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Zito Daniela Dora

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Progettazione e prototipazione di un sistema multi-agente per l e-learning asincrono Zito Daniela Dora Anno accademico 2003-2004 Reti di Calcolatori L-S – PowerPoint PPT presentation

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Title: Zito Daniela Dora


1
Progettazione e prototipazione di un sistema
multi-agente per le-learning asincrono
  • Zito Daniela Dora
  • Anno accademico 2003-2004
  • Reti di Calcolatori L-S

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Obiettivi
  • Progettazione di un ambiente di e-learning
  • asincrono
  • web-based
  • distribuito
  • interattivo
  • modulare e facilmente espandibile
  • aperto
  • multi-agente

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Motivazioni
  • Lidea nasce dallosservazione degli attuali
    sistemi didattici e dei problemi
    dellinsegnamento tradizionale
  • classi di studenti di grandi dimensioni
  • numero limitato di insegnanti
  • scarsa disponibilità di risorse finanziarie
  • strategie di insegnamento non differenziate
  • difficoltà per i docenti nel delineare le abilità
    di ogni studente
  • Il tutto rende il processo di apprendimento poco
    interessante e incompleto
  • Soluzione
  • Un sistema di active learning che si adatta
    dinamicamente alle esigenze di ogni studente,
    creando percorsi formativi personalizzati.

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Un sistema di active learning
  • Lambiente di active learning supporta
  • Scelta gli studenti scelgono cosa studiare e
    cosa costruire e risultano più coinvolti nelle
    attività che svolgono
  • Congenialità gli studenti non hanno tutti lo
    stesso livello di conoscenza e abilità e ognuno
    preferisce un particolare stile di apprendimento
  • Asincronismo un ambiente di questo tipo deve
    anche consentire uninterattività libera da
    vincoli temporali e spaziali

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Componenti del sistema
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Il sistema multi-agente
  • Un agente è un componente software
  • Autonomo possiede un proprio thread di
    controllo, può controllare le proprie azioni e
    prendere decisioni
  • Proattivo reagisce in risposta agli eventi
    esterni e possiede un behaviour finalizzato
    ad un obiettivo
  • Sociale interagisce con altri agenti per
    eseguire il proprio task

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Il sistema multi-agente
  • Alcune caratteristiche delle-learning asincrono
    rendono interessante la tecnologia basata sugli
    agenti multipli
  • gli studenti sono distribuiti lungo la rete in
    modo non uniforme e il numero di partecipanti è
    ampio e questo rende inadeguato il sistema
    tradizionale statico e centralizzato
  • il background e le abilità di ogni studente
    evolvono nel tempo e anche i materiali e le
    metodologie di insegnamento devono adeguarsi
  • gli studenti seguono molti corsi
    contemporaneamente e quindi serve un
    coordinamento didattico su vari argomenti
  • gli studenti tendono a riunirsi per discutere di
    argomenti didattici comuni e lavorano insieme ai
    docenti per raggiungere obiettivi comuni, quindi
    serve un supporto allinterazione
  • Un agente può acquisire il profilo dellutente a
    cui è connesso e aiutarlo a scambiare e
    visualizzare informazioni.

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Modello pedagogico
  • Per definire il processo educativo e semplificare
    il lavoro del docente.
  • E lagente associato al docente, infatti, che
  • seleziona gli esercizi e i problemi che si
    adattano meglio agli obiettivi del corso e ai
    singoli studenti
  • giudica il lavoro e limpegno di ogni studente in
    base ai risultati degli esami, al tempo impiegato
    per imparare un concetto o al numero di
    consultazioni del materiale didattico durante lo
    svolgimento dei test e degli esercizi

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Interfaccia Web-based
  • Linterfaccia Web agisce come ponte di
    collegamento tra gli studenti, i docenti e
    lambiente di e-learning
  • Lo studente, o il docente, si connette al sistema
    attraverso un computer collegato in rete, si
    autentica e il sistema crea per lui un agente che
    può iniziare a lavorare
  • Linterfaccia serve per la ricerca adattativa dei
    corsi elettronici sul Web, per liscrizione e
    lassegnamento del materiale didattico agli
    studenti e per la presentazione degli argomenti
    nel rispetto delle preferenze di ognuno
  • Il Web è un media ideale per le-learning su
    vasta scala perché supporta vari tipi di
    comunicazione ed elimina vincoli temporali e
    spaziali

