（计算机软件与理论专业论文）基于角色和cscl的智能网络协作模型研究.pdf

山东大学硕- a 掌位论文 摘要 经济的全球化和社会的信息化，特别是网络技术的迅猛发展，使得人们面临着 更为广泛的活动范围和更多的合作机会，群体的规模越来越大，范围也越来越广。 在教育领域，人们将目光也由个别化学习转向群体合作学习，因此，计算机支持的 协同学习( c o m m p u t e rs u p p o r t e dc o l l a b o r a t i v el e a r n i n gc s c l ) 的研究变得活跃起来。 它结合计算机支持的协同工作( c o m p u t e rs u p p o r tf o rc o l l a b o r a t i v ew o r k , c s c w ) 和 协同学习( c l ) 的理论与方法，利用计算机技术( 多媒体和网络) 来辅助和支持协 作学习。c s c l 是一种全新的分布式的学习模式。如何利用现代网络通信技术构建一 个有效的虚拟学习环境，是摆在人们面前的一个新的课题。关于c s c l 的虚拟学习环 境的研究集中在基于i n t e m e t 进行学习课程开发、发布、课程管理以及学习资源的管 理上。目前的研究中，缺少能够将先进的计算机科学技术与实现良好教学效果的 c s c l 支持环境相结合的技术方案。 ， 智能a g e n t 是具有自治性、协作性的实体，将智能代理技术引入网络协作学习中， 为网络协作学习的开展提供了更广阔的空间，使网络协作学习进入了一个全新的领 域，朝着智能化方向发展。 本文针对现有网络学习系统缺乏智能化和个性化的缺点，从多角色的角度提出 了一个基于角色和c s c l 的智能网络协作模型r i c l ，重点研究角色机制和智能 a g e n t 技术在模型中的应用文章首先对一个典型的c s c l 系统c o d i l e s s 进行了 优劣分析，提出了基于角色和c s c l 的智能网络协作模型。提出了模型的体系结构， 分析了a g e m 和角色理论在模型中的应用；研究了模型中基于角色的组织方式和通 信方式；通过对协作学习过程的分析，提出了基于角色的群体协作机制、基于角色 的多a g e n t 协作学习算法，给出了基于角色的群体交互和协同规则；最后，提出了 组内任务分配算法。该模型为网络学习提供了一个新的模式，更好地体现了用户学 习的个性化，促进了用户间的广泛合作。具有很好的应用价值。特别是角色机制在开 放动态的网络环境下的应用研究，极大地丰富了多a g e n t 系统( m a s ) 理论 本文的主要创新工作有： ( 1 ) 详细地阐述了角色理论，从多角色的角度出发提出了一个基于角色的协作学 习模型，为c s c l 虚拟学习环境的研究提供了一个新的模式。 ( 2 ) 将角色机制和智能a g e n t 技术结合起来运用在c s c l 中，提高了协作学习系 统的灵活性和智能性。 ( 3 ) 提出了基于角色的群体协作机制，通过对协作学习过程的研究，提出了基于 角色的多a g e n t 协作学 - - j 算法，给出了基于角色的群体交互和协同规则，从而极大 地丰富了m a s 和c s c l 的理论和方法。组内任务分配算法的提出，为任务的分解、 分配提供了一个更为有效的方法。 关键字：智能a g e n tc s c l 角色m a s 网络学习 山东大掌硕士学位论文 a b s t r a c t t h eg l o b a l i z a t i o no fe c o n o m ya n d p o p u l a r i z a t i o no f s o c i a l si n f o r m a t i o n i n d u s t r y , e s p e c i a l l yt h er a p i dd e v e l o p m e n to f c o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g y , p r o v i d ep e o p l e 嘶t i im o r ee x t e n s i v et e r r i t o r i e sa n dm o r ec o o p e r a t i n go p p o r t u n i t i e s c o l o n ys c a l ei sm o r e l a r g e r ，a n dt h es c o p ei sm o r ee x t e n s i v e i ne d u c a t i o na r e a , p e o p l ec h a n g et h e i ra t t e n t i o n f r o mt u t o r i a ls t o d yt oc o l o n yc o l l a b o r a t i v el e a r n i n g t h e nt h es t u d yo fc s c l ( c o m p u e r s u p p o r t e dc o l l a b o r a t i