基于Agent技術(shù)的農(nóng)村數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺研究與實踐

摘要：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為遠程教育提供了一片嶄新的天地，農(nóng)村的教育普及也因此收益。該文基于Agent的農(nóng)村數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺的研究，從提高農(nóng)村數(shù)字化教學(xué)平臺的應(yīng)用水平角度，分析了目前農(nóng)村數(shù)字化教學(xué)平臺的應(yīng)用狀況，針對存在問題提出改進對策。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村數(shù)字化；Agent；XML；遠程教育

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2011)04-0943-04

Digital Learning Platforms for Rural Research and Practice Based on Agent Technology

XIE Jing－wei

(Hunan Mass Media Vocational Technical College， Changsha 410100， China)

Abstract: Development of network technology for distance education provides a new world， and takes benefit to rural areas. The passage based on the research of agent-rural digital learning platform， analysis the current rural digital learning platform application and status issues for the improvement of existing measures， from the view of improving rural digital learning platform application.

Key words: Rural Digital; Agent; XML; distance learning

信息化應(yīng)用于教學(xué)是教育信息化的一個核心內(nèi)容。目前，全國各學(xué)校都在進行“數(shù)字化教學(xué)平臺”的建設(shè)， 這本身就證明了信息化對于教學(xué)的迫切性和趨勢性。農(nóng)村因為其所處位置的分散，信息資源的匱乏，在教育中成為薄弱的一環(huán)，現(xiàn)代遠程教學(xué)系統(tǒng)是一種以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的遠程教育，學(xué)習(xí)者可以足不出戶地參加網(wǎng)上學(xué)習(xí)、網(wǎng)上討論以及網(wǎng)上答疑等。這種教學(xué)方式繼承了傳統(tǒng)遠程教育方式中不受時間、空間和地點限制的優(yōu)點，能夠激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，能夠為學(xué)習(xí)者提供圖文并茂、豐富多彩的交互式人機界面，從而達到讓學(xué)習(xí)者主動構(gòu)建知識，實現(xiàn)自我知識獲取、自我更新甚至創(chuàng)新知識的理想目標，非常適合在農(nóng)村普及相關(guān)農(nóng)學(xué)知識和技能水平。

1 數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺主要技術(shù)研究

1.1J2EE體系結(jié)構(gòu)

模型－視圖－控制器是八十年代Xerox PARC在為編程語言Smalltalk——80發(fā)明的一種軟件設(shè)計模式，最近幾年被推薦為Sun公司的J2EE平臺使用，并且受到越來越多Cold Fusion使用者和PHP開發(fā)者的歡迎。MVC不是一種設(shè)計模式（design pattern），而是一種架構(gòu)模式（Architectural pattern），用以描述應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)中各部分的職責(zé)和交互方式。它使應(yīng)用程序的輸入、處理和輸出強制性地分開。使用MVC應(yīng)用程序被分成模型、視圖、控制器三個核心部件。應(yīng)用程序被分成了三個主要的部分，每個部分負責(zé)掌管不同的任務(wù)。J2EE的框架一共分為5層：

1）Presentation（表示層）：應(yīng)用程序的用戶界面，用戶通過這一層來操縱應(yīng)用程序。

2）Application（請求層）：將Presentatinn層與services層連接起來。

3）Services（服務(wù)層）：EJB服務(wù)器的入口，作為Domain層的代理，根據(jù)不同的用戶請求，來調(diào)用相對應(yīng)的商務(wù)邏輯處理程序（Domain）。

4）Domain（領(lǐng)域?qū)樱禾幚碛脩舻恼埱笮畔ⅲ话阋評se case為單位。

5）Persistence（持久層）：與持久性數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)庫）打交道，根據(jù)Domain層的請求來操作持久性數(shù)據(jù)。

1.2 Agent技術(shù)

Agent理論和技術(shù)是在面向?qū)ο蠹夹g(shù)之后出現(xiàn)的一種新的方法。基于Agent的研究，一般可以通過兩種途徑：區(qū)分在傳統(tǒng)人工智領(lǐng)域和基于結(jié)構(gòu)主義的方法。方法有兩種出發(fā)點:在傳統(tǒng)的人工智能領(lǐng)域和基于結(jié)構(gòu)主義的方法。傳統(tǒng)的人工智能領(lǐng)域具有特定的過程和行為，研究的核心是認知過程，考察的對象是系統(tǒng)；另一類是基于結(jié)構(gòu)主義的方法，這種方法是網(wǎng)絡(luò)中使用Agent的技術(shù)，從基層的Agent及其相互作用來研究系統(tǒng)的整體特性。傳統(tǒng)的人工智能領(lǐng)域是商業(yè)系統(tǒng)使用較多的方向。

