基于多agent远程协同教学行为建模与仿真

基于多agent远程协同教学行为建模与仿真 摘 要： 目前，我国大力发展教育事业，从小学教育开始直到大学教育，甚至继续研究教育都是如今社会主流趋势，然而，我国的教育事业往往被许多不利因素制约。这样的远程教育模式仍然有着许多弊端或者不够完善点。在远程教学课堂里，学生与教师处于网络两端，不能很好地就授课中问题实时互动交流、解决问题。在诸多高校中，有着大量的优秀教师资源可以满足不同高校学生的求知需求。本文就远程教育中的授课教师及现场交互方式和交互程度为基本点，基于多Agent系统对教师远程教学进行建模。研究远程的交互程度对学生学习效率的影响。 关键词： 多Agent；远程教学；交互性 Abstract: Nowadays, our country is devoting into education ,from elementary education to university education，and even to continuing education. However, the development of our country’s education has been limited by many harmful factors. Traditional education model is hard to encourage the majority to take an active part in education. What’s more, the most traditional teaching style, face to face education, gradually cannot cater to all people’s dying for knowledge. That means, in order to meet people from all kinds of regions and ages, but trace for the same kind of knowledge, distance teaching is becoming more And more popular and even used and developed by most educational institutions. But, this kind of education style is still imperfect or defective. In distance cooperative teaching system , teachers and students are far from each other and can hardly communicating with the other side . This paper will dig into the influence of Distance cooperative teaching style to student study efficiency,which is based on modeling and simulation and is around the interaction style Hnd interaction degree. Keywords: multi-agent; distance teaching; interactive 目录 1 绪论 1 1.1 选题背景及研究意义 1 1.1.1 选题背景 1 1.1.2 研究意义 1 1.2 本文研究内容 2 2 基于多AGENT的系统建模 3 2.1 远程协同教学 3 2.2 Agent 3 2.3 多Agent 3 2.4 设计工具 4 2.4.1 Swarm概述 4 2.4.2 Swarm主体构成结构 4 2.4.3 Swarm中的各种主体 4 2.5 本章小结 5 3 教师远程协同教学研究 6 3.1 引言 6 3.2 研究主要思想 6 3.3 远程教育概述 6 3.3.1 研究思路 6 3.3.2 理论流程 7 3.5 本章小结 7 4 远程协同教学模型 8 4.1 Agent创建 8 4.1.1 授课教师Agent创建 8 4.1.2 教师助理Agent创建 8 4.1.3 学生Agent创建 8 4.1.4 环境Agent创建 8 4.2 Agent特性定义 8 4.2.1 学生学习指数 8 4.2.2 学生Agent相关指数定义 9 4.3 环境热度 10 4.4 本章小结 11 5 远程协同教学模拟与仿真 12 5.1 学生学习热度模拟 12 5.2 学生学习热度仿真结果及分析 12 5.2.1 仿真模拟初始化 12 5.2.2 仿真结果展示 13 5.2.2 移动自由度仿真结果对比分析 14 5.2.3 热度扩散指数仿真结果对比分析 15 5.3 本章小结 16 6 总结与展望 17 6.1 总结 17 6.2 展望 17 毕业论文体会 18 致谢 19 参考文献 20 英文翻译资料 21 IV 1 绪论 1.1 选题背景及研究意义 1.1.1 选题背景 当今社会，随着计算机技术，互联网的飞速发展，以多媒体和互联网为基础的远程协同教学方式已经渐渐成为教育领域的一种新兴力量。这种新型的教学方式，不仅仅促进了传统面对面教学方式的改良，更是将教育方式的多样化，创新方式提到了社会教育领域的前端。 目前的传统教育方式是基于实体课堂形式，进行的集体面对面授课形式，这种授课形式具有一定优点，学生可以直接进行交流，提问。但是当学生基数提高时，这种生硬的授课方式的质量会以反比的形式降低，这是现在教育界所不愿遇到的现象。