文献翻译——在多用户M-学习领域中的人工智能和蓝牙技术

第1页外文文献资料第2页第3页第4页第5页第6页第7页第8页第9页第10页第11页第12页第13页第14页中文翻译稿在多用户M-学习领域中的人工智能和蓝牙技术摘要在本文中，我们提出的多用户技术实验室，结合人工智能（AI）和蓝牙（BT）技术的实际应用。我们的目标是建立一个移动学习环境，让学生可以在一个定制的方式工作。采用BT能力这一领域可以被分离成一个教室，由几个学生同时使用。学生活动可以通过AI策略（计划，调度和专家系统）的手段，以适应手法，以每个人的特性进行监督。结合这些技术，整个系统将能够识别每个用户，组织他/她的工作，并评估他/她的结果，而无需或很少教育者干预。不过，老师会报告有关学生行为，当情况需要IT1会劝。关键词：M-学习，人工智能规划和调度，专家系统，蓝牙。1引言。传统的教育，其中一个老师在课堂上传递给学生一些知识，是一个非常著名的交际过程。以相同的方式，其他人的通信，教学和学习的情况下，正在被高度受信息和通信（TIC）的新技术的开发。这种影响已经引起了创作电子学习的概念。两个这种新的教育框架的最相关的优点是灵活性和上下文适应能力。1这项工作已经由研究军政府卡斯蒂利亚-拉曼恰项目PAI07-0054-4397并通过CICYT项目CYCIT（TST2006-12085）。显而易见的是，如果由无线通信系统所提供的电势被加到（然后术语米学习时）这些功能大大提高。此外，也可以多走一步，还集成人工智能技术，以自动化和个性化提供给学生的学习经验，这将打开的教育机会17的世界。其中，本文侧重于管理的问题在一组学生抵达到实验室，使实践，获得实时结果，提出问题，与教育家-如果needed-互动，留下随时。这里介绍的M-学习环境提供了一个真正的解决了这个难题。它采用了蓝牙方案，并采取这一潜力巨大的优势。所获得的无线系统是灵活的，值得信赖，充满活力。支持这一行动学习的答案的通用性和有效性的另一个基本问题是表征和监控其用户。为基础的人工Intelligence-的识别策略允许系统确定的能力，喜好和学生的可用性，并调整其互动与他们以优化其结果。本文的结构如下。首先，我们提供的电流电子学习和移动学习技术的概述，以解决提出的工作范围内。然后，我们提供了有关人工智能技术和蓝牙是支持提出了M-学习架第15页构方法的一些基本信息。为了显示架构的行为，首先我们介绍，我们将要实现它的教育环境：一个技术实验室。然后，该架构本身的主要功能模块进行说明。最后，我们总结的主要概念，并提出了一些挑战，为未来的工作。2E-学习和移动学习。目前的电子学习和虚拟教育技术已经经历了越来越多的研究兴趣归功于使用信息技术和互联网1320。利用这些技术已经产生了一种新的工具和框架，可用于教育工作者设计，部署和控制课程。在这篇文章中，我们提出整合的无线通信技术的好处，电子学习的可能性。这种想法是不是全新的。在很长一段时间，它的植入已经引起了一个新的概念：M-学习（移动学习）。移动计算机教师和学习者最早的应用始于20世纪70年代在施乐帕洛阿尔托研究中心的开始。然而，真正的移动学习的概念和技术的发展开始于上世纪90年代末。从移动设备及其应用的数量的那一刻正在成长快，今天它们的个人计算机的三倍以上的数目。一些专家甚至认为，手机将要替代PC的。在这种情况下，米学习看起来像一个非常有价值的研究和应用领域。不同的众所周知的电子学习标准，如IMS11，SCORM21或LOM14，目前正在使用的定义和开发新的自适应虚拟基础教育的工具22。这些工具支持创建个性化学习设计（LD）12。他们还可以通过教育工作者（和/或场设计师）不仅可用于定义一个课程的内容（即通过使用IMSLD规范），而且还以创建自适应和个性化的学习流程，这样一来，在教育系统可以监测和控制整个学习过程。