基于agent的个性化网络教学系统研究

　　摘要：针对目前远程系统相对缺乏个性化、智能化和交互性的现状，基于Agent技术，本文使用JSP+SQLServer模式搭建了一个个性化的网络教学平台。对教学平台的体系结构、主要使用技术等进行了分析和介绍，展示了该平台较好的个性化教学服务功能，显示了一定的智能性和适应性。
　　关键词：网络教学；Agent；个性化
　　1、引言
　　在计算机技术及互联网技术迅猛发展和普及的今天，互联网在教育过程中的重要性已经慢慢突显，网络教学平台已逐渐成为重要的学习方式。传统课堂教学中一对多的教学方式存在着许多蔽端，不能完全根据每一个学生的学习进度安排教学，特别是计算机专业核心课程中，多数专业课都属于理论性很强，不易理解和掌握，内容较为枯燥、乏味，多数时候采取机械记忆的方式学习，学生很难学好和灵活运用。互联网教育突破了传统教育的时间和空间的限制，体现了不可比拟的优越性。现阶段的网络教学系统在一定的程度上实现了远程开放教学，但存在一些缺陷[1]：①系统多以呈献教学内容为主，缺乏交互；②系统缺乏智能，不能根据学生认知水平和自主学习情况调整教学策略；③缺乏对学生自主学习过程和效果进行合理的跟踪和评价。现代网络教学以大量的数字化教学资源和多样化的表现形式为支撑，通过“学生一计算机”之间的交互活动达到教学目的，从另一角度来说，互联网教育实现了“一对一”的教学方式，能根据每个学生自身的特点、学习进度和知识点掌握情况来组织教学方案。本文结合Agent技术在网络教学平台中教学分析方面的作用，采用JSP+SQLserver模式相结合的方式构造基于Agent的个性化网络教学平台，实现学生按需学习和教师因材施教，改善传统网络教学系统的不足。
　　2、网络教学系统的结构
　　根据网络教学平台所面向的用户特点，使用较为成熟的SQLserver数据库技术和JSP技术相结合的方式进行系统的搭建。针对目前远程教学系统存在的缺陷，结合Agent构建了一个远程智能教学系统，为学生提供一个智能、开放、多样的学习环境，系统中包括学生Agent、教师Agent和管理Agent。
　　系统采用的是B/S三层分布结构[2]，即应用层、表示层和数据层，如图1所示，在该模型的应用层中学生、教师、管理员使用浏览器连接互联网进入教学平台，再通过表示层中的协作Agent与数据层的教学资源库连接[3]。

　　图1基于Agent的网络教学平台模型
　　
　　与以往的C/S模式相比，B/S模式对客户端的要求较低，不需要安装特定的客户端软件，也不存在客户端软件维护及更新问题，用户只要拥有一台连接至互联网的电脑并具备最基本的电脑操作能力即可轻松的出入教学平台。
　　3、系统功能模块
　　整个网络教学平台由学生模块、教师模块及管理模块三大部分组成。
　　（1）管理模块
　　管理员在本模块中可对所有学生及教师用户和教学资源进行管理，对整个的教学情况作宏观的调控，由管理Agent负责。管理Agent在系统初始化时由系统创建，其他Agent由管理Agent在用户登录系统后创建[5]。管理Agent主要负责整合教学资源，为用户提供学习内容服务。用户登录时，由管理Agent进行身份验证，根据身份创建学生Agent或教师Agent，并组织教学资源及相关数据通过JSP的session对象传递给用户。
　　（2）学生模块
　　学生登录时就会由管理Agent创建一个学生Agent，学生Agent负责接收管理Agent传递过来的信息，通过智能导航让学生了解当前学习进度和今后的学习计划、目标。在学生模块中，学生进入该模块后可看到当前学习状态，即已学习过的内容、已参加过的在线测试题目和分数、教师给出的学习建议等，然后再根据当前状态选择继续学习或是重新学习旧知识。除此之外，学生还可在该模块中进行在线提问、查看教师布置的作业和提交作业、与其他用户通过论坛进行讨论等。学生Agent同时也负责跟踪学生的学习活动，将学生学习过程中的新数据交由管理Agent进行存储。
