基于Agent技術的智能導學系統設計

李艷紅，樊同科

（西安外事學院陜西西安710077）

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基于Agent技術的智能導學系統設計

李艷紅，樊同科

（西安外事學院陜西西安710077）

摘要：智能導學系統的建立是一項涉及人工智能、計算機科學、認知科學、教育學、心理學和行為科學的綜合性課題。文章基于Agent系統的基本結構和運行原理，給出了基于Agent的個性化智能導學系統的設計模型，闡述了總體設計思路。從學習者和教學者的角度，設計和建立一個自主化、個性化、智能化的基于多Agent遠程教育導學平臺，該平臺更好的實現學生與教師間的交流互動，指導教師教學與學生學習，提高教學效果，提升學習質量。

關鍵詞：智能導學；Agent技術；軟件設計

遠程教育是目前自主學習的一個主要方式，學生可結合自身的學習特點制定學習方案，并通過這一平臺可隨時隨地的獲取知識，提高學習效率，提升學習質量。然而也存在一定的不足，如自主學習平臺的智能性不高，缺少有效的導學機制等。針他對這一缺陷，目前開發實現了智能導學系統，主要是體現在遠程教學的智能化。這一系統是基于決策支持系統和數據倉庫等技術，融合了不同類型課程不同學習者的方法、經驗和教師在教學中總結的指導性意見，學生通過這一系統可獲得相應的學習建議，便于制定自主學習的方案，并對整個方案的實施過程進行效果的評價分析，實現智能化學習，實現學習效率的最大化。目前Agent技術已廣泛運用于導學系統中［1］。

所謂智能導學系統就是利用決策支持系統和數據倉庫等技術，通過采集各種類型的學習者對某門課程學習的方法、經驗和教師的指導意見、建議等數據，利用數學的，智能的方法和模型，對某門課程各類型學生的學習進行綜合、分析，提出一種對學習具有決策性的建議學習方案，為學生的個別化自主學習提供幫助，從而形成一種基于現代計算機信息網絡的遠程導學途徑。智能化導學系統主要是考慮遠程教育的接收者—學生，能不受時間和空間的限制，得到盡可能大的指導和幫助，特別是能自動地提出適合學習者自身學習特點的綜合學習方案，并能跟蹤這個學習方案的實施過程，對學習的效果進行評價，并不斷的調整、完善學習策略，以實現智能化學習，提高學習者的學習效率。

1　國內外研究現狀

利用Agent技術構件智能導學系統，國內外相關文獻也有所報道，包括：

2011年馬宜青進行了多Agent技術在智能導學系統中的應用研究，其指出智能導學系統的建立是一項涉及人工智能、計算機科學、認知科學、教育學、心理學和行為科學的綜合性課題。智能Agent技術適用于與用戶有靈活的相互作用，在相互作用中智能地協助用戶完成瑣碎的工作這樣的領域。其討論了多Agent技術在智能導學系統中的應用［2］。

2006年聶哲進行了基于Agent技術的智能導購系統的設計，其指出，考慮到目前網上購物站點繁多，客戶無法做到貨比3家、擇優購買，其提出了設計一種智能導購系統，該系統能根據客戶的購買傾向來自動搜索網上的主要購物站點，并能根據客戶在購買過程中所瀏覽關注的商品獲取客戶的個人偏好，從而有針對性地為客戶提供同類或類似商品，實現個性化的服務［3］。

2006年劉曉艷進行了基于Agent技術的現代遠程教育系統設計研究，教育界和教育技術領域一直在為實現教育的智能化而努力，，現代遠程教育系統的智能性和適應性的研究與開發已成為一個熱點問題。人工智能領域中的Agent技術可為這一目標的實現提供支持。其介紹了Agent技術的概念和特點，并提出了基于Agent技術的現代遠程教育系統設計，分析了Agent技術給遠程教育帶來的新的特點［4］。

