基于Agent技术的网上协作学习环境研究

任华

（武警杭州指挥学院 现代教育技术中心，浙江 杭州 310023）

基于Agent技术的网上协作学习环境研究

任华

（武警杭州指挥学院 现代教育技术中心，浙江 杭州 310023）

本文从网上协作学习环境入手，构建了一种基于Agent技术的网上协作学习系统模型，并深入细致地分析了模型中各Agent模块的功能和运作方式，从而使整个学习环境具有个性化、智能化的特点。

Agent；网上协作学习；学习环境

一、网上协作学习环境概述

协作学习环境主要包括协作学习的组织环境、空间环境、硬件环境和资源环境。组织环境是指协作学习成员的组织结构，包括小组划分、小组成员功能的分配等；空间环境是指协作学习的场所，如班级课堂、互联网环境等；硬件环境是指协作学习所使用的硬件条件，如计算机支持的协作学习、基于互联网的协作学习等；资源环境是指协作学习所利用的资源，如虚拟图书馆、互联网等。

据此，笔者给出了网上协作学习环境的定义：网上协作学习环境是指基于互联网的协作学习环境，其组织环境仍是指协作学习成员的组织结构，其小组划分、小组成员功能的分配是通过互联网实现的；其空间环境、硬件环境和资源环境均是基于互联网的。

目前常见的网上协作形式有：BBS、E-mail、QQ和聊天室等。这几种方式的优点是：应用广泛、使用方便，几乎每一个上网的人都用过这几个软件。但是就协作学习而言，它们也存在着明显的不足：不能提供个性化的学习内容、不具备智能，而这两点正是网上协作学习的重要特点。

二、基于Agent技术的网上协作学习环境

1．Agent的概念

从20世纪80年代末开始，Agent的理论、技术研究从分布式人工智能（DAI）领域拓展开来，与其他领域相互借鉴和融合得到广泛的应用。到目前为止，对Agent一词的概念因所研究和关心的问题不同而很不一致，在此我们应用一个普遍被人们接受的定义：Agent是一段程序，能够利用其环境中收集到的信息，合理运作，有效完成给定的任务。这段程序能随环境的变化去调整自己，以期在变化的环境中仍能达到与环境相一致的结果。

一般来讲，Agent具有这样的特性：自治性；适应性；能动性；交互性；社会性。由于现实世界和问题的复杂性，单个Agent很难完成给定的任务，于是便由多个Agent共同承担一个任务，分工合作、互相协调完成任务。所以，目前关于Agent的应用大多是多Agent的使用，多Agent的最大优势就是协作。

2．基于Agent的网上协作学习环境

利用Agent来构建网上协作环境，就是在协作学习的环境中嵌入协作学习模块来更好地实现各部分功能。基于Agent的网上协作学习环境如图1所示：

（1）基于Agent的协作学习区

基于Agent的协作学习区是一块虚拟的共享区域，支持在线协作学习者在各自的计算机上观看同一内容和讨论同一问题，协作学习者可以通过文字、绘图等形式进行信息交流。除了实现学习的协作外，协作学习区还可以实现总任务的接受，据一定的原则划分成子任务，将所有登录的学习者划分成合理的协作学习小组等功能。协作学习区可以通过模拟现实工作中的黑板，即电子白板系统来实现。在此我们应用基于Agent的电子白板系统，其模型如图2所示：

管理Agent：负责整个系统的管理工作，包括用户的加入、登录、处理信息，与存储模块相连进行数据的存储和检索。

消息路由Agent：主要提供Agent的注册服务，记录各Agent的实际网络地址，实现动态维护Agent与网络地址的联系；提供路由转发功能，分析KQML中的路由信息，依据注册Agent进行各种信息的转发；提供消息的缓存功能。

KQML是一种描述性语言，定义了Agent之间传递信息的格式和处理协议，通过提供一套标准的通信原语使得Agent间可以交流和共享知识，已成为Agent之间通信的事实上的标准；KQML语言采用了“协议栈”的思想，它携带的信息内容可以使用实现Agent的语言表达，即意味着KQML可以携带任何一种语言表达的信息。

