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1、宁夏大学 硕士学位论文 基于Multi-Agent的智能导学系统研究与实现 姓名：马宜青 申请学位级别：硕士 专业：计算机软件与理论 指导教师：王学明 2011-03 I 摘 要 Internet 技术的飞速发展以及校园网络的建立，拓宽了学生学习的渠道。网络教学这种不受 空间和时间约束的教学方式得到了越来越广泛的应用；然而，现有的网络教学系统存在智能性较 差、动态交互功能不强、不能根据学生的认知水平和学习情况调整教学策略、缺乏有效引导等问 题。 本文在分析了国内外研究现状的基础上，对智能导学系统、智能 Agent、Agent 间的通信、 多 Agent 系统开发平台等相关理论与技术进行了探讨。
2、论文针对现有网络教学系统存在的不足， 将多 Agent 技术与智能导学系统的需求紧密结合，设计了以建构主义理论为理论基础、综合利用 教育学及计算机科学等多门学科成果的智能导学系统。论文结合 CSLS 模型和 Agnieszka Landowska 的三层管理思想，提出了本系统的学生模型结构；对认知水平评价模型进行了完善； 综合考虑了常用的获取学习偏好的途径，提出了本系统获取学习偏好的方法。 在分析、设计的基础上，结合 JADE 平台与 J2EE 技术构建了一个基于 B/MA/S 三层结构的 智能导学系统，实现了计算机文化基础智能导学系统的原型。测试的结果表明，与现有的网 络教学系统相比，该智能
3、导学系统的智能性有所提高。 关键词：智能导学系统，多 Agent，JADE II ABSTRACT The development of the Internet and the construction of campus networks have led to the broadening of channels for learning. Free of the constraints of time and space, E-learning is being used more and more widely as an educational method. There are,
4、 however, notable shortcomings in E-learning systems. First, these systems lack intelligence, and dynamic interaction between users and these systems is weak. Second, these systems do not have the flexibility to adjust teaching strategies to a students particular cognitive level and educational situ
5、ation. Third, these systems lack effective guidance. Based on research at home and abroad in this field, this paper presents a discussion of various theories and technologies, which include ITS, Intelligent Agent, Agent Communication, and the developing platform of Multi-Agent System. Aimed at addre
6、ssing defects of present network teaching systems, this paper designs an intelligent tutoring system based on the Constructionist Theory, using advancements in the fields of Education and Computer Science. This design combines technology from the Multi-Agent System with the requirements of intellige
7、nt tutoring systems. Integrating the CSLS Model with the 3-level management ideas of Agnieska Landowska, this paper proposes the student model, one that is based on the students cognitive level and preference. This system improves the cognitive evaluation model. This paper also considers methods gen
8、erally used for determining learning preferences, proposing methods used by the system. In the analysis and foundational design, this paper combines the JADE platform with J2EE technology to implement an intelligent tutoring system based on a B/MA/S 3-level structure, resulting in an “Introduction t
