基于移動代理的遠程學習支持系統模型構建*

張 光,孔令富

(燕山大學信息科學與工程學院,河北秦皇島 066004)

基于移動代理的遠程學習支持系統模型構建*

張 光,孔令富

(燕山大學信息科學與工程學院,河北秦皇島 066004)

構建全國廣播電視大學系統的遠程學習支持系統,充分共享全國電大系統的教學資源和師資力量很有意義。針對現有教學系統不足,利用移動代理技術,解決了跨廣域范圍的學習支持,構建了全國廣播電視大學系統內師資共享和學生個別化學習支持的原型系統。

移動代理;學習支持;個別化支持;模型

我國現代遠程教育蓬勃發展,目前正由規模發展向提高教育質量轉變,教育資源的充分共享,提供良好的學習支持服務,是當前提高現代遠程教育質量的行之有效的辦法,也是現代遠程教育的核心和精髓。盡管傳統的遠程教學系統都強調共享和服務,但這種共享和服務,還是處于相對較低的水平上,不能滿足現實的需要,在教學模式、系統模型和開發技術上都還存在著一定的缺陷。本文試圖利用移動代理技術來構建全國電大的學習支持系統模型。

一、Agent的概念及分類

1.Agent的概念

Agent理論和技術最早起源于分布式人工智能,是分布式人工智能研究的產物,它以其自身所具有的智能性、自主性、交互性和可移動性等特點在眾多領域中引起了重視。Wooldridge和Jennings在1995年提出了較權威的、獲得普遍認同的定義[1]。簡言之,Agent技術是一個具有自適應性和智能性的軟件實體,其能夠通過感知自身和環境中的信息,能代表用戶或其他程序,自主采取行動,以主動服務的方式完成預先設定的目標或任務。

一般來說,Agent應該具有這樣的特性:自治性、社會性、反應性、能動性、協作性、主動性、適應性、移動性、可靠性。

2.Agent的分類

我們重點按照Agent的應用可以將Agent分為單Agent、多Agent和移動Agent。

(1)單Agent(Single Agent)。它主要用于實現本地的任務,也可以用于在網上進行服務。從結構上來分析,一般把單Agent分為慎思行Agent(Deliberative Agent)、反應型 Agent(Reactive Agent)和混合型Agent(Hybrid Agent)。

(2)多Agent(Mass Agent)。它是由多個Agent相互通訊、彼此協調,共同完成作業任務的系統,它具備一般分布式系統所具有的共享性好、可靠性強、擴張性好、靈活性強、實時性好的特點,并且,各Agent能夠通過相互協調解決巨大的復雜性問題,從而,系統具有較強的魯棒性、可靠性和自組織能力。多Agent系統的這些特點,使得它在處理基于網絡的一些問題方面,具有光明的應用前景。根據Agent組中是否有集中管理服務機構以及各Agent成員之間的相互關系,可將其分為三類。多Agent(Mass Agent)分為:完全分布式Agent組、完全集中式Agent組、混合式Agent組。

(3)移動Agent(Mobile Agent)。移動Agent是一個能在異構網絡環境中按一定的規則,自由地從一臺主機遷移到另一臺主機,并可與其他Agent交互的軟件實體,代表用戶完成特定的任務。它可以將自己的過程代碼、數據和控制狀態封裝。移動Agent的生命周期由創建、發送、掛起和恢復、終止組成。Agent能夠感知外界環境的動態變化,而支持動態環境變化是網絡的基本要求之一,即在某一時刻存在的資源在下一時刻不一定還存在,這一時刻沒有的資源在下一時刻可能加入到網絡中。所以,將Agent技術引入學習支持系統是一項有意義的工作[2]。

二、系統的設計目標

我們認為,全國廣播電視大學的學習支持系統應該達到以下目標:

