基于软件代理支持的学习系统模型构建

蒿景兰　夏洪文　郑慧会

【摘要】文章提出利用一种新型的代理人—过程代理来定制学习支持服务，从而帮助在线学习的个别学习者有效地进行知识建构。首先分析了网络教学系统的现状及其存在的问题；然后构建了一个基于软件代理的学习系统模型，并分析了系统模型中的代理类型及其任务；最后对该模型如何适应个别学习者的问题也进行了相关研究。

【关键字】个性化学习；知识建构；支持服务；软件代理

【中图分类号】G40-057 【文献标识码】A 【论文编号】1009—8097（2009）04—0053—03

Internet和WWW的迅速发展，为传统的网络教学和学习提供了新的思路和方法，世界各国特别是发达国家都积极研究和开发基于Internet和WWW网络教学系统，构建有效的虚拟学习环境。目前，基于web的多媒体网络教学系统在国内外已有不少，但是它们都分别都或多或少地存在着一些问题，如：系统多以呈现课程材料为主，缺乏有效的交互手段；系统缺乏一定的智能性；缺乏先进的学习理论的指导；以及学生学习过程中缺乏协同性和及时有效的支持等。

针对网络教学系统的这些问题，有专家学者提出把智能代理技术引入网络教学系统中，构建智能型的网络教学系统。本文正是在前人研究的基础上，提出了一种新型的代理人—过程代理，它不仅通过理解学习者正在学习的科目内容来推动在线学习，还通过提供范围广泛的面向过程的服务来协助学习者获得个性化的学习过程。过程代理的主要特点是它是域独立的，不需要像教学代理那样只了解某一特定主题的知识。

一 理论背景

当今，“学习环境”已经成为国际教学设计领域的主题词。学习环境设计的兴起源于上个世纪80年代末90年代初美国教学设计领域发生的一次重大转型。建构主义思潮的涌入和学习科学的诞生打破了美国教学设计研究一直以来的平静，并由此而催生出了新的教学设计研究范式—学习环境设计。学习环境设计与传统的教学系统设计不同，它强调以“学习者”为中心，注重学习者的主观体验、知识的建构机制和学习境脉的真实性，它主要关注如何为学习者提供学习的支撑性条件，而非现成的知识。学习环境的设计是教学系统设计领域中的新生儿，自然而然地涌现了许多学习环境设计思想，而在这些学习环境的设计研究中，乔纳森的建构主义学习环境设计思想在前沿性、系统性和操作性等方面均是非常有代表性的。

1999年，乔纳森在瑞格鲁斯主编的《教学设计的理论与模型》中系统阐述了“建构主义学习环境设计的构想”。他提出的建构主义学习环境以“学习者”为中心，特别强调在心理层面支撑学习者的知识建构和意义制定，并以问题解决为核心为学习者创设了一个支撑性的学习系统。在建构主义学习环境中，展现在学习者面前的是一个开放的问题空间。乔纳森特别强调建构主义学习环境选用结构不良的问题，适应于结构不良问题解决的学习。因此，在问题解决的过程中学习者要自行选择可解决问题的子问题，并决定如何开展问题的研究，搜索、筛选哪些资料，采用哪些工具和方法，学习者对自己的行为和学习负有更多的责任，所经历的是一种自我导向的学习。在整个学习过程中，学习者是一个主动的探究者，这种主动性可能来自学习者自发的意向，也可能来自同伴之间的相互激励。此外，建构主义学习环境为学习者的自主行为提供了必要的指导、脚手架和认知工具来作为支撑。以此促进学习者的自我反思并将学习引向深入。如，乔纳森所强调的动态知识建模工具，通过让学习者利用已有知识产生有形的产品，在观察、探测中激起学习者的认知冲突，促发他们的反思和元认知认识。

二 基于软件代理的学习系统模型

通过以上的分析，可知建构主义学习环境（CLE）是一个丰富开放的学习环境。在此环境中，学习者不仅可以携手合作，还可以互相扶持；并且在指导学习者使用各种工具和信息资源时进行解决问题的活动[1]。建构主义学习理论和建构主义学习环境强调以学生为中心，学生由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体、知识意义的主动建构者[2]。以建构主义学习环境这一理论为背景，再引入过程代理技术，我们构建了一个基于软件代理支持的学习系统模型（如图1），以协助个别学习者订制个性化支持服务，从而有效地促进学生的知识建构。