9、o Computer Science” prototype. As a result of testing, the system demonstrates higher intelligence when compared with existing network teaching systems. Key words：Intelligent Tutoring System, Multi-Agent, JADE 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研
10、究成果， 也不包含为获得宁夏大学或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示了谢意。 研究生签名： 时间： 年 月 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解宁夏大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。同意宁夏大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位 论文的全部或部分内容。 (保密的学位论文在解密后应遵守此协议保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 时间： 年 月 日 导师签名： 时间： 年
11、月 日 宁夏大学硕士学位论文 第一章 引言 1 第一章 引言 本章主要论述本课题的研究背景及意义、国内外研究现状，并论述本论文研究的主要内容及 论文的组织结构。 1.1 研究背景及意义 20 世纪 50 年代，计算机开始应用于教育领域。哈佛大学心理学家斯金纳（B.F. Skinner）将 其所研究的操作条件反射和积极强化原理成功地应用到对美国军方进行培训的教学机器上，取得 了良好的教学效果，程序教学由此兴起。1 进入 20 世纪 60 年代， 起源于斯金纳 “刺激-反应” 理论的计算机辅助教学 （Computer Assisted Instruction，CAI）的相关研究应用大量涌现。利用这
12、种辅助教学系统学习，学生更容易理解和掌 握学习内容； 同时， CAI 系统采用分支程序结构实现教学， 在一定程度上实现了因材施教。 然而， CAI 系统中的教学信息是由教师事先构造教学流程，从而为学生提供的。系统根据学生回答问题 的答案来引导学生学习，以实现从一个页面到另一个页面的跳转2。这样的教学系统主要存在以 下两个问题：CAI 系统不能确切地了解学生的认知风格和认知水平，从而无法为学生提供个性 化的学习资料；CAI 系统不能依据学生当前的错误诊断出学生在知识层面上存在的根本问题， 无法提出有针对性的教学意见。 智能导学系统（Intelligent Tutoring System，ITS）
13、正是针对 CAI 系统的不足而提出的能够基 于领域知识和学生模型进行决策、指导的教学系统。ITS 是一项涉及人工智能、计算机科学、认 知科学、 教育学、 心理学和行为科学的综合性课题， 是人工智能技术在教育领域中最重要的应用， 其研究的最终目的是赋予计算机系统以智能，使得计算机系统在一定程度上代替人类教师实现最 符合学生认知水平的教学。3 计算机文化基础 作为高等院校非计算机专业学生的公共必修课， 对培养学生的信息素质、 提高信息处理能力起着重要的指导作用。然而，伴随着计算机的普及和网络技术的飞速发展，在 入学前已经掌握基本计算机技能的大学一年级新生比例大幅度提高，原有的教育方式和方法面临 巨
14、大挑战。2008 年，宁夏医科大学针对计算机文化基础课程进行改革在入学后对一年级新 生进行计算机基本操作能力测试，依据学生是否达到大纲要求，分别教授医学图像处理 、 计 算机文化基础课程。教师因材施教，学生按需学习，学生学习热情比以前有所提高，教学效果 随之提升。 然而，教学改革实施过程中也存在不少问题，主要表现在以下两个方面：入学能力测试没 有完全反映一个学生学习的实际水平。很多实际操作能力没有达到大纲要求的学生通过了测试， 并且选修了 医学图像处理 课程， 这部分学生由于基本操作能力较差， 学习吃力； 高校扩招， 师生比下降，教师辅导学生的时间减少，需要其他辅助教学方式。而我校以计算机文化
15、基础 精品课程网站为依托的现有网络教学系统主要存在以下三个问题：系统智能性较差，系统以呈 宁夏大学硕士学位论文 第一章 引言 2 现教学资料为主，动态交互功能不强，学生只是被动地接受教学内容，不能实际地参与到系统中 进行发现式、创造式的主动学习，故很难达到最佳的学习效果；不能根据学生的认知水平和学 习情况调整教学策略，无法达到个性化教学，难以实现因材施教；由于采用超文本的方式组织 教学材料，且由学生掌握学习的主动权，在学习过程中学生容易出现“迷航”现象，偏离学习目 标。 故以计算机文化基础课程教学改革为契机，进行智能导学系统的研究与实践。 RAI REDDY（劳伊雷迪，美国卡内基梅隆大学，教授
16、，2003）提出了人工智能领域的三个 开放问题。其一是“如何通过使用准确的语言表述、适当的时间框架、合适的方法以及恰当的知 识粒度将正确、有效的信息提交给适合的用户” 4 ，ITS 是这个问题在教育领域的最好体现。ITS 的应用改变了传统的教学模式，使学生的学习积极性、主动性都得以提高，教学效率有所提升。 智能代理（Agent）技术提供了一种网络智能程序设计的思想，是解决软件智能性的有效方 法。多智能代理系统（Multi-Agent System，MAS）是由多个自主协作、相互配合的 Agent 个体构 成的，它提供了分散控制和并行处理。在 MAS 中，Agent 之间以及 Agent 与环境之间，通过通 讯、协商与协作来共同完成依靠某一个 Agent 无法完成的任务。它具有灵活性、适应性，适合应
