基于Agent技术的农村数字化学习平台研究与实践
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摘要：网络技术的发展为远程教育提供了一片崭新的天地，农村的教育普及也因此收益。该文基于agent的农村数字化学习平台的研究，从提高农村数字化教学平台的应用水平角度，分析了目前农村数字化教学平台的应用状况，针对存在问题提出改进对策。
关键词：农村数字化；Agent；XML；远程教育
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)04-0943-04
Digital Learning Platforms for Rural Research and Practice Based on Agent Technology
XIE Jing－wei
(Hunan Mass Media Vocational Technical College, Changsha 410100, China)
Abstract: Development of network technology for distance education provides a new world, and takes benefit to rural areas. The passage based on the research of agent-rural digital learning platform, analysis the current rural digital learning platform application and status issues for the improvement of existing measures, from the view of improving rural digital learning platform application.
Key words: Rural Digital; Agent; XML; distance learning
信息化应用于教学是教育信息化的一个核心内容。目前，全国各学校都在进行“数字化教学平台”的建设， 这本身就证明了信息化对于教学的迫切性和趋势性。农村因为其所处位置的分散，信息资源的匮乏，在教育中成为薄弱的一环，现代远程教学系统是一种以网络为基础的远程教育，学习者可以足不出户地参加网上学习、网上讨论以及网上答疑等。这种教学方式继承了传统远程教育方式中不受时间、空间和地点限制的优点，能够激发学习者的学习兴趣，能够为学习者提供图文并茂、丰富多彩的交互式人机界面，从而达到让学习者主动构建知识，实现自我知识获取、自我更新甚至创新知识的理想目标，非常适合在农村普及相关农学知识和技能水平。
1 数字化学习平台主要技术研究
1.1J2EE体系结构
模型－视图－控制器是八十年代Xerox PARC在为编程语言Smalltalk――80发明的一种软件设计模式，最近几年被推荐为Sun公司的J2EE平台使用，并且受到越来越多Cold Fusion使用者和PHP开发者的欢迎。MVC不是一种设计模式（design pattern），而是一种架构模式（Architectural pattern），用以描述应用程序的结构以及结构中各部分的职责和交互方式。它使应用程序的输入、处理和输出强制性地分开。使用MVC应用程序被分成模型、视图、控制器三个核心部件。应用程序被分成了三个主要的部分，每个部分负责掌管不同的任务。J2EE的框架一共分为5层：
1）Presentation（表示层）：应用程序的用户界面，用户通过这一层来操纵应用程序。
2）Application（请求层）：将Presentatinn层与services层连接起来。
3）Services（服务层）：EJB服务器的入口，作为Domain层的，根据不同的用户请求，来调用相对应的商务逻辑处理程序（Domain）。
4）Domain（领域层）：处理用户的请求信息，一般以use case为单位。
5）Persistence（持久层）：与持久性数据（数据库）打交道，根据Domain层的请求来操作持久性数据。