1 系统模块描述

（1） 电子学习空间，即学习发生的环境或场所，可能包含物理实体、工具和人。

（2） 学习者档案，记录收藏学习者的学习背景、学习风格等特征的文档资料。

（3） 软件代理，它是该系统中最主要的部分，它不仅协助学习者获取学习材料，还为学习者提供学习计划以及帮助他们完成学习目标，同时建议学习者参加与课题有关的在线讨论论坛，帮助学习者及时评价学习成果，进而调整学习。

（4） 学习活动，描述学习者为完成学习计划所采取的行动表现，如：写了一份报告，评估一个问题。

（5） 学习设计，设计学习计划、学习方法等学习步骤。

（6） 学习单元（UOL）数据库，UOL是一个抽象的概念，用来指教育和培训的任何部分，如：一个课程、一节课、一个模块等。一个UOL由7个复合版块组成，即元数据、角色、内容、方法、评估、案例和计划。UOL数据库用来存储学生的学习情况。

2 系统过程描述

个别学习者通过网络数字设备登录到该系统进行学习，他们可以根据自己的意愿单独在电子学习空间内进行研究学习，也可以在电子学习空间内与其他学员协作学习。在这个自由学习背景下代理独立与学习者进行工作，并观察和监测发生在学习空间中的事件（我们把学习空间内发生的并由个别学习者引起的任何改变看做一个事件）。代理自动检测这些事件，并采取行动以回应学习者。

为了为个别学习者订制支持服务，软件代理通过收集检测的事件并从这些事件中推导出结果，进而来建立和及时更新配置文件。代理不仅监测和评价个人的学习、还通过学习空间为学习者提供学习建议或者学习意见。依据实际的学习情景和学习者的个人资料，代理动态地组织个别学习者的学习过程。所有与为不同学习者提供何种支持服务相关的规则，包括学习情况等都储存在学习单元数据库。该学习单元数据库包含了一个详细的学习单元设计集合，学习单元的每一部分都根据不同学习者的独特学习特点来界定如何组织学习过程以及如何达到单元学习目标，代理主要依照这些规则为个别学习者提供服务。

在基于软件代理的学习系统模型中，代理以建议或意见的形式为学习者提供支持服务，而不是强迫学习者采取任何学习步骤，同时学习者可以决定是否使用代理所提供的服务以及使用多少。从概念上来说，代理的工作就像一个 “建构主义老师”，他们鼓励学习者以自己的方式积极建构知识[3]。对于一个研究的主题，代理支持学习者自主开发和探索自己的学习方法，并积极构建有意义的主题理解。与此同时， 当个人有需要时他们将给个人提供自发性服务，从而去引导学习者和帮助学习者架构学习过程。可见，在该模型中，学习者学习的自主性是受到充分地支持和鼓励的。

三 基于软件代理支持的学习系统模型中的代理类型及其任务

为了促进学习者知识建构，我们所开发的订制学习服务的代理是一组具有专门知识的个别代理人，它们形成了一个多代理社会。每个代理有一个特别的功能，并承担特定的任务。他们为完成一个共同的目标而携手合作，即在网络学习中为个别学习者定制支持服务，以方便学习者的知识建构。目前，在基于软件代理支持的学习系统模型中使用三类代理来实现服务：

1 学习助理代理（LAA）是一个针对个别学习者的代理人。当学习者登陆网络课程进行学习时，每一个学习者都被指派一个代理人。在学习过程中学习助理代理与学习者互动并充当个人助理的角色，它不断观察学习者的行为或行动，从而为学习者订制一个学习文档。它管理文档文件作为学习处理，并给其他代理人提供学习者的个人资料信息。

2 学习计划代理（PA）是一个利用把相关的组件组合在一起的方式来匹配学习者的学习特点，进而负责为个人定制学习方法的代理人。PA的主要任务是协助个人针对特定目标来确定一个学习方法，包括确定使用的学习材料，采取的学习活动和活动的序列，评价方法等。所有这些都是依据实际的学习情况和个别学习者的独特学习特点来确定的。当其他代理人要求时，PA还协助其他代理人帮助个别学习者完成他们的学习目标。