这样设计的使能重复使用和交换不同平台之间的有用信息。当这些系统包括无线元件，如移动电话，PDA，笔记本电脑，和其他移动设备的，术语米学习应该被使用。在这种情况下，许多的固定系统的优点可以采取。其中有可能要强调：同时给予服务于多个用户，把内容传送到学生的处置在适当的时间和地点，并在访问任何电子文档的灵活性的能力的可能性。根据一些作者2623，与可动元件的无线通信提出若干细节，赋予其特殊字符。一些最重要的特点是：1.可能使用非常小的时间间隔。例如，在银行排队，或在医生的候诊室。2.需要简化的内容介绍，由于移动设备的有限的显示和输入功能。3.容量来调整提供给用户的信息的基础上，其时间和本地上下文。所以，有可能根据其时间的可用性与用户进行交互，而不被调节由某一建筑物或服务的打开时间。否则，一个学生的空间位置将是决定因素以选择提供给他的信息的类型。例如，它有更多的意义来发送参考文献，当学生在库中。另一个机会是引导他通过博物馆（约最近的照片信息）而不给他一个既定路线。第16页这些功能的条件移动学习应用，但同时，他们打开世界的可能性很明显。例如，为了充分利用的适应能力的上下文的，需要一个实时管理应被提及。在这篇文章中介绍的蓝牙解决方案提供满足所有这些技术要求的真实可能性。这个无线系统是灵活的，值得信赖，充满活力。此外，它甚至可以在用户同意为高。另一个基本问题，以保证通用性和一个移动学习环境教育有效性的表征和监控其用户。的识别战略将使决定的能力，喜好和学生的可用性。这样，将有可能对为了优化全局结果适应与学习者性向系统的性能。为了调整行动学习课程内容，以学生，大多数虚拟学习环境包含预先固定的课程，其中用户导航和学习可用的概念。一些米学习工具包括现状学习（SL）的课程，其中用户呈现不同的预定义的情况和其中他（她）有在不同选项中进行选择。这种类型的课程的缺点是，没有任何动态生成和了很多的努力，需要创建保持学生注意力有挑战性的情况。虽然导师可以得到的统计数据，以及有关学生的进步等信息，还有缺乏反馈中以前的用户，工具本身，教官，什么用户感兴趣和未来的用户。其中在这个方向开发的工具，我们可以提到课程VisSystem15和动态装配引擎7。自动生成过程中一个有趣的方法（在某些方面类似于一文中提出）是乌尔里希的工作25谁使用了AI分层任务网络（HTN）规划师称JSHOP10。该系统组装学习对象，从一个或几个库检索，营造全过程。它也可以安排他们沿着一段时间，并考虑以前的学生的成绩产生不同的学习设计（LD）。除了内容的调整，适应的其他替代的特殊功能的学生已经出现。它们中的一些基于用户为不同的组的分类，在与他们的学习风格一致。在这种情况下，几种样式已被定义为：活性，自反，理论，实验等而不同与每一个通信方式已定下来了。此方法假设提前，但它仍存在很多刚性18。在这篇文章的基础上规划和调度的IA技术的应用方法提供。通过这些技术中的检测到的不同用户的特性的装置（记录他们如何使用系统）。然后，在每一种情况下，交互与它们中的每一个被确定的方式。在相互交流的过程两件事情必须考虑：学习或形成的客观通缉的用户和资源容易支持学生。这种方式工作允许完全自适应给每个学生（最大化的所有过程的效力），并且它提供了管理用户群的可能性5。另外有趣的是，更不用说，在存在移动学习的几个问题，不存在于电子学习。例如，其中最重要的一个是硬度，以获得或发送印刷材料24。3人工智能技术。人工智能（AI）16的主要目的是研究如何建立执行通常由人执行的任务人工系统。这个概念诞生于1956年，在Darthmounth会议。从上了很大的功夫那一刻已经取得了许第17页多目标已经实现，但遗憾的是很多的失败也是如此。