1.2 Agent技术
Agent理论和技术是在面向对象技术之后出现的一种新的方法。基于Agent的研究，一般可以通过两种途径：区分在传统人工智领域和基于结构主义的方法。方法有两种出发点:在传统的人工智能领域和基于结构主义的方法。传统的人工智能领域具有特定的过程和行为，研究的核心是认知过程，考察的对象是系统；另一类是基于结构主义的方法，这种方法是网络中使用Agent的技术，从基层的Agent及其相互作用来研究系统的整体特性。传统的人工智能领域是商业系统使用较多的方向。
1.3 系统体系结构的选择
1.3.1 C/S模式与两层结构
C/S(Client/Server)结构，即客户机和服务器结构，在早期的应用系统开发中得到了广泛应用。其特点是，客户端运行大部分服务，客户端与数据库完全分开，如数据访问规则、业务规则、合法性校验等应用逻辑。C/S模式通常用于两层结构，它的处理流程可表示为：
两层结构模式＝多Client+单/多DataServer
两层结构的应用模型可表示为：
表1 客户机/服务器的两层结构模型
在这种模式中，服务器只负责数据的处理和维护，为各个客户机应用程序管理数据；客户机包含文档处理软件、数据查询、决策支持工具等应用逻辑程序，使用SQL语言发送、请求和分析从服务器接收的数据。这是一种“胖客户机/瘦服务器”的网络结构模式。
1.3.2 B/S模式与三层结构
B/S(Browser/Server)结构，即浏览器和服务器结构，其本质是三层结构C/S模式。它是随着Internet技术的兴起，从传统的两层C/S(Client/Server)模式发展起来的网络结构模式。其处理流程可表示为：
三层网络结构模式=多浏览器+单Web服务器+多数据服务器
三层结构的应用软件模型可表示为：
表2 浏览器/服务器的三层结构模型
在三层结构中，作为一个应用服务器（又叫Web服务器），应用逻辑程序己从客户机上分离出来。浏览器以超文本形式向Web服务器提出访问数据库的要求，Web服务器接受请求后，将其转化为SQL语法，并交给数据库服务器。数据库服务器验证其合法性，并进行数据处理，然后将处理后的结果返回给Web服务器。Web服务器再将得到的所有结果变成HTML文档形式，转发给客户端浏览器，最终以Web页面形式显示出来。这是一种“瘦客户机”的网络结构模式。
2 数字化学习平台需求分析
2.1 数字化学习平台中常见困难与问题
2.1.1 学习管理方面的问题
基于课程的学习普遍的流程是预定学习目标、确立学习进度、按进度选择学习内容和方式、检验学习成果。尽管学生是学习的主体，但教师无疑起到了明显的导向作用。而在开放的学习环境中，很可能缺少预定的明确目标；而学习进度也是很难保证的；
2.1.2 知识积累与建构方面的问题
1）一些学习平台所拥有的知识内容是僵化的。
2）交流区好象一个大水潭。什么水都往里倒，问答是不成体系的，一些好的文章、好的思想很快被湮没了。
3）教师与教师、教师与学生、学生与学生的沟通仿佛是形式上的，让人感觉到其中的隔膜。
2.1.3 在用户专注性方面的问题
对于学习平台的开发者来说，常常理想地认为，学生应该有使用数字化设备进行学习的充分的主动性和积极性，并过高估计了学生自己管理学习进度的能力。实际上，即使是成人，也常常感觉很难调控数字化环境中的学习，甚至会出现以下两种极端情况：一种极端是沉迷于娱乐而遗忘学习的原初目的；而另一个极端是，由于资讯的爆炸性增长与缺乏管理，使学习者迷失，甚至引发心理问题。
2.2 我国农村现代远程教育平台的构建
1980年中央农业广播电视学校的建立，是对传统教育资源缺乏的有效补充，也是在农村教育这方面区别于传统教育的一个尝试。农村现代远程教育平台的构建是为了更好地推动农村教育的发展，这无论是从实际需求还是在长远意义方面看，都是十分必要的。
由于农村教育培训的主要对象是农民、农村青年，农村妇女，基层干部以及其他城镇力量。数字化教材对他们来说是一种新的教学媒体。所以在建设上还应该注意：
1）进一步扩大对现有师资的培训，提高他们运用数字媒体教学的能力；
2）加强数字媒体的宣传，使农民认识、理解、接受数字技术；