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Ambiente di esecuzione distribuito
  • Il sistema multi-agente deve lavorare su una
    piattaforma
  • scalabile
  • affidabile
  • flessibile

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Libreria digitale
  • Il materiale didattico è organizzato come una
    libreria digitale flessibile ed estensibile.
  • Il paradigma utilizzato per catalogare il
    materiale, visualizzarlo, ricercare documenti con
    particolari caratteristiche e scambiare
    informazioni è lXML, disponibile gratuitamente
    come uno standard aperto, semplice e dinamico

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Architettura del sistema
  • Larchitettura scelta per il sistema è basata su
    un modello peer-to-peer, in cui non cè
    distinzione di ruoli tra i nodi.
  • Ogni nodo può
  • intraprendere una comunicazione
  • essere oggetto di una richiesta
  • offrire un servizio
  • ricercare altri nodi
  • connettersi e disconnettersi dalla rete in ogni
    momento
  • I sistemi basati sugli agenti sono
    intrinsecamente peer-to-peer
  • ogni agente è un pari che comunica con altri
    attraverso messaggi peer-to-peer.

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Descrizione del sistema
Corso A
Agente Studente
Agente Studente
Corso B
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Descrizione del sistema
  • Ogni corso è caratterizzato da un livello di
    difficoltà, gestisce il materiale didattico e le
    tecniche di insegnamento e contiene un docente e
    una lista di studenti. Inoltre lavora come
    mediatore per la comunicazione tra docenti e
    studenti. Per aumentare lefficienza e la
    disponibilità gli agenti dei corsi possono essere
    allocati su siti diversi
  • Ogni docente usa lagente del corso per ottenere
    il materiale didattico e le tecniche di
    insegnamento e propone agli studenti il materiale
    nella forma più appropriata, basandosi sul
    background e sullo stile di apprendimento
    preferito da ognuno
  • Ad ogni studente è assegnato un agente personale
    che gestisce il suo profilo, compreso il
    background di conoscenze, il suo stile di
    apprendimento, gli interessi, i corsi seguiti, e
    si rivolge allagente del corso per la
    definizione del piano di studi

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Un prototipo del sistema
  • Un prototipo del sistema è stato sviluppato in
    Java ed è stato sperimentato il framework JADE
    (Java Agent DEvelopment framework) per la
    gestione degli agenti

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Jade
  • Jade è un middleware per lo sviluppo e
    lesecuzione di applicazioni peer-to-peer basate
    sul paradigma ad agenti, che possono lavorare e
    interoperare sia in ambienti wired che wireless.
  • Lo standard per Jade è stato rilasciato nel 2002
    dalla FIPA (Foundation for Intelligent Physical
    Agents), che ha definito anche il linguaggio ACL
    (Agent Communication Language) per la
    comunicazione tra gli agenti.

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Principi di base di Jade
  • Interoperabilità gli agenti Jade possono
    interoperare con tutti gli altri agenti che
    appartengono allo standard FIPA
  • Uniformità e portabilità Jade offre un omogeneo
    set di API indipendenti dalla versione di Java
    utilizzata, in modo che gli sviluppatori possano
    decidere quale JRE utilizzare
  • Facilità di utilizzo la complessità del
    middleware è nascosta da un insieme di API
    semplici e intuitive
  • Filosofia pay-as-you-go le features non usate
    dagli sviluppatori non aggiungono alcun overhead

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Larchitettura Jade
  • Run-time environment ambiente di esecuzione per
    gli agenti JADE che deve essere attivo su un dato
    host prima che uno o più agenti vengano messi in
    esecuzione sullo specifico host
  • Libreria di classi che possono essere usate dal
    programmatore per sviluppare gli agenti
  • Tool grafico che permette lamministrazione e il
    monitoring degli agenti in esecuzione.
  • Ogni istanza del run-time environment è chiamata
    Container e contiene gli agenti. Linsieme di
    tutti i Container è detta Piattaforma e
    rappresenta un livello omogeneo che nasconde agli
    agenti e agli sviluppatori la complessità dei
    livelli sottostanti (hardware, sistema operativo,
    rete, Java Virtual Machine)

