基于Agent的網絡教學系統設計

李姝博

摘 要： 應用智能Agent技術，針對現有網絡教學系統的弱點與不足，結合其原有的優點，進行了網絡教學系統的設計。闡述了此系統的總體結構設計和系統設計，總體結構引用三層模型，包括用戶層、中間通信層和服務層；在系統設計中給出了用戶Agent設計、教學站點設計、移動Agent設計，構造了一個基于Agent技術的網絡教學系統模型。

關鍵詞： Agent； 網絡； 教學系統； 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

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

本文構造了一個基于Agent的網絡教學系統模型，闡述了系統總體結構和學習流程；設計了客戶端和服務器端各Agent的功能和結構；采用移動Agent實現Agent之間的通信。

1 系統總體結構

1.1 系統結構

系統引用三層模型的概念，應用Mobile Agent實現代理間的通信。三層結構包括：用戶層、中間通信層、服務層。總體結構如圖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，根據用戶的要求創建并派遣Mobile Agent到服務層執行相應的任務。

中間通信層采用Mobile Agent實現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，維護系統數據庫。

系統面向三類用戶：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，面向學生提供在線指導和解決疑問；第三類是管理員，主要是對整個系統進行管理，以提供良好的系統環境。

1.2 學習流程

本系統要為學生創建一個個性化的學習空間，基本的學習流程如圖2所示。

2 系統設計

2.1 用戶Agent的設計

系統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的功能與結構設計。

2.1.1 學生Agent

學生登錄系統后，由系統自動生成一個學生Agent。它具有的功能是：負責學生與系統進行交互，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，根據學生的要求創建相應的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。學生代理的結構設計如圖3所示。

監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之間可靠的數據通信。

2.1.2 教師Agent

教師登錄系統后，由系統自動生成一個教師Agent，其結構類似學生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；根據教師提供的學習資料調整系統的教學資源庫。

2.2 教學站點的設計

教學站點為學生提供教學服務，為移動代理的執行提供具體的平臺。教學站點主要提供訪問教學系統的服務接口，使移動Agent有一個執行環境，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。教學站點的結構如圖4所示，教學站點包括管理Agent、分析Agent、教學Agent、考試Agent和若干數據庫，數據庫有學生模型庫、教師信息庫和知識結構庫、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是多代理系統的核心，負責整個系統的管理工作，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的結構中，對于移動代理傳來的信息，處理模塊會根據信息的類型將信息轉給站點上相應的代理進行處理，對于處理結果，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整學生模型庫。分析Agent結構圖如圖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據傳遞，實現知識共享。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構模型和學生模型庫相結合，選取適合學生的教學策略和教學內容。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，根據學生庫中的學生的信息，運用知識庫中的數據和推理規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據通信，實現知識共享。

考試Agent類似教學Agent，組卷Agent根據學生的要求，結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和學習信息，它是Agent智能性的關鍵部分。本智能教學系統中，Agent是一種封裝了學生請求信息代碼、運行狀態和資料的計算實體，它根據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，執行任務并返回，可以減少網絡擁堵。在整個過程中，客戶機沒必要在網絡上存在，只有在移動Agent返回時，客戶機才需要連接到網絡上。

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

移動Agent根據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，在網絡上游走，目的是從網絡上獲取學生所需要的學習資料、測試試卷或學習指導。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。

3 結束語

本文給出了系統的總體結構設計，介紹了系統的三層模型，說明了系統工作流程，給出了用戶層和服務層各個靜態Agent的功能和結構設計，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的網絡教學系統采用移動Agent技術實現Agent之間的通信，提高了用戶與系統之間的交互性。設計并實現基于Agent的網絡教學系統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智能化，進一步補充各個學習環境中的算法問題等，是我們要繼續研究的方向。

參考文獻：

[1] Johnson Lewis W. Pedagogical ICCE98[M].Beijing：China HigherEducation Press，1998：13-22

[2] Wu Fati， HE Kehang. Research on intelligent Multimedia distance education system based on multi-Agent. Proceedings of ICCE98[C]. Higher Education publishing House，1998.3：250-257

[3] 馬希榮.基于多Agent的分布式智能教學平臺關鍵技術研究[D].南開大學博士學位論文，2003.

[4] 彭敏佳.基于Agent的網絡教學系統的研究與應用[D].重慶大學碩士學位論文，2004.

[5] 溫紹潔.基于Web和多Agent的智能網絡教學系統的研究與設計[D].首都師范大學碩士學位論文，2006.

[6] 李擁軍，王惟言.基于多Agent網際實時教學系的研究與實現[J].計算機工程與應用，2003.18：181-183