構和專家水平。

認知能力在一個主題中被稱為“智能”。在虛擬學習社區中，代理被認為具有一定的“智能”和不同層次的專家水平[10]。學習風格受非傳統課堂中學習風格的影響和控制，如基于提問的學習或基于問題解決的學習。當代理獲得它提出的問題的滿意的答案的時候，它的專家水平就會提高。

除了在虛擬學習社區中共享知識和學習的長時動機外，每個代理具有一定的目的和動機來開啟學習會話，學習會話就是代理在虛擬學習社區中持續停留的一個時間段。開啟一個學習會話的動機被稱作“直接學習動機”。一般來講，在三種情況下比較適合開啟學習會話：第一，有問題需要提出；第二，共享一個觀點或表達觀點；第三，間歇性地瀏覽以保證自己知識在社區中不斷更新。

2．社會特征

研究者使用“social capital”來表示同虛擬社區相關的社會性方面。social capital是人們之間一些活動連接，包括連接人際關系網絡的信任和理解還有社區的共同價值和行為取向[11]。social capital被視為一個更廣泛的框架用來理解現實社區中的社會問題，如參與和協作。

我們將代理參與虛擬學習社區的程度稱為“活動水平”，而將代理愿意共享它的知識和經驗的程度稱為“共享水平”。“活動水平”同現實生活中的某些人格特征相類似。如，一些代理對某些人的消息反饋非常快，他們可能會立即回答那些超越他們當前專家水平的主題。而共享在現實生活中則是一種美德。例如，某些代理愿意共享它們所有的知識和經驗，而有些則將其保留。交流活動的廣度和深度還有共享知識的意愿程度共同決定一個代理在社區中傳遞消息的頻率。

在虛擬學習社區中，代理具有身份和威望。用戶名和ID是社區中代理的身份。許多虛擬學習社區通過參與者的ID來跟蹤、記錄代理在社區中發布的消息。

一個代理的威望取決于代理發布消息的質量和數量。某些社區使用不同等級來標識一個代理在社區中的威望。對于一個代理來講，威望是他不斷地為社區做貢獻的動力。如果一個代理的威望對其他代理是可見的，則具有高威望代理所發布的消息就有可能導致一個較高的閱讀率。

我們使用“忠誠度”來推斷一個代理是將要離開社區還是繼續留在社區。有兩個因素會對忠誠度產生影響：一是知識獲得，二是社會獲得。代理的知識獲得同其專家技能的增長是相關的，而社會獲得同代理在社區中感知到的社會支持有關。

3．代理間的交互

我們以BBS作為虛擬學習社區的技術支持平臺。在虛擬學習社區中的代理是通過BBS同其他代理交互的。代理從BBS中閱讀并發布消息。每個消息顯式地列出標題、作者和發布時間。通過標題我們可以知道消息的類型、該消息所屬的主題、問題的難度和回答的質量。

代理間的交互通過代理的學習會話獲得。代理的學習會話過程可以分解成一些相互關聯的模塊，其中包括一個初始化模塊、四個關鍵模塊和一個循環控制。

初始化的功能主要是代理觀察虛擬學習社區的環境(主要是發布的消息)。

四個關鍵模塊包括：

（1）注冊模塊。代理形成一個基于環境的威望和它的認知特征(主要是興趣結構)。

（2）活動模塊。代理從感知、學習動機、認知特征和社會特征中產生行為。

（3）行為模塊。產生同代理的認知特征相關的結果(主要是專家水平)。

（4）適應模塊。調整代理的認知特征(主要是專家水平)和社會特征(主要是對社區的忠誠度)。

循環控制的作用是：如果所有的過程已完成或是學習會話的時間結束，則會話完成，否則繼續以上四個過程。

四、關鍵技術

Zeus多代理設計開發平臺是由英國電信實驗室智能代理研究小組綜合了現有的代理技術規范，研究開發出來的，用于快速開發協作式多代理系統的設計開發平臺。它希望通過定義一套標準的單個代理功能結構以及多代理通訊協調的體系，使用戶能夠擺脫復雜而繁瑣的對代理底層結構的定義工作，從而關注于對應用問題的設計與實施，使用戶能夠快捷的開發出協作式多代理的應用系統。

