摘 要: 從Agent的基本概念、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)等入手,討論了基于Agent計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同教學(xué)環(huán)境、學(xué)習(xí)環(huán)境,旨在研究實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上協(xié)同教學(xué)、學(xué)習(xí)的技術(shù),并投入實(shí)際應(yīng)用。
關(guān)鍵詞: Agent;計(jì)算機(jī);CSCW;CSCT;CSCL
目前國(guó)內(nèi)對(duì)于智能代理、協(xié)同教學(xué)及協(xié)同學(xué)習(xí)的研究越來(lái)越關(guān)注,其間討論的內(nèi)容大多是有關(guān)協(xié)同學(xué)習(xí)的一些基本方面,例如:Agent的定義、性質(zhì)、結(jié)構(gòu),協(xié)同學(xué)習(xí)的定義、組成、基本模式等,而對(duì)于基于Agent或多Agent的計(jì)算機(jī)支持協(xié)同教學(xué)(CSCT)、計(jì)算機(jī)支持協(xié)同學(xué)習(xí)(CSCL)及其實(shí)現(xiàn)方式的探討較少。由于協(xié)同學(xué)習(xí)自身的優(yōu)勢(shì)及網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的蓬勃發(fā)展,在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中引入?yún)f(xié)同學(xué)習(xí)機(jī)制將是一種不可避免的大趨勢(shì)。因此研究實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上協(xié)同教學(xué)、學(xué)習(xí)的技術(shù)并投入實(shí)際應(yīng)用中,將是一項(xiàng)非常有意義的事情。
1 Agent的基本概念
1.1 Agent的定義
在計(jì)算機(jī)和人工智能領(lǐng)域中,Agent可以看成是一個(gè)實(shí)體。它是通過(guò)傳感器感知環(huán)境,通過(guò)效應(yīng)器作用于環(huán)境。Agent為了達(dá)到一定的目標(biāo),有著自成規(guī)律地執(zhí)行任務(wù)的工作模式[1]。
Agent是一個(gè)具有自主性、社會(huì)能力、反應(yīng)性和能動(dòng)性等性質(zhì)的基干硬件或基于軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(英國(guó)的Wooldridge博士和Jennings教授所下定義[2-3]),該定義允許在更寬范圍的環(huán)境中設(shè)計(jì)Agent,而且其中增加了通信要求。
1.2 Agent的性質(zhì)
(1) 代理性(Agent)
① 它是"代表用戶"工作的;
② 它可以把其他資源包裝起來(lái),引導(dǎo)并代替用戶對(duì)這些資源進(jìn)行訪問(wèn),成為便于通達(dá)這些資源的樞紐和中介。
(2) 智能性(Intelligence)
在這方面,智能Agent可以做很多有高技術(shù)含量的工作。例如,理解用戶用自然語(yǔ)言表達(dá)的對(duì)信息資源和計(jì)算資源的需求;幫助用戶在一定程度上克服信息內(nèi)容的語(yǔ)言障礙;捕捉用戶的偏好和興趣;推測(cè)用戶的意圖并為其代勞等。
(3) 自主性(Autonomy)
一個(gè)智能Agent應(yīng)該是一個(gè)程序、一個(gè)獨(dú)立自主的計(jì)算實(shí)體。它應(yīng)能在無(wú)法事先建模的、動(dòng)態(tài)變化的信息環(huán)境中, 按照用戶提供的參數(shù),搜集用戶感興趣的信息,復(fù)雜規(guī)劃(獨(dú)立)的操作步驟,解決實(shí)際問(wèn)題,在不需要人的即時(shí)干預(yù)情況下,獨(dú)立發(fā)現(xiàn)和索取符合用戶需求的可利用資源與服務(wù)。
(4) 機(jī)動(dòng)性(Mobility)
在網(wǎng)絡(luò)計(jì)算環(huán)境下,一個(gè)Agent可以看成是代表用戶駐網(wǎng)絡(luò)的常設(shè)機(jī)構(gòu),它可以在網(wǎng)絡(luò)上靈活機(jī)動(dòng)地訪問(wèn)各種資源和服務(wù),還可以就完成特定任務(wù)同其他智能Agent進(jìn)行協(xié)商與合作,甚至把自己“遷移”到網(wǎng)絡(luò)中的其他主機(jī)上去執(zhí)行任務(wù)。這是對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全性、個(gè)人隱私性和管理方面的巨大挑戰(zhàn)。
1.3 構(gòu)成Agent的基本要素
構(gòu)成代理的4個(gè)要素:感知、行為、目標(biāo)和環(huán)境。它們之間的關(guān)系如圖1所示。
1.4 Agent的基本結(jié)構(gòu)
目標(biāo)模塊、感知器、信息處理器、效應(yīng)器和通信機(jī)制構(gòu)成了Agent的基本結(jié)構(gòu),如圖2所示。
2 CSCW
2.1 系統(tǒng)概述
