（教育技术学专业论文）基于多agent的远程智能教学系统的研究与实现.pdf

摘要 基于多a g e n t 的远程智能教学系统的研究与实现 摘要 随着网络技术的发展并在各领域的广泛应用，基于网络的远程教学模式已成 为教育领域研究的热点问题之一。本文通过分析在多数远程教学系统中对于个性 化学习活动的支持、较强的系统动态交互功能和导航功能等方面的需求，提出了 以适应性学习理论为指导，引用多a g e n t 技术，构建基于多a g e n t 远程智能教学 系统的思想方法。在此基础上，作者设计、开发了体现该思想方法的远程教学系 统。该系统在一定程度上实现了系统的智能性、个性化和交互性。作者希望通过 本题目的研究，探索远程教学的一条新思路。 本文在研究a g e n t 理论与技术的基础上，设计了基于多a g e n t 的远程智能教 学系统的模型，详细分析和设计了各个a g e m 及其之i 日j 的协作。在研究分析常见 学生模型和学生心理因素的基础上，提出了建立包括心理模型的扩展的学生模型 思想，分析了其中一些子模型的实现方法，如采用逐步逼近法实现认知型的学生 模型。论文研究了系统的自适应策略，在练习题及测试题抽取模块设计并应用了 自适应策略。论文提出了在j 2 e e 平台下结合多a g e i l t 技术实现远程教学系统的 方法，利用a j a x 技术实现系统交互的即时性来满足协同教学和智能提醒等功能 需要。 本文论述的基于多a g e m 的远程智能教学系统能够通过对学生认知能力、学 习风格、学习兴趣等个性因素进行分析，判断学生的个性特征，提供个性化的教 学空间。系统在智能性内容的呈现、智能帮助指导、智能导航、智能测试、智能 评价及智能提醒方面，实现了一定程度的智能性。 本文是结合a g e m 技术在远程教学方面进行的一些探索和研究。在提高远程 教学系统的智能性、人性化和真正实现因材施教等方面，还需不断深入研究和实 践。 关键词：a g e m 智能教学系统适应性学习学生模型j 2 e ea j a ) 【 a b s t t a c t t h er e s e a r c ha n di m p l e m e n to fl o n g d i s t a n c ei n t e l l i g e n t t u t o r i n gs y s t e mb a s e do nm u l t i a g e n t a b s t r a c t w i t ht h en e t w o r kt e c h n o l o g yd e v e l o p i n ga n db e i n gw i d e l yu s e di nm a n yf i e l d s ， t h el o n g d i s t a n c et u t o r i n gm o d eb a s e do nn e t w o r kh a sa l r e a d yb e c o m eo n eo ft h eh o t i s s u e si nt h ee d u c a t i o nf i e l d t h i st h e s i s a n a l y z e sr e q u i r e m e n ti n t h e m a n y l o n g d i s t a n c et u t o r i n gs y s t e m ss u c ha sl e a r n i n gi n d i v i d u a t i o n ，b e t t e ri n t e r a c t i v e f u n c t i o na n df a u l t yn a v i g a t i o n r e g a r d i n ga d a p t i v el e a r n i n gt h e o r ya sg u i d a n c ea n d i n t r o d u c i n gm u l t i - a g e n tt e c h n o l o g y , t h i st h e s i sc o n s t r u c t sal o n g - d i s t a n c ei n t e l l i g e n t t u t o r i n gs y s t e m b a s e do n m u l t i a g e n t t h e a u t h o r d e s i g n sa n dd e v e l o p sa c o r r e s p o n d i n gl o n g d i s t a n c et u t o r i n gs y s t e mr e f l e c t i n gt h et h r o u g h w a y t os o m e e x t e n t ，t h es y s t e mh a sm a d eb e t t e rr e s u l ti ns u c ha s p e c t sa si n d i v i d u a t i o n ，i n t e r a c t i o n , a d a p t a b i l i t y i t sh o