v et e a m i n g ) b e c a m ef l o u r i s h c o m b i n i n gt h e o r i e sa n dm e t h o d s o fc s c w ( c o m p u t e rs u p p o r tf o rc o l l a b o r a t i v ew o r k ) a n dc l ( c o l l a b o r a t i v el e a r n i n g ) ，i t u s e sc o m p u t e rt e c h n o l o g y ( m u l t i m e d i aa n dn e t w o r k ) t oa s s i s ta n ds u p p o r tc o l l a b o r a t i v e l e a r n i n g c s c li saq u i t en e wd i s t r i b u t e dl e a r n i n gp a t t e r n h o wt ou s em o d e r nn e t w o r k c o m m u n i c a t i n gt e c h n o l o g i e st ob u i l da ne f f e c t i v ev 曲删l e a r n i n ge n v i r o n m e n t b e c o m e sa n e wt a s ki nm ef a c eo fp e o p l e t h ec u r r e n ts t u d i e sa b o u tc s c lv i r t u a ll e a r n i n g e n v i r o n m e n tf o c u so nl e a r n i n gc o u l s ep r o g r a m m i n g 、r e l e a s e 、c o u i s em a n a g e m e n t 、 l e a r n i n gm a t e r i a lm a n a g e m e n t i nt h ep r e s e n ts t u d i s , w el a c kt e c h n o l o g i c a ls c h e m e c o m b i n i n gm o d e r nc o m p u t e r t e c h n o l o g i e sa n dc s c l - s u p p o r t e de n v i r o n m e m i n t e l l i g e n ta g e n ti sak i n do f e n t i t yw i t ha u t o n o m ya n dc o l l a b o r a t i o n , b yi n t r o d u c i n g a g e n tt e c h n o l o g yi n t on e t w o r kl e a r n i n g ，i tp r i v i d e sm o r ee x t e n s i v es p a c e st od e v e l o p m e n t o fn e t w o r kc o l l a b o r a t i o ni c a m i a g , a n db r i n gi ti n t oa q u i t ei 跚f r i e l dw h i c hi s f u l lo f i n t e l l i g e n c e i no r d e rt oc o n q u e rd e f i c i e n c yo fi n t e l l i g e n c ea n di n d i v i d u a t i o ni ne x i s t i n gc s c l s y s t e m s 山i n t e l l i g e n tn e t w o r kc o l l a b o r a t i v em o d e lb a s e do nr o l em e c h a n i s ma n dc s c l i sp r e s e n t e di nt h i sp a p e r i nt h ep a p e r , w es t u d yt h ea p p l i c a t i o no fr o l em e c h a n i s ma n d i n t e l l i g e n ta g e n tt e c h n o l o g i e se m p h a s i z e l y f i s t l y , w ea n a l y z et h ev i r t u ea n dd e f i c i e n c yo f a t y p i c a lc s c ls y s t e mn a m e dc o d i l e s s ，a n dt h e np r o p o s e da ni n t e l l i