近年來(lái),隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和分布式系統(tǒng)的普及應(yīng)用,計(jì)算機(jī)技術(shù)的具體應(yīng)用正從傳統(tǒng)的單用戶工作模式向多用戶工作模式的方向發(fā)展,計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作CSCW(Computer-Supported Cooperative Work)就是順應(yīng)這一發(fā)展的產(chǎn)物。CSCW一詞最早是由MIT的Irene Grief和DEC公司的Parl Cashman在1984年提出,用于描述他們正在開(kāi)展的如何利用計(jì)算機(jī)支持交叉學(xué)科研究人員共同工作的課題,并于1986年在美國(guó)Texas召開(kāi)的第一次國(guó)際CSCW會(huì)議上正式使用,它的含義是計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作,是指這樣一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng),它為完成某一項(xiàng)任務(wù)為一組用戶提供一個(gè)分布式工作環(huán)境[4]。CSCW體現(xiàn)并符合當(dāng)今信息時(shí)代人們工作的群體性、交互性、分布性和協(xié)同性等特點(diǎn),同時(shí),由于CSCW是一個(gè)跨學(xué)科的研究領(lǐng)域,它涉及到計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、社會(huì)學(xué)、心理學(xué)及人類學(xué)等多種學(xué)科,專門致力這方面的研究工作剛剛開(kāi)始,目前尚沒(méi)有一個(gè)確切的定義,有人認(rèn)為:CSCW是一個(gè)致力于研究協(xié)同工作的本質(zhì)和特征,探討如何利用各種計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)出支持協(xié)同工作的信息系統(tǒng)[5]。
CSCW系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)分布式多媒體系統(tǒng),所以要設(shè)計(jì)構(gòu)造一個(gè)CSCW系統(tǒng)離不開(kāi)現(xiàn)有的分布式技術(shù)。隨著分布式技術(shù)的不斷發(fā)展,如異構(gòu)環(huán)境下的交互操作、多媒體技術(shù)等,都是CSCW系統(tǒng)的基本需求。所以要設(shè)計(jì)一個(gè)滿足一般性需求的CSCW系統(tǒng),必須從分布式系統(tǒng)出發(fā)。目前的許多研究表明,為了充分利用現(xiàn)有的分布式系統(tǒng)所能提供的一些基本功能,人們提出在傳統(tǒng)的分布式計(jì)算機(jī)平臺(tái)上建立一個(gè)“CSCW支持層”,力圖彌補(bǔ)一般分布式系統(tǒng)處理問(wèn)題的方式不完全適用于CSCW系統(tǒng)的不足。
2.2 通用CSCW系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)
從整體上講,CSCW系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可分為4個(gè)層次,如圖3所示。
(1)分布環(huán)境與服務(wù):是體系結(jié)構(gòu)的最底層,是整個(gè)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ),主要是現(xiàn)有的一些分布功能和服務(wù)。
(2)SPCSCW:該平臺(tái)有兩方面的功能,一方面完成一些特定的CSCW的功能,提供協(xié)作意識(shí)機(jī)制,基于角色的信息共享等面向CSCW服務(wù);另一方面還具有管理功能,它不僅能夠管理系統(tǒng)的狀態(tài),而且還維護(hù)群體間的動(dòng)態(tài)協(xié)作關(guān)系,以及基于其上的各種CSCW應(yīng)用程序之間的關(guān)系。
(3)CSCW應(yīng)用程序:系統(tǒng)中對(duì)各種特殊問(wèn)題的處理,對(duì)各種協(xié)作形式的支持都是通過(guò)不同的應(yīng)用程序完成的,這些應(yīng)用程序位于SPCSCW之上,它們利用平臺(tái)提供的各種服務(wù)在平臺(tái)的統(tǒng)一管理下為群體間的各種協(xié)同工作提供全面的支持。
(4)用戶界面:為確保用戶界面的友好性、管理的靈活性,體系結(jié)構(gòu)中在凡需要與用戶直接交互的地方都提供了一個(gè)獨(dú)立于語(yǔ)義處理部分的用戶界面,這樣,協(xié)同工作中的群體成員就能很方便地通過(guò)用戶界面訪問(wèn)系統(tǒng),并與其他成員之間進(jìn)行通信,共享信息,以便共同完成協(xié)作任務(wù)。
2.3 CSCT
計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同教學(xué)CSCT(Computer Support for Collaborative Teaching)是由計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作CSCW(Computer-Supported Collaborative Work)與協(xié)同教學(xué)CT(Collaborative Teaching)的理論和方法相結(jié)合的產(chǎn)物[4,6]。