3）及时了解农民的需要，掌握需求的变化，发挥资源共享的优势，开发适合农民的生动形象的数字教材。
数字化学习环境建设是农村数字化学习平台建设工程的一个重要组成部分，目的是为农村师生建构一个先进、通用、能面向国际化教学的网络教与学环境，使他们在多校区的网络虚拟环境中能进行研究性学习、探究性学习、自主性学习。
利用教学数字化管理平台 ，通过远程教育管理系统预定远程教育课，各教师在注册了一个用户名之后，便能够登录，即可查阅、下载网络上包括电教馆以及和教育网台的各种资源，也可以向校本资源库的教师个人文件夹中上传各种文件，同时在该系统内预定远程教育专用教室的使用及填写上课后的各种信息反馈。学校管理人员通过本系统对学校每一位教师使用远程教育资源及专用教室使用情况进行监控。
3.1 基于Agent的个性化远程教学系统
系统中必须建立基本类Agent、个性化处理类Personalization Agent、服务器类Facilitator Agent等。基本类Agent主要侦听环境中的事件，并通过Sensor/Effector对事件作出反应。服务器类Facilitator Agent主要登记活动Agent，并协助Agent相互通信。
本系统中的主要类有Student Agent，Teacher Agent，Administrator Agent和Personalization Agent。
1）类Student Agent：主要功能是提交学习者注册时的信息以及学习者在学习某门课程中与本系统交互时产生的一些个人信息，Personalization Agent收到这些信息后，根据这些个性化信息，调整呈现给学习者的学习内容。。
2）类Teacher Agent：主要功能是提供课程内容，可以根据Student Agent对学习者个性信息的处理结果，通过Facilitator Agent向Teacher Agent发送请求，然后Teacher Agent向Student Agent发送符合该学习者个性特征的课程内容。
3）类Administrator Agent和类Personalization Agent：他们使用单独的设计模式，确保在同一时间内只有一个Facilitator Agent和一个Administrator Agent的实例存活。
3.2 在线学习管理
学习系统支持基于学员个人能力的课件学服务在学子系统中指导模块能根据学员的各类信息，分析学员当前所处的状态，灵活的控制学员的学习内容，决定教学策略和方法。其具体的指导策略包括:
1）根据学员的专业及课程的要求，选择相应的教学课件；
2）根据学员的学习进度，提供两种学习模式，分别为：是继续进行上次的学习；或是自行选择教学内容；
3）根据学员的学习水平参数，安排相应难度的教学课件；
4）由教学计划和教学知识点之间的依赖关系确定教学课件之间的顺序。
3.3 表现层的实现
表现层的功能是对用户接口进行设计，主要涉及到个性化界面的定制和XML的显示。
1）用户界面：表现层可以让用户自己选择使用的语言、常用的工具条、定制个性化菜单颜色、字体等内容，通过针对不同用户设计不同XSL来达到个性化效果。
2）用户界面的XML显示：HTML规定了统一的格式。根据用户的不同需求，asp语句查询数据库并将结果替换成asp语句嵌入到HTML面中。
3）用户注册：用户可以在登录页面中点击注册按钮，进入用户注册页面，填写信息进行注册。
4）用户登录：用户通过注册时使用的电子邮件和密码进行登录。若忘记秘密吗可以通过电子邮件找回。
5）权限管理：权限管理分为三个部分：组策略管理、用户组策略分配、组策略编辑。组策略管理负责策略的添加、命名和删除。
6）课程管理：管理员或教师添加的课题参数有课题名称、课题所属专业、选择图像（课题的图像标识）和课题的描述（对课题的相关简介）等。
7）交流展示：学员可以将自己的研究成果在交流展示平台上与其他学员进行交流，增进了学员之间的相互了解，也为日后相互之间的合作奠定基础。
8）学习资料管理：在研究性学习平台中，所有的资料都必须在学习资料管理页面上传，然后将链接添加到相关课程的下载栏目内供学员下载。
9）学习界面：用户通过登陆后，可以进入学习平台，搜索浏览自己所需要的内容。
