基于Web和多Agent智能教学系统的设计与实现

第一篇：基于Web和多Agent智能教学系统的设计与实现

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基于Web和多Agent智能教学系统的设计与实现

作者：梅创社

来源：《现代电子技术》2011年第18期

摘要：针对传统网络教学系统缺乏智能性问题,在实现基于XML扩展Agent通信语言基础上,提出并实现了一种基于多Agent智能网络教学系统模型。实际应用说明，该系统具有智能性,能提供适应用户的个性化教学服务,激发学生的主观能动性,改善教学效果。

第二篇：基于XML的Web数据交换系统设计与实现

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基于XML的Web数据交换系统设计与实现

作者：王振辉

来源：《现代电子技术》2010年第20期

第三篇：基于教学活动过程的多Agent网络教学系统设计

基于教学活动过程的多Agent网络教学系统设计

马颖峰 金燕 马晶晶

陕西师范大学知识媒体研究所

陕西西安 710062

【摘要】本文以多Agent技术为基础，结合网络教学活动的一般过程，设计了一个基于教学活动过程的多Agent网络教学系统，并对教学活动过程中各Agent是如何进行协同工作进行了简单地论述。

【关键字】教学活动过程；多Agent技术；网络教学系统

The network instructional design of the multi-Agent system based on the teaching activities

process

MA Yingfeng, JIN Yan, MA Jingjing Shanxi normal university, knowledge Media Institute, Xi'an , 710062 【Abstract】Based on the multi-agent technology, the author of the article has designed a multi-agent network teaching system of the instructional activities process, with reference to the general process of the network teaching activities.Also, the author gave a brief elaboration on the cooperation of different agents in the teaching activities process.【Key words】Teaching activities process;Multi-Agent technology;Network teaching system Agent技术已出现数年，将其应用研究于网络教学系统之中的研究也引起普遍的关注，以此来增加网络教学系统的智能性、互通性、及时反馈性和个性化交互性。然而这些基于Agent技术的教学系统，多为基于功能结构的思想而设计的，[1][2][3]而显见将Agent渗透到教学活动过程而设计的教学系统，甚至对功能模块在整个网络教学活动是如何发挥作用及各模块之间是如何实现协作等问题的关注也不够。这种基于功能结构的教学系统的关注的是知识传授功能，注重了学习结果，而忽视了学生的学习活动过程。而面对目前所倡导的以培养学生综合素质为目标，以探究式、协作式、发现式等教学理念的教学模式来说，从适应性方面的缺陷是明显的。本研究试图从教学活动过程的角度来探索基于多Agent的智能网络教学系统的设计，以适应我国新的课程改革的需要。

一、教学活动过程与多Agent技术

“综观世界教育史，我们知道，关于教学活动的界定有两种，其一种是以教师为中心的、以知识的传授与获得为主的模仿教学活动；另一种是以学习者为中心的、注重学习者思维的态度与探究的方法的变化教学活动。随着社会的发展和进步，教学活动有逐步从模仿走向变化.以及两者不同程度融合的趋势。”[4]教学活动过程是整个教学的关键，对学生能力和素质培养起着重要的作用。一个好的教学活动，能够提高学生的学习兴趣，调动学生主动性和参与性，使得学生的聪明才智得到充分地发挥，有利于促进学生的创新精神和实践能力形成，提高学生的综合素质。

与以教师为中心的传统教学活动相比，网络教学活动强调以学生为中心，在教师的有效引导下，学生可以根据自己学习需要来运用丰富的网上学习资源，进行自主化学习。这种教学活动注重学生的思维发展和个性培养，它能够调动学生的积极性，提高学生运用学习方法上的灵活性和接受信息的选择性，能够激发学生的学习热情。因此，网络教学活动过程是网络教学取得成功的关键。

