基于本體的計算機網(wǎng)絡課程群的開發(fā)研究

文章編號：1672-5913(2008)18-0093-02

摘要：本文介紹了一個基于本體的計算機網(wǎng)絡課程群開發(fā)模型的設計與實現(xiàn)，并就其中的知識結(jié)構(gòu)和功能作了描述，為解決計算機網(wǎng)絡課程群各門課程的知識點之間的信息融合溝通、相互銜接提供了可行性論據(jù)。

關(guān)鍵詞：本體；計算機網(wǎng)絡；課程群

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

1引言

計算機網(wǎng)絡技術(shù)是信息類專業(yè)一個重要的知識模塊，本科教學計劃中包含“計算機網(wǎng)絡原理”、“網(wǎng)絡安全技術(shù)”和“網(wǎng)絡編程”等課程。近年來，網(wǎng)絡技術(shù)有了較大的發(fā)展，尤其下一代網(wǎng)絡技術(shù)的不斷成熟和應用，迫切需要更新教學內(nèi)容，組織構(gòu)建新的教學體系[1]，在原有教學內(nèi)容的基礎(chǔ)上，新的計算機網(wǎng)絡技術(shù)課程群增加了無線網(wǎng)絡技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)等，如圖1所示。為了更科學地統(tǒng)籌安排其教學內(nèi)容，需要找到一種方法，實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡技術(shù)新教學體系的連續(xù)性和統(tǒng)一性。

本體機制提供了豐富原語描述領(lǐng)域的概念模型，能夠?qū)︻I(lǐng)域知識進行推理和驗證。[2]本文根據(jù)計算機網(wǎng)絡課程群建設及教學科研的需求，整合了計算機網(wǎng)絡課程群的核心知識本體，通過對計算機網(wǎng)絡課程群數(shù)字資源的搜集、整序、分解、重組，按知識體系的關(guān)聯(lián)性和整體性組成相互聯(lián)系的計算機網(wǎng)絡課程群知識資源系統(tǒng)。

2問題分析

(1) 同課異構(gòu)問題。選擇的教材不同，不同教師采用的教學方法不同，甚至相同教師在不同學期上同一門課程都會出現(xiàn)同課異構(gòu)現(xiàn)象。如圖2所示，對同一門課程的教材選擇不同，導致課程異構(gòu)?！坝嬎銠C網(wǎng)絡1”由局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)組成，它們是按照地域不同而劃分，知識點也按照這個思路組織；“計算機網(wǎng)絡2”的知識點是按照軟硬件及體系結(jié)構(gòu)劃分。大多數(shù)教材是按照這兩種思路之一去組織章節(jié)學習的?？梢哉f，課程異構(gòu)問題是在組織教學過程中不可避免的，解決好這個問題就能大大提高備課效率。

(2) 課程資源共享問題。課程群的知識點包括講解、課件演示、例題、實驗、習題練習、試題庫等為群內(nèi)課程所共享。例如對知識點“傳輸層”的學習過程中能夠自動加入“運輸層”的資源，因為它們本身是相同知識點，只不過在異構(gòu)系統(tǒng)里而且有不同的表述。

3設計思路

(1) 通過采用基于語義相關(guān)的相似度算法來估算概念之間的相似度，產(chǎn)生映射對，實施本體映射，以實現(xiàn)知識的共享。

(2) 課程管理引入知識本體概念。知識本體是教學展示的基本粒子，如計算機網(wǎng)絡的基本概念、協(xié)議參考模型等都是網(wǎng)絡課程群中的知識點。若干知識本體按照教學要求組合為教學策略，實現(xiàn)既定的教學計劃。通過構(gòu)筑基于本體的教學資源庫，提供可重用的教學資源庫設計及開發(fā)部件，通過對教學資源庫結(jié)構(gòu)、概念、關(guān)系的分析和描述，使得對教學資源庫的框架描述上升到知識級，有利于對教學資源庫的語義查詢、使用及與教學策略的結(jié)合應用。教學策略的具體表現(xiàn)形式為：學時—教學大綱—課件。知識點下的知識按其內(nèi)容來分，分為介紹講解、課件演示、實驗、習題練習、試題庫等。

