MAS在高校教育教學過程質量監控系統中的應用

徐菁鴻?劉雪梅

摘要：近年來，多智能體技術成為很多領域的研究熱點。針對目前高等院校教育教學過程質量監控系統在滿足實時性、動態性等質量監控要求有限的前提下，提出了基于多智能體的高等院校教育教學過程質量監控系統的結構。并結合高等院校教育教學過程中的重要質量監控環節的實際情況，分析了該結構對通信、分析決策等功能的實現。

關鍵詞：多智能體；高等院校教育教學過程；質量監控系統

作者簡介：徐菁鴻（1979-），女，山東萊州人，沈陽工程學院管理學院，講師，遼寧大學商學院博士研究生；劉雪梅（1965-），女，遼寧沈陽人，沈陽工程學院，教授。（遼寧 沈陽 110136）

基金項目：本文系遼寧省高等教育教學改革研究項目“教育教學質量監控網絡化平臺開發研究與實踐”（項目編號：978）、遼寧省普通高等教育本科教學改革項目“基于ABET認證的工業工程專業人才培養模式國際化研究”（項目編號：259）的研究成果。

中圖分類號：G647 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）08-0050-02

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020 年）》指出“建立以提高教育質量為導向的管理制度和工作機制，把教育資源配置和學校工作重點集中到強化教學環節、提高教育質量上來。”在數字信息技術高度發達的今天，運用計算機技術及人工智能技術對高等院校教育教學過程質量進行監控，能夠提高管理者的工作效率，也能夠使高等學校教育教學過程的每一個環節和步驟得以完善，及時有效的質量監控措施可以有效避免出現教學質量危機。[1]

陳艷艷等人利用ASP.NET和ADONET設計技術構建基于Web數據庫的動態交互式教學質量監控平臺，實現了教學質量監控作用，并提出今后需要進一步應用人工智能技術對測評結果進行分析。楊振興等人運用多Agent技術設計了軟件質量評價系統，明顯提高了團鍵質量評價的異地同步性和效率，為多Agent技術在其他領域的運用提供了參考。[2，3]目前運用人工智能技術對高等院校教育教學過程進行質量監控的研究比較有限。同時，在招生生源開始下降的今天，整體提高教學質量和技能水平，培育自己的核心競爭力，必然對教育教學過程的質量監控與評價提出了更高的要求。因此，運用新的技術與理論，建立基于多智能體技術的教育教學質量監控系統是有必要的。

針對目前高等院校教育教學過程質量監控的目的，擬運用計算機科學與人工智能領域的研究成果，即多智能體技術，設計基于多智能體的高等院校教育教學過程質量監控系統。該系統具有自治性、反應性等特點。

一、高等院校教育教學過程質量監控的目的

高等院校教育教學過程需體現人才培養與科學研究相結合，因此具有動態性、互動性、復雜性、傳播性、特殊性等特點。這些特點決定了對高等院校教育教學過程質量監控的目的。

第一，對教育教學過程中的各種質量指標進行即時采集，質量數據綜合后能夠體現連續的教育教學過程事件，保證對教育教學過程基本運行情況的觀察及動態分析。

第二，對教育教學過程中復雜的質量指標進行篩選與分層，具有教學事故診斷能力，為制定改善教育教學過程的具體措施提供可信的依據。

第三，各級教育教學過程質量監控部門共同參與過程質量評價活動，并對評價過程中的評價目標、權重等因子進行信息交互與協商。[4]

第四，通過運用計算機技術及監測設備對整體數據進行綜合并評價，最終實現教育教學過程的優化。

為實現上述目的，引入多智能體技術，建立了基于多智能體的高等院校教育教學過程質量監控系統。[5]

二、基于多智能體的高等院校教育教學過程質量監控系統的結構

智能體（Agent）是計算機科學與人工智能領域的研究成果，是具有感知能力、問題求解能力和外界通信能力的一種實體。1995年，Agent理論專家Wooldridge和Jennings對Agent進行了權威定義：Agent是一個基于軟件或硬件的計算機系統，[6]它具有以下主要特征：

一是自治性。自治性是Agent最重要的特性之一，可以在沒有直接的外部調用或干預的情況下運行，任何其他程序單元無法訪問其操作，具有良好的封裝性，因而也具有更高的安全性。

二是反應性。Agent可以在一定程度上對其他Agent或環境進行響應，通過觸發規則或執行定義的計劃來更新Agent的知識庫，同時發送消息給其他的Agent。

三是協同性。在Multi-agent系統中，不同的Agent具有不同的能力，協同工作可以通過Agent之間交換知識及計劃的機制來實現，交互可以在多個Agent或Agent與人之間完成，用戶與Agent之間可以實現雙向交談，即用戶對其期望的操作進行定義，Agent對能力進行說明并給出結果，交互雙方處于對等地位。