“Agent是一个具有自适应性和智能性的软件实体，能代表用户或其他程序，以主动服务的方式完成一项工作”[1]。它具有自主性、交互/协同性、反应性、目标导向性、推理和规划能力及可移动性等特性。多Agent由一组独立的但又协同工作的Agent构成，相互通信，彼此协作来完成同一任务，Agent是其基本的组成单位，又是独立运行的实体。与单Agent相比，多Agent功能强大，能够完成单个Agent很难完成的任务以解决一些复杂的问题。网络教学系统中的可变因素非常之多，教学活动过程的可控要素纷乱，为此，基于多Agent的设计方式便成为基于教学活动过程的智能网络教学系统设计的首选方案。

二、基于教学活动过程的多Agent网络教学系统的设计思想

本文主要从教学活动过程角度出发，来设计整个网络教学系统模型。对该模型进行设计时，本文沿着教学过程这条主线，分别来介绍系统各个模块的功能及它们是如何协调工作的。该模型设计的指导思想：

1、教学过程的每个环节是控制网络教学质量的关键点

对于网络教学来说，不能仅仅停留在教学内容或教学资源的分析上，应该以系统的观点，从过程角度分析网络教学的活动和实施过程，即对网络教学的教学过程分析，因此，对网络教学过程分析在网络教学中发挥着重要意义。

2、促进网上教学评价

网上教学评价主要用于监控、调节网络教学过程，提高教学质量。在网络教学中，要注重对网络教学过程的评价，通过利用网络的优势对整个教学过程做跟踪、监控、检测、指导，来关注教学活动中学生的学习状态、学习态度和应变能力等，从中发现问题，及时反馈并相应给出教学建议和补救方案。此外，为了使网络教学更有针对性、预见性，需要在教学设计前对学习者进行评价，根据这个评价的结果来制定教学目标、组织教学内容、选择学习策略，来帮助学习者可以有选择地进行学习，从而实现最终的自主性学习。

三、基于教学活动过程的多Agent网络教学系统模型框架构建

基于教学活动过程的多Agent网络教学系统模型框架

一）主要功能模块的功能

1、界面接口Agent。该接口主要负责学生、教师、管理者与教学、管理系统之间的交互联系，记录交互过程，并能够为不同的用户的交互提供个性化的交互界面。

2、学生。学生登录网络教学系统后，系统会自动生成一个学生Agent。该Agent负责学生与系统的交互联系，通过了解学生的实际情况，引导学生的学习、更新学生模型数据库、为学生学习提供合适的学习资料等。

3、教师。教师登录网络教学系统以后，系统会自动生成一个教师Agent。该Agent负责教师与系统的交互联系，对教学的过程进行的指导和监控、完善学生模型库和教学策略库、自动求解和智能指导教学过程中遇到的问题等。

4、管理者。管理者登录网络教学系统后，系统会自动生成一个管理者Agent。该Agent主要负责对网络教学系统中教学活动包括一系列的管理，如学习资源管理、学生档案管理、教学过程管理等。

5、教学Agent群。教学Agent群由多个教学Agent组成。每个教学Agent均具有独立解决问题所需要的领域知识和技能，作为独立的智能个体负责完成具体的教学任务，如组织和呈现教学材料、给学生的学习提出建议、辅导学生学习等。

6、教学过程管理Agent。它对整个教与学过程进行管理，监视教学会话和教与学的行为，根据学生的反应和教学内容的性质来调整教学的微策略，如：改变刺激方式，增加或减少教学范例，提供练习等。

7、学生模型数据库。学生模型的主要作用：一方面是对学生信息数据进行管理，记录下学生的学号、姓名、性别等；另一方面是系统通过相关的学习和推理，挖掘用户信息数据的潜在信息，从而获得学生的知识水平、认知程度、兴趣爱好、学习能力和学习情况，为智能化教学提供依据。此外，使用过系统的学生都会在学生模型数据库中有一条记录，用来和跟踪他们的学习状态，以便根据其调整教学策略。