2010年劉海芹進行了基于JSP技術的智能導學系統的設計與實現研究，其中闡明了當前我國網絡自主學習有一定的盲目性，缺乏有效的導學機制；本文討論了基于JSP技術的智能導學系統的功能設計與相應功能的實現［5］。

2013年鐘陽晶進行了基于Agent技術的智能網絡課程平臺設計。其將Agent理論用于網絡課程平臺的規劃與設計，重點分析了在網絡課程平臺中引進Agent技術之后，可以改善學習者的學習體驗，提高學習者使用網絡課程平臺的意愿和興趣；對教師使用網絡課程平臺的責任心也有了相應的激勵機制。基于Agent技術的網絡課程平臺，革新了網絡課程平臺的應用模式，有效提高了網絡課程平臺的學習效果和利用率［6］。

2　Agent系統相關技術

2.1Agent概述

Agent是人工智能的專業術語，科學界翻譯為智能體，是指自主活動的軟件或者硬件實體。Agent的基本原理是將單個模塊的處理信息系統集成綜合使之相互作用產生集團智能，以實現整個系統的處理能力提升的目的。Agent技術的設計出發點是現實世界的人，以人為本的一種能動的、可自發行動的軟件模式。Agent不僅具有智能性，還具有社會性、適應性、有效性等，因此，越來越廣泛運用于實際過程中，如智能信息檢索、工業智能控制系統、系統與網絡管理、電子商務、協同工作、教育等領域。其所代表的智能化和網絡化是順應時代的必然發展趨勢，這也是Agent技術核心思想的集中體現。

2.2Agent基本結構

Agent的基本結構如圖1所示，包括與外界交互的感知器、通訊機制、對信息進行存儲加工的信息處理器和記憶庫，同時還具有根據共同目標及自己的職責所產生的目標模塊及反作用于外部環境的效應器。

圖1　Agent的基本結構

2.3Agent運行原理

如圖2所示，Agent可通過感知器獲取環境信號，并通過效應器對環境產生作用。Agent是通過主體的心智狀態驅動的產生行動的，以此來適應環境的不斷變化。

圖2　黑箱智能主體

Agent是一個由目標模塊、感知模塊、通信模塊、協作模塊、知識庫、控制模塊、推理模塊、效應器以及類比模塊等組成的黑箱智能主體，各模塊的作用及工作過程如下：

1）目標模塊中為目標任務，感知模塊根據各個目標任務主動從環境中接收獲取信息，并加以過濾、抽象、聚合；

2）感知模塊所提取出來的信息通過類比模塊與知識庫中的知識塊進行模糊匹配，并結合其中的規則處理信息及推理模塊生成新的知識塊；

3）通信模塊則是一個媒介的角色，擔任目標任務和處理信息的傳遞發送以及不同協調Agent間的相互通信；

4）協作模塊則是一個協調的角色，保障多個Agent協同工作，及各種沖突得到及時的有效協調；

5）目標模塊則是根據用戶建立的初始任務并結合通信模塊中的動態變化信息，最終形成用戶滿意的概念空間；

6）控制模塊則是Agent的司令部，起到綜合調控決策領導的作用，按照通信信息條件及一定的信息處理規則，為目標任務提供有效的解決方案，并協調控制各個模塊的運行，最終交由效應器實施。

3　基于Agent技術的智能導學系統設計

3.1系統設計可行性分析

3.1.1系統經濟可行性分析

經濟可行性是權衡系統開發與后期維護的成本與后期系統運行收益之間的關系，只有正確認識到二者之間的關系才能為經濟可行性分析找到依據。本系統開發與部署的主要成本有軟件開發成本、部署系統的服務器硬件成本、系統維護成本，具體主要體現在基于Agent技術的智能導學系統運行的軟件、硬件費用，耗電量費用等。系統收益主要指新系統投入使用所帶來的直接或間接的經濟效益。本系統的部署使用，能有效的提高智能導學的工作效率，并且減少因失誤造成的各種損失。權衡系統開發投入成本與系統運行收益，總體來看，系統運行收益遠遠大于系統開發投入成本。因此，本次Agent技術的智能導學系統的設計與開發在經濟上是可行的。