　　（3）教师模块
　　当教师登录系统时，由管理Agent创建一个教师Agent，生成可对教学资源进行维护的界面，并提取学生学习数据进行处理分析，对学生提出学习建议。教师模块主要由教师Agent负责，在该模块中可查看学生学习进度及在线测试情况，根据学生对知识点的掌握情况安排或调整学习方案，并针对学生个人情况给出学习建议，也可对教学内容和试题进行更新、删除、添加等操作，安排集体在线考试、手动组卷、向学生发布通知等。
　　4、面向教学管理的Agent技术及主要Agent的实现
　　Agent是运行于动态环境的、具有高度自治能力的实体，能够接受其他实体的委托并为之服务[6]。Agent以其所具备的自主性、响应性、自适应性、主动性和社会性的特点[7]，目前已应用于国内外的多个领域中，并在教学软件中的应用研究方面取得了不少研究成果，也已经有投入到实际应用的模型和系统。目前多数的网络教育很大程度上仅仅是把传统的教育课程资源放到了互联网上，教学方式单一，与学生之间的互动几乎为零，教学内容缺乏很好的针对性，不能很好的发挥网络教育的优势。因此依据Agent技术的特点分析，采用Agent技术来进行智能教学平台的开发，可以大大提高整个远程教学系统的性能。
　　本网络平台采用Java，Jsp，Javascrip作为开发工具。Java是面向对象、分布式、安全的网络编程语言，它的与平台无关、可移植和高性能多线程的以及动态解释执行型的特点非常有利于Agent在Internet上的发布与传播。JSP是一种应用范围广泛的动态网页技术标准，是Java语言编写的服务器端运行的页面，在JSP中几乎可以使用全部Java类，它包含了JavaServlet的所有优点，并且当JSP与JavaBean结合在一起时，提供了一种可以使内容和显示罗辑分开的简单方式。在JPS中，可以使用JvaBaean封装页面中的表现逻辑或初步的业务逻辑。在系统中代码的重复使用是必然的，将代码从JPS程序中抽取出来，放在JavaBean中，在使用时进行调用。
　　管理Agent的主要功能是根据用户类型创建学生Agent或教师Agent，并根据类型传递相关数据和信息，管理Agent的实现流程如下:
　　① 当用户登录时判断用户的类型生成相应的Agent；
　　② 根据生成的Agent传递信息；
　　③ 跟踪学生Agent和教师Agent的信息，组织数据库中的资源并呈现给学生和教师；
　　④ 当用户退出系统，记录学生Agent和教师Agent当前状态信息，并释放Agent资源。
　　学生Agent由管理Agent在学生登录成功后创建，主要负责收集学生的动作、信息，交由管理Agent去处理；并传递管理Agent返回的学习内容试题以及在线答疑内容呈现给学生等。实现过程如下：
　　① 学生登录系统并由管理Agent生成学生Agent；
　　② 接收管理Agent传递的信息，将历史学习记录及学习内容呈现给学生；
　　③ 学生可选择查看历史学习效果、在线课堂学习、在线测试、提问和进入论坛学习交流，学
　　生Agent跟踪学生所有的操作；
　　④ 当学生退出系统时将记录下的信息传递给管理Agent处理。
　　教师Agent将系统及教师的学习建议传给学生Agent，以指导学生的学习。实现过程如下：
　　①教师登录系统由管理Agent生成教师Agent；
　　②将管理Agent传递过来的信息呈现给教师，教师可看到学生的学习进度及接受程度；
　　③教师可以根据学生学习状况组织教学策略，回答学生的在线提问，手动组卷，向学生发布通知，管理论坛等；
　　④当教师退出系统时把相关信息传递给管理Agent进行存储。
　　5、导航技术与组卷算法
　　（1）智能导航