協(xié)同的本質(zhì)是指多個(gè)用戶為完成某一項(xiàng)任務(wù)而進(jìn)行的合作。教學(xué)活動(dòng)本身就是一個(gè)協(xié)同的過(guò)程,教師需要了解學(xué)生知識(shí)掌握的情況,從而及時(shí)調(diào)整自己的教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容;而學(xué)生需要與老師配合,才能學(xué)習(xí)掌握各類知識(shí)和基本技能,從而完成教學(xué)計(jì)劃,達(dá)到教學(xué)目的。
2.3.1 CSCT的特點(diǎn)
計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同教學(xué)(CSCT)是指分布在不同地理位置的教師和學(xué)生在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下通過(guò)共享環(huán)境進(jìn)行協(xié)作以實(shí)現(xiàn)教學(xué)活動(dòng)的過(guò)程。它具有以下幾個(gè)特點(diǎn):
(1)信息共享和通信 信息共享是協(xié)同教學(xué)的核心,而通信是實(shí)現(xiàn)信息共享的基礎(chǔ)。以備教學(xué)使用的各種課件安放在教師站點(diǎn),而要實(shí)現(xiàn)課件的共享,系統(tǒng)還需提供各種通信方式。針對(duì)教學(xué)活動(dòng)的特點(diǎn),可以有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式(包括教師與某個(gè)學(xué)生間的交互、學(xué)生與學(xué)生間的交互)和廣播方式(教師與全體學(xué)生間的交互)。同時(shí)系統(tǒng)還支持多種媒體的傳送,包括文本、圖形、音頻、視頻等,這也是現(xiàn)代化教學(xué)必不可少的一些方面。
(2)分布性 協(xié)同教學(xué)支持地理位置分布和功能分布。地理位置分布是指教師和學(xué)生使用的計(jì)算機(jī)可以分散在不同的地理位置;功能分布是指教師站點(diǎn)和學(xué)生站點(diǎn)各自具備自己的功能,完成相應(yīng)的操作。
(3)人—人交互 傳統(tǒng)的單用戶分布式系統(tǒng)是用戶通過(guò)一個(gè)接口與系統(tǒng)進(jìn)行交互活動(dòng),分布式系統(tǒng)提供多種透明支持,使用戶感覺(jué)到似乎只有他一人在使用系統(tǒng),即單一的人—機(jī)交互。而協(xié)同教學(xué)實(shí)現(xiàn)的是教師與學(xué)生間的交互,即人—人交互。在這種交互方式下,教師與學(xué)生能互相感知對(duì)方的存在、行為及狀態(tài),這是與傳統(tǒng)的非協(xié)同系統(tǒng)的主要區(qū)別。人—人交互方式通過(guò)人—機(jī)、機(jī)—機(jī)、人—機(jī)3個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)。
(4) 協(xié)同與自治 協(xié)同教學(xué)環(huán)境下,教師與學(xué)生相互依賴、相互協(xié)作以共同完成教學(xué)任務(wù),同時(shí)教師和學(xué)生又扮演不同的角色,擔(dān)負(fù)不同的職能。
2.3.2 CSCT環(huán)境及工作過(guò)程
(1)環(huán)境與模型
在教學(xué)活動(dòng)中,教師是主導(dǎo),負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)、實(shí)施和調(diào)整教學(xué)內(nèi)容及方法,學(xué)生是主體,學(xué)生的學(xué)習(xí)圍繞著教師進(jìn)行。所以,在具體教學(xué)過(guò)程中采用協(xié)同式教學(xué)模式,并將人工智能等領(lǐng)域中有關(guān)Agent系統(tǒng)、多Agent系統(tǒng)的技術(shù)引入?yún)f(xié)同式教學(xué)。其基本模式如圖4所示。
基于Agent的協(xié)同式教學(xué)是利用Agent來(lái)管理和實(shí)現(xiàn)整個(gè)教學(xué)過(guò)程。這里的Agent是指軟件Agent,即具有自主性、協(xié)作性,并能幫助人類完成一些特定任務(wù)的計(jì)算機(jī)程序。Agent的這些特性恰好與協(xié)同教學(xué)的特點(diǎn)相吻合,因此有效地將兩者結(jié)合起來(lái),有利于實(shí)現(xiàn)協(xié)同式教學(xué)過(guò)程。
(2) 協(xié)同教學(xué)的工作過(guò)程
一般地,CSCT的工作過(guò)程大致可分為登記(注冊(cè))、(實(shí)施)教學(xué)、退出(注銷)3個(gè)步驟。
登記(注冊(cè)):教師在教師站點(diǎn)登記(注冊(cè)),相應(yīng)的教師Agent根據(jù)教師清單進(jìn)行核實(shí)、驗(yàn)證,若無(wú)此教師的歷史記錄,則教師Agent在教師清單中添加有關(guān)該教師的信息。學(xué)生在學(xué)生站點(diǎn)登記(注冊(cè)),學(xué)生Agent驗(yàn)證用戶身份,若合法,則學(xué)生Agent將該學(xué)生的有關(guān)信息提交給教師Agent,教師Agent負(fù)責(zé)查詢學(xué)生學(xué)習(xí)記錄清單,若為新注冊(cè)學(xué)生,則在清單中為該用戶添加一項(xiàng),并對(duì)其進(jìn)行初始化。