p e dt h a tan e ww a yc a l lb ee x p l o r e di nl o n g - d i s t a n c et u t o r i n gb y t h i sr e s e a r c h b a s e do nr e s e a r c h i n ga g e n tt h e o r ya n dt e c h n o l o g y , t h i st h e s i si n t r o d u c e st h e m o d e lo fl o n g d i s t a n c ei n t e l l i g e n tt u t o r i n gs y s t e mb a s e do nm u t i l a g e n t ，a n a l y s i s e s a n dd e s i g n se v e r ya g e n t sa n dc o o p e r a t i o na m o n ga g e n t si nd e t a i l t h i st h e s i s i n t r o d u c e sa l li d e at ob u i l da ne x p e n d i n gs t u d e n tm o d e li n c l u d i n gp s y c h o l o g ym o d e l b a s e do nr e s e a r c h i n ga n da n a l y s i s i n gf a m i l i a rs t u d e n tm o d e l sa n ds t u d e n tp s y c h o l o g y t h i st h e s i si n t r o d u c e st h ew a yt or e a l i z es o m eo ft h es t u d e n tm o d e l ，s u c ha sr e a l i z i n g t h ec o g n i t i v es t u d e n tm o d e lb ys t e p b y s t e pa p p r o a c hm e t h o d i tr e s e a r c h e st h e a d a p t a b i l i t ys t r a t e g yi nt h es y s t e ma n di m p l e m e n t st h em o d u l eo fe x e r c i s ea n dt e s t q u e s t i o n sp i c k - u p t h et h e s i si n t r o d u c e saw a y t oc o n s t r u c tt h el o n g - d i s t a n c et u t o r i n g s y s t e m b a s e do nm u t i l - a g e n tu n d e rt h ej 2 e ep l a t f o r m i tr e a l i z e st h eq u i c k i n t e r a c t i o no ft h es y s t e mu s i n gg j a xt e c h n o l o g y , w h i c hi su s e di nt h ef u n c t i o no ft h e c o o p e r a t i o nt u t o r i n ga n di n t e l l i g e n tp r o m p t t h el o n g - d i s t a n c ei n t e l l i g e n tt u t o r i n gs y s t e mw h i c hi sd e s i g n e di nt h et h e s i sc a l l c o n c l u d et h ei n d i v i d u a lf e a t u r e so fe a c hs t u d e n tt oo f f e ri n d i v i d u a le d u c a t i o nb y a n a l y z i n gt h ei n d i v i d u a lf a c t o r sl i k ec o g n i t i v ec o m p e t e n c e ，s t y l ea n di n t e r e s t so f i i a b s t r a c t l e a r n i n ga n ds oo n t os o m ee x t e n t ，t h es y s t e mh a si m p l e m e n t e ds o m ei n t e l l i g e n c ei n s o m ea s p e c t ss u c ha si n t e l l i g e n tc o n t e n tp r e s e n t i n g , i n t e l l i g e n th e l