今天，AI是一个非常重要的学科，它包括许多公认的成熟领域：专家系统，模糊逻辑，遗传算法，语言亲cessing，逻辑程序设计，规划和调度，神经网络和机器人。在这些领域，我们的工作重点是AI规划和调度（AIPS）和专家系统技术。接下来的小节介绍我们的M-学习架构使用的技术。3.1AI规划技术。这些技术已应用于解决域复杂的问题，如机器人，物流或卫星。新的虚拟学习环境也为AI研究人员提供了一个有趣的领域。在这一领域，他们可以与他们的自动解决问题的算法实验，或发展和本学科设计的新技术。那么，教育研究人员可以利用这种新型工具和可以帮助他们检测方法，原因和解决（自动），在他们最初的学习设计观测的不足。再次，要在这样的背景下被应用的人工智能领域最适合的一个是自动规划和调度。这两个工具的组合，可以完美地与一些质量标准（通常集中在时间或资源的应用程序）处理时间推理和资源消耗，在一起。在这种情况下，计划者通过找出的该变换的初始状态到最终状态的操作序列解决了一个具体问题。在一个学习环境，初始状态可以通过学生的先前知识来描述的，当它们是可用的一个场（一组是由学生进行学习活动）使用的资源和时间周期。最终状态，或一个目标，将是学生能够批判性思维适用于一个特定的主题。为了让规划师来解决问题，这是需要（1）指定由一组运营，允许规划者从定义的初始状态到其中一组的目标是实现一个国家的域名和（2）描述的初始和目标状态。标准的语言来指定域和问题是PDDL，现在在它的3.0版本8。有几个规划技术，其中我们选择了全序规划师。这产生解决方案，总有序操作序列。的基本结构是一个树结构，其中节点是计划或州，和边缘可以是动作或状态的交易。3.2AI调度技术。调度器考虑到现有资源组织沿时间线下活动。很多程序在调度系统这一领域中使用来自运筹学（OP）和约束规划。（CP）。这最后一个学科已经应用到不同的调度问题有很好的效果，即车间作业调度问题（JSSP）9。这些JSSP方法可以很容易地推广和应用到学习环境。在这种情况下，而不是机器和工作，也有学生，教师和教学单位的课程。在本文中此相适应是在考虑到一种自然的方式，每个学习单元可以被认为是需要在一段时间内进行处理，对于给定的学生（机）的操作中显示的应用程序和监督下一个教育家。该课程还必须有一个有限的时间（期限）和教练只能管理学生数量有限（每个老师与学生的数量，他能够给出建议总资源量的资源）。第18页此外，有必要知道每个学习单元任务考虑它们之间的优先约束的初始和结束时间。此外，它是强制性的征收课程的最后期限（总持续时间），并可用资源（教师的数量）。此外，它是需要建立施加的问题的条件的其他变量：学习者数，学习活动的持续时间，当然长度等一旦所有这些数据都被记录，它是由教育者或教学负责建立到分发，以确保所述的教育过程的质量的时间和不同的单元之间的内容的数目的最佳方式。这项业务可以自动应用的规划和调度技术来完成。结果将是一个计划，或一组计划，如果溶液中存在对于给定的期限。的计划可以被看作是对学习活动（操作员应用程序）与必须从初始状态来实现到那里的目标都达到了，老师的监督下，与可用资源的状态的特定持续时间的序列。最后，这是适当的，以强调编译与整个时间的系统中的学生相互作用的信息的可能性。这个信息可以被用作反馈，以重新安排的整个过程或改变分配给特定任务的时间。这样可以更好地适应过程既：学生的特点和可用时间。3.3专家系统。专家系统是采用人类知识去解决问题，通常需要人类智能的计算机程序。这种方案表示的专门知识的知识，关于一个特定类的问题，因为数据或规则，可以在需要时在被调用。它们还可以提供的问题的一些分析，他们甚至可以推荐用户操作，以便执行改进和改正。专家系统似乎在利用推理能力的结论。专家系统由两个主要部分组成：知识库和推理引擎。知识库包含专家系统知识库。这可以被编目为：事实和启发。