1.3 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的選擇

1.3.1 C/S模式與兩層結(jié)構(gòu)

C/S(Client/Server)結(jié)構(gòu)，即客戶機和服務(wù)器結(jié)構(gòu)，在早期的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中得到了廣泛應(yīng)用。其特點是，客戶端運行大部分服務(wù)，客戶端與數(shù)據(jù)庫完全分開，如數(shù)據(jù)訪問規(guī)則、業(yè)務(wù)規(guī)則、合法性校驗等應(yīng)用邏輯。C/S模式通常用于兩層結(jié)構(gòu)，它的處理流程可表示為：

兩層結(jié)構(gòu)模式＝多Client+單/多DataServer

兩層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用模型可表示為：

表1 客戶機/服務(wù)器的兩層結(jié)構(gòu)模型

在這種模式中，服務(wù)器只負責(zé)數(shù)據(jù)的處理和維護，為各個客戶機應(yīng)用程序管理數(shù)據(jù)；客戶機包含文檔處理軟件、數(shù)據(jù)查詢、決策支持工具等應(yīng)用邏輯程序，使用SQL語言發(fā)送、請求和分析從服務(wù)器接收的數(shù)據(jù)。這是一種“胖客戶機/瘦服務(wù)器”的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式。

1.3.2 B/S模式與三層結(jié)構(gòu)

B/S(Browser/Server)結(jié)構(gòu)，即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)，其本質(zhì)是三層結(jié)構(gòu)C/S模式。它是隨著Internet技術(shù)的興起，從傳統(tǒng)的兩層C/S(Client/Server)模式發(fā)展起來的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式。其處理流程可表示為：

三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式=多瀏覽器+單Web服務(wù)器+多數(shù)據(jù)服務(wù)器

三層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用軟件模型可表示為：

表2 瀏覽器/服務(wù)器的三層結(jié)構(gòu)模型

在三層結(jié)構(gòu)中，作為一個應(yīng)用服務(wù)器（又叫Web服務(wù)器），應(yīng)用邏輯程序己從客戶機上分離出來。瀏覽器以超文本形式向Web服務(wù)器提出訪問數(shù)據(jù)庫的要求，Web服務(wù)器接受請求后，將其轉(zhuǎn)化為SQL語法，并交給數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器驗證其合法性，并進行數(shù)據(jù)處理，然后將處理后的結(jié)果返回給Web服務(wù)器。Web服務(wù)器再將得到的所有結(jié)果變成HTML文檔形式，轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端瀏覽器，最終以Web頁面形式顯示出來。這是一種“瘦客戶機”的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式。

2 數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺需求分析

2.1 數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺中常見困難與問題

2.1.1 學(xué)習(xí)管理方面的問題

基于課程的學(xué)習(xí)普遍的流程是預(yù)定學(xué)習(xí)目標、確立學(xué)習(xí)進度、按進度選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和方式、檢驗學(xué)習(xí)成果。盡管學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，但教師無疑起到了明顯的導(dǎo)向作用。而在開放的學(xué)習(xí)環(huán)境中，很可能缺少預(yù)定的明確目標；而學(xué)習(xí)進度也是很難保證的；

2.1.2 知識積累與建構(gòu)方面的問題

1）一些學(xué)習(xí)平臺所擁有的知識內(nèi)容是僵化的。

2）交流區(qū)好象一個大水潭。什么水都往里倒，問答是不成體系的，一些好的文章、好的思想很快被湮沒了。

3）教師與教師、教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生的溝通仿佛是形式上的，讓人感覺到其中的隔膜。

2.1.3 在用戶專注性方面的問題

對于學(xué)習(xí)平臺的開發(fā)者來說，常常理想地認為，學(xué)生應(yīng)該有使用數(shù)字化設(shè)備進行學(xué)習(xí)的充分的主動性和積極性，并過高估計了學(xué)生自己管理學(xué)習(xí)進度的能力。實際上，即使是成人，也常常感覺很難調(diào)控數(shù)字化環(huán)境中的學(xué)習(xí)，甚至?xí)霈F(xiàn)以下兩種極端情況：一種極端是沉迷于娛樂而遺忘學(xué)習(xí)的原初目的；而另一個極端是，由于資訊的爆炸性增長與缺乏管理，使學(xué)習(xí)者迷失，甚至引發(fā)心理問題。