远程协同教育这一新兴的教育模式的出现不仅解决了教育空间的困难问题，而且解决了教育时间的困难问题。各大高校看到这种趋势后，纷纷投入到远程协同教育这种新的模式中来。此外，各大教育机构目前已经灵活的运用网络远程教育形式。这种教育方式不仅为高校和教育机构节省了大笔的开销，而且也是参与的学子比较，满意的授课方式[1-3]。 远程协同教育的特点众所周知，但是由于技术发现的局限性和技术普及的局限性，远程协同教育真正实施起来还是有许多问题没有解决。例如：在远程协同教学中，教师学生的互动程度将会有所降低，互动程度的降低必将引起学生的学习积极性，长此以往将会引起学生学习成绩的下降，知识的欠缺。而远程课堂中，仅仅有远程授课教师就够了吗？如何提高听课现场学生的积极性？这些都是值得探讨的问题[4]。 1.1.2 研究意义 目前，信息技术技术已经成为一项新的国力，信息技术的高度发展也标志了国家综合实力的提高。中国也一直致力于将人口大国转化为人才强国，那么利用信息化技术发展教育事业对教育事业来说也是百利而无一害的。我国当前的最普遍的教育方式就是传统方式的面对面集体授课方式，这种教育方式往往耗费大量的师资力量和额外的不可预计支出，导致了这种传统的授课方式很难完成在同一时间，同一地点的大规模授课行为。不利于教育事业的快速发展。[5-7]此外，还有一种自学函授的方式，这种当时通常是学习者通过自学的方式，通过考试考察完成学业，这种方式虽然尽可能的降低了教育成本，但是不利点在于，这种方式降低了学习者的学习兴趣，长此以往学习者的学习质量大大降低，不利于学习者的长期发展。综上所述，我国在这样的教育背景下，急切的需要寻求一种适合快速发展的中国的教育方式[8]。 本文所提出的远程协同教育模式不仅仅在尽可能的情况下，降低教育成本，避免因时间，空间不同而造成的额外教育支出，而且尽可能的最大化教育质量，调动学习者的学习兴趣，提高学习生的学习质量。将学习者人数规模和学习者互动积极性有机最大化，避免传统的教育出现的某一方面的不合理偏向。 1.2 本文研究内容 作者在研究了大量的前人研究成果，查阅大量的资料，对传统的授课教育模型有了一定的了解，总结分析了传统授课教育模式的优点和不足。再此基础上建模，首先保证传统的授课教育方式的有点，其次尽量避免或者减小这种传统授课教育方式的不足。达到在现阶段技术水平允许的前提下，最大化远程协同教育的授课质量。本文结构主要如下： 第一章， 主要介绍了本文课题的研究背景和研究课题的意义。概述了远程协同教育的目的。 第二章， 主要介绍了本文研究课题的理论基础，之前的研究成果。 第三章， 主要分析了模型的设计思路，以及相关的建模工具。 第四章， 本文所创建的模型的具体情况，模型结构。 第五章， 模型仿真结果以及分析。 第六章， 总结本文模型仿真结构分析，对现实远程协同教育提出可行建议，并陈列出本文模型仍然存在的问题。 第七章， 对未来远程协同教育的展望。 2 基于多Agent的系统建模 2.1 远程协同教学 当代信息技术高度发展的前提下，通过计算机、网络、智能科学技术，完成地域不同，时间不同步的学习者的学习行为。这种方式为学习者节省了大量的学习成本，让学习者可以选择自己适宜的时间和地点学习。远程协同教学在满足降低学习成本的基础上，保证了学习者的互动积极性，从而保证了学习者的学习质量[9-11]。 远程协同教学中的协同，从广泛意义上是指教学中的授课方的协同性，即授课者人数从传统的一人上升到两人或多人，且授课者在教授同一节课间有时间或空间上的差异，满足了被授课者：学生的多种特殊需求[12]。而被授课者，从传统意义上的只听从一位授课讲师的讲解转而面对多位讲师，从他们的合作教学中获取更为丰富、全面的知识信息。而远程则是指学生、授课者间的时间、空间上的距离，将传统教学中对教学资源时间、空间的严格控制这一弊端，转化为灵活机动的信息资源。 2.2 Agent Agent就是指在一定环境下可以自由的活动，并且可以根据外界的环境或者其他Agent的具体情况调节自身，随之变化的实体。Agent具有一定的智能性，十分适合模拟现实生活的具体情况。在Agent内部主要含有感知器，效应器，控制器，信息处理器等[12]。Agent原件结构如下： 图2.1 Agent结构图 2.3 多Agent 多Agent系统就是由许多具有自主活动能力的软件或者硬件实体构成的一个多Agent系统，在这个系统内，可以完成单一的主体无法完成的活动或者行为，为了应对外界无时无刻不在变化的环境条件下，单一的主体，或者很多个没有合作交互的主体是无法正确的应对这种外界的变化，这时只有通过多Agent系统的基础上，才能交换每个主体获得的信息，使得每个单一的个体联系起来构成一个多Agent系统，并通过群体协同的行为完成某项活动或任务。[12]一个多Agent系统的结构主要如下： 图2.2 多Agent系统结构图 2.4 设计工具 2.4.1 Swarm概述 Swarm力图提供一个真实的系统模仿平台环境，在这个平台中，包含着许多实体，这些实体具有一定的智能性，能够影响他们周围的环境，相反，周围的环境也可以影响改变实体的属性。这种相互的影响就是交互的过程，交互工程所依据的规则是事先由用户决定的[13]。 2.4.2 Swarm主体构成结构 Swarm的对象可以分成ModelSwarm和ObserverSwarm。ModelSwarm是真实系统的模拟，基于真实的系统进行运行模拟，ObserverSwarm创建的存储空间存放ModelSwarm的对象[13,14]。 2.4.3 Swarm中的各种主体 主体:具有一定智能性，可以根据外界环境改变自身属性。 环境：主体所存在的位置。 主体活动：主体在外