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Caratteristiche di ogni agente Jade
  • Ogni agente è identificato da un AID del tipo
    ltnicknamegt_at_ltplatform-namegt
  • Ogni agente deve contenere almeno un behaviour
    che definisce, nel metodo action(), le operazioni
    da eseguire. Lo scheduling dei behaviour è
    non-preemptive
  • Per ogni agente cè un singolo thread Java
  • Il behaviour-switch è estremamente più veloce
    di quello dei thread Java
  • Allo switch di un behaviour lo stato dellagente
    non deve includere informazioni riguardanti lo
    stack
  • Non servono regole di sincronizzazione tra
    behaviour concorrenti che accedono alle stesse
    risorse

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Comunicazione tra gli agenti
  • Il paradigma usato nella comunicazione è il
    message passing asincrono, per cui ogni agente
    ha una coda di messaggi con il seguente formato
  • mittente del messaggio (sender)
  • lista dei destinatari (receivers)
  • cosa il mittente intende comunicare
    (performative)
  • contenuto del messaggio (content)
  • linguaggio (language)
  • ontologia (ontology)
  • altri campi usati per controllare la
    comunicazione concorrente o per specificare
    timeouts per la ricezione della risposta
    (conversation-id, reply-with, in-reply-to,
    reply-by)

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Servizi a disposizione degli agenti
  • Ogni agente pubblica il proprio servizio nelle
    yellow pages, in modo da essere ritrovato
    dinamicamente evitando il naming esplicito da
    parte degli altri agenti.
  • Per pubblicare un servizio lagente deve
  • Creare un DF(Directory Facilitator), specificando
    il proprio AID
  • Creare una descrizione del servizio includendo il
    tipo, il nome, i linguaggi e le ontologie
    richieste ad altri agenti per linterazione

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Semantica delle operazioniselezione di un corso
  • Lo studente accede alle yellow pages e,
    attraverso la definizione di un template e
    lesecuzione del metodo search(myAgent,
    template), ottiene la lista delle descrizioni di
    tutti i corsi registrati che fanno match con il
    template specificato
  • Lo studente invia una richiesta a tutti gli
    agenti trovati, specificando come contenuto del
    messaggio il proprio livello di abilità

Agente Corso
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Semantica delle operazioniselezione di un corso
  • 3. Il corso riceve il messaggio, controlla se
    le richieste possono essere soddisfatte e infine
    invia il nome del corso allo studente

Agente Corso
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Semantica delle operazioniselezione di un corso
  • 4. Lo studente riceve tutte le proposte, ne
    sceglie una e invia un messaggio di conferma

Agente Corso
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Semantica delle operazioniselezione di un corso
  • 5. Il corso riceve la conferma, controlla che
    il nome sia corretto e invia nuova conferma allo
    studente, che la riceve e si iscrive al corso e
    aggiungendolo al proprio elenco

Agente Corso
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Semantica delle operazioniselezione di un quiz
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Sviluppi futuri
  • Nella costruzione del prototipo non sono state
    realizzate le interfacce grafiche, per motivi di
    semplicità, e manca la gestione delle eccezioni.
  • Nelle successive versioni è necessario accrescere
    le performance degli agenti, attraverso
    lintroduzione di nuovi behaviour, il
    miglioramento dei meccanismi di comunicazione e
    collaborazione, luso completo dellXML e la
    sperimentazione del sistema in un contesto
    didattico reale.
  • Ad esempio
  • i criteri di selezione dei corsi e dei quiz
    dovrebbero essere estesi, evitando il match
    esatto, ma mostrando anche i risultati
    approssimati
  • il quiz dovrebbe essere inviato come oggetto XML,
    soggetto poi a parsing
  • la valutazione degli studenti dovrebbe essere
    automatica

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Sviluppi futuri
  • Aspetti essenziali per costruire un sistema di
    e-learning affidabile ed efficiente trascurati
    per motivi di semplicità
  • sicurezza e controllo degli accessi, per evitare,
    ad esempio, che uno studente acceda
    anticipatamente alle risposte dei quiz, o che
    apporti delle modifiche ai voti
  • tolleranza ai guasti
  • nuova modellazione dello studente, per meglio
    rappresentare la carriera e le performance
  • set dinamico di quiz ed esami che sia ricostruito
    ogni volta che lo studente vi accede
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