2.2 我國農(nóng)村現(xiàn)代遠程教育平臺的構(gòu)建

1980年中央農(nóng)業(yè)廣播電視學(xué)校的建立，是對傳統(tǒng)教育資源缺乏的有效補充，也是在農(nóng)村教育這方面區(qū)別于傳統(tǒng)教育的一個嘗試。農(nóng)村現(xiàn)代遠程教育平臺的構(gòu)建是為了更好地推動農(nóng)村教育的發(fā)展，這無論是從實際需求還是在長遠意義方面看，都是十分必要的。

由于農(nóng)村教育培訓(xùn)的主要對象是農(nóng)民、農(nóng)村青年，農(nóng)村婦女，基層干部以及其他城鎮(zhèn)力量。數(shù)字化教材對他們來說是一種新的教學(xué)媒體。所以在建設(shè)上還應(yīng)該注意：

1）進一步擴大對現(xiàn)有師資的培訓(xùn)，提高他們運用數(shù)字媒體教學(xué)的能力；

2）加強數(shù)字媒體的宣傳，使農(nóng)民認識、理解、接受數(shù)字技術(shù)；

3）及時了解農(nóng)民的需要，掌握需求的變化，發(fā)揮資源共享的優(yōu)勢，開發(fā)適合農(nóng)民的生動形象的數(shù)字教材。

3 基于Agent的農(nóng)村數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺功能實現(xiàn)

數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)是農(nóng)村數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺建設(shè)工程的一個重要組成部分，目的是為農(nóng)村師生建構(gòu)一個先進、通用、能面向國際化教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)教與學(xué)環(huán)境，使他們在多校區(qū)的網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境中能進行研究性學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)、自主性學(xué)習(xí)。

利用教學(xué)數(shù)字化管理平臺 ，通過遠程教育管理系統(tǒng)預(yù)定遠程教育課，各教師在注冊了一個用戶名之后，便能夠登錄，即可查閱、下載網(wǎng)絡(luò)上包括電教館以及和教育網(wǎng)臺的各種資源，也可以向校本資源庫的教師個人文件夾中上傳各種文件，同時在該系統(tǒng)內(nèi)預(yù)定遠程教育專用教室的使用及填寫上課后的各種信息反饋。學(xué)校管理人員通過本系統(tǒng)對學(xué)校每一位教師使用遠程教育資源及專用教室使用情況進行監(jiān)控。

3.1 基于Agent的個性化遠程教學(xué)系統(tǒng)

系統(tǒng)中必須建立基本類Agent、個性化處理類Personalization Agent、服務(wù)器類Facilitator Agent等。基本類Agent主要偵聽環(huán)境中的事件，并通過Sensor/Effector對事件作出反應(yīng)。服務(wù)器類Facilitator Agent主要登記活動Agent，并協(xié)助Agent相互通信。

本系統(tǒng)中的主要類有Student Agent，Teacher Agent，Administrator Agent和Personalization Agent。

1）類Student Agent：主要功能是提交學(xué)習(xí)者注冊時的信息以及學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)某門課程中與本系統(tǒng)交互時產(chǎn)生的一些個人信息，Personalization Agent收到這些信息后，根據(jù)這些個性化信息，調(diào)整呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)內(nèi)容。。

2）類Teacher Agent：主要功能是提供課程內(nèi)容，可以根據(jù)Student Agent對學(xué)習(xí)者個性信息的處理結(jié)果，通過Facilitator Agent向Teacher Agent發(fā)送請求，然后Teacher Agent向Student Agent發(fā)送符合該學(xué)習(xí)者個性特征的課程內(nèi)容。

3）類Administrator Agent和類Personalization Agent：他們使用單獨的設(shè)計模式，確保在同一時間內(nèi)只有一個Facilitator Agent和一個Administrator Agent的實例存活。

3.2 在線學(xué)習(xí)管理

學(xué)習(xí)系統(tǒng)支持基于學(xué)員個人能力的課件學(xué)服務(wù)在學(xué)子系統(tǒng)中指導(dǎo)模塊能根據(jù)學(xué)員的各類信息，分析學(xué)員當前所處的狀態(tài)，靈活的控制學(xué)員的學(xué)習(xí)內(nèi)容，決定教學(xué)策略和方法。其具體的指導(dǎo)策略包括:

1）根據(jù)學(xué)員的專業(yè)及課程的要求，選擇相應(yīng)的教學(xué)課件；

2）根據(jù)學(xué)員的學(xué)習(xí)進度，提供兩種學(xué)習(xí)模式，分別為：是繼續(xù)進行上次的學(xué)習(xí)；或是自行選擇教學(xué)內(nèi)容；

