基于Agent的网络教学系统设计

摘 要： 应用智能Agent技术，针对现有网络教学系统的弱点与不足，结合其原有的优点，进行了网络教学系统的设计。阐述了此系统的总体结构设计和系统设计，总体结构引用三层模型，包括用户层、中间通信层和服务层；在系统设计中给出了用户Agent设计、教学站点设计、移动Agent设计，构造了一个基于Agent技术的网络教学系统模型。

关键词： Agent； 网络； 教学系统； 设计

中图分类号：TP302.1 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2014）02-67-03

0 引言

随着网络技术的蓬勃发展，网络教学成为人们研究的热点，人们对网络教学系统展开了热烈的研究和开发[1-2]。但就目前而言，许多网络教学系统仍存在着弊端[3-6]，其技术上的主要原因是，传统的开发方式不太适合于网上的智能型课件的开发，必须采用新的技术和方法。而迅速发展的Agent技术则是解决网上软件智能性的有效方法。

本文构造了一个基于Agent的网络教学系统模型，阐述了系统总体结构和学习流程；设计了客户端和服务器端各Agent的功能和结构；采用移动Agent实现Agent之间的通信。

1 系统总体结构

1.1 系统结构

系统引用三层模型的概念，应用Mobile Agent实现间的通信。三层结构包括：用户层、中间通信层、服务层。总体结构如图1所示。

用户层为用户提供交互界面，收集和跟踪用户行为，在必要的时候为用户提供指导和帮助，根据用户的要求创建并派遣Mobile Agent到服务层执行相应的任务。

中间通信层采用Mobile Agent实现第一层和第三层之间的通信。Mobile Agent携用户请求到服务层，并将获得的资源等返回给用户。

服务层负责收集和整理用户信息和教学资源，为用户提供信息和教学服务，分析用户行为以建立和更新用户模型，维护系统数据库。

系统面向三类用户：第一类是学生，学生可以查看和修改个人信息，还可以通过在用户层创建的Mobile Agent从教学站点上得到所需的学习资源和个性化的学习指导；第二类是教师，教师可以通过浏览器访问教学站点，处理教学资源，面向学生提供在线指导和解决疑问；第三类是管理员，主要是对整个系统进行管理，以提供良好的系统环境。

1.2 学习流程

本系统要为学生创建一个个性化的学习空间，基本的学习流程如图2所示。

2 系统设计

2.1 用户Agent的设计

系统主要是针对学生和教师两类用户，这里我们重点介绍学生Agent和教师Agent的功能与结构设计。

2.1.1 学生Agent

学生登录系统后，由系统自动生成一个学生Agent。它具有的功能是：负责学生与系统进行交互，提供良好的用户界面，在必要的时候给予学生合适的指导与帮助，根据学生的要求创建相应的Mobile Agent，并派到教学站点请求帮助，及时将学生的学习情况反馈给教学站点。学生的结构设计如图3所示。

监控模块负责跟踪并记录学生的学习情况，并将信息报告给处理模块；处理模块是学生Agent具有智能性的部件，负责接收和处理监控模块和通信模块传来的信息；通信模块负责学生Agent和Mobile Agent之间可靠的数据通信。

2.1.2 教师Agent

教师登录系统后，由系统自动生成一个教师Agent，其结构类似学生Agent。教师Agent具有的功能：在必要时给教师提供帮助与指导；负责对知识库的知识进行有效的管理；根据教师提供的学习资料调整系统的教学资源库。

2.2 教学站点的设计

教学站点为学生提供教学服务，为移动的执行提供具体的平台。教学站点主要提供访问教学系统的服务接口，使移动Agent有一个执行环境，帮助学生完成知识点的学习、测试，以及与教师的交流。教学站点还提供了收集和整理各种教学资源，合理组织和安排领域知识的教学服务。教学站点的结构如图4所示，教学站点包括管理Agent、分析Agent、教学Agent、考试Agent和若干数据库，数据库有学生模型库、教师信息库和知识结构库、教学资源库、教学策略库、试题库四个知识库。

在教学站点中，管理Agent是多系统的核心，负责整个系统的管理工作，处理用户的注册和登录，对用户的信息进行维护；负责学生与教学站点各之间的通信；在学生发出在线指导申请时，为学生寻找符合条件的指导教师，并将教师的相关信息反馈给学生。在管理Agent的结构中，对于移动传来的信息，处理模块会根据信息的类型将信息转给站点上相应的进行处理，对于处理结果，处理模块会将信息及时返回给移动。分析Agent在整个学习过程中与移动交互得到学生的学习信息，通过分析学生的学习信息来调整学生模型库。分析Agent结构图如图5所示。

