任華

（武警杭州指揮學(xué)院 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，浙江 杭州 310023）

基于Agent技術(shù)的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境研究

任華

（武警杭州指揮學(xué)院 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，浙江 杭州 310023）

本文從網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境入手，構(gòu)建了一種基于Agent技術(shù)的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型，并深入細致地分析了模型中各Agent模塊的功能和運作方式，從而使整個學(xué)習(xí)環(huán)境具有個性化、智能化的特點。

Agent；網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)；學(xué)習(xí)環(huán)境

一、網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境概述

協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境主要包括協(xié)作學(xué)習(xí)的組織環(huán)境、空間環(huán)境、硬件環(huán)境和資源環(huán)境。組織環(huán)境是指協(xié)作學(xué)習(xí)成員的組織結(jié)構(gòu)，包括小組劃分、小組成員功能的分配等；空間環(huán)境是指協(xié)作學(xué)習(xí)的場所，如班級課堂、互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境等；硬件環(huán)境是指協(xié)作學(xué)習(xí)所使用的硬件條件，如計算機支持的協(xié)作學(xué)習(xí)、基于互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)作學(xué)習(xí)等；資源環(huán)境是指協(xié)作學(xué)習(xí)所利用的資源，如虛擬圖書館、互聯(lián)網(wǎng)等。

據(jù)此，筆者給出了網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境的定義：網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境是指基于互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境，其組織環(huán)境仍是指協(xié)作學(xué)習(xí)成員的組織結(jié)構(gòu)，其小組劃分、小組成員功能的分配是通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的；其空間環(huán)境、硬件環(huán)境和資源環(huán)境均是基于互聯(lián)網(wǎng)的。

目前常見的網(wǎng)上協(xié)作形式有：BBS、E-mail、QQ和聊天室等。這幾種方式的優(yōu)點是：應(yīng)用廣泛、使用方便，幾乎每一個上網(wǎng)的人都用過這幾個軟件。但是就協(xié)作學(xué)習(xí)而言，它們也存在著明顯的不足：不能提供個性化的學(xué)習(xí)內(nèi)容、不具備智能，而這兩點正是網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)的重要特點。

二、基于Agent技術(shù)的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境

1．Agent的概念

從20世紀80年代末開始，Agent的理論、技術(shù)研究從分布式人工智能（DAI）領(lǐng)域拓展開來，與其他領(lǐng)域相互借鑒和融合得到廣泛的應(yīng)用。到目前為止，對Agent一詞的概念因所研究和關(guān)心的問題不同而很不一致，在此我們應(yīng)用一個普遍被人們接受的定義：Agent是一段程序，能夠利用其環(huán)境中收集到的信息，合理運作，有效完成給定的任務(wù)。這段程序能隨環(huán)境的變化去調(diào)整自己，以期在變化的環(huán)境中仍能達到與環(huán)境相一致的結(jié)果。

一般來講，Agent具有這樣的特性：自治性；適應(yīng)性；能動性；交互性；社會性。由于現(xiàn)實世界和問題的復(fù)雜性，單個Agent很難完成給定的任務(wù)，于是便由多個Agent共同承擔(dān)一個任務(wù)，分工合作、互相協(xié)調(diào)完成任務(wù)。所以，目前關(guān)于Agent的應(yīng)用大多是多Agent的使用，多Agent的最大優(yōu)勢就是協(xié)作。

2．基于Agent的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境

利用Agent來構(gòu)建網(wǎng)上協(xié)作環(huán)境，就是在協(xié)作學(xué)習(xí)的環(huán)境中嵌入?yún)f(xié)作學(xué)習(xí)模塊來更好地實現(xiàn)各部分功能。基于Agent的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境如圖1所示：

（1）基于Agent的協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)

基于Agent的協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)是一塊虛擬的共享區(qū)域，支持在線協(xié)作學(xué)習(xí)者在各自的計算機上觀看同一內(nèi)容和討論同一問題，協(xié)作學(xué)習(xí)者可以通過文字、繪圖等形式進行信息交流。除了實現(xiàn)學(xué)習(xí)的協(xié)作外，協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)還可以實現(xiàn)總?cè)蝿?wù)的接受，據(jù)一定的原則劃分成子任務(wù)，將所有登錄的學(xué)習(xí)者劃分成合理的協(xié)作學(xué)習(xí)小組等功能。協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)可以通過模擬現(xiàn)實工作中的黑板，即電子白板系統(tǒng)來實現(xiàn)。在此我們應(yīng)用基于Agent的電子白板系統(tǒng)，其模型如圖2所示：