p ，i n t e l l i g e n t n a v i g a t i o n ，i n t e l l i g e n tt e s t ，i n t e l l i g e n te v a l u a t i o na n di n t e l l i g e n tp r o m p t t h i st h e s i sm a k e ss o m ee x p l o r e ra n dr e s e a r c hf o rl o n g d i s t a n c et u t o r i n g c o m b i n e dw i t l la g e n tt e c h n o l o g y t oi m p r o v et h ei n t e l l i g e n c ea n dh u m a n i z a t i o no f t h el o n g d i s t a n c et u t o r i n gs y s t e ma n dt e a c hs t u d e n t si na c c o r d a n c eo ft h e i ra p t i t u d e s t i l ln e e dd e e p e rr e s e a r c ha n dp r a c t i c e k e y w o r d s ：a g e n ti n t e l l i g e n tt u t o r i n gs y s t e ma d a p t i v el e a r n i n g s t u d e n t m o d e lj 2 e ea j a x i 玎 独创性声明 本人声明所交的论文是我个人在导师指导f 进行的研究1 ：作及取得的研究成果。尽我 所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研 究成果，也不包含为获得墨盗! 至蕉盘茎或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同j ：作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：幸年日期：趔 学位论文版权使用授权书 本人完全了解天津师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采朋影印、缩印或扫描等复制手段保存，汇 编以供商阅和借阅。同意学校向国家有关部fj 或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 一样翩妣 j 盔 日期：塑! ：! 第一章绪论 第一章绪论 1 1 远程教学存在的问题 随着信息技术的发展，特别是计算机技术和网络技术的发展，i n t e m e t 以其 丰富的超文本信息( 图形、声音、动画及影像等) ，统一的用户平台( 浏览器) 以及易用性得到了人们的广泛接受。人们越来越趋于从网络中寻找信息，获取知 识。远程教学结合网络和多媒体技术，突破传统模式，利用信息技术克服了传统 教学受时空制约的缺点，使得广大师生可以异地异步完成交互式自主性教学活 动。 我国远程教学的实践还处于初级阶段，虽然己有许多学校建立了自己的校园 网，建立了虚拟学校，进行多媒体远程教学，但是现有的远程教学系统多数仅仅 是对传统教学方法的简单翻版，将面对面的教学网络化，未能充分体现远程教学 的个性化、自主化和协作化，难以达到提高教学质量、改善教学效果的目的，出 现了多媒体远程教学的实际效果与期望值的偏差，这就是现代远程教学中存在的 一个亟待解决的问题。一些远程教学系统存在很多不尽如人意的地方，对于智能 教学的需求主要表现在以下几点： ( 1 ) 个性化学习活动的支持 目前网络课程都非常重视教学内容的“讲解”、“演示”环节，不同院校不 同学科各展所长，如流媒体视频、文本、f l a s h 动画等，甚至虚拟现实技术都被 应用于呈现教学内容，以尽可能将课程知识讲全、讲细、讲系统，且大部分教学 内容按印刷课本章节顺序编排的。然而远程教学需要了解不同学生的能力与认知 水平的差别，对不同认知水平的学生，采用不同的教学策略。适应学生的个性需 求，支持个性化的学习活动，是实现因材施教的内在要求。 ( 2 ) 动态交互功能与协同教学的需要 在学习过程中，“情景”、“协作”和“会话”是学习环境的要素。现阶段教 学系统大都能够提供快速的、多种媒体结合、情景富于变化的教学信息，比较好 地满足了“情景”的要求。然而，系统多以呈现教学材料为主，缺少必要的交互 手段，学生只是被动地接受教学内容，不能实际地参与到系统中进行发现式、创 造式的主动学习，难以提供良好的“会话”和“协作”功能。 ( 3 ) 学习记录的有效管理 第一章绪论 学习是一个不断提高的过程，在这个过程中，要求教师要经常记录学生的 学习情况，根据学生的学习情况因材施教。现阶段远程教学由于教师不能直接与 学生打交道，学生的学习记录就变得非常重要。系统应跟踪学生的学习步骤、为 学生形成学习档案、为教师提供学生的信息以及能够在学生学习时动态提供学习 建议和学习信息等。 ( 4 ) 有效的导航 系统中知识的安排是非线性的，从满足不同的学生的需要来说具有优势， 但如果缺乏良好的导航系统，很容易使学生迷失在复杂的超链接中，偏离学习目 标，盲目地漫游，既浪费了时间又达不到学习的目的。另外，知识具有一定的顺 序性，对于学习能力较差的学生来说，没有个性化的学习指导，容易对学习产生 茫然性。 ( 5 ) 有效的评价与反馈 评价与反馈是教学中不可或缺的环节。目前的远程教学评价方式大多是教 师对学生的评价( 作业和考试) ，很少考虑学生自身的反思与评价、同伴的评价， 缺少具有个性化特征的反馈系统，学生不能得到适当的反馈信息，对于进一步的 学习安排带有盲目性，而且由于没有得到一些鼓励信息，很容易使学生对这种面 对冷冰冰的机器的学习产生厌倦。而评价和反馈对于对于学生获得学习成就感却 又是非常有效，在远程教学系统设计中是不应该被忽视的环节。 1 2 远程教学问题解决思路 出现上述问题的原因是多方面的，主要两点原因在于学习模式的选择不当与 开发技术的落后，下面就进行分析并给出解决思路： ( 1 ) 学习模式的理论依据的选择 当前，许多远程教学系统的学习模式仍以行为主义的刺激一反应学习理论为 指导，课程的设计仍然遵循“呈现学习材料一学生反应一信息反馈”的流程，甚 至只有呈现学习材料一个步骤，学习效果很差。在当今众多的学习理论中，适应 性学习理论认为学习是学习者通过自身原有知识经验与学习系统进行交互活动 来获取知识的过程。而经验表明，促进提高学习的最有效的途径方法就是要精确 的识别出学习者的需求以及要反映并给出与需求相关联的学习方法。因此适应性 学习理论可以作为网上学习模式的理论依据，使网上学习内容的呈现、学习过程 2 第一章绪论 的交流、交互更适合学习者个人的特征与需求，从而使网络化学习更为简单、更 为高效、更具个性化。 ( 2 ) 开发技术的选择 传统单机环境下的智能教学系统的开发方式已不适合网络环境下的智能教 学系统。多a g e n t 技术的发展为解决上述问题带来了契机。目前，国内外对多 a g e n t 技术在现代远程教学中的研究与应用已有了一定的成果，在一些系统中己 能够实现局部、分散的交互式、个性化教学，但是较为系统的应用多a g e n t 技术 来实施远程教学、充分利用多a g e n t 间的通信与协作来完成教学任务的系统还比 较少，系统整体的个性化、协作化教学还不理想，并且存在着不少的问题，从而 影响了远程教学的教学效果和教学质量。 将多a g e n t 技术结合到远程教学系统中，设计多种不同系统实体和不同角色 的a g e n t ，根据学生的认知水平和个性特点，自动安排学习计划和进度，监控学 生的学习过程，实现个性化教学：将个别学习与协作学习方式相结合，提高系统 的个性化和协作化；增加人性化色彩，创造良好的交互界面，达到吸引学生兴趣， 改善教学效果、提高教学质量的目的，以期解决现阶段远程教学系统中存在的缺 陷和不足，构造充满个性化的远程教学系统。 基于以上讨论，我们认为应该以适应性学习理论为指导，保留单机智能教学 系统中成熟技术的同时将多a g e n t 技术引入远程教学系统，构建基于多a g e n t 的 远程智能教学系统，从而使远程教学更好地为全球化教育、终身教育服务。 1 3 论文主要工作 论文所论述的基于多a g e n t 的远程智能教学系统是在导师研究的天津市自然 科学基金项目“基于i n t e m e t 的多a g e n t 远程教学模式的研究与丌发”的基础上， 以计算机应用基础课程为实验内容，结合多a g e n t 技术、j 2 e e 技术设计实 现的。系统一定程度上实现了远程教学系统的智能化、适应性、个性化。论文研 究的主要内容可以归纳为以下几方面： ( 1 ) 根据远程教学系统的现状，以适应性学习理论为指导，结合a g e n t 技 术的交互性、智能性、自治性和主动性等特点，提出了一个基于多a g e n t 的远程 智能教学系统模型，详细分析了各a g e n t 的功能和结构，指出各a g e n t 的实现方 法。 第一章绪论 ( 2 ) 指出建造扩展的学生模型作为智能教学系统的学生模型，分析学生个 性特征，提供相适应的教学策略。在认知理论的指导下构建了认知型学生模型， 采用逐步逼近法实现了该模型。同时研究了兴趣性学生模型等子模型的实现方 法。 ( 3 ) 研究了系统的自适应策略，将建立在项目反应理论基础上的计算机自 适应考试技术引入练习题及测试题抽取，提高了系统的智能性。在计算机自适应 考试的基础上又设计了基于学生模型知识点掌握程度值的智能抽取算法，从而进 一步实现了智能化、个别化教学。 ( 4 ) 整个系统基于j 2 e e 技术实现，使教学系统具有与操作系统无关性、可 移植性、可扩充性和易维护性等特点。采用a j a x 技术实现实时协作学习与智能 信息提醒，大大加强了师生之间、学生之间、用户和系统之日j 的交流的即时性， 满足了远程个性学习的需要。 1 4 论文内容组织 第一章为本文的概述，提出论文研究的目的。第二章是相关的理论与技术基 础，简明的阐述了适应性学习理论、a g e n t 的理论与技术。第三章对学生模型和 选题策略进行研究。第四章阐述了基于多a g e n t 的远程智能教学系统的设计，详 细的论述了系统的总体构架以及各a g e n t 的设计。第五章对系统技术实现进行了 阐述，并对一些特色技术加以说明。