g e n tn e t w o r k c o l l a b o r a t i v em o d e lb a s e do nr o l em e c h a n i s m a n dc s c l i nt h ep a p e r , t h ef r a m e w o r ko f t h e m o d e li sp r o v i d e d , a p p l i c a t i o n so fa g e n ta n dr o l et h e o r yi nt h em o d e la r ca l s o p r e s e n t e d ；r o l e b a s e do r g a n i z a t i o np a a e ma n dc o m m u n i c a t i o np a a e ma r es t u d i e d b y a n a l y s i n gc o l l a b o r a t i v el e a r n i n gp r o c e s s w p r e s e n ta ar o l e - b a s e dc o l o n yc o l l a b o r a t i o n m e c h a n i s m ，a n dar o l e - b a s o dm u l t i a g e n tc o l l a b o r a t i v e l e a f i n g a r i t h m e t i c r o l e b a s e d n l c o l o n yc o m m u n i c a t i o na n dc o o p e r a t i v er u l e sa r ea l s op r o v i d e d ；t h em o d e lp r o v i d e sa n e wp a t t e r nt ot h en e t w o r k l e a r n i n g ，p e r f e c t l y e m b o d i e si n d i v i d u a l l e a r n i n ga n d p r o m o t e sc o m p r e h e n s i v ec o l l a b o r a t i o na m o n gl e a r n e r s p a r t i c u l a r l y ，t h ea p p l i c a t i ns t u d y o f r o l em e c h a n i s mi no p e nd y n a m i cn e te n v i r o n m e n te n r i c ht h et h e o r i e so f m a s g r e a t l y t h e p a p e r sm a i ni n n o v a t i o ni s ： ( 1 ) d e t a i l e d l ys t a t e sr o l et h e o r ya n dp u t sf o r w a r dar o l e - b a s e dc o l l a b o r a t i v el e a r n i n g m o d e lf i o mt h ev i e wo fm u l t i r o l e ，w h i c hs u p p l yan e wp a t t e r nt oc s c lv i r t u a ll e a r n i n g e n v i r o n m e n t ( 2 ) t h ea p p l i c a t i o nc o m b i n a t i o no f r o l em a e h a n i s ma n di n t e l l i g e n ta g e n tt e c h n o l o g yi n o u rm o d e l ，w i l lg r e a t l yi m p r o v ea 西l 毋a n di n t e l l i g e n c eo f c o l l a b o r a t i v el e a r n i n gs y s t e m ( 3 ) i tp r o p o s e sar o l e b a s e dc o l o n yc o l l a b o r a t i o nm a c h a n i s ma n dar o l e b a s e d m u l t i - a g e n tc o l l a b o r a t i v el e a r n i n ga r i t h m e t i c r o l e - b a s e dc o l o n yc o m m u n i c a t i o na n d c o o p e r a t i v er o l e s a l ea l s o p r o v i d e d ，w h i c h e n r i c ht h e o r i e sa n dm