（2）协作小组 Agent

协作小组Agent实际上是由参与协作学习的学习者与终端计算机进行交互后，形成协作学习者Agent，协作区根据协作学习者Agent中提供的关于学习者的个人特点，按照一定原则（如：学习水平、思维方式倾向等）划分而成的，其模块如图3所示。当协作区分配任务时，按照协作学习小组Agent的对外特性来确定任务的分配方式，而且，协作小组对外以一种整体的方式体现其功能。当然，当协作小组Agent接到任务后，通常会进行再次分配，将任务具体到协作学习者Agent，由学习者Agent具体实施或通过协作完成任务。

（3）协作学习者 Agent

协作学习者Agent是指参与协作学习的个体Agent，它是协作小组Agent的组成成员。基于Agent的网上协作学习环境为每一位学习者提供了一个个体Agent。当学习者在学习区注册时，个体Agent随之生成；当学习者与协作学习区不断交互进行学习时，个体Agent将记录下学习者的一些个人特征，如学习水平、前驱知识掌握程度、知识接受能力、思维倾向方式等，并将这些信息记录到相应的参数库。当学习者再次登录时，个体Agent的这些参数将为下一步的学习提供指导，如学习内容的提供、学习路径的提供以及学习界面的提供等，如若学习者随着学习的不断深入，学习能力、学习水平、思维倾向性等积累到一定域值的变化，则个体Agent中的参数将随之更新。其模块如图4所示。

控制器：协调各部分的工作，并负责分配任务以驱动其他模块工作；

任务接受器：负责接受经过分配后的子任务；

规划：评判任务的标准、方法和原则以及评判学习者的标准、规则等；

处理器：解决控制器分配给它需要自动处理的任务；

参数库：存放小组或成员执行、完成任务的情况，及学习小组或成员的学习风格、学习水平和学习能力等信息；

通讯模块：与其他小组或成员进行信息交流和合作的渠道。

具体运作过程如下：当任务接受器接受到需要完成的子任务后，送至控制器；控制器即根据规划库中的规则评判任务或学习内容的难易程度、难度系数、区分度等，打上相应标记。通过通讯模块将其传送至学习者本人；当学习者完成任务时，规划模块将评判学习者的学习能力、学习水平等，并给出评判结果、分数值；若分数值达到或超过可以改变参数库域值的值，则修改参数库中的参数，否则不修改。

三、基于A g e n t技术的网上协作学习环境运作方式

大致来讲，整个基于Agent的网上协作学习实施过程如下：当总任务提交给基于Agent的协作学习区后，基于Agent的协作学习区或参与学习的教师，将任务划分成相应个数的子任务，然后分配给各个协作学习小组Agent；协作学习小组Agent相互合作完成子任务后，将结果提交给协作区，由协作学习区将所有结果有机汇总、综合，形成最终结果，并提交给总任务结果接受器，之后由教师组织全体协作区学习者对结果进行分析、评价以及各小组解决问题思路方式的判断、学习等。当然，如果有多个协作学习区，各协作区之间还可以进行交互、合作、交流等活动。

基于Agent的网上协作学习的具体实施过程主要有：学习者登录注册、小组划分、任务分配、协作学习的实施、成果汇总、评价几个阶段。

1．学习者登录注册

当学习者进入协作学习区后，首先要进行注册登记。具体过程是：当协作学习者Agent首次进入协作系统时，需要向消息路由Agent提交注册信息，如：Agent的名字、密码、IP地址等有关数据，并记录入Agent注册表中。

2．小组划分

根据学习者的学习能力、学习水平、思维方式的倾向性等组成2-6人的协作学习小组。成员的分配一般采用互补的方式分配组员，这样有利于提高协作学习效果。小组划分有自主式和被动式两种。自主式是指每个学生在了解总体学习任务和所有其他登录学习者的情况后，自己做出与谁结组的判断，并通知消息路由Agent，再由服务Agent确认形成正式的协作小组。被动式是指由服务Agent根据消息路由Agent中注册登录的学习者的情况，将学生按要求分组，或者由参与协作学习的教师来分组。一般分组应注意学习者的优劣搭配、不同学习风格的搭配。

