（课程与教学论专业论文）基于agent和研究性学习的网络教学系统模型研究.pdf

摘要 随着网络技术的发展，人类社会的信息数量呈几何之势增长，知识信息数量的骤增， 使人们迫切需要一种方便、快捷的学习方式。网络学习应运而生。这种学习方式打破了 传统学习中时间和空间的限制，人们可以利用网络随时随地进行自主学习，极大的提高 了学习者的学习兴趣，实现了学习者在学习过程中构建知识主体，获取并掌握知识的理 想目标。因此，网络教学已成为了当前世界教育信息化领域的热点研究。然而目前大多 数的网络教学系统还存在着诸如：缺乏先进的学习理论的指导、系统设计模式过于单一、 缺乏智能性等缺点，严重制约了网络教学系统的发展。 本文首先介绍了a g e n t 技术的基本概念和应用领域，再对目前国内外的研究情况进 行比较和分析，然后讨论建构主义学习理论下的研究性学习在教学环境设计中的重要 性，进而结合a g e n t 技术和研究性学习理论的特点，提出利用a g e n t 技术，设计了一个 基于a g e n t 和研究性学习的网络教学系统模型。该模型分三个层次，每个层次由不同的 模块组成，模块中含有多个a g e n t ，并分析和介绍这些a g e n t 的结构和功能。模型的中 心设计思想是以学习者为学习主体，教师处于指导者地位。最后通过教学实践验证该系 统模型的有效性和实用性。 本文主要完成了以下工作： ( 1 ) 对a g e n t 技术和研究性学习理论进行深入分析。阐述a g e n t 技术相关理论后， 分析介绍了国内外教学系统研究成果，指出了目前网络教学系统存在的不足，在分析研 究性学习理论后，提出了基于a g e n t 和研究性学习理论的教学系统模型。 ( 2 ) 介绍a g e n t 的定义、起源，并对a g e n t 技术的功能、特点、基本结构及其在网 络教学应用中的优势进行了详细的阐述；详细介绍研究性学习的内容。为a g e n t 技术 和研究性学习结合奠定了理论基础。 ( 3 ) 在研究性学习理论的支撑下，利用a g e n t 技术构建出一个基于a g e n t 和研究性 学习的网络教学系统模型，该模型采用层次化结构，含有多个自治a g e n t 。a g e n t 间的 可以进行交互通信，从而实现模型的协作化、智能化的特点。分析该模型中各a g e n t 的 功能和组成结构，为教学系统的实现提供理论依据。 ( 4 ) 将基于a g e n t 和研究性学习的网络教学系统模型应用于大学计算机文化基础 教学。本文将基于a g e n t 和研究性学习的网络教学系统模型应用于大学计算机文化基 础课程教学中，并根据实践教学对教学系统模型进行应用评价，论证了本教学系统模 型的有效性。 关键词：a g e n t ，研究性学习，网络教学，智能化 i i a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r kt e c h n o l o g y , t h ea m o u n to fi n f o r m a t i o nw a sg r o w ni ng e o m e t r i c p r o g r e s s i o n t h i sc h a n g eu r g e n t l yn e e d s ac o n v e n i e n ta n dq u i c kw a yt ol e a r n s o e l e a r n i n gh a d e m e r g e d t h i sm o d e lo fl e a r n i n gc a no f f e rs t u d e n tt ol e a r na ta l lt i m e sa n da l lp l a c e s i tc a i ln o to n l yr a i s i n g i n t e r e s to fl e a r n e r s ，b u ta l s oi m p r o v et h e i rl e a r n i n ge f f i c i e n c y i nt h ec o u r s eo fs t u d y ，i tc a nh e l pt h e s t u d e n t sa c h i e v e st h eg o a l so fc o n s t r u c tk n o w l e d g es 仃u c t u r ea n dg r a s pt h ek n o w l e d g e n o wn e t w o r k t e a c h i n gh a sb e c o m eah o t s p o ta n df i l e do ft h ei n f o r m a t i v ee d u c a t i o ni nt h ew o r l d h o w e v e r , t h e r ea r em a n y o ft h ei n a d e q u a c i e si nt h em o s to fn e t w o r kt e a c h i n gp l a t f o r m f o re x a m