o t h o d so fm a s g r e a t l y t h ep r o p o s i t i o no f t a s k - d i s t r i b u t i o na r i t h m e t i ca m o n gg r o u p , p r o v i d e sam o l e f f e c t i v em e t h o dt ot a s k - d i s t r i b u t i o n k e yw o r d s ：i n t e l l i g e n ta g e m ；c s c l ；r o l e ；m _ a s ；n e t w o r kl e a r n i n g 原创性声明和关于论文使用授权的说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：查查差日期：丝堕兰： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关 部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可| ；卫采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：i 缝羞导师签名： 山东大掌硕士学位论文 1 引言 本章主要介绍了课题的研究背景，课题提出的意义，以及课题研究的主要内容。 1 1 课题的研究背景 1 1 1 国内外远程教育的发展和现状 1 9 9 9 年1 月，国务院批准了教育部的面向二十一世纪教育振兴行动计划， 把现代远程教育作为一个重要内容提出来，“实施现代远程教育工程，形成开放式教 育网络，构建终身学习体系”成为振兴教育的重大举措。1 9 9 9 年初，国家教育部批 准湖南大学等四所高校开展现代远程教育试验；到目前为止，国家批准了5 0 多所高 校建立网络远程教育，众多i n _ t e m e t 企业迅速介入这一领域，资金大量地涌入，各试 点高校的远程教育网络迅速建立了起来，一时间，网络教育作为中国高等教育跨入 2 l 世纪的一个大“热点”突显在社会各阶层人士的面前【”。 国外远程教育起步比较早，现在全球已经开办远程教育和继续教育并且具有相 当规模的学校近2 0 0 多所，它们大致分为两类，一类附属于大学如( 哈佛大学、斯 坦福大学等) ，一类是独立的只进行远程教育和继续教育如英国公开大学、荷兰公开 大学等。现在美国已有很多大学开展了网上教学( 如：加州大学) ，英国开放大学借 助网络与多媒体课件实现交互式教学，教学质量在国内大学中排名第1 0 位。在企业 内部也出现了虚拟大学来培训员工，如英国宇航公司。 i n t e m e t 具有丰富的信息资源、多样的信息服务，它实行的分散化管理，极大地 增强了用户之间的交互性，电子邮件、远程登录、文件传输、信息查询等多种灵活 的服务功能，更使用户能自由地获取信息、进行交流和实现资源共享，这是任何媒 介都无法与之相比的于是基于i n t e m e t 的网络学习成为了一种全新的学习形式，被 赋予了鲜明的时代特点【2 j ：突破了时空的限制，实现随时随地学习；可提供共 享的、高效的、多样化的教学内容资源；实现了个性化的学习；使师生之间有 了更多的交流；有效解决了知识时效性和快速检索的问题；为学习提供了一个 虚拟的环境。网络真正成为了人类学习最便捷的工具。 基于i n t e m e t 的虚拟学习环境具有如下特点【1 1 1 3 ： ( 1 ) 超越地域限制的良好互动性。通过在网络上架构学习平台( 虚拟社区、聊天 室、在线课堂、电子邮件等) ，为身处异地的学习者提供了一个能够通畅交流的“虚 拟课堂”。 ( 2 ) 信息交流反馈的实时性。体现为信息交流反馈的准确及时和无障碍性。 ( 3 ) 个性化的学习。学习者通过网上注册进入一个完全适合个人特点的课程体 系，实现一对一的学习，还可以向“社区”定制自己所需的课程、资源来满足自己的 学习需求，学习时间也更具弹性，完全体现了以学生为中心的新型教学模式的特点。 ( 4 ) 平等的互助合作学习。网上社区提供了包括电子邮件、课程表、论坛、网上 文字与录像资料库、视像会议以及互动式录像等丰富的工具和资源，为所有学习者 提供了良好的合作环境。学习者之间在平等的交流过程中实现学习的互助合作，或 者完全不受地域限制地在网络社区中自由组成合作小组完成某一具体任务 ( 5 ) 学习情境的生动性和现实性通过虚拟现实( v m u a lr e a l i t y ，简称v r ) 技 术来展示真实情境，学习者可以对学习内容有特别“真实”的感性认识。 1 1 2c s c l 一远程教育发展的新方向 现阶段网络教学的研究主要包括以下四个方向【i 】：1 ) 适应性学习系统( a d a p t i v e l e a r n i n gs y s t e m ) 的研究。2 ) 计算机支持的协同学习研究( c s c l ) 。3 ) 智能代型j ( a g e n t ) 技术及其应用研究。4 ) 本体论( o n t o l o g y ) 及其应用研究。 