第六章对论文所作的工作进行了总结，阐明 了需要改进的部分，以及下一步要做的工作。 4 第二章相关理论与技术 第二章相关理论与技术 远程教学系统中出现的种种问题，一个重要的原因是系统的设计没有先进的 指导思想。适应性学习理论能够弥补远程教学系统的缺陷，使教学内容的呈现、 学习过程的交互更适合学生的特征，体现因材施教的原则。为了增强现有远程教 学系统的智能化、个性化，将a g e n t 思想应用于教学系统中，从而提高远程教学 效果。 2 1 适应性学习理论 个体在学习过程中，都要表现出“超越学习情境中的障碍的倾向”或“个体 克服困难取得较好学习效果的倾向”，即学习的适应能力，也就是我们通常所说 的学习适应性( l e a r n i n ga d a p t a b i l i t y ) 。个体学生的学习适应性好，能提高学业 成绩；相反，学生的学习适应不好，则会导致学业不良。学习适应性应包括学习 观念的适应、学习环境的适应、学习方式的适应等三个层面。 2 1 1 适应性学习概念 适应性学习( a l ，a d a p t i v e l e a r n i n g ) 是指为了提高学生学习的适应性，通 过学习环境的自身调整来适应学习者的个性特征和认知水平，满足学习者个别需 要的学习过程。因此，适应性学习主要包括：( 1 ) 学习者可以选择学习支持工具 来定制自已喜欢的学习环境；( 2 ) 根据学习者的需要，适应性学习可以提供灵活 的学习方法，动态地呈现学习内容“1 。 2 1 2 适应性学习特征 适应性学习充分考虑到教学行为与学习行为的个人化特征，打破了传统群体 学习的结构，把学生作为一个个体，置于一个更为个性化的情景之中，具有如下 主要特征。1 ： ( 1 ) 基于资源的学习 教学资源( 包括文本、图像、声音、视频、c a i 软件等) 可以适应各种学习 者的需要和背景进行不同的组合，也就是教学内容组织与呈献与个别特征相适 应；能根据不同的学习风格呈现与之相适应的学习资源，整个学习的过程是在网 上探索和与他人协同学习的过程。 ( 2 ) 主动性的学习 学生采用主动的学习方式，他们能够自我组织、制订并执行学习计划，并能 第二章相关理论与技术 控制整个学习过程，对学习进行自我评估，学习过程受本人支配，对他自己的学 习全部负责。教师只是学习的指导者、建议者，而不是学习过程的主宰者。教师 的主要工作是规划教学目标，对学生学习的辅导和咨询，教学资源组织和编译， 学习环境的创设与维护。 ( 3 ) 建构知识的学习 学生通过在适应性学习环境中的探索和交互来建构自己和知识，从而进行有 效的学习，而不是主要通过教师的讲授或操练与练习来进行学习。学生在学习环 境中探索和交互时，不仅要掌握所学的知识，更重要的是要掌握学习的方法，也 就是要进行元认知技能的训练。同时也强调知识的运用能力以及与他人合作的能 力。 ( 4 ) 个别化与人性化的学习 以个别化、人性化为核心特征，对个别学生来说，他的学习过程完全是个性 化的，包括学习的进程，探索知识空间的路径，学习过程中所得到的反馈信息等 等。适应性学习中，学生是一个具有自己独特个性的个体，其个性在其在学习过 程中的选择得以充分的体现，而不是一个完全同步的群体中没有个性中的一分 子，我们可以通俗的说，学生所学得的知识和能力是自己定做的产品，而不是教 学工业生产线印制众多相同的产品。 ( 5 ) 反馈及时的学习 学习必须得到快速的反馈，包括从指导教师和学习同伴之f b j 的反馈。适应性 学习是一种自主的、个性化的学习，但它不是一种完全独立的学习，它需要学习 环境中有组织良好的反馈系统，以帮助学生作出自主决策。反馈信息可以通过人 机交互方式获得，也可以通过学习者之间交流与讨论的方式获得，还可以通过指 导教师的指导方式获得。学习者之间的交流与讨论也是必不可少的，这可以让学 习者从不同角度去认识所学的知识，丰富自己的认知结构，而且相互之间的协作， 对情感、态度等方面也有良好的促进作用。 ( 6 ) 需要高级数字化技术及智能技术支持的学习 适应性学习对学习环境和要求可归纳为：丰富的媒体表现形式、良好的适应 性、敏感的反馈系统、便捷快速的通信，这必然要求在学习环境广泛应用多媒体、 人工智能、网络通信等技术。 2 1 3 适应性学习模式 6 第一章相关理论j 技术 主流的适应性学习模式可以用图2 1 来表示，主要包括三个关键环节：学习 诊断、学习内容的动态组织和学习策略的选择。这些关键环节正是该模式适应性 的表现帅3 。 已达到月标要求继续学 图2 1 适应性学习模式 ( 1 ) 学习诊断 学习诊断就是利用一些经过测量理论校订的测试练习题对学生进行测试，并 根据学生的反应情况来估测学生能力以及领域知识的掌握程度，是系统对学习内 容进行动态组织的重要依据。学习诊断可以发生在学习的开始、学习的结束或学 习的过程之中。在学习开始时进行测试，可以了解学生的原有知识水平和认知水 平，再结合学生学习过程的历史记录，便可以对学生的知识水平和能力进行估测， 从而组织和呈现与他能力最适应的学习内容，并给出相应的学习建议；在学习过 程中进行测试，主要是做针对性的测试，目的是为了发现学生的薄弱环节并进行 巩固性练习提供依据，这也是一种学习手段。