　　个性化网络教学平台的智能化就在于不同学生进入后看到的内容有别于其他学生，为了使学生更好地在这个优化的学习空间中学习，系统将提供多种适应性导航策略:超链接的显示与隐藏，超链接的可视化注释，超文本的知识拓扑图[9]。超链接的显示与隐藏是指在学习过程中，为了便于更好的组织下一步学习方案，系统记录下学生的学习路径及状态，当学生再次进入时对己经掌握或己经学习过的教学内容方面的超链接进行隐藏，当然显示还是隐藏这些内容也可由学生自由选择和控制；超链接的可视化注释，是指利用图标、颜色、文本等可视化标志，根据学生的学习状态，知识点掌握情况，对超链接加以注释说明，使得学生能够比较清楚地了解超链接的性质和往后的学习计划，哪些知识点己经掌握，哪些环节还要加强练习，哪些内容还没有学过等等。超文本的知识拓扑图，就是将学生当前所学习知识内容的结构利用拓扑图的方式呈现给学生，指明学生目前所处的知识层次和位置，使得学生对所学知识内容的结构及当前知识状态，有着比较清晰的了解。
　　（2）自动组卷算法
　　在本网络教学平台中进行在线测试有教师手动组卷及系统自动组卷两种方式，而目前常用的自动组卷算法有随机算法、回溯算法及遗传算法，其中回溯算法对系统资源要求过多，程序结构复杂，组卷用时过长，而遗传算法还不是很成熟，因此，本系统中采用改进的随机算法进行自动组卷[10]。通过有限次“两两交换”将原来有序的题库中的试题打乱后，按由前至后顺序取前N道题目。
　　改进的随机组卷算法描述，如图2：
　　① 定义一个动态数组存储题库中所有试题的题号1-M；
　　② 使用随机函数生成小于等于M的随机数；
　　③ 设第i次生成的随机数k，将动态数组中第i个元素与第k个元素进行交换；
　　④ 重复②③步骤，经过M次交换后，原有的题库题号变为无序序列；
　　⑤ 由第一元素开始按顺序抽取所需题目数（N）即可。

　　图2改进的随机组卷算法
　　
　　采用改进的随机组卷算法前需将试题按题型分类存储，在字段中标识题号、所属章节、知识点及难易程度，抽题前根据教学内容和考试目的选择组卷策略，包括抽题的范围、知识点及难易程度，在题库中自动生成各约束条件所需的n道随机题，将每部分随机题组合放入新试卷表中保存。
　　6、结束语
　　互联网以其开放性、多样性等特征，已经成为发展现代教育的主要途径，得到了广大院校机构的广泛使用。而基于Agent的网络教学平台，则在智能性、适应性、主动性等多方面具有更大的优势，能够更好地满足个性化网络教学的需要，对网络教学的发展也有着十分重要的意义。当然，将Agent技术与网络教学系统相结合，在实现方面还有待进一步深化和完善，这也是网络教学重要的发展方向。
　　目前，系统已应用于《数据结构》课程，各模块都经过测试、修改和调试，系统的各项功能已初步达到预期目标，满足作为个性化网络教学系统的基本要求，但系统仍有可以继续探究的地方，笔者仍会继续不断的完善本系统。
　　参考文献
　　[1]王法玉，雷鸣，薛彦兵.基于智能Agent技术的网络教学系统设计与实现.天津理工大学学报，2008,24(6):33-35
　　[2]马文龙，瞿有甜，张金伟.基于多Agent的适应性网络教学系统设计.计算机应用与软件，2007(10)
　　[3]刘莹，景波.基于多Agent的远程智能教学系统的设计.现代教育技术，2007（11）
　　[4]程杰，王善利.网络教学支持平台的设计与实现[J].天津工业大学学报，2007，26(1):61-64
　　[5]马文龙，瞿有甜，张金伟.基于多Agent的适应性网络教学系统设计.计算机应用与软件，2007（10）
　　[6]邓卫红，余腊生.初探基于AGENT技术的现代网络教学系统.科技资讯，2008（30）
　　[7]张滢，闫宏印.Agent技术在智能辅助教学系统中的应用.山西科技，2009（3）
　　[8]周颖.基于Agent的教学系统(AITS)的开发与研究.计算机与网络,2007,26(1):61–64
　　[9]耿凯.基于B/S结构的网络教学系统的研究与设计.沈阳工业大学
　　[10]胡钰.基于网络教学平台的试题库组卷算法研究.昆明理工大学