8、教学策略Agent群。教学策略Agent群由多个教学策略Agent组成。“每个策略Agent自动对学生学习行为进行分析，根据汇集的各类信息，策略Agent可以针对每一类教学对象的学习水平、学习内容、学习中遇到的问题等一系列的特征，提供不同的教学资源，并给出具体指导和教学策略。”[5]

二）基于教学活动过程的Agent协同工作

“网络教育中的教学过程可简称为“网络教学过程”，作为一般教学过程的具体化，网络教学过程是处于时空相对分离的教师和学生，通过若干环节和以网络为基础的教学活动实现教学目的。网络教学过程的四个关键环节：课程导入、网络学习组织、学习支持与教学评价。”[6]下面按着这四个环节，从教学过程角度来认识该网络教学系统模型。

1、课程导入阶段：

用户从界面接口Agent登陆后，界面接口Agent首先要对每一个新登陆的学员进行注册，并获取一个唯一的标识符，追加在学生模型数据库中；其次，从学生行为中获悉相关信息记录并写入学生模型数据库；最后将学生的交互信息传递给教学过程管理Agent，为后面的教学提供依据。

2、教学（或学习）组织与教学支持阶段：

这两个阶段是整个教学过程的关键阶段，整个教学过程中，各个Agent都具有不同的功能，并通过它们相互合作共同完成整个教学目标。由于在网络教学过程中，教学组织与学习支持是交叉进行的，所以此处把这两个阶段放在一起介绍。

学生进入系统后，系统为学生提供交互界面，开始引导学生的进行学习。整个教学过程：一是学生Agent要从学生模型数据库调用目前登录学生的学生基本信息和学习记录，查看学生以往的学习情况，根据这些记录为学生本次学习呈现最初的学习资料；二是教学Agent能通过对学生行为的分析，解决学生在学习过程中遇到的问题，它还负责组织和呈现教学材料、给学生的学习提出建议、辅导学生学习等；三是教学过程管理Agent对整个教与学过程进行管理，监视教学会话和教与学的行为，根据学生的反应和教学内容的性质来调整教学的微策略。如：改变刺激方式，增加或减少教学范例，提供练习等；四是学生Agent在学习过程中根据学生的实际情况，通过教学Agent从教学策略库中选择合适的策略给学生以引导，在学习结束后将学生的学习结果返回学生模型数据库。

此外，在整个教学过程中，还有几个Agent一直起着关键作用。如： 一是教师Agent。它通过教学Agent对教学的过程进行相关的指导和监控，了解学生的学习过程和学习反应，并收集学生的反馈信息以完善学生模型库和教学策略库，利用教学策略Agent提供的策略和自身推理机制的推理对教学过程中遇到的问题自动求解和智能指导。此外，“教师Agent还可以从试题库中抽取相关的问题进行讨论以加强理解；教师Agent还是专业知识的资料库和主动收集者，能对每一个学习者提供专业的最大的资源数据，建立相关的课程或课程框架（指包含教学目标、教学策略、教学步骤等）供教学Agent选择”[2]。

二是管理者Agent。在教学过程中，它主要负责对整个教学情况宏观的调控。管理者Agent通过其它Agent的数据和资料，了解到整个教学活动的情况，自动生成相关的管理数据，如学习者的相关信息（如学习时间、地区分布、学习者水平等等）、学习资源的管理、教师工作统计等，协助管理者进行有效快速的反应。“同时，管理者Agent还要负担起诸如其他Agent的增删管理、名录和地址管理、通讯链条的管理职责”[3]。

三是安全Agent。它负责整个网络教学系统的安全，尽量排除教学系统中的一些不安全因素，解决系统中存在的一些网络安全问题，这样能够减少教学系统在运作过程中存在着一定的风险，确保整个教学系统能够正常运行。