p l e ：l a c k i n go fg u i d a n c eo ft h e a d v a n c e dt h e o r e t i c a l ；t h es i n g l em o d e ls y s t e m ；l a c ki n t e l l i g e n c ea n ds oo n ，w h i c hg r e a t l yh i n d e r st h e d e v e l o p m e n to ft h en e t w o r kt e a c h i n gs y s t e m t h i sp a p e rf i r s ti n t r o d u c e sa g e n tt e c h n o l o g ya n dr e s e a r c hl e a r n i n gf r o mt h e i rb a s i cc o n c e p t sa n d a p p l i c a t i o n s t h e n ，a c c o r d i n gt ot h er e s e a r c ha th o m ea n da b r o a dd e s i g nan e t w o r kt e a c h i n gs y s t e mm o d e l b a s e do na g e n tt e c h n o l o g ya n dr e s e a r c hl e a r n i n g i tb l e n d st h ef c a t i 】r eo ft h ea g e n tt e c h n o l o g ya n d r e s e a r c hl e a r n i n g t h em o d e li sd i v i d e di n t ot h r e el e v e l s ，e a c hl e v e li sc o m p o s e db yd i f f e r e n tm o d u l e s ，t h e m o d u l ec o n t a i n sm o r et h a no n ea g e n t ，a n di n t r o d u c e st h ea n a l y s i sa n dp r e s e n t a t i o no ft h ea g e n t s s 仃u c t u r ea n df u n c t i o n l e a r n e r - c e n t e r e di st h ei d e o l o g i c a ld e s i g no ft h i sm o d e la n dt h et e a c h e r sj u s ti nt h e r o l eo fam e n t o ra n dac a s ew a sg i v e nt oe x p l a i nt h ev a l i d i t ya n dp r a c t i c a b i l i t yo ft h em o d e li nt h ee n d t h ep a p e rh a sm a i n l yc o m p l e t e df o l l o w i n gf o u ra s p e c t s ： ( 1 ) b yt h ec h a r a c t e r i s t i cr e s e a r c ho ft h ea g e n tt e c h n o l o g ya n dr e s e a r c hl e a m i n g ，w ef i r s te x p o u n d t h ea g e n tt e c h n o l o g yr e l e v a n tt h e o r y t h e n ，a n a l y s i st h ec h a r a c t e r i s t i co ft h et e a c h i n gs y s t e mi nt o d a y , p o i n t o u tt h e i rs h o r t c o m i n g a tl a s tw eb r i n gu pan e t w o r kt e a c h i n gs y s t e mm o d e lb a s e do na g e n tt e c h n o l o g y a n dr e s e a r c hl e a r n i n g ( 2 ) t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed e f i n i t i o n ，o r i g i no fa g e n t i ta l s om a k e sad e t a i l e dd e s c r i p t i o no nt h e f u n c t i o n ，f e a t u r e , b a s i cc o n f i g u r a t i o na n di t sa p p l i c a t i o n