计算机支持的协作学习【3 1 【4 】【s 1 ( c o m p u t e r - s u p p o r t e dc o o p e r a t i v el e a r n i n g ，简称 c s c l ) 结合计算机支持的协同工作( c o m p u t e rs u p p o r tf o rc o l l a b o r a t i v ew o r k , c s c w ) 和协同学习( c l ) 的理论与方法，利用计算机技术( 多媒体和网络) 来辅助和支 持协作学习。它打破了“背靠背”网络教学模式引发的交流障碍，在充分继承和发 扬网络教学优势的基础上，更加强调老师和学生之间、学生和学生之间各种教学信 息的实时交互性和学习的协同性，从而将传统课堂教学与网络教学的优势充分结合 起来。借助多种类型的信息网络，一方面可以实现远程交互式授课、交互式讨论和 辅导等，使人们不受地域与时间的限制使用优秀的教学资源；另一方面可以通过协 同工作，由一群体异地共同完成某一教学文档或学习任务，很好的体现了自治性、 交互性、协作性、分布透明性的特点。 在c s c l 环境下，多媒体能提供界面友好、形象直观的的交互式学习环境，网 络技术除了能提供学习者之间的信息传输通道，突破时空限制外，还能按超文本、 山东大学硕士学位论文 超链接方式组织管理学科知识和各种教学信息，目前在i n t e r n e t 上按这种方式组织建 构的知识库、信息库浩如烟海，并已成为世界上最大的信息资源，这为c s c l 的发 展和应用提供了前所未有的机会，使学习者之间的合作和交互得到了很好的体现， c s c l 成为网络远程教育发展的新方向 目前对c s c l 的研究，主要包括：以特定学科为知识对象的研究、基于一般用户 协同学习的研究、学习系统支撑技术研究等。在这些研究中，充分利用了信息技术 在相关领域的研究成果，如：w e b 技术、协同技术、人工智能、知识库和数据库技 术等，取得了一定的成果。 1 1 3 现有的网络学习系统 c s c l 的学习环境的研究与开发是随着i n t e r n e t 及其相关技术的发展而产生并逐 渐发展的。对支持c s c l 虚拟学习环境的研究涉及的内容非常广泛，包括参与学习的 群体成员的学习行为特征、成员之间如何通过计算机网络特别是i n t e m e t 进行相互通 信、参与c s c l 的群体成员活动的协作模型、群体交互活动模型以及如何利用计算机 技术为虚拟学习环境中的c s c l 学习活动提供支持等同时涉及到广泛的知识和技 术，包括计算机科学技术、教育学、协同学、心理学等。 目前，国外对协作学习的研究比较多，无论是在理论上还是实践上都有了很大 发展，涌现了一批优秀的基于网络的协作学习支撑平台。国外c s c l 项目研究比较成 功的有瑞士的u p p s a l a 大学，o h i 州立大学，荷兰的m a a s t r i c h t 大学。比较有特色的网 络协作学习支撑平台h 】【6 1 如下： 1 ) w e bc t 是由b r i t i s hc o l u m b i a 计算机科学系开发，包括会议系统，在线聊天， 学生学习过程跟踪，小组项目组织，学生自我评价，成绩管理与发布，访问控制导 航，课程内容搜索等功能。 2 ) v i r t u a l u 是由加拿大s i m o n f r a s e r 大学开发的基于w e b 的教学和培训集成工 具它可以使老师方便的建立和管理协作小组，创建会议以方便主题讨论，允许学 生进行角色扮演，在消息中插入多媒体素材。 3 ) w i s h ( w e b i n s t r u c t i o n a ls e r v i c e sh e a d q u a r t e r s ) 是由美 p e n n s y l v a n i a 州立大 学开发，包括课堂管理、电子通信、课程公告牌、电子白板、实时音频系统、邮件 列表等系统模块该系统的特点是提供教学资源管理服务。 4 ) l u v 玎( l u r i d u n i v e r s i t y v m u a l i n t e r a c t i v e t 0 0 1 ) 是第四代远程教育工具中较 先进的一种。其主要功能有：电子邮件、新闻论坛，分散式聊天、视频会议、电子 白板、个人主页等。 5 ) c l a s s f r o n t e r ( 课堂先锋) 是由挪威f r o n t e r 公司开发的网络教学平台。它提供 t 4 0 多个模块，包括日历表、活动计划、联系人名单、聊天室、论坛、写字板、测 试等部分。它可以实现多个学生实时合作书写同一文件的功能。 另外，在美国，流行的虚拟学习环境系统还有美国公司开发的t o p c l 勰s 、 b l a c k b o a r d 、l e a m i n g s p a e e 和w e bc o u r s e 。在英国，相继开发了如c o m n t o r 、 l e a r n i n g e a p e s 和c o s e 系统。 在国内，中文的网络虚拟学习平台如电大在线、清华网络学堂等也在近年相继 开发并投入使用。