(實(shí)施)教學(xué):CSCT是對(duì)現(xiàn)實(shí)教學(xué)的一種模擬,但在許多方面又優(yōu)于傳統(tǒng)的教學(xué)模式。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、協(xié)同技術(shù)及Agent技術(shù)的引入使得協(xié)同教學(xué)具有更大的靈活性,而且充分體現(xiàn)了因材施教的特點(diǎn)。CSCT的具體教學(xué)活動(dòng)主要有:授課、提問(wèn)、討論、測(cè)試等。
在CSCT環(huán)境中,加入教師Agent與學(xué)生Agent,不僅能方便地為教師和學(xué)生提供反饋信息,而且能發(fā)現(xiàn)學(xué)生的能力、特點(diǎn)及潛力,并能引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)、積極、創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)。
退出(或注銷):學(xué)生在學(xué)習(xí)完或注銷本次學(xué)習(xí)時(shí),由學(xué)生Agent負(fù)責(zé)通知教師Agent,并將本次的學(xué)習(xí)記錄提交教師Agent。教師Agent負(fù)責(zé)在學(xué)生學(xué)習(xí)記錄庫(kù)中填寫或更新相關(guān)信息。
2.4 CSCL
2.4.1 含義
計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同學(xué)習(xí)CSCL(Computer Support for Collaborative Learning)是由計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作CSCW(Computer-Supported Collaborative Work)與協(xié)同學(xué)習(xí)CL(Collaborative Learning)的理論和方法相結(jié)合的產(chǎn)物。
最近幾年,CSCL技術(shù)興起,它有各種教學(xué)理論模型的支持。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái),CSCL獲得了廣泛的關(guān)注,第一次CSCL國(guó)際會(huì)議1995年在美國(guó)召開(kāi),至今已有5次。許多學(xué)者分別從不同角度對(duì)CSCL進(jìn)行了探討,包括協(xié)同學(xué)習(xí)的理論、協(xié)同學(xué)習(xí)的交互方式、支持協(xié)同學(xué)習(xí)的工具軟件、協(xié)同學(xué)習(xí)團(tuán)體的組織、虛擬教室的構(gòu)建等等[7,8]。一些項(xiàng)目已實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的系統(tǒng),如WEBCT等。
CSCL是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、教育學(xué)、心理學(xué)、社會(huì)學(xué)等為一體,在CSCL平臺(tái)的支持下,學(xué)生們可突破地域和時(shí)間上的限制,進(jìn)行同伴互教、小組討論、小組練習(xí)、小組課題等合作性學(xué)習(xí)活動(dòng),從而使學(xué)生們獲得的知識(shí)緊密地結(jié)合起來(lái),使處于不同年齡、時(shí)間、地點(diǎn)的人們開(kāi)展協(xié)作學(xué)習(xí)成為可能。
CSCL的最終目的是學(xué)生對(duì)新知識(shí)的獲取。當(dāng)前,由于科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展,交叉學(xué)科不斷涌現(xiàn),CSCL的支持平臺(tái)正好為跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的學(xué)習(xí)提供了條件。
2.4.2 CSCL基礎(chǔ)
CSCL主要用來(lái)支持協(xié)作學(xué)習(xí),因此它的研究必須在一定的協(xié)作學(xué)習(xí)理論的指導(dǎo)下進(jìn)行。有許多學(xué)習(xí)理論可以被CSCL借鑒,包括行為主義學(xué)習(xí)理論、認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論、人本主義學(xué)習(xí)理論、社會(huì)文化理論, 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、自規(guī)范學(xué)習(xí)、導(dǎo)向認(rèn)知、認(rèn)知學(xué)習(xí)、面向問(wèn)題的學(xué)習(xí)、認(rèn)知靈活性理論、分布式認(rèn)知。所有這些理論都是基于一個(gè)假設(shè):個(gè)體是活躍的因素,他們?cè)谝粋€(gè)有意義的上下文環(huán)境中主動(dòng)地尋找和構(gòu)建知識(shí)。計(jì)算機(jī)支持的系統(tǒng)是認(rèn)知的工具,通過(guò)相關(guān)的技術(shù)將個(gè)體組合成以形成智慧的聯(lián)合,共享學(xué)習(xí)成果,解決人類活動(dòng)記憶容量的限制,CSCL可以作為一個(gè)構(gòu)件工具提供資源并且提高個(gè)體的認(rèn)知能力。