3.1.2系統技術可行性分析

在基于Agent技術的智能導學系統設計時，采用了基于Agent技術的軟件體系結構的實現模式，易于開發、安全性高、適用性強、性能可靠、更新速度快、成本低，所以其也得到了較快的發展及應用，因此也得到了較多程序設計人員的追隨，也因此形成了一系列優秀的可復用的程序模塊，即使遇到一些問題也可以找到相應的解決方案，所以從技術可行性角度分析實現本系統也是可行的。

3.1.3系統操作可行性研究

基于Agent技術的智能導學系統上線必須考慮操作可行性，操作可行性是指系統界面是否友好，是否提供豐富的幫助程序，系統在操作上是否能處理實際的管理問題，是否對系統管理組織具有影響，在系統遭遇故障時能否使用戶滿意等。針對這些問題，智能導學系統提供豐富的界面風格，并且用戶可自定義主界面背景圖片等。同時系統提供多種提示信息，當系統報錯或用戶數據輸入錯誤時，系統會自動報錯。數據添加、變更時系統都會根據運行狀況直觀的反饋結果給用戶。另外，系統界面友好、直觀，因此，本次智能導學系統在操作上是可行的。

3.2智能導學系統設計目標

為了建立一個能符合不同學生學習進度和知識架構的遠程智能導學平臺，能為教師提供最有效的教學策略，本研究將應用Agent技術建立一種全新的遠程導學系統教學模式，為學生學習和老師教學提供更好智能化程度的平臺。

該系統模型的主要目標詳述如下：

1）該系統是Agent框架系統，可通過更換或補充智能超媒體課件實現不同領域以及設定不同角色的智能教學。

2）教學模式為因材施教、因人而異、模擬實際教學活動，為老師和學生提供個性化的自主導學服務。

3）學生可根據自身的知識結構及學習進度并結合信息反饋修改完善更適合自身學習狀況的導學策略，達到事半功倍的效果。

3.3Agent技術構件的智能導學系統模型

如圖3所示，文中綜合Agent技術，提出了一種新型的應用于網絡學習的智能導學系統模型，系統采用B/A/S模式，即瀏覽器Browser/代理Agent/中心服務器Sever，學生Agent、教師Agent和個性分析Agent是教學系統中實現個性化和智能化的關鍵。

圖3　Agent構成圖

若登錄對象是學生，則系統自動生成一個與之交互的輔助學生代理Agent，可根據學生在學習過程學習情況，提供最合適的導學策略，并將學習的評價結果信息反饋至學生信息庫中進行保存記錄。若是教師，則系統自動生成一個教師代理Agent，實現教師與系統間的交互，將教師新的指導傳送往導學策略庫用于對學生學習的指導，根據教育形式的不同，教師實體可以不必實時參與。

另外，個性分析Agent在學生的整個學習過程中與學生Agent通過不斷交互指導學習。個性分析Agent即為在下一次登錄時即可查閱以往的學習記錄，系統也可根據這些記錄評價分析學生的學習狀態，并為下一步的學習提供導學策略庫中更適合的策略，不同學生學習狀況不同，所獲得的導學策略也不同，系統所提供的學習資料也不同。因此，學生Agent是個性分析Agent的基礎，個性分析Agent是對學生Agent的運用和反饋，個性分析Agent根據學生Agent提供的學生學習狀況的相應分析數據進行分析總結并將評價結果反饋至學生Agent，指導學生的學習。正是由于二者的不斷交互，學生的學習環境更加自主化、個性化。

學生模型一方面是對學生不同學習程度的行為特征和理解認知能力的反映，另一方面還應避免模型數據的過于龐大及數據的復雜。學生模型的內容及結構與系統的功能有關，教學目標不同，則系統內內容相應改變，而專家模塊的內容和教師模塊所選用的教學模式與學生模型是緊密關聯的，教學模型的制定也是根據學生模型的數據進行相應的規則推導。