3）根據(jù)學(xué)員的學(xué)習(xí)水平參數(shù)，安排相應(yīng)難度的教學(xué)課件；

4）由教學(xué)計劃和教學(xué)知識點之間的依賴關(guān)系確定教學(xué)課件之間的順序。

3.3 表現(xiàn)層的實現(xiàn)

表現(xiàn)層的功能是對用戶接口進行設(shè)計，主要涉及到個性化界面的定制和XML的顯示。

1）用戶界面：表現(xiàn)層可以讓用戶自己選擇使用的語言、常用的工具條、定制個性化菜單顏色、字體等內(nèi)容，通過針對不同用戶設(shè)計不同XSL來達到個性化效果。

2）用戶界面的XML顯示：HTML規(guī)定了統(tǒng)一的格式。根據(jù)用戶的不同需求，asp語句查詢數(shù)據(jù)庫并將結(jié)果替換成asp語句嵌入到HTML面中。

3）用戶注冊：用戶可以在登錄頁面中點擊注冊按鈕，進入用戶注冊頁面，填寫信息進行注冊。

4）用戶登錄：用戶通過注冊時使用的電子郵件和密碼進行登錄。若忘記秘密嗎可以通過電子郵件找回。

5）權(quán)限管理：權(quán)限管理分為三個部分：組策略管理、用戶組策略分配、組策略編輯。組策略管理負責(zé)策略的添加、命名和刪除。

6）課程管理：管理員或教師添加的課題參數(shù)有課題名稱、課題所屬專業(yè)、選擇圖像（課題的圖像標識）和課題的描述（對課題的相關(guān)簡介）等。

7）交流展示：學(xué)員可以將自己的研究成果發(fā)布在交流展示平臺上與其他學(xué)員進行交流，增進了學(xué)員之間的相互了解，也為日后相互之間的合作奠定基礎(chǔ)。

8）學(xué)習(xí)資料管理：在研究性學(xué)習(xí)平臺中，所有的資料都必須在學(xué)習(xí)資料管理頁面上傳，然后將鏈接添加到相關(guān)課程的下載欄目內(nèi)供學(xué)員下載。

9）學(xué)習(xí)界面：用戶通過登陸后，可以進入學(xué)習(xí)平臺，搜索瀏覽自己所需要的內(nèi)容。

3.4 數(shù)據(jù)訪問中間件

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和從事政務(wù)、電子商務(wù)的業(yè)務(wù)需要，企業(yè)、政府越來越需要把不同階段、不同技術(shù)構(gòu)造的管理信息系統(tǒng)集成為一個更大的系統(tǒng)。這就要求應(yīng)用系統(tǒng)具有多數(shù)據(jù)源訪問的能力。隨著電子商務(wù)、政務(wù)的不斷深入和擴展，新建的應(yīng)用系統(tǒng)也要求具有更好的擴展性和伸縮性。此外，系統(tǒng)還應(yīng)具有良好的封裝性及可維護性以滿足我們整合數(shù)據(jù)庫訪問的需要。數(shù)據(jù)訪問中間件卻可以很好地解決這些問題。

1）方便的數(shù)據(jù)源連接：在設(shè)計和實現(xiàn)信息管理系統(tǒng)時，我們希望盡量做到與使用的數(shù)據(jù)庫無關(guān)，即當后臺的數(shù)據(jù)庫發(fā)生變化時，不需要或者盡量少地修改前臺代碼。而在這一點上數(shù)據(jù)訪問中間件的應(yīng)用給予我們很大的幫助。

2）管理數(shù)據(jù)庫連接：數(shù)據(jù)訪問中間件應(yīng)完成的一個主要功能就是提供數(shù)據(jù)庫連接管理。用戶界面層不用直接與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器建立連接，而是通過數(shù)據(jù)訪問中間件建立連接，并由中間件管理連接緩存。

3）管理數(shù)據(jù)庫訪問：當用戶需要對數(shù)據(jù)庫進行訪問時，首先通過數(shù)據(jù)庫連接管理模塊與相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫建立連接，然后由用戶調(diào)用數(shù)據(jù)訪問中間件提供的標準接口。數(shù)據(jù)訪問中間件將SQL請求轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器執(zhí)行SQL語句后，將得到的結(jié)果通過數(shù)據(jù)庫連接返回數(shù)據(jù)訪問中間件，再由它返回至用戶界面層。經(jīng)過數(shù)據(jù)訪問中間件處理，數(shù)據(jù)訪問過程中實時出現(xiàn)的錯誤信息也將一起返回。