3、教学评价阶段：

网络教学系统的教学评价由教学评价Agent来负责，根据实际教学活动的需要，评价Agent对相应的内容进行评价。它主要对以下几个方面进行评价：

对学生的评价。对于学生的评价，既是获取学生学习状况的手段，也是学生自我教育的过程。评价内容主要包括以下几个方面：学生交互程度的评价，例如学生与其他学习伙伴、学习环境之间的相互作用如何，这样的评价可以通过记录学习者利用网络教学支撑平台中的各种交流工具辅助学习进行；学生学习态度的评价，该评价反映学生是否能够进行主动学习、是否能够积极参加学习活动、是否愿意和别人进行交流等相关问题；资源利用情况的评价，包括从教师获得或从互联网获得的资源的使用情况，反映出学习者对资料的处理情况和能力；作业与考试的评价，反映学习者对知识的掌握情况。

对教师的评价。评价内容主要有以下几个方面：教师与学生的反馈与交流评价，它反映教师与学生之间的交流程度、教师对学生提出问题的反馈是否及时；教学内容评价，如教师能否及时更新教学内容、教学内容是否丰富、教学内容信息量是否合适等；情感效果评价，该评价反映教师与学生之间的情感交流程度。

对整个教学系统的评价。主要有以下几个方面：系统功能评价，该评价主要反映系统实现功能的情况；系统整体性能评价，如系统能否稳定工作、是否有足够有效地控制、是否提供足够的工具软件等问题；资源情况评价，反映系统资源建设情况，如对资源的管理情况、资源上载功能、资源分类及其相应的检索功能等。

四、基于教学活动过程的多Agent网络教学系统的特点

1、系统安全性强。该教学系统系统模型中增加了安全Agent，用来负责整个教学系统的安全。安全Agent能够排除教学系统中隐藏的不安全因素，能够解决教学过程中遇到的安全问题，系统的完全性有了很大的提高。

2、注重教学评价。与其他已有模型相比，该教学系统模型增加了教学评价Agent，它主要采用形成性评价方式来对整个教学活动过程进行评价。这种评价方式使学生“从被动接受评价转变成为评价的主体和积极参与者”，激励学生学习，帮助学生有效调控自己的学习过程，使学生获得成就感，增强自信心，培养合作精神。

3、智能性较高，能够真正实现因材施教。该系统能够提供智能性、自主性的Agent服务，能够针对每位学生的学习兴趣、学习水平及学习状况等，合理规划和调整学习内容和进度，采取不同的教学方式，提供不同的教学资源，智能地对学生的学习进行指导，从而最大限度挖掘每个人的潜力，真正实现了因材施教。

4、人性化教学方式。教师在多个Agent帮助下，能够了解到学生原有知识水平、兴趣爱好及学习情况等，它能够根据不同的学生给出不同的学习计划并且随时根据学生的当前状态调整教学方式，这样更加注重了每个学生的个性。这种教学方式，改变了传统网络教学中单纯呈现教学材料，对学生千篇一律的教学方式，更加注重学生的个性化。

五、结束语

多Agent技术能够有效地解决传统网络教学中存在的一些问题，使得网络教学在交互式、智能化方面迈上了新台阶，大大提高了网络教学的效率。本文结合Agent技术，提出了一个教学活动过程的多Agent网络教学系统模型，详细地介绍了系统中的各功能模块在教学活动是如何发挥作用及各模块之间是如协同工作的。该网络教学系统模型重视学生的学习活动过程，能够更好地适应目前所倡导的教学理念，对培养学生的综合素质起着重要的作用。当然，本系统还存在一些不足之处，如本文中没有涉及该系统的技术实现等问题。相信经过以后的不断完善，本系统将会更加符合网络教学的需要。

第四篇：基于WEB技术的科研项目验收管理系统的设计与实现

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基于WEB技术的科研项目验收管理系统的设计与实现

作者：赵丽叶 李志敏

来源：《科技创新导报》2012年第24期

摘要：目前大多数科研课题管理系统都实现了课题的申报、评审、立项等工作，而后期的过程管理、验收管理过程还缺少科学的信息化流程。本文提出了基于J2EE的SSM框架的科研项目验收的网上个人申请、管理员审核以及专家评审的整个过程的解决方案，真正简化了科研项目验收过程，实现了科研项目验收管理过程的科学化、高效性和公平性。