四是智能性。處于智能狀態的Agent要由知識術語來描述，在此基礎上，通過使用符號語言實現與其他Agent的交互。一般來說，一個Agent很少同時具有上述所有特性，往往結合實際情況來開發包含所需特性的Agent及Agent系統。

近年來，多智能體（Multi-agent）技術成為分布式人工智能領域的研究熱點，并被成功應用于多個領域。多智能體系統（Multi-agent system）是由多個Agent組成的群體，每個Agent有組織的、有序的在特定環境中完成各自承擔的工作任務，也可以通過相關Aagent的通信來共同協調完成特定的任務。

本文根據Agent的特點，結合Multi-agent system的發展趨勢，針對高等院校教育教學質量監控過程的目的及要求，提出了基于多智能體的高等院校教育教學質量監控系統，系統結構如圖1所示。

該模型采用FDDI模式來保證高效可靠的通信。在該模型中，在教育教學過程的重點環節配置一個質量Agent，如教學過程Agent、教學進程Agent等，各質量Agent能夠完成獨立的質量檢測任務。同時，各Agent之間能夠進行即時通信，使整個過程的控制效果達到最優。過程分析Agent通過與其他Agent通信，將發送或接收的數據或命令裝入數據庫，然后進行相關性分析、方差分析等，得出教學質量的演變態勢，然后將以上結果存入數據庫并提供給質量評價Agent使用。質量評價Agent從過程分析Agent中得到分析結果，或從數據庫中獲取相關數據，然后在自身知識庫的基礎上進行推理，并作出決策。

三、基于多智能體的高等院校教育教學過程質量監控系統的過程分析及質量評價過程

Agent一般分為認知Agent和反應式Agent。兩者的主要區別在于認知Agent具有推理能力，可以根據本體的動作和其他Agent的動作進行推理。在本系統結構中，過程分析Agent和質量評價Agent均采用認知Agent，其他Agent采用反應式Agent。過程分析及質量評價如圖2所示。

首先，過程分析Agent的接口從基礎數據庫獲得所需數據，通過控制器進入推理機，推理機按照知識庫中的規則，選擇模型和算法進行分析，分析結果輸入數據庫。

其次，分析結果通過接口從數據庫讀入質量評價Agent，輸入推理機后，對數據是否處于控制范圍進行判斷。例如：對教學設施進行維修；按照實習廠的實際情況微調教學進程；監督授課計劃運行過快或過慢的教師；對課后輔導、答疑及作業批改進行檢查與考核；對學生的日常及期末考核成績進行分析與評價，使教與學的過程實現更好地配合等等。

再次，也可以對數據整體的分布情況進行分析，在判斷數據是否符合質量要求的同時，判斷現行的質量考核標準是否符合客觀實際。假如某學年或某學期內異常數據明顯偏高，則考慮調整質量考核標準，或者對教師進行教育教學過程培訓，這些可以通過給教育教學過程的重點環節Agent下指令來實現。

最后，質量評價Agent具有查詢功能，例如每月的教師調課情況，每月的教室使用情況，教師授課進度的跟進情況，通過比較使教育教學質量監管部門對一段時期的教育教學過程質量情況有一個比較全面的了解。

四、基于多智能體的高等院校教育教學過程質量監控系統的功能

第一，每個重要環節Agent都能對教育教學過程進行實時監控，控制器在雙環上的各個節點，所以當發生突發事件時，例如教學設施突然故障，教學設施Agent可以進行快速響應，并與相關節點進行通信，以降低整個系統的損失成本。

第二，該系統可以通過Agent之間的通信，實現高度的信息共享。例如教務處在完成過程分析任務后，可以將結果發送至數據庫共享，其他部門可以結合現有的信息資源調整自身的過程分析方案，避免冗余，達到節約系統資源的目的。

第三，隨著教育教學進程的不斷改進，如果某類問題不能依靠現有單元得到解決，可以考慮多個單位協同工作解決，如果依然得不到解決，則可以考慮增加Agent節點，而不會影響到現有系統的結構。例如在課堂教學過程中發現多媒體利用效率有所下降，則可以考慮增加課堂教學Agent節點。

參考文獻：

[1]郭亮，藍維鼎.構建高等院校教育質量預警機制的必要性和可行性[J].繼續教育研究，2011，（6）：30-31.

[2]陳艷艷，施珺.基于.NET的教學質量監控平臺的設計與實現[J].計算機教育，2010，（8）：156-159.

[3]楊振興，宗宇偉，朱三元.面向多Agent技術的軟件質量評價系統研究[J].計算機工程，2004，（30）：72-74.

[4]趙麗萍.基于Multi-agent的電能質量監控網絡的研究[D].成都：西南交通大學，2006.

[5]鄭東霞.基于多agent技術的軟件質量協同控制模型研究[D].大連：大連海事大學，2006.

[6]Michael Wooldridge，Nicholas R Jennings，Intelligent Agents：Theory and Prictice[M].Manchester：Department of Computing Manchester Metropolitan University，2000.

（責任編輯：孫晴）