si n n e t w o r kt e a c h i n gs y s t e m ；i ta l s op r o v i d e s d e t a i l e di n t r o d u c t i o na b o u tr e s e a r c hl e a r n i n g ，w h i c hl a y saf o u n d a t i o ni nt h e o r yf o rt h e i rc o m b i n a t i o n i i i ( 3 ) u n d e rt h eg u i d a n c eo fr e s e a r c hl e a r n i n g ，w eb u i l dan e t w o r kt e a c h i n gs y s t e mm o d e lb a s e do n a g e n tt e c h n o l o g y a n dr e s e a r c h l e a r n i n g t h i sm o d e l u s e s l a y e rs t r u c t u r e ，w h i c h h a sm a n yo f a g e n t s e v e r ya g e n tc a nc o m m u n i c a t ew i t he a c ho t h e r t h em o d e lh a st h ec h a r a c t e r i s t i c so fi n t e l l i g e n c e ( 4 ) t h i sm o d e lh a du s e di nc o u r s eo f a c c o r d i n gt ot h er e s u l to f p r a c t i c et e a c h i n g ，w ee v a l u a t et h ev a l i d i t yo ft h em o d e l k e y w o r d s ：a g e n t ，r e s e a r c hl e a r n i n g ，n e t w o r kt e a c h i n g ，i n t e l l i g e n c e i v 第一章绪论 1 1 课题研究背景 第一章绪论 伴随着现代社会信息技术的飞速发展，每日海量的信息源源不断产生，并快速地融 入人类的社会生活中。如何快速获取并掌握知识信息，越来越成为现代社会所必需的技 能之一。网络教育正是基于这种情况下产生，并作为一种新兴的学习模式逐渐被人们所 认可。网络教育克服了传统教育模式中学习者只能在固定的场所被动的接受知识的缺 点，它不受时间和空间限制，学习者可以利用网络，随时随地的自主选择想要学习的知 识，并可以与其他使用者或教师进行交流，实现协作化学习。 然而尽管目前许多国家高度重视网络教育在教学中的作用，并积极、主动的给予各 方面的支持n 1 。但是目前大多数的网络教学系统多存在以下问题： 1 缺乏先进的教学理论作指导。目前在实践教学中应用的大多数教学软件只是简单 将课本上的内容直接复制、转移，导致系统知识点过于分散，学习内容枯燥、单一，教 学过程中学习者只是被动接受，学习者与教师之间和学习者之间缺乏交流互动等不足。 2 教学系统没有针对性。系统只提供简单、统一的界面，不能根据学习者的个体知 识水平提供适合单体学习者的智能化学习。当不同学习者使用软件，系统展示的是千篇 一律的知识点，不能有效的判断学习者的当前学习水平并提供合适的学习内容，从而提 高学习者的学习兴趣，实现个性化教学和因材施教的需要。 3 系统将教学过程分为简单的模块，各模块自成体系，不能有效的实现模块之间的 数据共享，从而协作完成教学目的。 4 网络环境中信息参差不齐，容易导致学习者在网络中迷失方向盲目寻找，从而无 法快速、准确地获取要学习的内容，制约了快速、有效的实现学习目标。 在这种情况下，如何有效的在先进的教学理论指导下，结合网络教学人工智能化的 思想，使教学系统可以对学习者进行自动评定，建立学习者当前知识能力水平的信息数 据模型，并根据此信息模型自主安排适合学习者的学习方法和策略，实现个性化学习； 同时教师能够根据学习者的学习反馈，不断调整和更新学习内容，实现智能化教学，从 而克服以上问题，提高教学效率，已经成为各国网络教学研究的热点。晗1 鉴于以上情况，为了克服上述教学系统中普遍存在的问题，本课题结合a g e n t 技术 基于a g e n t 和研究性学习的网络教学系统模型研究 和研究性学习的特点，构建一种基于a g e n t 和研究性学习的网络教学系统模型，该教学 系统模型在教学过程中提高的激发学习者学习兴趣，实现了个性化、智能化的网络教学 的需要，有效地培养学习者养成科学的学习观，从而提高了学习者的创新能力和实践能 力，促进学习者终身学习与发展。同时，在实践的过程中对该模型提进行验证检验。 1 2 国内外研究现状 目前国内外对于智能化教学系统的研究取得了已定的进展，本小节将从应用a g e n t 技术的网络教学系统和目前研究性学习理论的研究、发展两个方面阐述目前国内外这两 个领域的研究现状。 