管理Agent：負責(zé)整個系統(tǒng)的管理工作，包括用戶的加入、登錄、處理信息，與存儲模塊相連進行數(shù)據(jù)的存儲和檢索。

消息路由Agent：主要提供Agent的注冊服務(wù)，記錄各Agent的實際網(wǎng)絡(luò)地址，實現(xiàn)動態(tài)維護Agent與網(wǎng)絡(luò)地址的聯(lián)系；提供路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，分析KQML中的路由信息，依據(jù)注冊Agent進行各種信息的轉(zhuǎn)發(fā)；提供消息的緩存功能。

KQML是一種描述性語言，定義了Agent之間傳遞信息的格式和處理協(xié)議，通過提供一套標準的通信原語使得Agent間可以交流和共享知識，已成為Agent之間通信的事實上的標準；KQML語言采用了“協(xié)議?！钡乃枷?，它攜帶的信息內(nèi)容可以使用實現(xiàn)Agent的語言表達，即意味著KQML可以攜帶任何一種語言表達的信息。

（2）協(xié)作小組 Agent

協(xié)作小組Agent實際上是由參與協(xié)作學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)者與終端計算機進行交互后，形成協(xié)作學(xué)習(xí)者Agent，協(xié)作區(qū)根據(jù)協(xié)作學(xué)習(xí)者Agent中提供的關(guān)于學(xué)習(xí)者的個人特點，按照一定原則（如：學(xué)習(xí)水平、思維方式傾向等）劃分而成的，其模塊如圖3所示。當協(xié)作區(qū)分配任務(wù)時，按照協(xié)作學(xué)習(xí)小組Agent的對外特性來確定任務(wù)的分配方式，而且，協(xié)作小組對外以一種整體的方式體現(xiàn)其功能。當然，當協(xié)作小組Agent接到任務(wù)后，通常會進行再次分配，將任務(wù)具體到協(xié)作學(xué)習(xí)者Agent，由學(xué)習(xí)者Agent具體實施或通過協(xié)作完成任務(wù)。

（3）協(xié)作學(xué)習(xí)者 Agent

協(xié)作學(xué)習(xí)者Agent是指參與協(xié)作學(xué)習(xí)的個體Agent，它是協(xié)作小組Agent的組成成員?；贏gent的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境為每一位學(xué)習(xí)者提供了一個個體Agent。當學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)區(qū)注冊時，個體Agent隨之生成；當學(xué)習(xí)者與協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)不斷交互進行學(xué)習(xí)時，個體Agent將記錄下學(xué)習(xí)者的一些個人特征，如學(xué)習(xí)水平、前驅(qū)知識掌握程度、知識接受能力、思維傾向方式等，并將這些信息記錄到相應(yīng)的參數(shù)庫。當學(xué)習(xí)者再次登錄時，個體Agent的這些參數(shù)將為下一步的學(xué)習(xí)提供指導(dǎo)，如學(xué)習(xí)內(nèi)容的提供、學(xué)習(xí)路徑的提供以及學(xué)習(xí)界面的提供等，如若學(xué)習(xí)者隨著學(xué)習(xí)的不斷深入，學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)水平、思維傾向性等積累到一定域值的變化，則個體Agent中的參數(shù)將隨之更新。其模塊如圖4所示。

控制器：協(xié)調(diào)各部分的工作，并負責(zé)分配任務(wù)以驅(qū)動其他模塊工作；

任務(wù)接受器：負責(zé)接受經(jīng)過分配后的子任務(wù)；

規(guī)劃：評判任務(wù)的標準、方法和原則以及評判學(xué)習(xí)者的標準、規(guī)則等；

處理器：解決控制器分配給它需要自動處理的任務(wù)；

參數(shù)庫：存放小組或成員執(zhí)行、完成任務(wù)的情況，及學(xué)習(xí)小組或成員的學(xué)習(xí)風(fēng)格、學(xué)習(xí)水平和學(xué)習(xí)能力等信息；