由北京师范大学网络教育实验室开发的w e b c l ( w e b b a s e d c o o p e r a t i v eie a m i n g ) 平台【6 】【7 】是一个全面支持网上协作学习的教学支撑平台，它提供 学习风格测量、分组、学习、交流合作、学习效果评估和协作绩效评估等功能。该 平台还设计开发了具备智能的e t u t o r ( 电子助教) 。但是，w e b c l 的e t u t o r 只能理解学 生的简单行为，对于学生复杂行为的理解尚需做进一步的研究与探索。 当前网络远程教学系统存在如下问题【8 】；系统的适应性和开放性差；系统在 教学过程中不能很好的通过学生的反馈信息对其学习进行诊断从而动态调整教学内 容，达到施教的目的；教师在教学过程中，不能在系统中对教学内容进行修改。 不能发挥学生学习的主动性网络化和智能化程度低。 1 2 智能a g e n t 技术的研究与发展 网络技术的高度普及使得传统的分布式计算在i n t e r n e t 环境下显示出明显不足 唧，如：带宽耗费严重、网络负载不均衡、容错能力较差，对象模块的智能化性能 明显不足。面对这些问题，智能a g e n t 的概念提了出来，并在产品设计、电子商务、 远程通信、语言处理等领域得到广泛应用。a g e n t 是具有自治性、社会交互性、反应 性和预动能力的实体，更适合于动态、开放的分布式网络环境t 1 0 1 1 】。在开放动态的 网络环境中，多个a g e n t 分布在各个站点形成了一个松散耦合的系统即m a s ，这些 a g e n t 为了完成各自的目标甚至一个共同的目标，必须进行交互、协商和协作。 m a s 是计算机科学中比较新的一个分支，其研究历史最早可以追溯到8 0 年代中 期的a c t o r s 模型，接着是d a v i s 和s m i t h 提出的合同网协议，合同网协议至今仍被认 为是关于通信、m a s 协商研究的经典工作。m a c e 系统为m a s 提供了一个标准。2 0 4 d a 东大掌硕士学位论文 世纪9 0 年代，i n t e m e t 的发展使得m a s 的研究转向网络环境中的应用如：敏捷供应链、 电子商务系统、智能买卖交互系统等l “1 。 目前，m a s 研究的主要方面包括：m a s 理论、多a g e n t 协作、协商和多a g e n t 规划等h 。多a g e n t 协作主要基于对联合意图、相互信念和联合目标的研究，典型 工作有tr a o 和g e o r g e f f 等基于单个a g e n t 系统的b d i 模型递归定义了社会a g e n t 的概念，引入了社会规划。w o o l d r i d g e 和j e n n i n g s 以承诺和公约概念为基础，用分 枝时序逻辑建立了协作问题求解系统的形式化框架h a d d a d i 基于b d i 逻辑给出了 一个协作系统的形式化模型，并说明了该模型在c o s y 系统中的应用。协商 ( n e g o t i a t i o n ) 是m a s 实现协同、协作、冲突消解和矛盾处理的关键环节。有关多a g e n t 协商的关键技术可以概括为协商协议、协商策略和协商处理3 个方面的内容。典型 工作有：基于实例推理和多属性效用优化理论的“劝说性辩论”模型、基于会谈理 解的人机交互通信形式化模型、基于市场方法的协调机制、基于经济学理论、对策 论和n a s h 平衡理论的多a g e n t 协商研究等。 如何在自私的多a g e n t 动态环境中实现a g e n t 的灵活通信和动作执行，是当前 m a s 研究的热点。在网络环境下，如何更好地解决多a g e n t 系统中的资源冲突及如 何引入质量因素是现在乃至将来m a s 研究的方向和趋势【1 0 l t n 】【1 2 1 。 1 3 课题提出的意义 c s c l 是一种全新的分布式的学习模式。如何利用现代网络通信技术，构建一个 有效的虚拟学习环境来开展具有良好的学习效果的c s c l 学习活动，是摆在人们面前 的一个新的课题。对支持c s c l 的虚拟学习环境的研究集中在基于i n t e m e t 进行学习课 程开发、发布、课程管理以及学习资源的管理上。目前的研究中，缺少能够将先进 的计算机科学技术与实现良好教学效果的c s c l 支持环境相结合的技术方案。 在比较了众多现有的协作学习模型如：基于w e b 的i c a i 模型1 4 】基于i n t e m e t 的智能教学系统i t s 7 1 ，基于智能a g e n t 的网络协作环境模型【8 1 等之后，发现这些虚 拟学习环境模型的构建各有缺陷：有的模型仅局限于教师和学生两种角色，且学 生处于被动状态。有的虽然强调了学生角色的主动性，但忽略了教师之间的协作， 忽视了教师作为学习者这一角色。交互性差，缺乏智能化，不能很好的进行协同 学习。考虑到c s c l 中，参加协作学习的教师和学生角色是动态变化的，我们引入 了角色机制。 综合以上观点，本文在已有模型的基础上提出并建立了一个基于角色和c s c l 的智能网络协作模型r i c l i i ，在这一协作学习环境下重点研究多a g e n t 间基于角色 的交互、协作和协商机制。