1.為學生提供個別化支持

對不同認知水平的學生、不同教學內容和不同的學習風格采用不同的教學策略,達到因材施教。系統應該對學生學習進行記錄。它能對學生的學習情況進行跟蹤,通過記錄學生已訪問的鏈接和每次的測試情況,分析學生對知識的掌握情況,并選擇學生對所學知識感興趣的媒體呈現方式。

2.對現有的各種各級學習支持系統進行整合

實現現有系統的教學信息和資源的充分共享。比如電大系統的教學平臺和教務管理系統的信息在新的系統中應該能做到信息共享,系統應該將各級(中央、省、市級平臺)進行整合為學生提供一站式的信息服務。

3.系統應該為電大的所有師資共享提供基礎

只有這樣,才能將教師從簡單的、大量的重復支持勞動中解脫出來,取而代之的是為學生提供及時優質的教學服務。

4.系統應該提供一個智能化的協作學習交流平臺

學生通過代理與其他學生的代理進行溝通、信息交流和協同工作,幫助教師和學習者分配和尋找最佳合作伙伴,從而激勵協作學習的開展。

總而言之,系統就是要提供這樣的一個學習環境,或者說構造一個“虛擬教師”,他將全國電大所有教務管理人員,課程教師,其他學習支持者虛擬成一個有求必應的、服務快捷的教師,為學習者提供透明的、全方位的學習支持服務。

三、基于移動Agent的遠程學習支持系統模型

1.系統的組織結構模型

目前全國電大系統中按業務指導關系分為四級:中央電大—省級電大—市級電大—教學點。在學習支持服務中,若以教學點為基礎,則師資嚴重缺乏,根本不能開展正常的教學支持;若以市級電大展開支持,則系統教學資源優勢不能共享,還喪失了系統的師資優勢;同時,這兩種情況,若要共享教學資源,則會浪費大量的存儲資源,資源的及時配發和共享也為資源管理帶來巨大挑戰。若業務完全集中于中央電大,勢必造成資源過分集中而導致網絡瓶頸,更不用說進行個性化學習支持,因此,無論是資源利用還是教學支持,從現有的管理體系和網絡情況來看,中央電大這一層壓力過大,都不能有效開展。最好的支持中心應該在省級電大,它既可以避免集中于中央電大而產生的瓶頸問題,也可以避免以教學點和市級電大為基礎帶來的系統資源不能充分共享問題。以省級電大為基礎的學習支持體系應該是我們的首選。

移動Agent是一個軟件系統,它獨立于其他學習支持系統。由于將移動Agent引入了學習支持系統,我們需要結合移動Agent的特點,對目前的學習支持系統進行整合。我們將系統分為三層:中央結點CN(Central Node)、省級結點 PN(Provincial Node)、市級結點MN(Municipal Node),這里的中央結點已經有了新的含義,它表示一個大的區域,比如華北區、華東區,而中央電大作為一個中央結點,其他高校網絡學院也作為一個中央結點,市級結點表示的是原來的市級電大或教學點。新的組織結構非常有利于我們資源共享和學習支持的展開。具體的組織結構圖如下圖。

系統組織結構圖

2.系統的體系結構

基于移動Agent的遠程學習支持,是在傳統的瀏覽器(Browser)/服務器(Server)結構體系中間加入一個功能層,也叫代理層,形成B/A/S的三層結構模型,即瀏覽器Browser/代理層Agent/服務器Server。

第一層是表示層。它是基于瀏覽器的。瀏覽器主要便于用戶瀏覽頁面,客戶端利用瀏覽器上網,不再需要為不同的客戶端來安裝不同的客戶程序,這能夠為復雜的分布式應用提供統一的環境。它將用戶請求送到功能層進行處理并將結果返回、以Web頁形式顯示供用戶學習。