通訊模塊：與其他小組或成員進行信息交流和合作的渠道。

具體運作過程如下：當任務(wù)接受器接受到需要完成的子任務(wù)后，送至控制器；控制器即根據(jù)規(guī)劃庫中的規(guī)則評判任務(wù)或?qū)W習(xí)內(nèi)容的難易程度、難度系數(shù)、區(qū)分度等，打上相應(yīng)標記。通過通訊模塊將其傳送至學(xué)習(xí)者本人；當學(xué)習(xí)者完成任務(wù)時，規(guī)劃模塊將評判學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)水平等，并給出評判結(jié)果、分數(shù)值；若分數(shù)值達到或超過可以改變參數(shù)庫域值的值，則修改參數(shù)庫中的參數(shù)，否則不修改。

三、基于A g e n t技術(shù)的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境運作方式

大致來講，整個基于Agent的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)實施過程如下：當總?cè)蝿?wù)提交給基于Agent的協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)后，基于Agent的協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)或參與學(xué)習(xí)的教師，將任務(wù)劃分成相應(yīng)個數(shù)的子任務(wù)，然后分配給各個協(xié)作學(xué)習(xí)小組Agent；協(xié)作學(xué)習(xí)小組Agent相互合作完成子任務(wù)后，將結(jié)果提交給協(xié)作區(qū)，由協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)將所有結(jié)果有機匯總、綜合，形成最終結(jié)果，并提交給總?cè)蝿?wù)結(jié)果接受器，之后由教師組織全體協(xié)作區(qū)學(xué)習(xí)者對結(jié)果進行分析、評價以及各小組解決問題思路方式的判斷、學(xué)習(xí)等。當然，如果有多個協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)，各協(xié)作區(qū)之間還可以進行交互、合作、交流等活動。

基于Agent的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)的具體實施過程主要有：學(xué)習(xí)者登錄注冊、小組劃分、任務(wù)分配、協(xié)作學(xué)習(xí)的實施、成果匯總、評價幾個階段。

1．學(xué)習(xí)者登錄注冊

當學(xué)習(xí)者進入?yún)f(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)后，首先要進行注冊登記。具體過程是：當協(xié)作學(xué)習(xí)者Agent首次進入?yún)f(xié)作系統(tǒng)時，需要向消息路由Agent提交注冊信息，如：Agent的名字、密碼、IP地址等有關(guān)數(shù)據(jù)，并記錄入Agent注冊表中。

2．小組劃分

根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)水平、思維方式的傾向性等組成2-6人的協(xié)作學(xué)習(xí)小組。成員的分配一般采用互補的方式分配組員，這樣有利于提高協(xié)作學(xué)習(xí)效果。小組劃分有自主式和被動式兩種。自主式是指每個學(xué)生在了解總體學(xué)習(xí)任務(wù)和所有其他登錄學(xué)習(xí)者的情況后，自己做出與誰結(jié)組的判斷，并通知消息路由Agent，再由服務(wù)Agent確認形成正式的協(xié)作小組。被動式是指由服務(wù)Agent根據(jù)消息路由Agent中注冊登錄的學(xué)習(xí)者的情況，將學(xué)生按要求分組，或者由參與協(xié)作學(xué)習(xí)的教師來分組。一般分組應(yīng)注意學(xué)習(xí)者的優(yōu)劣搭配、不同學(xué)習(xí)風(fēng)格的搭配。

3．任務(wù)分配

任務(wù)劃分是協(xié)作學(xué)習(xí)的關(guān)鍵所在。當總?cè)蝿?wù)到來時，運用KQML消息包，通過消息路由Agent，將其送至管理Agent，管理Agent將按照一定原則將總?cè)蝿?wù)劃分成多個子任務(wù)，并根據(jù)學(xué)習(xí)者Agent提供的有關(guān)學(xué)習(xí)者的個人信息盡量將適合于學(xué)習(xí)者特性的任務(wù)內(nèi)容分配給學(xué)習(xí)者。

在任務(wù)劃分過程中要注意任務(wù)劃分的原則：任務(wù)劃分要合理，一般應(yīng)該根據(jù)任務(wù)的內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)、知識點劃分等劃分任務(wù)；任務(wù)劃分輕重、大小要適當，不能有輕有重；還要注意任務(wù)的前驅(qū)后繼等情況，并將此類信息通知相應(yīng)的協(xié)作小組Agent；分配任務(wù)要根據(jù)各小組成員的個性特點進行，盡量做到符合學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)水平、思維方式傾向等等。