智能a g e n t 代表客户端用户在学习中担当一定角色，与 其他用户和服务器端的管理a g e m 交互。这是一个动态开放的虚拟学习环境，更好 地体现了自治性、交互性、协作性和分布透明性的特点，为网络教育提供了一个很 好的模式。特别是多角色机制的引入，更好地体现了用户学习的个性化，同时又促 进了用户问的广泛合作。 1 4 课题的研究内容 本文的研究内容如下： 1 ) 介绍了c s c l 相关知识；理论基础、本质、系统结构、基本工作模式、实现 模型等。 2 ) 概述了智能a g e n t 和m a s 技术，阐述了它们的概念、特性、体系结构等基 本知识。 3 ) 给出了c s c l 系统的实体模型。对一个典型的c s c l 系统c o d i l e s s 进行 了实例分析，指出其优劣 4 ) 阐述了角色理论，针对c o d e e s s 系统的不足，提出了基于角色和c s c l 的智能网络协作模型。给出了模型的理论框架、形式化描述、模型的特点及模型中 a g e n t 的分类、结构和功能。提出了系统的体系结构和逻辑结构，并对系统的工作过 程进行了简单介绍。 5 ) 研究了a g e n t 在模型中的应用，提出了基于角色的权限分配和基于黑板方式 的通信，给出了协作学习的小组合作模型。重点分析了多a g e n t 协作学习过程，提 出了基于角色的群体协作机制、基于角色的多a g e n t 协作学习算法，给出了基于角 色的群体交互和协同规则；最后提出了组内任务分配算法。并进行了实验 6 山东大学硕士掌位论文 2 与模型相关的理论基础 2 1c l 简介【5 1 【6 1 协作学习( c o o p e r a t i v el e a r n i n g ，c l ) 是一种教学方法，学生为了完成一个共同 的学习目标而以小组形式一起学习。c l 不同于传统的分组学习，尽管存在不同的模 型，但基本遵循以下原则： 学生以小组的形式一起学习，成员大致2 5 名； 其任务是为小组而精心设计的； 存在正互赖性，即为了大家的成功，合作是必须的； 每个成员以个人身份为其学习和参与工作负责任； 为成员之间合作技巧的建立给予必要的关注，并指定相应的时间； 教师的角色从“讲坛上的哲人”变成。身边的指导者”。 c l 包括五个组成要素： 正互依赖性( p o s i t i v ei n t e r d e p e n d e n c e ) ：描述学生在达到协作组成功这一目的 的过程中所使用到的各种方法，并体现出每个学习者的成功有赖于他人的成功。 个体职责( i n d i v i d u a la c c o u n t a b i l i t y ) ：描述学生平等参与协作组学习，承担职 责和任务的方法，同时也意味着并非学习任务中的每个环节都必须由每个学习者负 责运行实现，而是相互交流，各司其职，共同学习。 协作组进程( g r o u pp 衄煳s j l l g ) ：描述协作组成员共同完成学习任务后，每个 成员是如何在协作组中进行学习工作的，以反映协作组运行的情况。 社交技能( s o c i a ls k i l l s ) ：描述促进协作组学习进程顺利完成所必需的基本交 互、有效交际以及避免、解决冲突的技能。 面对面交互( f a c et of a c eh t e r a 商o n ) ：提出在协作学习过程中每个学习者都应 该是面对面阐述观点、聆听建议、共享信息、创造方案。 2 2c s c l - - 计算机支持的协同学习 2 2 1c s c l 的本质及其理论基础 计算机支持的协作学习3 1 h 。5 1 ( c o m p u t e r - s u p p o r t e dc o o p e r a t i v el e a r n i n g ，c s c l ) 7 是计算机支持的协同工作( c o m p u t e r - s u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ，c s c w ) 在教育领域 的应用。它结合c s c w 和c l 的理论与方法，利用计算机技术( 多媒体和网络) 来 辅助和支持协作学习。借助多种类型的信息网络，一方面可以实现远程交互式授课、 交互式讨论和辅导等，使人们不受地域与时间的限制使用优秀的教学资源；另一方 面可以通过协同工作，由一群体异地共同完成某一教学文档或学习任务，很好的体 现了自治性、交互性、协作性、分布透明性的特点。 协作学习环境是协作学习的四大要素之一。基于w e b 的协作学习环境采用 c l i e n t s e r v e r 结构完成异步通信及协作学习任务，它由三部分组成：资源空间，个人 空间和协作空间【”。图2 1 给出了c s c l 的理论基础； 图2 1c s c l 的理论基础 可以看出，计算机科学为c s c l 提供了必要的技术和理论支持。许多教育学理论 都或多或少对c l 有一些支持，例如：行为主义学习理论、认知主义学习理论、人本 主义学习理论、社会文化理论、建构主义学习理论、自规范学习、导向认知、认知 学习、基于问题的学习、认知灵活性理论、分布式认知。