基于Agent的足球體育教學模式分類系統設計

胡立無

(黔南布依族苗族自治州都勻第一中學， 貴州 都勻 558000)

0 引言

培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者與接班人是當今現代化教育的目標之一，但是在實際教學中，往往會更重視知識的傳授，而忽視體育鍛煉對于學生的重要性[1]。足球是一項運動量較大的體育項目，近幾年被各大學校逐漸納入學生體育項目中，以此調動學生鍛煉的積極性。然而，實際取得的效果并不是十分理想，這是由于多方面的原因造成的，主要包括學生起步較晚，教師對足球體育教學模式的了解并不透徹，教學過程較為模式化，統一化，沒有考慮到學生的個性化特點[2]。在此背景下，為方便體育教師了解足球體育教學模式，實現因材施教，提高教學質量，有必要對足球體育教學模式分類進行研究。

正是看到了教學模式分類的重要性，不少學者對此進行了研究。比如，姚宏志等人[3]以安徽師范大學為例對以分類教學模式推進高校思想政治理論課教學改革進行了研究；姜波[4]對參與式教學法的教學模式進行了研究，總結出了五種主動參與式教學模式:游戲法、科技法、合作法、辯論法和模仿法，并證明了只有實現這些教學模式的緊密耦合,可以促進學生的學習主動性；高茜等人[5]針對傳統教學模式方法單一、手段陳舊、效率低等問題，提出了一整套大學物理實驗智能化教學的新模式，使慕課等信息化技術在教學過程中發揮出更重要的作用,并以多種考核制度激發學生自主學習積極性，取得了不錯的效果。然而，盡管當前關于教學模式分類的研究有很多，但是卻很少有專門針對足球體育教學模式分類系統的研究[6]。

針對上述情況，本文基于Agent設計一個足球體育教學模式分類系統。Agent，又被稱作軟件代理或軟件智能體，是人工智能領域里發展起來的一種新型計算模型，其主要具有功能上的連續性及自主性。近年來，Agent在教育、科研、工業等多個領域都得到了廣泛應用。本系統設計分為關鍵技術介紹、框架設計、軟硬件設計和系統測試等幾部分。通過本研究以期幫助體育教學更好地了解足球體育教學模式，洞悉足球體育教學方法，提高教學質量。

1 基于Agent的足球體育教學模式分類系統

分類是研究體育教學模式主要手段之一。通過分類可以幫助研究者加深對教學模式性質的了解和認識。教學模式是根據目標的需要而產生的，由于教學目標內涵十分豐富，因此產生了多種教學模式，為了區分教學模式的實用價值, 有必要對足球體育教學模式進行分類[7]。目前，足球體育教學模式大致可以分為三類，如表1所示。

表1 足球體育教學模式分類

1.1 Agent關鍵技術

Agent，直譯為“代理”，是人工智能領域發展起來的一個概念，目前還沒有一個明確的內涵意義，但是也有一些權威人士對其進行了總結，其中Wooldrige與Jennings在1995年提出的Agent定義被普遍接受。即將Agent定義分為兩個子定義，即弱定義和強定義[8]。

弱定義——Agent是一個基于軟件(在較多情況下)或硬件的計算機系統，它擁有以下特性：自治性、社會能力、交互性和主動性；

強定義——Agent在弱定義的特性基礎上，還要包括情感等人類特性。

Agent，在自動領域常稱為智能體，一般由環境感知模塊、事件監測模塊、決策模塊、執行模塊和通信模塊等幾部分組成[9]，如圖1所示。

圖1 Agent基本結構

感知模塊的主要作用是獲取外界信息；事件監測模塊主要用于對整體過程進行監測與管理；決策模塊是核心模塊，主要工作包括信息查詢、信息過濾、用戶意圖推測、類比匹配、自主制定與調整以及執行工作計劃等；執行模塊對決策做出反應；通信模塊主要起到聯系其他模塊以及其他Agent的作用[10]。