4）性能問題：數(shù)據(jù)庫是信息管理信息系統(tǒng)的核心單元，由中間件完成通信功能。硬件技術(shù)快速發(fā)展，但其價格反而下降，因此往往通過使用更好的硬件來提升性能問題。另外，當用戶數(shù)量較少時，由于中間件建立多個連接需要花費時間，是否利用中間件的連接管理功能對數(shù)據(jù)庫的響應(yīng)速度影響不大，但隨著用戶數(shù)量的增多，采用中間件的連接管理功能所帶來的性能優(yōu)勢就顯現(xiàn)出來。

3.5 基于B/S結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性能改進

B/S結(jié)構(gòu)相對C/S結(jié)構(gòu)有優(yōu)勢。同時B/S結(jié)構(gòu)并非完美，其自身的特點也決定了B/S結(jié)構(gòu)在管理信息系統(tǒng)應(yīng)用中有一些需要克服的弱點。如：頁面頻繁刷新導(dǎo)致人機交互性下降。

首先要說明的是，頁面刷新是B/S結(jié)構(gòu)特有的實現(xiàn)機制決定的，因為客戶端既瀏覽器基本上不處理業(yè)務(wù)邏輯，幾乎所有工作都交由服務(wù)器端處理，服務(wù)器端處理完畢后，再將結(jié)果發(fā)回瀏覽器端，重繪頁面，形成所謂刷新。所以，只要應(yīng)用B/S結(jié)構(gòu)就不可能避免頁面的刷新。但是，我們?nèi)匀豢梢岳靡恍┘夹g(shù)手段來避免頁面頻繁的刷新，從而盡可能減少給系統(tǒng)的交互性帶來不利的影響。

下面僅列舉一例，來說明這個問題。

如Textbox的On change事件會引起頁面重新刷新，于是利用了以下的解決辦法，使得頁面不用刷新。

1）調(diào)用簡單的前臺腳本打開一個新頁；

2）把相關(guān)參數(shù)傳遞給該新頁處理（該新頁的前后臺均可處理）；

3）處理后所得數(shù)據(jù)再用前臺腳本返回；

4）數(shù)據(jù)處理完畢后被打開的頁面自動關(guān)閉。

3.6 系統(tǒng)安全策略

系統(tǒng)安全性是指保護系統(tǒng)以防止不合法的使用而造成數(shù)據(jù)泄露、破壞或更改，系統(tǒng)安全性是涉及系統(tǒng)各個方面的全局性的問題。系統(tǒng)是一種可共享的資源，在開放共享的環(huán)境中，安全與開放共享即是制約，又是相互統(tǒng)一的。系統(tǒng)既是共享的資源，又要適當?shù)乇Ｃ堋Ｖ挥薪鉀Q保密問題，才可能更好地實現(xiàn)共享。系統(tǒng)管理要求實行三點基本方針，即預(yù)防、檢測、恢復(fù)。在本系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)中系統(tǒng)安全性設(shè)計的策略主要由：1）權(quán)限控制；2）日志使用；3）規(guī)范輸入信息。

4 總結(jié)與展望

人類已經(jīng)進入了網(wǎng)絡(luò)時代，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展為遠程教育開辟了一片嶄天地，農(nóng)村教育因其地處偏遠，教育資源能以跟上而成為普及教育的盲區(qū)。遠程教學(xué)技術(shù)的研究，正可以為農(nóng)村遠程學(xué)習(xí)平臺的搭建提供一種可行的思路。隨著教學(xué)信息化日益成為現(xiàn)代教育發(fā)展的制高點，以技術(shù)改善教育環(huán)境，革新傳統(tǒng)教學(xué)模式，教學(xué)引入信息技術(shù)后給傳統(tǒng)教學(xué)模式帶來了巨大沖擊，必然對教學(xué)形式、方法、內(nèi)容的革新與進步產(chǎn)生強大的推動作用。

基于網(wǎng)絡(luò)的遠程教育在我國的教育事業(yè)中有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。大力發(fā)展數(shù)字化教學(xué)對推動科技和教育的進步有著不可估量的作用。當然發(fā)展網(wǎng)上教學(xué)的關(guān)鍵并不是從物理意義上擴大網(wǎng)絡(luò)范圍，更應(yīng)該重視改善現(xiàn)有網(wǎng)上教學(xué)系統(tǒng)的性能和模式。

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