(3) 教學資源隸屬于知識本體而不屬于課程，知識本體可以按照教學策略組合成為課程。知識本體、教學策略、關(guān)系及規(guī)則之間在管理層面是平級的，其中關(guān)系及規(guī)則包含了課程與其他課程的關(guān)系及科目內(nèi)知識本體之間的關(guān)系。

4系統(tǒng)實現(xiàn)(計算機網(wǎng)絡)

使用RDF/RDFS本體描述語言建立計算機網(wǎng)絡學科的本體，在一定程度上支持語義搜索。目標用戶有兩類：一類是學習者；一類是管理者。例如表1所示的FTP的概念。

(1) 根據(jù)課程內(nèi)容，把本課程分解成若干個知識本體，然后對每個知識本體概念用7元屬性來描述。教學領(lǐng)域中的所有概念的Part-of關(guān)系形成了一個樹狀結(jié)構(gòu)。而相關(guān)概念關(guān)系、相似詞匯關(guān)系、廣義概念關(guān)系則形成了一個復雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與樹狀結(jié)構(gòu)相結(jié)合使的整個教學領(lǐng)域知識庫本體成為一個語義復雜、完整但又清晰的、便于學生理解的語義網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型。

(2) 采用XML語言來實現(xiàn)本體描述，實現(xiàn)網(wǎng)絡教育信息文件格式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的標準化。XML是一種數(shù)據(jù)描述語言，可以描述數(shù)據(jù)成分記錄包括復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。使用XML可以方便地創(chuàng)建出共享的自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，生成網(wǎng)絡課程群的結(jié)構(gòu)化信息，這些信息可以在網(wǎng)上進行交換。下面的代碼片斷是用XML語言描述的一個信息片斷，通過網(wǎng)絡或者應用程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

傳輸層

計算機進行數(shù)據(jù)通信時，負責總體的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)控制的一層，是OSI中最重要最關(guān)鍵的一層。屬于重點掌握知識。

網(wǎng)絡協(xié)議

OSI

傳輸層協(xié)議

傳輸層服務

運輸層

(3) 計算機網(wǎng)絡學科重點概念和關(guān)系的確定。參考《計算機網(wǎng)絡(第四版)》中的有關(guān)計算機網(wǎng)絡的知識體系結(jié)構(gòu)，以及中華人民共和國國家標準《中華人民共和國學科編碼》構(gòu)建計算機網(wǎng)絡課程本體。[3]

群內(nèi)課程知識點之間會出現(xiàn)重復關(guān)系、順序關(guān)系、可選關(guān)系等。為了清楚地表明重復元素之間的關(guān)系，如無序關(guān)系、順序關(guān)系、可選關(guān)系，引入RDF的3種結(jié)構(gòu)來描述這些關(guān)系[4]。rdf:Bag表示無序列表，rdf:Seq表示有序列表，rdf:Alt表示可選擇列表。因為大綱計劃提前確定，必修課程核心知識點之間，大多選擇順序關(guān)系；而雖然納入教學計劃但開課時間會有所調(diào)整的選修課核心知識點之間，選擇無序?；诒倔w的計算機網(wǎng)絡課程群知識共享系統(tǒng)如圖3所示。

5結(jié)束語

本文研究了計算機網(wǎng)絡課程群領(lǐng)域本體的構(gòu)建。通過建立可重用的學習對象完成計算機網(wǎng)絡課程群的構(gòu)建，為更為合理的安排教學內(nèi)容，提高教學效率打下了基礎(chǔ)，學生在對某個知識點學習時也能夠思路清晰，綜合比較，加深印象，從而增強學習效果。

參 考 文 獻

[1] 陸為群. 高師院校課程群建設的原則和策略[j]. 黑龍江高教研究，2007，(11).

[2] 王昊，蘇新寧. 基于模式匹配的中文通用本體概念抽取模型[J]. 情報理論與實踐，2008，(2).

[3] 朱欣娟，張文宇，李顯峰. 基于本體的教學資源庫及課件開發(fā)系統(tǒng)設計[J]. 計算機工程與設計，2007，(3).

[4] 徐珍泉，鄭鯤. 教育資源語義集成原型系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 科技創(chuàng)新導報，2007，(34).