傳統分類系統大多是基于web的分類系統，在實用過程中，缺乏一定的智能性、適應性，無法實現教師的因材施教。Agent的出現為解決上述問題提供了新思路。我們把在教育模式分類中使用的Agent稱為分類Agent，這是Agent在本文分類系統中的應用體現。

1.2 基于Agent的足球體育教學模式分類系統整體框架設計

本文設計的基于Agent的足球體育教學模式分類系統包含多個功能模塊，且這些模塊必須協同工作，因此本文基于B/S三層架構模式，進行系統整體框架搭建，如圖2所示。

圖2 系統整體框架

在本文設計的基于Agent的足球體育教學模式分類系統框架中，最上層為直接面向用戶的表現層，負責用戶信息分類檢索與查詢；最下層為數據庫，儲存各種與足球體育教學模式相關的基礎資源；中間層為業務邏輯層，主要進行Agent分類處理[11]。

1.3 基于Agent的足球體育教學模式分類系統硬件設計

基于Agent的足球體育教學模式分類系統的各組成元件，如表2所示。

表2 系統組成元件

在整個硬件系統當中，ARM微處理器是系統的核心硬件，能完成取指令、執行指令，以及與外界存儲器和邏輯部件交換信息等操作，是系統的運算控制部分[12]。本文系統中的ARM微處理器為STM32F429IGT6，其技術參數如表3所示。

表3 STM32F429IGT6術參數

STM32F429IGT6作為核心，外接眾多元件，見表2，因此STM32F429IGT6的引腳至關重要，直接關系到整個系統運行的穩定性以及可靠性[13]。STM32F429IGT6的引腳圖，如圖3所示。

圖3 STM32F429IGT6引腳圖

1.4 基于Agent的足球體育教學模式分類系統模塊設計

本系統模塊關鍵有三個：用戶登錄模塊、分類模塊以及檢索模塊。

1.4.1 用戶注冊登錄模塊

注冊并登錄通過的用戶才能使用本系統，若不是注冊用戶，則不能享受和下載系統提供的各種服務和資源，因此系統用戶注冊登錄模塊是基礎模塊之一[14]。用戶注冊登錄模塊流程如下：

步驟1：點擊系統，進入系統登錄頁面；

步驟2：是否已經注冊。對于未注冊的用戶，需要先進行注冊，填寫注冊信息，等待系統審核。審核通過后，完成注冊，并設置用戶名與登錄密碼；對于已經注冊的用戶，則直接可以在登錄頁面輸入用戶名以及登錄密碼。

步驟3：等待系統進行審核和校驗，判斷用戶身份的合法性。若用戶身份合法，驗證通過后直接進行功能頁面；若沒有通過系統認證，則需要重新輸入用戶名和登錄密碼，或者重新進行注冊，然后再次進行登錄[15]。

1.4.2 分類模塊

分類模塊是本文基于Agent的足球體育教學模式分類系統的核心模塊，主要以分類算法為重點內容。分類算法種類眾多，如K-近鄰算法等[16]。在本系統當中選擇K-近鄰算法進行足球體育教學模式分類。K-最近鄰算法基本原理是通過尋找測試樣本的K個最近樣本，K個樣本中哪類所占個數最多即判斷測試樣本為那一類。

具體分類過程如下：

步驟1：從數據庫中導入待分類的足球體育教學模式相關數據資源；

步驟2：對數據資源進行預處理，包括噪聲過濾、規范化、特征統計、特征抽取等；

步驟3：計算足球體育教學模式待分類數據資源與各個類別中心之間的距離，如式(1)。

(1)

式中，Di為足球體育教學模式待分類文本向量；Dj為第j類中心向量；M為特征向量維數的最大值；wn為向量的第n維分量。

步驟4：按照距離遠近，即sim數值的大小排序;