事实之一是，知识广泛共享，它通常可以发现在书籍，文章，刊物等。启发式知识，更体验，它是很少讨论。这是得到良好的培训，良好的判断力和合理扣除在该领域的知识。这两种知识的组织和IF-THEN表示为规则。推理引擎操纵存储在所述知识库中，为了形成一个推理的信息。这台发动机是根据解决问题的方法，设计成内置的程序模块。一个专家系统的最吸引人的特点是他们的能力，以审查其协商，并为用户提供了如何将其结论得到解释。本届博览会的功能基本上是利用专家解决问题的推理过程的记录。它提供了一个更好的理解的结论是如何得出和产量在用户更大的信心的结论和专家系统。专家系统可以承受许多任务：监控，设计，控制，仿真，学习支持和信息检索等。在这篇文章中一位专家系统作为教学系统，监控一组学生的学习过程。当系统检测到错误，并确定合适的解决方案。以这种方式，该系统有利于学生的教育和错误的校正。4蓝牙。第19页蓝牙无线技术是一种短距离通信系统，旨在取代连接便携式或固定电子设备的电缆。蓝牙技术是目前GSM后最大的基于无线电的技术。目前，消费者特异性识别在三个市场2蓝牙的显著的技术进步：1.手机/手机。具备蓝牙功能的手机正在迅速崛起，以3.037亿台，到2007年全球范围内销售的估计。2.耳机。耳机的趋势正在成为新的可穿戴技术。业内专家表示，蓝牙耳机也将能够与iPod播放器的音乐和通话切换使用。3.汽车行业。蓝牙应用的车都被列入新的车型出来，也被销售作为市场套件之后。免提解决方案作为一个安全的利益是最要求的选项之一。由于广泛采用蓝牙和其相当有趣的特性，已经做了很多努力试图改进它超出了最初设想的电线更换功能，大规模的网络技术。现在有可能在像一个发现在教室或库，同时保持短的连接时间和良好的性能特性的多用户环境中使用蓝牙通信。此外，使用人工智能规划技术，能够处理以非常有效的方式的一个m-学习环境的通信需求。之一的蓝牙技术中的m的学习环境的最有趣的特点是它的短程运作：大多数便携式设备具有10米的覆盖范围内，迅速减少当障碍物存在（即壁）。这意味着，例如，一个教室里面的设备都发现，可以加入网络而那些在课堂外都没有。它使这种技术适合于背景依赖性的应用，其中两个相邻的室可以考虑两种不同的行动学习单元，从彼此完全隔离，并且用户被明确确定为形成一个小区或另一个的一部分。这就是为什么我们宁愿蓝牙WIFI，因为细胞的服务器范围类似于老师的声音的范围，进入教室。另一种无线协议，像WIFI，有私密性的广泛支持。蓝牙采用基于共享密钥是一个挑战-响应方案同时支持单向和双向认证，虽然不是所有的蓝牙设备必须支持此功能。另外，为了保护该通信介质的隐私，蓝牙基带协议实现了流密码使用加密算法。5一个简单的场景。所选择的场景是一个技术实验室，工程专业的学生，他们将工作的编程习惯。也就是说，学生将被要求实施与研究，通用类的理论科目相关的软件开发。该实验室构成M-学习单元，学生可以进入或在任何给定时间安排时离开。他们都应该随身携带自己的笔记本电脑具备蓝牙功能。该系统检测到这样的学生和管理配置文件和访问权限。当学生被认证，则系统发送到笔记本电脑中的m学习环境进行交互，如果它尚未安装所需的应用程序。该系统还发送到学生的相应的任务，根据日程表和个人情况。学生可以发送解决做法回系统进行评估，这反过来，让他/她的关于所得到的标点反馈，在线提供关于如何继续进行，如果做的工作是不完整的或低于所需的最低水平，或下一个任务来完成，如果他/她已经通过了考试。第20页通过这种方式进行将给予学习者，他们享受到个性化的服务的感觉。这种印象，并产生一个快速响应的系统能力是保持学生注意力和动机是必不可少的。最重要的是，学生可以要求该系统任何有关课程的信息类型，如实践“项目，其内容，团体加入，考试日期等。他/她也可以要求在线咨询，或在日后预约的教育家。