3 管理代理（MA）是一个负责管理学习过程单元的代理人。每个UOL有一个特定的代理人，即MA，为协助个别学习者来执行UOL界定的学习活动。管理代理根据学习计划为正在使用UOL的学习者管理UOL中的学习，它根据学习计划分配学习活动的工作。MA会持续追踪UOL中的学习活动进展，相应地并帮助学习者修改学习计划。这包括监测提交的文物档案，评价文物档案或通过询问专家来评估它们，然后收到专家的评估结果。

四 基于软件代理支持的学习系统模型如何来适应个别学习者

为了使基于软件代理支持的学习系统模型有效地适应个别学习者的在线学习，在该学习系统模型中，我们首先利用学习者档案来描述个别学习者的学习特点；之后，依据储存在学习者档案中的知识组成、认知能力、学习风格这三个方面和实际的学习情景来为个人学习动态组织学习支持服务。知识组成描述学习者目前所学习的知识，即学习历史；认知能力描述个人建构知识的能力或技能；学习风格描述个人学习的模式[4]。

在基于软件代理的学习系统模型中，代理设法以能满足学习者的学习要求的模式为个别学习者提供支持服务。在选择模式的呈现上，该模型要求把不同认知技能的学习者的不同要求考虑在内。在网上学习中我们可以很容易地观察到，学习者需要不同的服务呈现模式和不同的干预程度。举例来说，在在线系统某一特定场景中呈现一个即时讯息，不需要讯息提示的学员可能会觉得这样会受到干扰；但另一方面，其他学习者可能认为这样的讯息提示有助于他们的学习，甚至他们中的一些人可能认为仅仅一个即时讯息是不够的，他们可能希望在类似的场面能收到更多这样的提示讯息。毫无疑问，为不同的学习者提供服务应采取不同的策略，从而使所有人可以与这些服务有感情连接是很有必要的。在实际实施中，我们利用整体原则来处理这个问题包括：（1）尽可能的减少学习者的认知负荷。（2）尽可能以不干扰他人的方式来协助学习者[5]。例如，认知能力水平较低的学习者很可能以循序渐进的模式给他们提供支持服务，即明确地指示他们下一步做什么以及如何做；而且，所有的援助都被积极地呈现给他们。对于认知能力水平较高的学习者，只提供有限的援助，主要是通过建议、提醒或提示。

由此可见，在基于软件代理支持的学习系统模型中，为了使系统定制的所有支持服务能适合不同学习基础的学员，该模型依据个别学习者的学习特点动态组织服务的内容。同时代理通过服务内容和模式介绍这两个方面来为个别学习者提供个性化的支持服务。一般而言，对于不同的学习者利用不同的方式提供不同的服务。为了使代理为个别学习者提供与他们的学习特征很匹配的支持服务，有必要对不同类型的学习者的学习模式进行调查，从而让代理了解学习者的学习特点。

五 结束语

为了使在线学习者更有效地使用网上学习系统，给学习者提供范围广泛的支持服务是很有必要的。但是目前一个主要的挑战是，不同学习背景、学习风格、学习动机和学习能力的学习者可能需要不同的学习支持服务。本文描述了一个利用过程代理的方法建构的基于软件代理支持的学习系统模型，该系统模型不像大多数智能教学系统模型那样迫使学习者接受系统中的学习者模型、专家模型和教学模型预先提供的服务，而是根据建构主义学习环境设计的思想依据个别学习者的学习特点订制个性化的学习服务，从而帮助学习者有效地进行知识建构。

参考文献

[1] Wilson. G. Constructivist learning environments: Case studies in instructional design[J]. Educational Technology Publications,1996.

[2] 何克抗.建构主义—革新传统教学的理论基础[J]. 电化教育研究. 1997,(3)-1998,(1).

[3] 李海燕.基于多Agent的智能网络教学系统研究[D]. 长沙:中南大学,2004,(9).

[4][5]Pan,W. Hawryszkiewycz,I. Facilitating knowledge construction by customized supportive services[J]. Educational Information Technology,2007,12:245-256.