在学习结束时进行测试，主要是对 学生的学习结果进行成就性检测，检测学生是否达到预期教学目标的要求，若己 经达到，则建议学生终止学习或开始新一轮学习过程，若未达到相应的教学目标， 则建议学生进行补习单元的学习。 第二章相关理论与技术 ( 2 ) 学习内容的动态组织 学习内容的动态组织是指适应性学习系统根据学习诊断的结果以及学生的 学习历史记录，动态地组织与呈现和学习者当前学习能力最相关的学习内容。它 具有如下两层含义： 学习内容的选择与组织 适应性学习系统根据学习历史记录和能力估计的结果，选择学生没有掌握或 是没有学习过的与当前学生能力最接近的学习内容。学习内容的选择与组织以认 知单元为最小单元，一个认知单元就是教学目标中所规定的最小的一个知识点， 针对这一个小知识点所展开的教学内容称之为一个认知单元。每个学习阶段，可 以选择一个或几个认知单元。 学习内容的呈现 学习内容的每个认知单元的教学展开都有好几种形式，有的详细、有的简略； 有的具体、有的抽象。另外，提供给学生的相关辅助材料，练习试题等等，都各 不相同。因此，适应性学习系统将根据对学生能力的估测结果和学生的认知j x l 格， 选择最适合学习者的内容呈现方式。学习内容的呈现，主要以超连接的方式进行， 差别主要体现在链接的层次和链接的单元上，它将根据不同能力的学生而有所不 同。学习内容的呈现，需要四个方面的支持：一是对学生掌握知识能力的诊断； 二是对学生知识水平、认知风格与认知能力的表征；三是根据学生的认知风格和 学习能力的不同而以不同方式组织的认知单元：四是根据学生个体差别而有针对 性组织的教学策略。 ( 3 ) 学习策略的选择 学习策略的选择是学生进行学习时，针对特定的学习内容所采取的学习方 法。一般来说，不同的学生，根据自己不同的学习风格，采取的学习策略是不一 样的，同一个学生在不同时期内可以采用不同的学习策略，甚至于同一学生在学 习同一学习内容时，可采取多种学习策略，各种学习策略各有特色，可互为补充。 在适应性学习系统中，学生一般都采用三种学习策略。1 ，即传授式学习策略、探 索式学习策略和协作式学习策略。 传授式学习策略是一种以教师为主体，靠教师讲，学生听的单向沟通的传统 教学模式。在适应学习中，同样可以实施这种传授式学习策略，学生通过聆听教 师( 视频、音频等) 对教学内容的讲解，或者阅读教师准备的教学材料进行学习。 8 第二章相关理论j 技术 当学生在学习过程遇到疑难问题时，可通过话音网络或双向视频网络与教师进行 实时的交互，也可以通过电子邮件来进行异步的交互。 探索式学习策略是一种通过给学生呈现适当的学科问题，让学生在解决问题 的过程中进行学习的教学模式。在探索式学习策略中，学习系统提供大量的与问 题相关的信息资源供学生在解决问题过程中查阅。而且，还设有专家系统负责对 学生学习过程中的疑难问题提供帮助，给学生的帮助并不是直接呈现答案，而是 给以适当的方式启发或提示学生去解决问题，如“请查阅某某节点上的某某文章” 之类。探索式学习策略彻底改变了传统教学过程中学生被动接受的状态，而使学 生处于积极主动的地位，因而能有效地激发学生的学习兴趣和创造性。探索学习 策略要求学习系统具有四个基本要素，即问题、资料、提示和反馈。将这四个要 素组织和衔接好，便能在简单的技术背景下，达到良好的教学效果。在教学系统 中，实施探索式学习策略要注意的一点就是防止学生产生过强的挫折感。因此要 有比较敏感的反馈系统，以便及时给予学生帮助。 协作式学习策略是指利用计算机网络以及多媒体等相关技术，由多个学习者 针对同一学习内容彼此交互和合作，以达到对教学内容比较深刻理解与掌握的过 程。协作式学习策略基本协作方式有四种，即竞争、协同、伙伴与角色扮演。协 作学习有利于促进学生高级认知能力的发展，有利于学生健康情感的形成，因而 受到广大教育工作者的普遍关注。 适应性学习理论注重个性化教学，强调个性化情境的创设、个性化协作学习 和会话，以及在此基础上的意义建构。在提倡教育创新的今天，适应性学习理论 在世界范围内的影响闩益扩大，并逐渐成为教育技术的核心理论之一。有许多专 家认为适应性学习理论，特别适合于远程教学的学习环境，并把它看作是指导远 程教学的重要理论基础之一。因此，本文以适应性学习理论作为智能教学系统的 指导理论。 2 2a g e n t 理论与技术 a g e n t 的研究始于2 0 世纪8 0 年代中期。近年来，作为分布式人工智能研究 的一个热点的a g e n t 和多a g e n t 系统( m a s ) 引起了计算机、人工智能、自动化 等领域科技工作者的浓厚兴趣，为分布式人工智能和计算机软件工程的发展丌辟 了一条有效途径。a g e n t 是一种处于一定环境下包装的计算机系统，为了实现设 9 第一二章相关理论与技术 计目的，它能在那种环境下灵活地、自主地活动。由于提供了一种新的计算和问 题求解风范，a g e n t 已经成为人工智能领域研究的热点和核心。 2 ，2 1a g e n t 及其要素 ( 1 ) a g e n t 的译法 随着a g e n t 技术领域的迅速发展，出现了各种各样的a g e n t ，学术界关于 a g e n t 的定义有很多的讨论，但目前仍没有对a g e n t 的确切含义达成一致意见。 许多组织和学者根据不同领域的具体特点赋予了a g e n t 不同的定义： a g e n t c i t i e s ，世界上最大的a g e n t 集成平台组织。