1 2 1a g e n t 技术在网络教学的应用 a g e n t 技术普遍被认为是“软件开发的又一重大突破 、“软件界的革命”呤1 ，它起 源于分布式人工智能领域，伴随着网络技术、电子通信技术及并行分布式计算机技术的 发展和多变的应用环境条件下对计算机系统开放性、自主性、智能性的要求，a g e n t 技 术在计算机软件的各个研究领域中的重要性日益突出，并逐步衍生成为一门新的软件系 统设计和开发方法h 1 。软件技术人员预言：“基于a g e n t 技术的计算将成为影响软件设计、 开发的重大突破。”嫡3 2 l 世纪以来，伴随着计算机技术、网络通信技术和信息工程技术的发展，a g e n t 技 术和多a g e n t 系统的研究正在逐渐升温，并成为其中充满生命力的研究方向之一。上世 纪八十年代，国外就开始对a g e n t 技术展开研究，并在应用领域已建立多种模型和系统。 近年来在一些教育工作者开始探讨、研究a g e n t 在教育方面的作用，并提出了一些初步 模型：呻3 ( 1 ) w l e w i sj o h n s o n 的a d e m w l e w i sj o h n s o n 曾在2 0 0 3 年提出：网络教学系统要实现学习者个性化学习的需要， 同时支持教师与学习者之间相互交流，实现教师通过教学代理监视学习者与计算机的交 互并提供指导和建议。基于这种思想，在他们主持的a d e ( 高级远程工程) 项目中采用 了智能代理技术，该项目的核心是一个教学a g e n t ( a d e l e ) ，当使用者利用远程系统学 习时，a d e l e 会在系统使用者的终端上进行备份并运行，学习者通过a d e l e 与系统进行 交互。a d e l e 具有监测学习者过程、记录学习者行为、根据学习者需要调整教学策略呈 现教学内容等功能。 2 基于a g e n t 和研究性学习的网络教学系统模型研究 和研究性学习的特点，构建一种基于a g e n t 和研究性学习的网络教学系统模型，该教学 系统模型在教学过程中提高的激发学习者学习兴趣，实现了个性化、智能化的网络教学 的需要，有效地培养学习者养成科学的学习观，从而提高了学习者的创新能力和实践能 力，促进学习者终身学习与发展。同时，在实践的过程中对该模型提进行验证检验。 1 2 国内外研究现状 目前国内外对于智能化教学系统的研究取得了已定的进展，本小节将从应用a g e n t 技术的网络教学系统和目前研究性学习理论的研究、发展两个方面阐述目前国内外这两 个领域的研究现状。 1 2 1a g e n t 技术在网络教学的应用 a g e n t 技术普遍被认为是“软件开发的又一重大突破 、“软件界的革命”呤1 ，它起 源于分布式人工智能领域，伴随着网络技术、电子通信技术及并行分布式计算机技术的 发展和多变的应用环境条件下对计算机系统开放性、自主性、智能性的要求，a g e n t 技 术在计算机软件的各个研究领域中的重要性日益突出，并逐步衍生成为一门新的软件系 统设计和开发方法h 1 。软件技术人员预言：“基于a g e n t 技术的计算将成为影响软件设计、 开发的重大突破。”嫡3 2 l 世纪以来，伴随着计算机技术、网络通信技术和信息工程技术的发展，a g e n t 技 术和多a g e n t 系统的研究正在逐渐升温，并成为其中充满生命力的研究方向之一。上世 纪八十年代，国外就开始对a g e n t 技术展开研究，并在应用领域已建立多种模型和系统。 近年来在一些教育工作者开始探讨、研究a g e n t 在教育方面的作用，并提出了一些初步 模型：呻3 ( 1 ) w l e w i sj o h n s o n 的a d e m w l e w i sj o h n s o n 曾在2 0 0 3 年提出：网络教学系统要实现学习者个性化学习的需要， 同时支持教师与学习者之间相互交流，实现教师通过教学代理监视学习者与计算机的交 互并提供指导和建议。基于这种思想，在他们主持的a d e ( 高级远程工程) 项目中采用 了智能代理技术，该项目的核心是一个教学a g e n t ( a d e l e ) ，当使用者利用远程系统学 习时，a d e l e 会在系统使用者的终端上进行备份并运行，学习者通过a d e l e 与系统进行 交互。a d e l e 具有监测学习者过程、记录学习者行为、根据学习者需要调整教学策略呈 现教学内容等功能。 2 第一章绪论 该项目最重要的特点是满足在虚拟环境下进行教学的需要，目前已广泛应用于医学 临床教育、模拟实验等方面。它的基本结构包含了诸如：知识显示、监控学习者并收集 学习反馈、引导学习者进行探究式学习以及教师解答问题等最基本的教育功能。该项目 提供了一个支持多种交互方式的仿真机器人来与学习者进行交流。a d e l e 支持在诸如： 互联网中的单个或多个客户端、利用其他软件工具模拟的虚拟环境等多种环境下运行。 智能代理和推理部分是a d e l e 的核心部分，其中智能代理编码由j a v a 语言编写，具有 良好的独立性和兼容性；推理部分主要负责教学过程中的监控和决策。 ( 2 ) 支持多代理的教学情境模型蹭1 0 1 e v a n d r o 曾提出了一个支持多代理的教学情境模型。