该系统还可以与教育家，谁可以进入他的日程，编程的手法，支撑材料等。该系统发送教育家各种日志，不仅对整个系统的性能，但也对做了每一个学生在实验室的工作：完成工作所需的尝试，每练习数字，标点符号获得，时间，所取得的进展，等等。除了以各种方式呈现的统计数据，该系统还能够了解学生的行为，计价为分配每个任务中遇到的困难和发现这样的东西就像两个学生提出类似的解决方案，以相同的任务。当系统无法评价由学生提出的做法，它会要求教育者对如何进行咨询。如果所提出的教育工作者的溶液允许系统与评价继续，它会被掺入到知识数据库以供将来使用。这里的一个重要因素是错误（即不正确的响应）的治疗。该系统从错误的答案分配比那些正常执行的任务的详细信息。到错误的分析师，误差显著在三个方面：他们告知应该怎样教教育家;他们告知关于学习的过程中，研究人员;和它们的学生试验的结果，帮助他/她注意到该任务的目标特征。从组织的角度来看，最初就读于实验室的学生将形成基层一个独特的群体。作为惯例提前一些学生将展示比别人更大的本事，他们将不同类别之间进行分配。老师会组通过学习困难或训练水平。暴露的系统可以是一个有用的工具，管理和记录每个学生的成绩，由教授受指标实行先验。这一战略将导致到改变特定组的成员。在学生成绩的提高将在各种指标，如恩膏进行评估：时间花费在解决实际，学技能，等等。6M-学习建筑学。图1示出的m学习环境的基本体系结构。它包括一个蓝牙通信模块，一个服务器，一个综合计划和调度器（PS）和一个所谓的评估者的专家系统。学生的移动学习平台，通过蓝牙通信系统的方式进行交互。该系统主要负责：检测用户进入或离开M-学习单元，建立与这些用户工作会议释放和交换用户和学习环境之间的数据。它也管理和以智能的方式优化米学习单元的通信性能。与此智能管理是可能的蓝牙微微网的同时用户的数目从7延伸到在我们的实验室中常见的量，即多达30个用户。事实上，我们的装置被设计用来管理具有蓝牙技术最多200个用户以每秒185个字节的数据速率。如果用户的数目被减少，容量成比例地增加了对每个用户进入微微网。同时，它也显著改善蓝牙的发现和建立时间，以便满足与用户的相互作用的实时需求。该服务器将使用蓝牙模块，用户的笔记本电脑上的客户端应用程序进行交互。它负第21页责对话，并与学生，执行所有不需要的情报任务交易。进入M-学习单元的用户将进行身份验证和注册。基本间学习应用中，如果不存在，将被发送到学生的笔记本电脑，以及由PS模块的学生分配的任务。它会管理所有的同学问的请求，将它们发送到PS模块或在适当的时候评价者。反过来，它负责提供给学生的所有未来的评估员或PS模块背面的信息。最终，服务器会照顾检测用户离开M-学习单元，并会相应地更新活跃用户的数据库。该服务器也是教育家和系统之间的桥梁。关于课程或实践，以及在教育者的议程，学生列表或实验室组列表中的信息是通过服务器访问。只有关了PS或计算器的信息（域，约束，评价规则，等等）将使用计算器的管理控制台模块介绍。评价者是一个专用的PC平台，由学生6发来的做法，自动评估。它包括三个主要的功能块：1.实践经理。它实现了自动服务的交付和收集的做法没有实际干预。定期检查注册学生数据库，服务器维护，寻求在M-学习细胞的新用户。对于任何新用户，它着眼于学生的个性化方案，并将他安排的惯例，加上实践管理代理。代理允许学生，不仅送解决实践进行评估，而且还要求对上线对工作或物理建议进行，除其它几个功能。2.专家系统。一旦学生已完成的做法，它被发送以供评估。为了做到这一点，在实践管理代理提供从学生到专家系统，根据一组给定的规则（实施评价标准），分析该信息，并报告所获得的资格来的信息。此外，它通知给学生发现错误的列表，以及一系列准则，以提高学生的经验。所有的事件是由一个故障跟踪系统收集并保存在数据库中