基于JATLite代理平台的程序设计ICAI的研制

【摘要】：随着信息时代的到来，社会对软件人才的需求急剧增长，软件人才的培养成为新世纪的一大热点。程序设计CAI(Computer Aided Instruction)软件作为培养软件人才的一种全新辅助教学工具，成为世界各地专家关注的焦点。当前很多程序设计教学软件质量不高，比较注重介绍“知识”，特别是语言的语法和语义；无法给出程序设计的过程分析，对于程序的由来讲述不清；忽略了程序设计能力的培养。其中程序设计理论的不完善是主要原因之一。 算法程序设计是程序设计的关键。薛锦云教授在多项国家级课题的资助下，根据多年从事算法程序设计的方法和实验研究成果，创造性地提出了一种简单实用的设计和证明算法的形式化方法——PAR。PAR方法是一种统一的算法开发方法，可取代目前普遍使用的分治法、动态规划法、贪心法等算法设计方法，支持算法程序开发的全过程，能够给出程序设计的过程分析。本项研究以两个国家自然科学基金高技术探索项目：实用的软件形式化方法和高可靠性Java程序开发方法研究的研究成果为基础，使用PAR方法进行程序设计的教学，将代理技术运用于系统的构建，初步实现了基于多代理的程序设计ICAI(Intelligent Compuzer Aided Instruction)系统。 在系统的研制过程中，本文主要从事了以下工作： 1．较深入地研究了程序设计方法和PAR方法，将该方法相关知识划分成知识点，以知识点为中心构建了本系统； 2．研究了教育学方面的知识，总结和归纳了一些适合计算机和程序设计ICAI使用的教学策略： 3．仔细比较了国内外代理平台间的优缺点，在此基础上，选择Stanford University的JATLite代理平台作为本系统代理的开发平台； 4．研究了代理的构建，并在系统中构建了多个代理，在多代理的协作过程中贯彻教学策略； 5．较深入地研究了代理交流语言KQML，按KQML格式，提出本系统代理交互协议： 6．研究了多媒体技术，特别是SUN公司提供的JMF(Java Media Framework)；利用JMF在教学软件中加入多媒体机制，增强了学习效果。 本研究主要进行了如下创新： 1．以知识点为中心构建系统的领域知识库； 2．通过PAR方法教授程序设计，能够阐述程序设计的过程，真正提高学生的 基于JATLite代理平台的程序设计ICAI的研制 程序设计能力; 3.针对学习难度不同，系统分成四个等级的教学环境，并创建不同的教师代 理负责相应的教学环境; 4.根据学生能力等级的不同，利用多代理之间的协作，指派不同的代理生成 相应的教学或测试环境，实现因材施教，因材施测; 5.遵循KQML格式，针对本系统多代理之间的交互，制定了各代理之间的交互 协议; 6.将以R方法的支撑工具—自动程序转换系统集成进本系统，使学生可以 利用自动程序转换系统的纠错、调试和运行功能检测作答结果; 7.利用JAVA中多线程技术，实现启发式教学。在学生练习过程中，能够给出 提示信息，启发学生完成练习，并提供答题过程中的动态纠错机制; 8.分析学生的答题情况，找出薄弱环节复习; 9.事实性知识讲解采用三分屏技术，用视频在教学过程中加强教学的效果; 10.系统界面上直接引入数学符号工具栏，方便用户的使用。 研究过程中，教学策略的制定、代理的构建和多代理之间通讯协议的制定是 重点和难点。