由于该模型的大部分功能依靠 教学管理代理模块，故要求教学管理代理模块具有很强的独立处理任务的能力，这增加 了教学管理代理模块设计和实现的困难。设计一个既能很好的实现教师角色的功能，又 能协调好代理模块之间以及代理与外部环境间的关系的单一教学代理，同时还要保证各 教学代理之间是平等的，这不可避免的加大了系统设计的复杂度。 我国对a g e n t 的研究始于2 0 世纪8 0 年代，早期开展研究工作的主要是国内的一流 大学和专门的研究机构，由其开发的系统大部分未经过实践应用的严格考验。近年来， 越来越多的教学科研机构开始步入对a g e n t 的技术研发的阵营，同时一些科技公司也开 始涉入计算机教育软件的研发领域，政府也开始重视计算机网络教育，教育部为此设定 了一个专门的机构来推广计算机教育应用。 随着对a g e n t 技术研究的不断深入，国内的一些研究人员提出了一种将学习任务进 行分化的学习思想n 1 | 。该思想将整个学习任务分成若干个子任务，再设定与之对应的学 习模块来完成子任务。每个学习模块中含有若干个a g e n t 。各a g e n t 成员通过k q m l 通信 机制进行交互通信，来实现信息的共享。在该学习结构中，学习者的主体地位在学习过 程中得到了体现，而教师只处于指导地位，但在学习者占主导地位的学习过程中，学习 者的学习目标容易出现偏差，还需要教师进行适当的监控和引导；还有学者提出把a g e n t 技术和网络搜索技术结合起来构建一种智能化信息检索n2 1 ，学习者通过用户界面与特定 的a g e n t 进行交互通信后，在知识数据库中选择自己感兴趣的知识点。选择完成后，系 统会将用户选择的知识点存储在数据知识库中的用户数据模型部分，同时知识搜索 a g e n t 会根据知识数据库中的用户模型数据，确定学习者需要的内容，然后在整个互联 网上搜索、匹配满足学习者需要的知识；也有研究者提出了一种在互联网上通过学习者 基于a g e n t 和研究性学习的网络教学系统模型研究 a g e n t 来搜索教师a g e n t 的优化算法n3 | ，教师和学习者在网络上有其特定的a g e n t ，两 种a g e n t 之间有一个f a c i l i t a t o r 中介器，其中教师a g e n t 具有两种不同的结构线 性结构和层次结构。学习者通过为自己服务的学习者a g e n t 向互联网提出问题，然后 f a c i l i t a t o r 中介器会查阅学习者a g e n t 提交的任务，然后找到最适合解决此类问题的 教师代理。这种智能化信息检索方式需要首先为每个教师建立相对应的教师a g e n t ，并 且在进行网络搜索时一般来说很耗时从而效率不高。 1 2 2 研究性学习理论的发展 研究性学习出现于2 0 世纪初，当时美国的j o h nd e w e y 从学生的角度提出了一种新 的教学理论。他认为人作为学习的主体，具有主观性，强调在已有知识的基础上进行学 习，教学过程是学习者不断“经验 的过程。n 4 3 研究性学习正是基于他的基本思想而建 立的。1 9 6 1 年美国芝加哥大学教授k l a u ss c h w a b 提出了基于发现法的“研究性学习” ( r e s e a r c hs t u d y ) 教学方法，该教学方法在实际应用中更具操作性，从而进一步推动了 研究性学习理论的发展。研究性学习开始步入日常教学中并扮演越来越重要的角色。 近2 0 年以来，世界上的主要国家逐步把课程改革的重心放在教学方式的革新方面， 研究性学习方式在教育领域的重要性日益突出。由于研究程度的差异，不同国家和地区 对研究性学习的定义和组织施行方式也不尽相同，但他们都强调在学习过程中发挥学习 者的主体性，要求学习者在探索中学习，并将知识应用到实践中，最终使学习者具有自 主的学习能力和较强的创新能力，来满足现代知识社会对学习者的要求。 研究性学习在我国已经历2 0 多年的发展，是伴随着我国中小学教育教学的改革而 逐步壮大起来的。1 9 7 1 年美国哈弗大学的b r e n d al a n s d o w n 教授著作出版了小学科学 教育的“探究一研讨 教学法一书，并于1 9 7 9 年应邀访问中国时与国内的教育家进 行交流和探讨。之后1 9 8 3 年经由人民教育出版社出版该书的中文版。从此，面向探究 学习的研究与实验开始在我国基础教育领域不断上演，一些省市的学校也开始在此基础 上进行探索研究，并将研究结果进行试点教学。 由于各研究单位的个体差异，试点学校对研究性学习课程的应用也不尽相同。但研 究性学习课程的主要目标是一致的，就是要培养学习者科学的学习方法和创新能力，以 使学习者具备初步的研究能力。 4 第一章绪论 1 3 本课题研究意义 现代社会科学技术发展日新月异、知识信息瞬息万变，它不仅要求人们不断的改变 生活、生产方式来适应发展需要，而且要求人们不断发展新的思维和学习方式。随着计 算机网络技术在现代教育中的广泛应用，依托网络优势的网络教学模式在日常教学活动 的应用中日益普遍。为了更好地利用网络上丰富的教学资源，软件开发人员开发研制了 多种多样的网络教学系统。然而由于网络教育系统的开发者对教育理论的不同理解和采 用技术的不同以及系统的针对面等差异，造成目前的网络教学系统质量参差不齐。