一般我們設計開發多代理應用系統，需要解決兩個層次的問題：一是對應用問題的分析與設計，定義各個功能代理的相互關系；二是設計底層單個代理的推理、協調、通訊機制。Zeus系統為了讓用戶能夠迅速的開發多代理應用系統，已經提供了相對完備的單個代理的功能體系與多代理協調與通訊機制。用戶只需要關注特定應用問題的分析與設計，只有在必要時才需對代理的底層機制進行增強與改動。

Zeus Agent作為一個完備的任務執行體，它具有消息接收與發送、目標協調求解、行為計劃與調度、動作執行與監控、以及內部狀態和資源管理五個大功能模塊。其中，目標協調求解是Agent的核心，它決定了Agent完成任務的途徑，同時它還負責調度Agent的其他功能與內部資源，自動完成預定的目標。Zeus Agent通過可遞歸的行為轉換網絡圖來實現Agent的任務求解推理。這個網絡圖由行動節點（node）與狀態轉換弧（arc）構成。行動節點表示的是Agent采取的某一種行動，狀態轉換弧用來檢驗一種狀態轉到另一種狀態的可能性[12]。

在Zeus系統中，系統用本體（Ontology）統一表達和管理代理之間傳遞和使用的概念和定義。具體來講就是它使用Fact這個Java類及其派生出來的子類表示與存儲這些概念和定義。一個Fact由名稱及其屬性構成，需要在設計開發過程中事先定義。Zeus Agent通過代理通訊語言（Agent Communication Language，ACLs）進行消息傳遞。ACL基于語言行為理論（speech act theory），該理論認為人們語言表達的一般模式是行為加上該行為的對象。Zeus定義了常用的通訊協調行為，如提問（Query），通知（Inform），建議（Propose），同時它也為用戶定義自己的通訊協調行為預留了擴展空間。

五、總結

本文我們提出使用基于多代理的方法對虛擬學習社區進行定量研究，并討論了研究步驟和關鍵技術。

參考文獻

[1] S.G. Jones， Cybersociety: computer-mediated communication and community[A].Yiwen Zhang， Mohan Tanniru， An Agent-based Approach to Study Virtual Learning Communities[C]. Proceedings of the 38th Hawaii International Conference on System Sciences–2005.

[2][4][8][11] Yiwen Zhang， Mohan Tanniru， An Agent-based Approach to Study Virtual Learning Communities[C]. Proceedings of the 38th Hawaii International Conference on System Sciences–2005， :3-5

[3][11] E. C. Wenger and W. M. Snyder， \"Communities of Practice: The Organizational Frontier，\"[J] Harvard Business Review， 2000， vol. 78， pp. 139-144

[5] P. R. Monge and N. Contractor， Theories of Communication Networks.New York:Oxford University Press，2003[A].田春華，柴躍庭，劉義.企業群體組織結構定量研究框架[EB/OL]. http://www.cims.tsinghua.edu.cn/paper/business/b6.pdf

[6] 田春華，柴躍庭，劉義.企業群體組織結構定量研究框架[EB/OL].http://www.cims.tsinghua.edu.cn/paper/business/b6.pdf

[7] Kathleen M. Carley. Computational and MathematicalOrganization Theory: Perspective and Directions [A]. Informs Meeting[C]， Los Angeles:1995

[9] L. S. Vygotsky， Mind in Society[M]. Cambridge， MA: Harvard University Press， 1978:33

[10]K. M. Carley and M. J. Prietula， Computational Organization Theory[A]. Hillsdale， NJ: Lawrence Erlbaum， 1994. Yiwen Zhang， Mohan Tanniru， An Agent-based Approach to Study Virtual Learning Communities[C]. Proceedings of the 38th Hawaii International Conference on System Sciences –2005， :6

[12]企業供應鏈多Agent模型的設計與實現[EB/OL]. http://www.res51.com/infoview/Article_1504.html