第二層是功能層。它由多種Agent組成,負責溝通客戶端和服務器,進行系統和應用的邏輯處理,并對數據庫中相應的數據進行交互。功能層主要與客戶端和服務器溝通,利用代理自主學習能力和對外界的反應能力來支持個性化的學習支持服務。多個Agent之間來協作完成學生的一次支持服務。功能層的代理可以分為三種:第一種是用戶類Agent,它包括學生Agent、教師Agent;第二種是管理類Agent,它包括管理Agent、教學管理Agent;第三種是任務Agent,包括教學類Agent,它包括作業 Agent、考 試 Agent、答 疑 Agent、學 習 記 錄Agent等。

第三層是數據層。用于保存各類數據資源,包括知識庫、問題庫、資源庫、試題庫等。知識庫是具體課程知識。它的主要作用是組織教材、存放和管理課程的所有知識,主要是以樹型結構描述某門具體課程整體知識點之間的關系,便于學生了解知識點之間前后續關系。問題庫記錄學生在學習中遇到的問題,教師給予的解答以及無法解答的問題,用戶可以通過查詢問題庫快速找到問題答案。

3.系統功能設計

遠程學習支持系統有兩類基本用戶,一類是學生,一類是教師。我們設計系統功能,就是圍繞這兩類用戶的支持服務的需要來進行的,從根本上來講,其實教師用戶的功能也是為了滿足或更好地滿足學生用戶而設計的。

對于學生,系統需要提供給他一個很個性化的學習界面,并且通過系統可以進行個性化自主學習,有問題可以提問并得到個性化的幫助,也可以參加與教師或同學的討論。我們一直在強調提供“個性化”服務,這就是引入移動Agent后,學習支持系統與傳統學習支持系統的重要變化之一。

教師用戶將全國電大所有教務管理人員,課程教師,其他學習支持者構成了一個支持服務群體,虛擬成一個萬能的教師,對于學生來說,就是一個“虛擬教師”,它解決教務問題,具體學習問題,心理指導問題,了解個體學習者學習狀況,能有針對性地指導,設計學習方案,制定學習計劃,對學習者個別化交互答疑,對學習者心理輔導,是一個很好的“家教”。

通過移動Agent將各個性質完全相同而又相對獨立的系統進行共享整合成一個虛擬的系統,如各個電大的教學系統都是使用電大在線平臺,卻完全獨立;將不同業務的系統進行共享整合成一個虛擬的系統,如教務系統和在線平臺各自獨立,進而將全國電大所有的教學教務等系統看成一個系統,并為學習者提供透明的支持,學生不必知道我用的何種支持的平臺,上的是哪一級系統,不必知道我的支持來自何處、何人。

四、結束語

遠程學習支持服務是一個系統工程,涉及到系統的管理模式、運行機制、技術應用。本文僅是對遠程學習支持模型進行了初步的思考,許多方面有待更深入地研究和完善:系統的優質教學資源共享問題,無論從技術層面,還是管理層面都有待于深入研究,其意義非常重大;為學生提供全系統的優質師資可以說是一個亟待解決的現實問題,此問題的解決,將不僅有利于對學生提供良好的學習支持,而且有利于教師從簡單重復的工作中解放出來,從事更有意義的教學工作;目前代理技術在大規模的遠程學習支持系統的應用還僅僅是一個初步的研究,在具體實現上還沒有一定之規,需要廣大技術人員和遠程教育人員共同探索,其有非常好的研究空間。

[1]Wooldridge,M.Intelligent Agents:Theory and Practice[J].Knowledge Engineering Review,1995,(2).

[2]Junwei C.,Daniel P.S.,James D.T.et al.Agent-based Resource Management for Grid Computing[M].Proceeding of the 2nd IEEE/ACM Symposium on Cluster Computing and Grid(CCGR IDp02),2002.

G728

A

1008-469X(2010)02-0015-03

2010-01-25

張光(1965-),男,河南焦作人,河北廣播電視大學教授,燕山大學信息科學與工程學院在讀博士,主要從事計算機應用與遠程教育研究。

(責任編輯 宋 悅)