很多 教学系统未严格按照学习理论进行教学过程构建，存在一些不足。下面将总结目前网络 教学系统存在的问题。 ( 1 ) 教学内容的表现形式单一：国内大多数网络教育系统在表现具体教学内容上， 大多使用三种方式：简单的文本和图片的直接展示( 直接将书本的内容放在网络上) 、p p t 课件( 直接将教师的电子教案放到互联网) 、教师的授课影像和教案的呈现。这些方式很 容易使学习者的学习过程变得单一、枯燥，很难激起学习者的学习兴趣。 ( 2 ) 单一强调教学内容，忽视学习环境在教学中的影响：目前百分之八十的网络 教学系统仍简单强调教学的内容，仅注重教学内容的简单传递，而不是强调学习者的主 体作用，忽略了学习者与教学情境交互的作用，以及在该阶段中学习者发挥主导性，自 主的对知识进行构建和掌握的意义。并且大部分的系统只是简单呈现书本的内容和教师 在教室上课的影像资料，没有给学习者提供真实、有效的虚拟学习情境，缺少让学习者 去在实践中应用知识的机会，无法实现让学习者感受到在课堂教学中能与教师、同伴进 行交流、讨论以及及时解决学习中的问题等协作式学习方式的学习环境。 ( 3 ) 系统智能性不高：首先系统难以判断学习者的当前知识水平，并根据学习者 学习情况提供学习者感兴趣的知识内容，来提高学习者的学习兴趣；其次仍简单提供大 众化教学，不能满足不同学习水平下学习者对知识的层次化需要，从而实现真正的个性 化学习。同时，在教学过程中容易忽略师生间和学生间的交流作用，不能很好的实现协 作化学习的要求。 ( 4 ) 缺乏教师有效的引导。由于网络环境中信息知识过于庞大，学生很难快速准 确地寻找到学习内容的准确位置，并且在学习过程中只依靠学生的自主性学习容易出现 偏离学习目标、学生盲目的浏览信息等现象，这既浪费了时问降低了学习效率又达不到 学习的目标。 基于a g e n t 和研究性学习的网络教学系统模型研究 目前应用于市场上的多数网络教学系统未能很好的满足不同知识水平下学习者对 教学内容和教学策略的要求。在学习过程中不能实现在创设适合当前的教学环境下，根 据学生原有的知识结构和经验来提供适合学习者的个性化学习，是非智能的网络教育系 统软件。因此，在先进的学习理论指导下，开发一个应用面广、适应性强并具有高度智 能化的网络教学系统，已成为保证网络教育长足发展的迫切需要。 基于以上原因，我们采用先进的a g e n t 技术结合研究性学习理论，设计出智能化、 情景化的网络教学系统模型。该模型在研究性学习理论的指导下，结合a g e n t 技术，通 过对学生原有知识水平进行判定来自主选择适合学生当前水平的教学策略和方法，教师 可以通过对学习者学习过程的监测对学习者进行有针对性的教学或引导，实现学生个性 化、自主化学习和教师智能化教学。 1 4 论文的组织结构 本论文组织结构如下： ( 1 ) 第一章绪论。介绍了和分析当今世界网络教育系统、a g e n t 技术和研究性学习 理论的研究现状，归纳出了当前网络教育系统中存在的一些主要问题，进而提出了基于 a g e n t 的研究性学习网络教育模型的设想。 ( 2 ) 第二章对相关理论知识进行介绍。阐述了构建主义、研究性学习的本质内涵， 同时还对a g e n t 技术、多a g e n t 技术进行分析研究。分析基于a g e n t 的研究性学习的网 络教学模型的理论依据。 ( 3 ) 第三章基于a g e n t 的研究性学习网络教学系统模型设计。在系统分析的基础上， 从理论上论述了将a g e n t 技术结合研究性学习理论构造了一个基于a g e n t 的研究性学习 网络教学系统模型的可行性和必要性，然后详细的阐述该模型的设计思想、总体框架以 及各a g e n t 的结构和功能。 ( 4 ) 第四章基于a g e n t 的研究性学习网络教学系统模型构建实例。根据基于a g e n t 和研究性学习的网络教学系统模型，构建教学实例，并通过实践结果验证该系统模型的 有效性。 ( 5 ) 第五章总结与展望。对前面各章所述的内容进行了总结，指出以后进步研究 的方向。 第二章相关理论与实现技术 2 1a g e n t 技术 第二章相关理论与实现技术 a g e n t 技术起源于2 0 世纪6 0 年代的人工智能( a i ) 领域，它融合了人工智能技术 和通信网络技术的特点，是社会科技发展的必然结果。经过近半个世界的发展，a g e n t 逐步从人工智能领域中拓展出来，形成了具有自身特点的理论和技术，同时在与其他领 域协作的过程中相互借鉴和融合，从而在实际应用领域得到更为广泛的关注。 2 1 1a g e n t 的定义 a g e n t 直译为“代理人”，即一个主体代表另一个主体或者一个组织去完成某件事情。 在计算机领域，a g e n t 被认为是指在特定环境中拥有智能化的任何实体，包括人、智能 硬件和智能软件。由于a g e n t 技术在可以应用到众多的相关领域，所以目前为止对a g e n t 技术还没有一个统一的定义。大家普遍接受的定义大致有两种。 第一种：a g e n t 是客观存在于环境中的实体，它可以根据所处的环境的变化，来获 得环境中发生事件的数据并进行分析解释，从而执行对环境产生影响的行为。