基于Agent的網(wǎng)絡教學系統(tǒng)設計

李姝博

摘 要： 應用智能Agent技術，針對現(xiàn)有網(wǎng)絡教學系統(tǒng)的弱點與不足，結(jié)合其原有的優(yōu)點，進行了網(wǎng)絡教學系統(tǒng)的設計。闡述了此系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設計和系統(tǒng)設計，總體結(jié)構(gòu)引用三層模型，包括用戶層、中間通信層和服務層；在系統(tǒng)設計中給出了用戶Agent設計、教學站點設計、移動Agent設計，構(gòu)造了一個基于Agent技術的網(wǎng)絡教學系統(tǒng)模型。

關鍵詞： Agent； 網(wǎng)絡； 教學系統(tǒng)； 設計

中圖分類號：TP302.1 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2014）02-67-03

0 引言

隨著網(wǎng)絡技術的蓬勃發(fā)展，網(wǎng)絡教學成為人們研究的熱點，人們對網(wǎng)絡教學系統(tǒng)展開了熱烈的研究和開發(fā)[1-2]。但就目前而言，許多網(wǎng)絡教學系統(tǒng)仍存在著弊端[3-6]，其技術上的主要原因是，傳統(tǒng)的開發(fā)方式不太適合于網(wǎng)上的智能型課件的開發(fā)，必須采用新的技術和方法。而迅速發(fā)展的Agent技術則是解決網(wǎng)上軟件智能性的有效方法。

本文構(gòu)造了一個基于Agent的網(wǎng)絡教學系統(tǒng)模型，闡述了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和學習流程；設計了客戶端和服務器端各Agent的功能和結(jié)構(gòu)；采用移動Agent實現(xiàn)Agent之間的通信。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)引用三層模型的概念，應用Mobile Agent實現(xiàn)代理間的通信。三層結(jié)構(gòu)包括：用戶層、中間通信層、服務層。總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

用戶層為用戶提供交互界面，收集和跟蹤用戶行為，在必要的時候為用戶提供指導和幫助，根據(jù)用戶的要求創(chuàng)建并派遣Mobile Agent到服務層執(zhí)行相應的任務。

中間通信層采用Mobile Agent實現(xiàn)第一層和第三層之間的通信。Mobile Agent攜用戶請求到服務層，并將獲得的資源等返回給用戶。

服務層負責收集和整理用戶信息和教學資源，為用戶提供信息和教學服務，分析用戶行為以建立和更新用戶模型，維護系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)面向三類用戶：第一類是學生，學生可以查看和修改個人信息，還可以通過在用戶層創(chuàng)建的Mobile Agent從教學站點上得到所需的學習資源和個性化的學習指導；第二類是教師，教師可以通過瀏覽器訪問教學站點，處理教學資源，面向?qū)W生提供在線指導和解決疑問；第三類是管理員，主要是對整個系統(tǒng)進行管理，以提供良好的系統(tǒng)環(huán)境。

1.2 學習流程

本系統(tǒng)要為學生創(chuàng)建一個個性化的學習空間，基本的學習流程如圖2所示。

2 系統(tǒng)設計

2.1 用戶Agent的設計

系統(tǒng)主要是針對學生和教師兩類用戶，這里我們重點介紹學生Agent和教師Agent的功能與結(jié)構(gòu)設計。

2.1.1 學生Agent

學生登錄系統(tǒng)后，由系統(tǒng)自動生成一個學生Agent。它具有的功能是：負責學生與系統(tǒng)進行交互，提供良好的用戶界面，在必要的時候給予學生合適的指導與幫助，根據(jù)學生的要求創(chuàng)建相應的Mobile Agent，并派到教學站點請求幫助，及時將學生的學習情況反饋給教學站點。學生代理的結(jié)構(gòu)設計如圖3所示。

監(jiān)控模塊負責跟蹤并記錄學生的學習情況，并將信息報告給處理模塊；處理模塊是學生Agent具有智能性的部件，負責接收和處理監(jiān)控模塊和通信模塊傳來的信息；通信模塊負責學生Agent和Mobile Agent之間可靠的數(shù)據(jù)通信。

2.1.2 教師Agent

教師登錄系統(tǒng)后，由系統(tǒng)自動生成一個教師Agent，其結(jié)構(gòu)類似學生Agent。教師Agent具有的功能：在必要時給教師提供幫助與指導；負責對知識庫的知識進行有效的管理；根據(jù)教師提供的學習資料調(diào)整系統(tǒng)的教學資源庫。

2.2 教學站點的設計

教學站點為學生提供教學服務，為移動代理的執(zhí)行提供具體的平臺。教學站點主要提供訪問教學系統(tǒng)的服務接口，使移動Agent有一個執(zhí)行環(huán)境，幫助學生完成知識點的學習、測試，以及與教師的交流。教學站點還提供了收集和整理各種教學資源，合理組織和安排領域知識的教學服務。教學站點的結(jié)構(gòu)如圖4所示，教學站點包括管理Agent、分析Agent、教學Agent、考試Agent和若干數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫有學生模型庫、教師信息庫和知識結(jié)構(gòu)庫、教學資源庫、教學策略庫、試題庫四個知識庫。