2.5 基于Agent的 CSCL網(wǎng)絡(luò)環(huán)境
2.5.1 特點(diǎn)
利用Agent來(lái)構(gòu)建網(wǎng)上協(xié)作環(huán)境,就是在協(xié)作學(xué)習(xí)的環(huán)境中嵌入Agent模塊來(lái)更好地實(shí)現(xiàn)各部分功能。基于Agent的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境如圖5所示。
通過(guò)基于Agent技術(shù)的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境的運(yùn)作方式可以看出:整個(gè)過(guò)程中信息的交流、傳遞都是基于Agent來(lái)實(shí)現(xiàn)的,由于Agent能夠通過(guò)與學(xué)習(xí)者的交流了解學(xué)習(xí)者自身的特點(diǎn),并做出反應(yīng),得出并紀(jì)錄和修改學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)特征、學(xué)習(xí)風(fēng)格及判斷學(xué)習(xí)者的知識(shí)水平等,從而使整個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)境具有個(gè)性化、智能化的特點(diǎn)。
(1)個(gè)性化
通過(guò)使用學(xué)習(xí)者Agent,記錄學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)個(gè)性特征,如學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)的水平等,此后根據(jù)這些參數(shù)組織學(xué)習(xí)內(nèi)容和生成學(xué)習(xí)界面提供給相應(yīng)的學(xué)習(xí)者,使得學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)界面均具有個(gè)性化的特征。
(2) 智能化
在引入Agent之后,可以在沒(méi)有教師角色的情況下實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的智能分組、動(dòng)態(tài)的組織學(xué)習(xí)內(nèi)容和動(dòng)態(tài)的生成學(xué)習(xí)界面等,所有這些都是智能化的特性。
2.5.2 運(yùn)作方式
整個(gè)基于Agent 的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)實(shí)施過(guò)程如下:當(dāng)總?cè)蝿?wù)提交給基于Agent的協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)后,基于Agent的協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)或參與協(xié)作學(xué)習(xí)的教師,將任務(wù)劃分成相應(yīng)個(gè)數(shù)的子任務(wù),然后分配給各個(gè)協(xié)作學(xué)習(xí)小組Agent;協(xié)作學(xué)習(xí)小組Agent相互合作完成子任務(wù)后,將結(jié)果提交給協(xié)作區(qū),由協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū)將所有結(jié)果有機(jī)匯總、綜合,形成最終成果,并提交給總?cè)蝿?wù)結(jié)果接受器,之后由教師組織全體協(xié)作學(xué)習(xí)者對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)以及各小組解決問(wèn)題思路方式的評(píng)判、學(xué)習(xí)等。當(dāng)然,如果有多個(gè)協(xié)作學(xué)習(xí)區(qū),各協(xié)作區(qū)之間還可以進(jìn)行交互、合作、交流等活動(dòng)。
基于Agent的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)的具體實(shí)施過(guò)程主要有:學(xué)習(xí)者登錄注冊(cè)、小組劃分、任務(wù)分配、協(xié)作學(xué)習(xí)的實(shí)施、成果匯總、評(píng)價(jià)幾個(gè)階段。
本文從Agent概念入手,構(gòu)建了CSCT、CSCL環(huán)境,為網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)者提供了一個(gè)具有個(gè)性化、智能化的網(wǎng)上協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境,以期得到更好的協(xié)作學(xué)習(xí)效果。
參考文獻(xiàn)
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