基于此定 义，a g e n t 可以看作是一种在环境中的“生存的实体”，既可以是硬件( 机器人) ，也可 是软件。 第二种：软件a g e n t 研究者提出的：智能软件a g e n t 是一种具有一定的智能性，通 过特殊的方式感知周围环境的变化，并可以自主的判断任务并执行用户指定的特定任务 或部分任务的软件程序。n 剐 2 1 2a g e n t 的特性 a g e n t 是一个作用自身和环境的，具有自治性和智能性的软件实体，它能根据实体 的委托，主动的代表用户或程序去完成某一项工作，并在工作结束后能对返回的结果进 行分析，从中积累经验，从而完善、提高处理问题的能力。n 6 1a g e n t 一般有以下几个特 性：1 7 3 ( 1 ) 自主性。这是a g e n t 最基本的特性。它具有专属于自己本身的有限计算资源 和仅限于自身行为控制的机制。它可以通过感知自身内部状态和外部环境信息的变化来 决定下一步要执行的行为和状态。这一特点，使得a g e n t 可以在无人或其他a g e n t 的直 第二章相关理论与实现技术 2 1a g e n t 技术 第二章相关理论与实现技术 a g e n t 技术起源于2 0 世纪6 0 年代的人工智能( a i ) 领域，它融合了人工智能技术 和通信网络技术的特点，是社会科技发展的必然结果。经过近半个世界的发展，a g e n t 逐步从人工智能领域中拓展出来，形成了具有自身特点的理论和技术，同时在与其他领 域协作的过程中相互借鉴和融合，从而在实际应用领域得到更为广泛的关注。 2 1 1a g e n t 的定义 a g e n t 直译为“代理人”，即一个主体代表另一个主体或者一个组织去完成某件事情。 在计算机领域，a g e n t 被认为是指在特定环境中拥有智能化的任何实体，包括人、智能 硬件和智能软件。由于a g e n t 技术在可以应用到众多的相关领域，所以目前为止对a g e n t 技术还没有一个统一的定义。大家普遍接受的定义大致有两种。 第一种：a g e n t 是客观存在于环境中的实体，它可以根据所处的环境的变化，来获 得环境中发生事件的数据并进行分析解释，从而执行对环境产生影响的行为。基于此定 义，a g e n t 可以看作是一种在环境中的“生存的实体”，既可以是硬件( 机器人) ，也可 是软件。 第二种：软件a g e n t 研究者提出的：智能软件a g e n t 是一种具有一定的智能性，通 过特殊的方式感知周围环境的变化，并可以自主的判断任务并执行用户指定的特定任务 或部分任务的软件程序。n 剐 2 1 2a g e n t 的特性 a g e n t 是一个作用自身和环境的，具有自治性和智能性的软件实体，它能根据实体 的委托，主动的代表用户或程序去完成某一项工作，并在工作结束后能对返回的结果进 行分析，从中积累经验，从而完善、提高处理问题的能力。n 6 1a g e n t 一般有以下几个特 性：1 7 3 ( 1 ) 自主性。这是a g e n t 最基本的特性。它具有专属于自己本身的有限计算资源 和仅限于自身行为控制的机制。它可以通过感知自身内部状态和外部环境信息的变化来 决定下一步要执行的行为和状态。这一特点，使得a g e n t 可以在无人或其他a g e n t 的直 基于a g e n t 和研究性学习的网络教学系统模型研究 接干预下，自主的完成某一些任务。a g e n t 一旦被初始化后，无需用户直接干预即可独 立执行。自主性是a g e n t 与其它过程或对象最主要的区别。 ( 2 ) 协作性。在某些条件下，a g e n t 需要多个a g e n t 在平等的地位条件下，协同完 成任务。因此，需要制定相关的通信机制来保证a g e n t 之间的交互通信。 ( 3 ) 反应性。a g e n t 可以判断当前所处的环境状态( 环境可以是客观的物理世界、 其它智能代理以及以上环境的集合等) ，并根据环境的变化( 智能代理间的交流及通信) 及时的响应，并通过行为改变环境。 ( 4 ) 社会性。在某些社会环境下，需要建立多个a g e n t 来完成相应的任务。a g e n t 之间一般通过k q m l 语言实现交互通信并共享信息和知识，实现各a g e n t 之间的合作和 协同等，从而解决依靠单个a g e n t 不能处理的问题。 ( 5 ) 自发性。a g e n t 对周围环境的变化做出的反应是在某种目标指导下的行为，并 不是简单地被动行为，也可以说，a g e n t 的行为是在为了实现其内在目标的要求下进行 的。一些情况下，a g e n t 可以根据自身的行为规则主动采取活动，以实现目的。例如教 师角色的a g e n t ，可通过监测学生的学习过程来评测学生的学习效果，适当改变教学策 略，以实现教学目标。 2 1 3a g e n t 的基本结构及分类 a g e n t 是一个能够与外部环境自主交互，并具有一定推理能力，能够主动判断并独 立完成某项任务的智能实体，它的基本结构包括：具有感知外部环境并与之进行交互的 传感器、存储和分析加工的信息的信息处理器和用于对外部环境起反作用的效应器。