在教學站點中，管理Agent是多代理系統(tǒng)的核心，負責整個系統(tǒng)的管理工作，處理用戶的注冊和登錄，對用戶的信息進行維護；負責學生代理與教學站點各代理之間的通信；在學生發(fā)出在線指導申請時，為學生尋找符合條件的指導教師，并將教師的相關信息反饋給學生。在管理Agent的結(jié)構(gòu)中，對于移動代理傳來的信息，處理模塊會根據(jù)信息的類型將信息轉(zhuǎn)給站點上相應的代理進行處理，對于處理結(jié)果，處理模塊會將信息及時返回給移動代理。分析Agent在整個學習過程中與移動代理交互得到學生的學習信息，通過分析學生的學習信息來調(diào)整學生模型庫。分析Agent結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

功能模塊中的學習進度描述模塊用來記錄學生的學習知識點和對于知識點的掌握情況；認知能力評估模塊評估學生的學習能力；學習偏好估算模塊用來描述學生的學習習慣和學習愛好。通信模塊負責與其他代理之間的可靠的數(shù)據(jù)傳遞，實現(xiàn)知識共享。控制模塊負責控制功能模塊與通信模塊的交互合作。

教學Agent主管教學任務，與知識庫中的整體知識結(jié)構(gòu)模型和學生模型庫相結(jié)合，選取適合學生的教學策略和教學內(nèi)容。如圖6所示。

圖6中的功能模塊是智能部件，接收來自通信模塊的信息，根據(jù)學生庫中的學生的信息，運用知識庫中的數(shù)據(jù)和推理規(guī)則來制定相應的教學策略，如果需要教學資源，則從教學資源庫中選取適合學生需求和認知能力的教學資源給學生；通信模塊負責與其他代理之間的可靠的數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)知識共享。

考試Agent類似教學Agent，組卷Agent根據(jù)學生的要求，結(jié)合學生模型中學生認知能力的高低，從試題庫中為學生選取適合的試題。

2.3 移動Agent的設計

移動Agent是學生與教學服務器之間的橋梁，在整個學習期間，移動Agent為學生的請求提供幫助，及時給教學服務器反饋學生的學習狀態(tài)和學習信息，它是Agent智能性的關鍵部分。本智能教學系統(tǒng)中，Agent是一種封裝了學生請求信息代碼、運行狀態(tài)和資料的計算實體，它根據(jù)需求從一臺主機到另一臺主機進行一次或多次移動。該Agent能夠自動移動到遠程服務器上，執(zhí)行任務并返回，可以減少網(wǎng)絡擁堵。在整個過程中，客戶機沒必要在網(wǎng)絡上存在，只有在移動Agent返回時，客戶機才需要連接到網(wǎng)絡上。

與傳統(tǒng)模式相比，引入移動Agent技術后，使網(wǎng)絡教學系統(tǒng)具有一些優(yōu)勢。它能將提出請求的客戶端代碼動態(tài)地移動到服務器端，移動Agent不需要網(wǎng)絡傳輸這一中間環(huán)節(jié)而直接與服務源進行交互，大大減少了對網(wǎng)絡的依賴；允許網(wǎng)絡連接中斷，減少網(wǎng)絡占用時間，提高網(wǎng)絡的利用率；快速響應用戶的交互請求，實現(xiàn)真正意義上的及時性和交互性。

移動Agent根據(jù)所賦予的任務不同而將其分為兩類：一類是幫助學生完成知識點學習和測試的任務；另一類是幫助學生與教師直接進行在線交流的任務。

移動Agent具體是如何工作的呢？移動Agent一方面攜帶學生的學習請求信息，在網(wǎng)絡上游走，目的是從網(wǎng)絡上獲取學生所需要的學習資料、測試試卷或?qū)W習指導。在異地完成任務后，會卸掉學生的請求信息，返回學生需要的信息或負載非終止通信過程的后續(xù)通信服務。另一方面在學生的學習期間，及時將學生的學習信息、學習結(jié)果反饋給教學服務器進行分析，為下一次學習指導提供依據(jù)。

3 結(jié)束語

本文給出了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設計，介紹了系統(tǒng)的三層模型，說明了系統(tǒng)工作流程，給出了用戶層和服務層各個靜態(tài)Agent的功能和結(jié)構(gòu)設計，從分類、遷移路由、移動行為三方面闡述了移動Agent的設計思想。基于Agent的網(wǎng)絡教學系統(tǒng)采用移動Agent技術實現(xiàn)Agent之間的通信，提高了用戶與系統(tǒng)之間的交互性。設計并實現(xiàn)基于Agent的網(wǎng)絡教學系統(tǒng)不是一項簡單的工作，需要長期不懈的努力。對于如何更好地實現(xiàn)智能化，進一步補充各個學習環(huán)境中的算法問題等，是我們要繼續(xù)研究的方向。

參考文獻：

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