它对a g e n t 的定义是：自治 的，问题解决的计算实体，能够在开放、动态环境下进行有效行为“。 来自i b mh a i f a 分院的o n ns h e h o r y 对a g e n t 的定义是：a g e n t 是应用在分 布式环境下，具备自治性的软件实体”1 。 著名a g e n t 理论研究者、英国的w 】嘶d g e 博士和j e n n i n g s 教授认为：a g e n t 是处在某个环境中的计算机系统，该系统有能力在这个环境中自主行动以实现其 设计目标删。 a g e n t 研究的先驱之一m a l e s 认为：a g e n t 是指那些宿主于复杂动态环境中， 自治地感知环境中的信息，自主采取行动，并实现一系列预先设定的目标或任务 的计算系统“1 。 这晕我们采用蔡自兴教授的译法，把a g e n t 译为“艾真体”，理由是”1 ： o a g e n t 是一种通过传感器感知其环境，并通过执行器作用于该环境的实体。 这个实体也可叫做“真体”。 “主体”是用得较多的一种译法。译为“主体”不能反映a g e n t 的本意。 “代理”是另一种译法，也不能表示出a g e n t 的原义。 a g e n t 的读音为“艾金特”或“爱金体”，其相近发音为“艾真体”或“爱 真体”。 把a g e n t 译为艾真体，不仅发音相近，而且含有一定的物理意义，即某种 “真体”或事物。 历史上，把英文或其它外文名词术语按发音或其近似发音翻译成中文的成 功先例很多。 ( 2 ) a g e n t 的要素 i o 第二章相关理论0 技术 a g e n t 的行动受其心理状态驱动。人类心理状态的要素有认知( 信念、知识、 学习等) 、情感( 愿望、兴趣、爱好等) 和意向( 意图、目标、规划和承诺等) 三种。着重研究信念( b e l i e f ) 、愿望( d e s i r e ) 和意图( i n t e n t i o n ) 的关系及其 形式化描述，力图建立a g e n t 的b d i ( 信念、愿望和意图) 模型，已成为a g e n t 理论模型研究的主要方向，信念、愿望、意图与行为的因果关系如图2 2 所示。 一k 多 - j 状况信息( 如学习时间长短等) ，提交学生作业， 由教学a g e n t 作为提供相应学习建议的依据。当学生进入系统时，从数据库中获 取学生记录信息传给管理a g e n t 。当学生退出系统时，保存学生的学习记录。 ( 4 ) 教学a g e n t 教学a g e n t 控制多个a g e n t 之间的调度与协作，兼有通信和教学管理两个功 能，在管理a g e n t 与其它a g e n t 之间起着桥梁作用，担当了协同管理的角色，其 结构如图3 5 所示。 它的主要功能是：根据学生a g e n t 提供的学生信息，获得学生的学习记录情 况：根据学生请求及学习记录，对学生能否选择某项学习内容请求导航a g e n t 给出建议；根据学生的请求，与个性分析a g e n t 通信，得到学生个性信息，与内 第三章摹十多a g e n t 的远程智能教学系统的设计 容呈现a g e n t 通信，给出适应学生个性的教学内容形式；根据学生的请求，与考 试a g e n t 通信，提供练习题或测试题；与答疑a g e n t 通信，给出问题解答。根据 评价a g e n t 传回的评价结果，给出下一步学习建议：根据学生a g e n t 提供的学生 学习状况信息( 如学习时间长短) ，通知提醒a g e n t 提供相应的学习建议。 图3 5 教学a g e n t 结构 ( 5 ) 内容呈现a g e n t 它的主要功能就是根据教学a g e n t 传送来的消息产生反应，结合学生的兴趣 模型、学习策略等个性特征，提供相应的学习内容给学生a g e n t 。如对于自主学 习的学生提供自主学习的学习内容，对于要求协作学习的学生提供以知识点为单 位组织的协作学习讨论室等。 ( 6 ) 导航a g e n t 它的主要功能就是引导着学生浏览适合自己水平的页面内容，对他们的学习 内容和方向以适当的指导，通过适应学生的知识水平和其他特征来帮助学生找到 在学习空间中的最佳路径，对照课程要求为学生提供个性化的学习建议，并推荐 相应的资源给学生。 ( 7 ) 评价a g e n t 它的主要功能就是根据学生的学习情况、测试情况，结合学生的个性特征， 根据学生的情绪模型，提供适合学生接受并且促进学习的评价，激发学习动机与 学习成就感，挖掘学习潜能。 ( 8 ) 提醒a g e n t 它的主要功能就是监测与提示功能，当满足它的任务触发条件时，它就会自 动地触发一个指定的任务请求，并进行相关的处理。比如提示时i 日j 、注意休息、 收到消息、有需要解答的问题等，从而更好地实现系统层面上的个性化，极大地 增a n y 学习情境的人性化色彩，对提高学生的学习兴趣，改善教学效果有重要的 意义。 第三章基于多a g e n t 的远程智能教学系统的设计 ( 9 ) 考试a g e n t 该a g e n t 的主要功能就是支持学生对当前的学习情况进行自我评侧，根据教 学a g e n t 发送来的信息，结合自己的内部状态( 如目前拥有的题目等) ，制定规 划，最终确定目标，执行任务，为学生提供适合的练习或测试题目( 对于某一个 知识点提供练习题；若学习了多个知识点，则综合考虑提供测试题) 。