功能模块中的学习进度描述模块用来记录学生的学习知识点和对于知识点的掌握情况；认知能力评估模块评估学生的学习能力；学习偏好估算模块用来描述学生的学习习惯和学习爱好。通信模块负责与其他之间的可靠的数据传递，实现知识共享。控制模块负责控制功能模块与通信模块的交互合作。

教学Agent主管教学任务，与知识库中的整体知识结构模型和学生模型库相结合，选取适合学生的教学策略和教学内容。如图6所示。

图6中的功能模块是智能部件，接收来自通信模块的信息，根据学生库中的学生的信息，运用知识库中的数据和推理规则来制定相应的教学策略，如果需要教学资源，则从教学资源库中选取适合学生需求和认知能力的教学资源给学生；通信模块负责与其他之间的可靠的数据通信，实现知识共享。

考试Agent类似教学Agent，组卷Agent根据学生的要求，结合学生模型中学生认知能力的高低，从试题库中为学生选取适合的试题。

2.3 移动Agent的设计

移动Agent是学生与教学服务器之间的桥梁，在整个学习期间，移动Agent为学生的请求提供帮助，及时给教学服务器反馈学生的学习状态和学习信息，它是Agent智能性的关键部分。本智能教学系统中，Agent是一种封装了学生请求信息代码、运行状态和资料的计算实体，它根据需求从一台主机到另一台主机进行一次或多次移动。该Agent能够自动移动到远程服务器上，执行任务并返回，可以减少网络拥堵。在整个过程中，客户机没必要在网络上存在，只有在移动Agent返回时，客户机才需要连接到网络上。

与传统模式相比，引入移动Agent技术后，使网络教学系统具有一些优势。它能将提出请求的客户端代码动态地移动到服务器端，移动Agent不需要网络传输这一中间环节而直接与服务源进行交互，大大减少了对网络的依赖；允许网络连接中断，减少网络占用时间，提高网络的利用率；快速响应用户的交互请求，实现真正意义上的及时性和交互性。

移动Agent根据所赋予的任务不同而将其分为两类：一类是帮助学生完成知识点学习和测试的任务；另一类是帮助学生与教师直接进行在线交流的任务。

移动Agent具体是如何工作的呢？移动Agent一方面携带学生的学习请求信息，在网络上游走，目的是从网络上获取学生所需要的学习资料、测试试卷或学习指导。在异地完成任务后，会卸掉学生的请求信息，返回学生需要的信息或负载非终止通信过程的后续通信服务。另一方面在学生的学习期间，及时将学生的学习信息、学习结果反馈给教学服务器进行分析，为下一次学习指导提供依据。

3 结束语

本文给出了系统的总体结构设计，介绍了系统的三层模型，说明了系统工作流程，给出了用户层和服务层各个静态Agent的功能和结构设计，从分类、迁移路由、移动行为三方面阐述了移动Agent的设计思想。基于Agent的网络教学系统采用移动Agent技术实现Agent之间的通信，提高了用户与系统之间的交互性。设计并实现基于Agent的网络教学系统不是一项简单的工作，需要长期不懈的努力。对于如何更好地实现智能化，进一步补充各个学习环境中的算法问题等，是我们要继续研究的方向。

参考文献：

[1] Johnson Lewis W. Pedagogical ICCE’98[M].Beijing：China HigherEducation Press，1998：13-22

[2] Wu Fati， HE Kehang. Research on intelligent Multimedia distance education system based on multi-Agent. Proceedings of ICCE’98[C]. Higher Education publishing House，1998.3：250-257

[3] 马希荣.基于多Agent的分布式智能教学平台关键技术研究[D].南开大学博士学位论文，2003.

[4] 彭敏佳.基于Agent的网络教学系统的研究与应用[D].重庆大学硕士学位论文，2004.

[5] 温绍洁.基于Web和多Agent的智能网络教学系统的研究与设计[D].首都师范大学硕士学位论文，2006.

[6] 李拥军，王惟言.基于多Agent网际实时教学系的研究与实现[J].计算机工程与应用，2003.18：181-183