步驟5：選取與足球體育教學模式待分類數據資源最近的k個訓練對象；

步驟6：統計第3步驟中k個對象的類別頻率；

步驟7：k個對象中頻率最高的類別，即為測試對象的類別[17]。

1.4.3 檢索模塊

分類完成后，會將分類好的足球體育教學模式數據資源儲存在不同的類別數據庫當中，以供用戶檢索和查閱，因此該模塊的關鍵在于檢索算法。本模塊檢索算法基本流程如下：

步驟1：用戶通過節點Agent提出查詢請求；

步驟2：檢索Agent查詢請求，根據特征知識庫中的知識進行推理、判斷、語義分析，形成精確的足球體育教學模式數據資源查詢信息；

步驟3：檢索Agent查找特征知識庫；

步驟4：判斷知識庫中是否有搜索請求信息；

步驟5：若知識庫中沒有搜索請求信息，需要進行以下操作：

step1：將搜索請求信息發送至Agent，并寫入特征知識庫；

step2：搜索Agent，將搜索到的信息傳輸至信息過濾Agent；

step3：信息過濾Agent對信息進行過濾與分類，存入信息資料庫；

step4：檢索Agent查詢信息資料庫，將結果返回至界面Agent。

步驟6：若知識庫中沒有搜索請求信息，則需要檢索Agent查詢信息資料庫，并將結果返回界面Agent[18]。

通過對以上的基于Agent的足球體育教學模式分類系統整體框架設計、硬件設計以及模塊設計，使該系統成為一個統一整體，幫助研究者加深對足球體育教學模式性質的了解和認識。在此基礎上對該系統進行測試以驗證其合理性，為該系統的應用做好相應準備。

2 基于Agent的足球體育教學模式分類系統測試

在經過三個月的設計編程，實現了以上基于Agent的足球體育教學模式分類系統設計，但還需要對該系統設計與開發進行測試，以發現并改正系統中存在的各種bug，提高系統的可靠性，進而設計出滿足用戶需求的系統。

2.1 系統測試原則

(1) 以用戶的需求為基準實施測試；

(2) 設計測試應綜合考慮各種邊界條件和意外狀態；

(3) 測試要具有嚴謹性；

(4) 避免系統設計者參與測試；

(5) 重點關注測試中的集群現象。

2.2 系統功能測試

系統功能測試，也叫黑盒測試，在不考慮功能模塊內部具體執行情況的前提下，觀察結果是否與預期符合。本系統功能測試內容、測試用例如表4所示。

表4 系統功能測試內容、測試用例

系統功能測試結果如表5所示。

表5 系統功能測試結果

由表5可知，本系統各項功能測試均達到了預期結果，即所有的功能均能正常進行操作與顯示，證明本系統功能滿足設計要求。

2.3 系統性能測試

基于Agent的足球體育教學模式分類系統性能測試，即對該系統的分類性能進行測試。

(1) 測試用例如表6所示。

表6 系統性能測試用例

(2) 分類評價指標

查全率、查準率格表示如表7所示。

表7 查全率、查準率格表示

查全率(recall)的表達式，如式(2)。

(2)

查準率(precision)的表達式，如式(3)。

(3)

F1-measure是查準率和查全率的一種均值，如式(4)。

(4)

(3) 系統性能測試結果,如表8所示。

表8 系統性能測試結果

由表8可知，本文系統對表6中的用例進行分類，無論是查準率、查全率都在90%以上，F1-measure達到了1.91左右。由此可知，本系統分類性能較好，能夠滿足系統設計需要。

3 總結

綜上所述，為了改善足球體育教學模式的單一性，幫助教師掌握更多的教學模式，使教學質量達到預期結果，本文進行了足球體育教學模式分類研究。設計了基于Agent設計足球體育教學模式分類系統。經測試，該系統在功能以及性能方面均滿足設計要求。但由于考慮未必全面，本文設計的系統在功能和算法上還有很多不足與值得改進的地方，今后會繼續研究改進。