在整個模型中，管理Agent的作用也至關重要，起到全局協調的作用，使得各個Agent協同工作，更加有效的提高智能導學系統的服務效果和質量。

圖4　智能導學系統基本框架圖

如圖4所示，利用Agent技術構建的智能導學系統可分為服務器和客戶端兩個部份。老師或學生可通過瀏覽器與Agent進行交互，將收集獲取到的信息傳送至服務器，服務器基于各種協議和Agent對信息數據進行相應的規范化處理分析，并于服務器端的中心數據庫進行交互，并通過推理模塊自動生成導學策略，老師或學生再通過網絡和交互Agent獲取導學策略。

4　結論

文中重點探討了基于Agent的智能導學系統的設計與目的，為越來越多的學習者提供更智能化、更個性化、更方便、更高效、更符合教學規律的網絡學習環境。為了達到上述目的，本文首先詳細介紹了Agent思想和技術；然后將理論與實際應用相結合，通過對智能導學系統的設計進行了可行性分析，之后構建了基于Agent的智能導學系統，該系統在教育中的應用必將使遠程教學呈現一個新的局面，遠程教育的智能化水平將得到一個質的提高，將更好的為廣大用戶提供服務。

參考文獻：

［1］劉海濱，李鳳廷.基于多Agent技術的集裝箱多式聯運虛擬企業運作模型研究［J］.物流科技，2009（8）：34-37.

［2］馬宜青.多Agent技術在智能導學系統中的應用［J］.科技信息，2011（31）：96.

［3］聶哲.基于Agent技術的智能導購系統的設計［J］.計算機系統應用，2006（3）：76-78.

［4］劉曉艷，馬建民.基于Agent技術的現代遠程教育系統設計［J］.南京廣播電視大學學報，2006（2）：58-60.

［5］劉海芹.基于JSP技術的智能導學系統的設計與實現［J］.科技信息，2010（19）：14.

［6］鐘陽晶.基于Agent技術的智能網絡課程平臺設計［J］.計算機光盤軟件與應用，2013（5）：99-100.

［7］劉慧敏，王歡，王萬森.基于Agent技術的專家系統平臺的設計與實現［J］.計算機應用研究，2004（6）：187-188.

Deslgn of lntelllgent tutorlng system based on agent technology

LI Yan-hong，FAN Tong-ke
（Xi'an International University，Xi'an 710077，China）

Abstract:The estab1jshment of jnte11jgent tutorjng system js a comprehensjve subject whjch jnvo1ves artjfjcja1 jnte11jgence，computer scjence，cognjtjve scjence，educatjon scjence，psycho1ogy and behavjor scjence. Based on the basjc structure and operatjon prjncjp1e of the Agent system，the artjc1e gjves the desjgn of the jnte11jgent tutorshjp system based on Agent mode1 and the overa11 desjgn trajn of thought. To？the？pojnt of 1earners and teachjng？，the goa1 of？thjs artjc1e js to buj1d an？Agent educatjon？p1atform，whjch cou1d get a good communjcatjon between students and teachers，？jt a1so jmprove teachers'？teachjng and students' 1earnjng，？teachjng effect，？and the qua1jty of 1earnjng.

Key words:jnte11jgent tutorjng；Agent techno1ogy；software desjgn

中圖分類號：TN913.2

文獻標識碼：A

文章編號：1674-6236（2016）07-0026-03

收稿日期：2015-05-12稿件編號：201505101

基金項目：2014年度陜西省教育科學“十二五”規劃課題（SGH140867）；2015年陜西省教育廳科學研究項目（15JK2113）；2015西安外事學院校級教學改革項目（2015B24）

作者簡介：李艷紅（1978—），女，陜西武功人，碩士，講師。研究方向：數據庫理論與應用。