如 图2 一l ： 第二章相关理论与实现技术 感应 效应器 a g e n t 图2 1a g e n t 的基本结构 a g e n t 从技术上可分为：在分布式系统和互联网络中负责为用户提供智能化信息搜 索或网络资源管理功能的信息a g e n t ；协作用户进行决策和其他知识处理的任务a g e n t ； 帮助用户完成单调而又复杂的工作的界面a g e n t 。 a g e n t 从属性上可分为：对当前周围环境进行分析并做出实时反应的反应a g e n t ； 在预设目标的指导下能够进行自主操作的推理a g e n t ：提供单体间协作的合作a g e n t ； 由以上a g e n t 组合而成，具有其综合能力的混合a g e n t 。 2 1 4a g e n t 的理论模型 a g e n t 的理论模型是实质上是从逻辑、情感、动作、社会等角度出发，来描述a g e n t 的思维逻辑和它们之间的关系，为a g e n t 系统的创建提供理论依据。 近年来，学者对于a g e n t 特点的形式化描述主要有以下几种：b r a t m a n 的b d i ( b e l i e f m d e s i r e - - i n t e n t i o n ) 理论n8 | 、m o o r e 对于知识与动作的研究n9 1 、k r i p k e 的可能世界 语义模型、c o h e n 和l e v e s p u e 的意图理论以及r a o g e o r g e f f 的b d i 模型。口伽 目前，人们普遍认同的a g e n t 认知模型是用信念( b e l i e f ) 、愿望( d e s i r e ) 、意图 ( i n t e n t i o n ) 来描述a g e n t 基本思维属性的r a o g e o r g e f f 的b d i 模型。晗伽其中信念是指 a g e n t 对关于外部环境、其他a g e n t 信息以及对自身状态的认知；愿望是指a g e n t 要实 现的目标：意图则是为实现信念和愿望而做出的计划，即目标的子集乜1 | ，b d i 模型主体 本质上是由以下组成：一组用来感知世界环境的信念、主体计划要实现的一组目标、一 9 基于a g e n t 和研究性学习的网络教学系统模型研究 组用来描述如何实现目标和如何改变愿望的规划集、一个用来描述主体通过何种方式实 现目标及更改信念的意图结构。b d i 具体模型如图2 - 2 ： 二j 叵 信念 0j上 愿望 目标 意图o j 规划 图2 2b d i 模型 a g e n t 的b d i 模型为a g e n t 系统的设计和实现奠定了模型基础。任何一种a g e n t 都 可以参考b d i 模型进行设计和实现。 2 2 多a g e n t 技术 从应用层面，a g e n t 一般可以分为单a g e n t 系统和多a g e n t 系统。单a g e n t 系统一 般应用于简单的本地任务或直接提供连接到互联网上进行信息搜索等服务。多a g e n t 系 统也叫做m a s ，它是由一组具有独立性、协作性的a g e n t 按照特定的结构组成。所以它 实现的功能主要还是依靠单a g e n t 。通过预先定义的a g e n t 通信协议来实现单a g e n t 间 的交互通信。多a g e n t 系统很好地克服了单a g e n t 的智能化不足等局限性。 当多a g e n t 系统处理某项任务时，系统中的各a g e n t 会根据任务进行的进度结合自 身和其他a g e n t 的情况，自主的调整当前行为，以实现对目标和资源的合理分配和利用， 从而提高工作效率。多a g e n t 系统通过a g e n t 间的合作，不仅提高了单a g e n t 的基本能 力，而且还可以从a g e n t 间的通信交互中加深对任务和社会行为的理解。由于多a g e n t 系统中各a g e n t 是相互独立的，他们之间可以相互交流学习并通过系统协调来完成某项 任务，所以多a g e n t 系统具有比单个a g e n t 更高的智能性和协调性，因此在实际应用中， 1 n 第二章相关理论与实现技术 特别是当处理的任务过于复杂、多变时，单a g e n t 系统无法单独处理的情况下，多a g e n t 系统将会发挥良好的作用。 一般来说，多a g e n t 主要有集中式结构、分布式结构和混合式结构三种体系晗2 1 ： ( 1 ) 集中式体系结构 在这种体系结构中，a g e n t 被划分为不同的组，每个组中至少拥有一个控制a g e n t ， 该控制a g e n t 以某种方式对组内的所有a g e n t 成员的行为、任务分配以及共享资源等提 供统一的管理服务，以实现对组内的a g e n t 进行集中管理，同时每个组内具有一个专门 用来传递a g e n t 之间消息和任务的消息传递a g e n t 。整个系统采用同样的方式对各成员 a g e n t 组进行管理。 该体系的中a g e n t 组员具有自制性，它们可以主动地接受和任务或意图，当任务不 太明确时，能够自主对任务进行分析和处理，以协助控制a g e n t 和其他a g e n t 成员实现 各自的任务和整体目标。在该体系中每个组的控制a g e n t 是以一种协商式