4．具體協(xié)作學(xué)習(xí)的實施

協(xié)作學(xué)習(xí)的機制主要有：（1）沖突與競爭機制；（2）自我解釋機制；（3）內(nèi)在化機制；（4）學(xué)徒機制；（5）共同承擔(dān)認知任務(wù)機制；（6）共享規(guī)則機制。在此，我們不都加以區(qū)分，而看作幾種機制的綜合使用。

具體協(xié)作實現(xiàn)過程如下：協(xié)作學(xué)習(xí)者Agent通過任務(wù)接收器接受子任務(wù)，并傳送給控制器，規(guī)劃模塊在控制器接受任務(wù)后幫助控制器分析任務(wù)、制訂解決任務(wù)的計劃等；然后由協(xié)作學(xué)習(xí)者操縱控制器，通過任務(wù)驅(qū)動處理器處理任務(wù)。在此過程中，有的任務(wù)由成員A完成，有的任務(wù)由成員B完成，也可能由A和B共同來完成，還有可能借助于其他協(xié)作小組或其成員來完成。另外，有些工作還要求使用其他小組所承擔(dān)任務(wù)的部分或全部成果，此時，要考慮到其他小組的任務(wù)實施和完成情況，及時互通信息、交流學(xué)習(xí)收獲等。

5．成果匯總

當每一個協(xié)作小組或成員均完成任務(wù)時，就需要將所有成果匯集在一起，有機協(xié)調(diào)、組合后，形成一個總的學(xué)習(xí)成果，從而完成總?cè)蝿?wù)。具體講就是：協(xié)作學(xué)習(xí)者Agent將其學(xué)習(xí)成果通過電子白板系統(tǒng)中的消息路由Agent和服務(wù)Agent傳送出去，與其他小組成員的成果匯總在一起，形成總的結(jié)果。在此期間，還可以互相學(xué)習(xí)彼此的學(xué)習(xí)方法、解決問題的思路等。

6．評價

任何學(xué)習(xí)到最后都有一個評價的過程，基于Agent的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)也不例外，評價可以是組內(nèi)成員互相評價、組間互相評價等?；竟ぷ鳈C制是運用基于Agent的電子白板作為評價中介區(qū)，像協(xié)同學(xué)習(xí)時交流問題一樣進行評價信息的傳遞。

四、基于A g e n t技術(shù)的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境的特點

從基于Agent技術(shù)的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境運作方式可以看出：整個過程中信息的交流、傳遞都是基于Agent間的通信來實現(xiàn)的，由于Agent能夠通過與學(xué)習(xí)者的交流了解學(xué)習(xí)者自身的特點，并做出反應(yīng)，得出并記錄和修改學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)特征、學(xué)習(xí)風(fēng)格及判斷學(xué)習(xí)者的知識水平等，從而使整個學(xué)習(xí)環(huán)境具有個性化、智能化的特點。

1．個性化特點

通過使用學(xué)習(xí)者Agent，記錄學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)個性特征，如學(xué)習(xí)能力、思維方式、學(xué)習(xí)的水平等等，此后根據(jù)這些參數(shù)組織內(nèi)容和生成學(xué)習(xí)界面提供給學(xué)習(xí)者，使得學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)界面均具有個性化的特征，有利于實現(xiàn)因材施教。

2．智能化特點

在引入Agent之后，可以讓參加協(xié)作學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)者實現(xiàn)動態(tài)的智能分組，動態(tài)地組織學(xué)習(xí)內(nèi)容和動態(tài)地進行學(xué)習(xí)任務(wù)的分配及動態(tài)地生成學(xué)習(xí)界面，所有這些都是智能化的特點。

[1]趙建華,李克東.信息技術(shù)環(huán)境下基于協(xié)作學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計[J],電化教育研究,2000（4）.

[2]胡平.基于移動Agent的的遠程教學(xué)系統(tǒng)的研究[J].信息技術(shù),2007（8）.

[3]陳寧江,蘇德富.基于Agent的電子白板模型[J].計算機工程,2000（11）.

[4]余臘生,彭杜葳.基于Agent的智能化學(xué)習(xí)平臺的研究[J].計算機應(yīng)用與軟件,2008（2）.

[5]陳萍,耿紅琴.基于智能Agent的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)模式研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2005（8）.

（編輯：隗爽）

TP393.09

A

1673-8454（2010）21-0074-03