关键词：项目验收管理 信息化流程 SSM

第五篇：网络教学系统设计与实现

智能化网络教学系统设计与实现

石河子大学信息科学与技术学院 高攀 郭理* 郑鸿英

摘 要：基于Web的智能教学系统综合传统的ITS系统优势，同时又结合Web的特点，系统具有智能性，能够智能地引导学生学习。本文提出了一种基于Web的智能教学系统模型，探讨了智能教学系统的知识库的设计、教学策略的设计及个性化教学的实现，最后给出系统实现的具体思路和解决方案。1 引言

智能教学系统(Intelligent Tutoring System，ITS)作为人工智能学科的重要研究应用领域，是21世纪人类社会数字化教育的必然发展方向。其研究涉及人工智能(Artificial Intelligence，AI)、计算机科学、认知科学、教育学、心理学和行为科学等多个学科，研究的最终目的是由计算机系统负担起人类教育的主要责任，即使计算机系统具有智能，并在一定程度上代替人类教师实现最佳教学。由于ITS涉及到多门学科，所用到的相关学科的技术即使在本学科也不够成熟以及人类对其自身的学习过程还认识不够，所以对ITS 的研究仍存在相当大的难度，存在知识的表示、对学生的评估、对学生错误的诊断、教学规划、人机自然语言对话处理等技术难题。2 基于Web的ITS的系统模型 2.1 传统的ITS模型

传统上，智能教学系统由四大部分组成：专家知识库(有关领域的知识描述)、学生模型(学生的知识水平和学习能力)、教师模型(知识的传授方法)和人机交互界面。模型如图1所示。其中人机交互界面部分是在智能教学系统和学生之间建立友好的通信交流方式，有时也被看成是教学方法的补充而作为教师模型的一部分。

传统的智能教学系统多数是单机或单独运行的(stand．alone)，系统费用昂贵，维护代价高，难以大范围推广应用。随着Web技术的发展和不断成熟，基于Web的智能教学系统研究越来越受到重视。在Web上构建智能教学系统，这种方式利用网络实现了分布式教学，可以同时接受多个用户的并发访问，资源利用率大大提高，又不受时间和空间的限制，可以在最大程度上满足“因材施教”的需要。

图1传统的ITS模型

2.2 基于Web的ITS系统模型

基于Web的ITS的系统模型如图2所示。其中，知识点库存放课程知识点，知识点可分为不同的类型和难度级别、重点度级别等；教学课件库存放各种形式的课件；教学方法库存放各种教学模板。学生学习能力是教师实施因材施教的依据，模型突出了其重要性。模型综合了传统ITS系统的优势，同时又结合了Web的特点，客户端结构简单，适用范围广，人机交互界面简洁明了。系统具有智能性，结合学生的特点进行教学，可以通过多种多样的交流工具进行有效的交互和即时的通信反馈，能够智能地引导学生学习，提供了丰富的信息来源和良好的导航结构，可以进行有效的信息过滤等等，实践证明，基于Web的ITS是ITS系统的发展方向。

图2基于Web的ITS系统模型

2.3 系统用户及其主要功能

系统的用户可分为管理员、教师和学生三类。管理员负责添加和删除一门课程，确认教师的身份和权限等。教师是领域专家，具有课程的领域知识，组织和管理教学资源，负责确定某门课程的教学策略和方法，制定教学方案，设计教学模板。学生在系统指导下学习，完成系统规定的测试。3 关键技术

3.1 学科知识库的设计

学科知识库由学科知识体系库和教学内容库构成。知识体系就是知识点的集合，并且包括知识点之间的相互关系结构[3]。知识体系库包含知识点属性和知识点链接两个数据库。知识点属性数据库是知识表示的基础，它反映知识点的集合；知识点链接数据库反映知识点之间的关系和层次结构，主要用于知识推理。