3.4 数据访问中间件
随着信息技术的飞速发展和从事政务、电子商务的业务需要，企业、政府越来越需要把不同阶段、不同技术构造的管理信息系统集成为一个更大的系统。这就要求应用系统具有多数据源访问的能力。随着电子商务、政务的不断深入和扩展，新建的应用系统也要求具有更好的扩展性和伸缩性。此外，系统还应具有良好的封装性及可维护性以满足我们整合数据库访问的需要。数据访问中间件却可以很好地解决这些问题。
1）方便的数据源连接：在设计和实现信息管理系统时，我们希望尽量做到与使用的数据库无关，即当后台的数据库发生变化时，不需要或者尽量少地修改前台代码。而在这一点上数据访问中间件的应用给予我们很大的帮助。
2）管理数据库连接：数据访问中间件应完成的一个主要功能就是提供数据库连接管理。用户界面层不用直接与数据库服务器建立连接，而是通过数据访问中间件建立连接，并由中间件管理连接缓存。
3）管理数据库访问：当用户需要对数据库进行访问时，首先通过数据库连接管理模块与相应的数据库建立连接，然后由用户调用数据访问中间件提供的标准接口。数据访问中间件将SQL请求转发给相应的数据库服务器，数据库服务器执行SQL语句后，将得到的结果通过数据库连接返回数据访问中间件，再由它返回至用户界面层。经过数据访问中间件处理，数据访问过程中实时出现的错误信息也将一起返回。
4）性能问题：数据库是信息管理信息系统的核心单元，由中间件完成通信功能。硬件技术快速发展，但其价格反而下降，因此往往通过使用更好的硬件来提升性能问题。另外，当用户数量较少时，由于中间件建立多个连接需要花费时间，是否利用中间件的连接管理功能对数据库的响应速度影响不大，但随着用户数量的增多，采用中间件的连接管理功能所带来的性能优势就显现出来。
3.5 基于B/S结构的系统性能改进
B/S结构相对C/S结构有优势。同时B/S结构并非完美，其自身的特点也决定了B/S结构在管理信息系统应用中有一些需要克服的弱点。如：页面频繁刷新导致人机交互性下降。
首先要说明的是，页面刷新是B/S结构特有的实现机制决定的，因为客户端既浏览器基本上不处理业务逻辑，几乎所有工作都交由服务器端处理，服务器端处理完毕后，再将结果发回浏览器端，重绘页面，形成所谓刷新。所以，只要应用B/S结构就不可能避免页面的刷新。但是，我们仍然可以利用一些技术手段来避免页面频繁的刷新，从而尽可能减少给系统的交互性带来不利的影响。
下面仅列举一例，来说明这个问题。
如Textbox的On change事件会引起页面重新刷新，于是利用了以下的解决办法，使得页面不用刷新。
1）调用简单的前台脚本打开一个新页；
2）把相关参数传递给该新页处理（该新页的前后台均可处理）；
3）处理后所得数据再用前台脚本返回；
4）数据处理完毕后被打开的页面自动关闭。
3.6 系统安全策略
系统安全性是指保护系统以防止不合法的使用而造成数据泄露、破坏或更改，系统安全性是涉及系统各个方面的全局性的问题。系统是一种可共享的资源，在开放共享的环境中，安全与开放共享即是制约，又是相互统一的。系统既是共享的资源，又要适当地保密。只有解决保密问题，才可能更好地实现共享。系统管理要求实行三点基本方针，即预防、检测、恢复。在本系统设计和实现中系统安全性设计的策略主要由：1）权限控制；2）日志使用；3）规范输入信息。
4 总结与展望
人类已经进入了网络时代，网络技术的飞速发展为远程教育开辟了一片崭天地，农村教育因其地处偏远，教育资源能以跟上而成为普及教育的盲区。远程教学技术的研究，正可以为农村远程学习平台的搭建提供一种可行的思路。随着教学信息化日益成为现代教育发展的制高点，以技术改善教育环境，革新传统教学模式，教学引入信息技术后给传统教学模式带来了巨大冲击，必然对教学形式、方法、内容的革新与进步产生强大的推动作用。
基于网络的远程教育在我国的教育事业中有着广阔的发展和应用前景。大力发展数字化教学对推动科技和教育的进步有着不可估量的作用。当然发展网上教学的关键并不是从物理意义上扩大网络范围，更应该重视改善现有网上教学系统的性能和模式。
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