但最典型的是目前比较流 行的认知理论和建构主义学习理论。另外，社会心理学、活动理论、课堂教学技术 等也是c s c l 的理论基础。 2 2 2c s c w 和c s c l 的关系 计算机支持的协同- rf g 1 4 ( c o m p u t e r s u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ，c s c w ) c s c w 定义为：在计算机技术支持的环境中( 即c s ) ，一个群体协同工作完成一项共 山东大学硕士学位论文 同的任务( 即c w ) ，即地域分散的一个群体借助计算机及网络技术，共同协调与协作 来完成一项任务。它通过建立协同工作的环境，改善人们进行信息交流的方式，消 除或减少人们在时间和空间上的相互分隔的障碍，从而节省时间和精力，提高群体 工作质量和效率。c s c w 是一个多学科交叉的研究领域，将计算机技术、网络通信 技术、多媒体技术以及各种社会科学紧密地结合起来，在协同编辑、电子会议、工 业应用、科学协作、远程教学、工作流管理、远程医疗等领域得到了广泛的应用【1 4 1 。 作为c s c w 的三要素，通信是c s c w 的基础，合作是c s c w 的形式，协调是c s c w 的关键【1 4 1 。 c s c w 是c s c l 坚实的理论基础，c s c l 中许多理论方法和工具均是最初出现 于c s c w 领域中。c s c w 相对于c s c l 更加成熟，因此c s c l 需要从c s c w 的研 究领域中不断进行借鉴。c s c l 和c s c w 应用系统都是基于同样的网络和数据库技 术，具有同样的群件基本要素c s c w 研究中的群体协作模式：会话模型、会议模 型、过程模型和活动模型仍是c s c l 的基本协作模式。c s c w 中的并发控制机制也 可以借鉴到c s c l 来，所不同的是，在协作学习条件下，数据对象具有不同的应用 语义在c s c w 中对同步方式的研究和实现技术也完全可以应用到c s c l 中群组 通信技术是c s c w 、c s c l 的计算机网络支撑。 c s c w 与c s c l 区别表现在如下几个方面： c s c w 强调通信技术本身；c s c l 强调通信的内容； c s c w 主要用于商业，而c s c l 主要用于教育领域； c s c w 的目的就是促进群体沟通、提高工作效率；c s c l 的目的是帮助和支持 学生有效地协作学习。c s c w 支持协作的意图是完成一个共同的目标，在该过程中 学习也可以作为一个结果而发生，但这种学习是偶发的，没有明确的教学目标。而作 为通过c s c l 进行的小组协作，其目标就是学会。 2 2 3c s c l 系统的结构 c s c l 系统一般分为集中结构和分散结构两种形式 3 1 。 集中式结构 在集中式结构( 如图2 2 ) 中，各种模块是按客户，服务器模式来组织的。将协调 管理、应用共享、通信接口等模块放在服务器上；在用户( 学生、教师) 机上设置应用 9 工具、用户界面以及窗口服务等。服务器的功能相当于一个主控器，负责管理整个 系统的运行、通信和协调这种结构的优点是容易保持信息的一致性，在教与学的 过程中容易模拟教师的教学过程，不足之处是网络的通信量较大。 图2 2c s c l 的集中式结构 分散式结构 分散式结构( 如图2 3 ) 一般采用多a g e n t 结构，各个学习者的地位是平等的。当 然，绝对的平等是没有的，最少也得有一些是集中协调者，例如决定谁先发言和发 言的顺序等。a g e n t 实质上是具有通信接口，并能使用通信接口与别的a g e n t 交换信息， 以达到协同学习目的的程序。具体地说，a g e n t 含有网络接口、通信接口、内部知识 库、任务模块和协调模式等。分布式结构的特点是开放性比较好，当有一个新的a g e n t 图2 3分散式结构 加入系统时，原有的工程可能不变；其次，这种结构也便于将不同类型的工作站组 合在一起。通用性较好 山东大学硕 - m 学位g e 文 2 2 4c s c l 的基本工作模式 人们的合作形式般可以归纳为以下几种形式：同时同地、同时异地、异时同 地和异时异地四种情况，因此，综合现有的c s c l 系统，可以把c s c l 的基本工作模 式归纳为以下四种【3 1 1 5 】【6 】： 同步模式：在同一时间同一地点进行同一学习任务的协作方式。例如室内会 议、基于局域网的网络多媒体教室等。 分布式同步模式：在同一时间不同地点进行同一学习任务的协作方式。如远 距离教与学的双向活动、“你见即我见”( w y s l w i s ) 的对话环境、白板( w h i t e b o a r d ) 功能或视频会议等。 异步模式：在不同时间、同一地点进行同一学习任务的协作方式。如轮流作 业等。 分布式异步模式：在不同时间，不同地点进行同一学习任务的协作方式，如 注释系统、b b s 、电子邮件等。 2 2 5c s c l 的实现模型 在对c s c l 的理论基础进行较深入研究的基础上，人们探索了多种协作学习的实 现模型【那。 ( 1 ) 协商模型该模型