而教学内容库是根据知识点来安排的。知识点的属性包括以下几个内容：

(1)知识点的编号应该具有唯一性，根据知识点结构图进行编号，它能够反映知识点层次，可作检索和查找用；

(2)知识点内容的类型有：事实、概念、技能、原理、问题求解等5种类型；

(3)知识点的难度有：容易、一般、难、很难；

(4)知识点的重要程度有：选学、一般、重要；

(5)知识点的教学目标有：识记、理解、应用、分析、综合、评价。3.2 教学策略的设计

教学策略(instructional strategy)是对完成特定教学目标而采取的教学活动程序、方法、形式和媒体等因素的总体考虑。在ITS系统中，教学策略起着核心作用。在课件设计时，则要把这些总体考虑体现的教学内容的组织、教学任务的安排和教学交互活动的设计中。

教学元素是实现教学过程的基本元素。常见的教学元素有:呈现教学目标、呈现正例、呈现反例、呈现知识点、呈现辅助说明、呈现例题、呈现习题、呈现评价、呈现提示、测试和提问等等。

教学元素分为两类，一类是陈述性的，一类是操作性的。陈述性教学元素用于陈述教学材料以及评价信息等，学习者不能对其进行操作，只能读不能写。而操作性元素要求学生主动参与，同时根据学生的操作结果决定下一教学元素。

教学元素的结构可以描述如下:

Struct TeachElem en t {

Int teID;

Char teName [2 0];

Char tePath [2 0];

}

教学策略模板提供了一系列标准化的教学序列框架，用于对某一类知识点进行教学。它是由教学元素以一定的方式组织起来形成教学策略模块。

一般的知识点本文系统采用如图3所示模板:

图3一般知识点模板

对于重要的知识点，本文系统采用如图4所示模板:

图4 重要知识点模板

所有的教学策略模板构成教学策略模板库，教学策略模板的具体教学内容和控制流程都存放在该库中。对于系统中每一个知识点，它都根据学生的学习水平和目标，组合成不同的教学行为。3.3 个性化教学的实现

基于Web智能教学系统可以比较好的实现个性化教学。在教与学的过程中，它根据不同的学生模型和学习请求，经过推理，智能的选择最佳教学策略和教学素材来进行个性化教学。结合系统的教学需求和教学环境，本文系统采用如图5所示的方案来实现个性化教学。

图5个性化学习的实现

在教学过程中，个性分析模块依据学生的认知能力值选择适合该生的教学策略和教学素材。教学策略的选择在此过程中是最为关键的。如图6:

图6教学策略的具体实现过程 系统实现

由于网络教学应用的需要，以及考虑系统的可维护性和可扩充性，系统采用Browser／Web／DataBase的三层体系结构。

Web服务器接受请求，通过应用程序服务器执行一个Java服务器端小程序Servlet并返回其输出，从而实现与客户机进行信息资源的交互。其中，客户PC机为浏览器运行平台；提供教学内容的个性化展示的由HTML和JSP实现；Web服务器生成页面由JSP和Servlet实现；处理学生模型提取、动态规划，习题测试、学生模型的更新维护以及教学控制等则由Servlet及JavaBean实现；数据库服务器提供学生模型库、教学内容库、教学策略库、试题库等。5 结论

基于Web的智能教学系统的研究可以说仍然处于研究阶段，其主要的研究方法就是将远程教学技术与传统的智能教学系统相结合，运用人工智能技术来更加有效地实现教学的个性化和智能化。基金项目：石河子大学自然科学研究项目基金（ZRKX2006-Y15）作者简介：

高攀（1981—）新疆石河子大学信息科学与技术学院

郭理（1968—）新疆石河子大学信息科学与技术学院 通讯作者 郑鸿英（1981—）新疆石河子大学信息科学与技术学院