3．任务分配

任务划分是协作学习的关键所在。当总任务到来时，运用KQML消息包，通过消息路由Agent，将其送至管理Agent，管理Agent将按照一定原则将总任务划分成多个子任务，并根据学习者Agent提供的有关学习者的个人信息尽量将适合于学习者特性的任务内容分配给学习者。

在任务划分过程中要注意任务划分的原则：任务划分要合理，一般应该根据任务的内在逻辑结构、知识点划分等划分任务；任务划分轻重、大小要适当，不能有轻有重；还要注意任务的前驱后继等情况，并将此类信息通知相应的协作小组Agent；分配任务要根据各小组成员的个性特点进行，尽量做到符合学习者的学习方式、学习水平、思维方式倾向等等。

4．具体协作学习的实施

协作学习的机制主要有：（1）冲突与竞争机制；（2）自我解释机制；（3）内在化机制；（4）学徒机制；（5）共同承担认知任务机制；（6）共享规则机制。在此，我们不都加以区分，而看作几种机制的综合使用。

具体协作实现过程如下：协作学习者Agent通过任务接收器接受子任务，并传送给控制器，规划模块在控制器接受任务后帮助控制器分析任务、制订解决任务的计划等；然后由协作学习者操纵控制器，通过任务驱动处理器处理任务。在此过程中，有的任务由成员A完成，有的任务由成员B完成，也可能由A和B共同来完成，还有可能借助于其他协作小组或其成员来完成。另外，有些工作还要求使用其他小组所承担任务的部分或全部成果，此时，要考虑到其他小组的任务实施和完成情况，及时互通信息、交流学习收获等。

5．成果汇总

当每一个协作小组或成员均完成任务时，就需要将所有成果汇集在一起，有机协调、组合后，形成一个总的学习成果，从而完成总任务。具体讲就是：协作学习者Agent将其学习成果通过电子白板系统中的消息路由Agent和服务Agent传送出去，与其他小组成员的成果汇总在一起，形成总的结果。在此期间，还可以互相学习彼此的学习方法、解决问题的思路等。

6．评价

任何学习到最后都有一个评价的过程，基于Agent的网上协作学习也不例外，评价可以是组内成员互相评价、组间互相评价等。基本工作机制是运用基于Agent的电子白板作为评价中介区，像协同学习时交流问题一样进行评价信息的传递。

四、基于A g e n t技术的网上协作学习环境的特点

从基于Agent技术的网上协作学习环境运作方式可以看出：整个过程中信息的交流、传递都是基于Agent间的通信来实现的，由于Agent能够通过与学习者的交流了解学习者自身的特点，并做出反应，得出并记录和修改学习者的学习特征、学习风格及判断学习者的知识水平等，从而使整个学习环境具有个性化、智能化的特点。

1．个性化特点

通过使用学习者Agent，记录学习者的学习个性特征，如学习能力、思维方式、学习的水平等等，此后根据这些参数组织内容和生成学习界面提供给学习者，使得学习者的学习内容和学习界面均具有个性化的特征，有利于实现因材施教。

2．智能化特点

在引入Agent之后，可以让参加协作学习的学习者实现动态的智能分组，动态地组织学习内容和动态地进行学习任务的分配及动态地生成学习界面，所有这些都是智能化的特点。

[1]赵建华,李克东.信息技术环境下基于协作学习的教学设计[J],电化教育研究,2000（4）.

[2]胡平.基于移动Agent的的远程教学系统的研究[J].信息技术,2007（8）.

[3]陈宁江,苏德富.基于Agent的电子白板模型[J].计算机工程,2000（11）.

[4]余腊生,彭杜葳.基于Agent的智能化学习平台的研究[J].计算机应用与软件,2008（2）.

[5]陈萍,耿红琴.基于智能Agent的网上协作学习模式研究[J].科学技术与工程,2005（8）.

（编辑：隗爽）

TP393.09

A

1673-8454（2010）21-0074-03