它在测试 过程中可以实时评估考生的水平，并根据考生的水平按定规则选择试题测试， 在测试完成后会给出正确答案和成绩。 ( 1 0 ) 答疑a g e n t 在远程教学系统中让有限数目的教师对每位学生提出的问题都做出实时解 答是不现实的，因此在系统中建立答疑a g e n t 来对常见问题进行自动解答，为学 生提供合适的求助对象。该a g e n t 的主要功能是根据教学a g e n t 发送来的信息， 对学生提出的问题进行分析，查询常见问题库，自动寻找可能的解答，传送给学 生a g e n t ：若答疑a g e n t 在常见问题库中找不到答案时，则提供智能解答者的选 择与手工选择问题解答者；可以选择适合的求助对象进行提问，也可由学生自己 指定对象，接收教师a g e n t 或学生a g e n t 送回的解答，同时自动将解答的问题及 答案存于问题解答表中，把一些有价值的信息提供给教师，以便教师改进教学。 ( 1 1 ) 个性分析a g e n t 学生的学习状态对其学习效率和学习成果会有很大的影响，因此很有必要对 其学习状态进行监控和记录，而个性分析a g e n t 便担当了此类角色。学生登录后， 管理a g e n t 为学生创建个性分析a g e n t ，它动态跟踪学生的学习行为，分析学生 的学习状况和学习兴趣，根据他们的水平，提供学习帮助和学习建议，并为下一 次学习提出相应的学习建议，最大限度地挖掘每个学生的潜力，从而能够有效地 指导学生学习。 个性分析a g e n t 的重点在于帮助学生发展兴趣爱好、增长见识、形成个性， 它强调自治和学习，主要通过对学生采用的学习风格、喜欢的内容呈现方式、访 问的内容、网址与停留的时间以及用户的必要个人信息等来修j 下自身，使自身能 够更加确切地反映学生的真实情况，并将相关信息不断传送给学生信息库，并将 信息进行整理、组织，并从中分析出学生的个性偏好，为学生的下一步学习做相 应的准备“。学生登录学习的次数越多，则个性分析a g e n t 与学生的实际情况就 越接近。 第三章基于多a g e n t 的远程智能教学系统的设计 ( 1 2 ) 教师a g e n t 教师a g e n t 辅助教师对教学进行管理并负责对学生进行指导。教师a g e n t 主 要功能是查看当前在线学生的学习情况，组织协同教学环境，提供即时知识点讨 论与问题解答，批阅学生作业；维护、更新教案、课件，维护教学知识库和试题 库；教师a g e n t 可以与答疑a g e n t 通信，进行学生问题的解答：可以从个性分析 a g e n t 那里获得学生的个性化信息，提供有针对性的个别辅导和适当的补习材料， 帮助学生分析错误的原因，提出改进学习的方法和意见等，实现对学生的个性化 教学。 ( 1 3 ) 界面a g e n t 界面a g e n t 是学生的知心朋友，它提供友好的交互界面，把声音、图像、动 作和互动式操作结合起来，抓住了学生思维，充分调动了学生学习的积极性和主 动性，减轻了学生的思想负担和心理压力。界面a g e n t 可以接收提醒a g e n t 的请 求提示注意休息等，接收导航a g e n t 的请求对学生的学习内容和方向以适当的指 导，这极大地增加了学习情境的人性化色彩，对提高学生的学习兴趣，改善教学 效果有重要的意义。 系统还为界面a g e n t 引入了动态情感，以卡通人物的方式加强界面a g e n t 与 学生之间的交流。例如学生很出色地完成了一项任务，评价a g e n t 请求界面a g e n t 以卡通人物采用相应的情感和动作给予其激励和肯定，事实上这就将学生在学习 过程中所需要的鼓励和督促虚拟化，这种虚拟的情感表达是非常有作用的，正如 人们在玩网络虚拟游戏时所感受的情感渲染。当然，还可以进一步挖掘动态情感 的内涵，例如培养学生与卡通人物之间的友谊，类似于现在盛行的培养电子宠物 朋友。 3 2 2 系统a g e n t 组织结构 根据a g e n t 所扮演的角色和担负的职能不同，系统中的a g e n t 可分为三个大 类：管理a g e n t 、功能a g e n t 和辅助a g e n t 。 ( 1 ) 管理a g e n t 根据系统的实际情况，需要具有全局知识、全局规划、全局控制与协作的高 级管理a g e n t ，负责从总体上管理、协调其它功能a g e n t 和辅助a g e n t 的活动。 ( 2 ) 功能a g e n t 功能a g e n t 是系统具体功能的实施者，面向具体的功能需求进行设计。一个 第三章皋于多a g e n t 的远程智能教学系统的设计 功能a g e n t 一般就是一个问题求解过程中某个具体子任务的完成者或者是一个 系统角色的抽象实体。功能a g e n t 在管理a g e n t 与辅助a g e n t 的管理和协同下协 作完成某一任务。系统中功能a g e n t 相对较多，主要有学生a g e n t 、教师a g e n t 、 教学a g e n t 、个性分析a g