本體在軍校教育資源管理中的應(yīng)用

【摘 要】針對當(dāng)前軍校信息化建設(shè)的現(xiàn)狀，將本體引入軍校教育資源管理中。利用本體表示語言O(shè)WL創(chuàng)建軍校教育資源本體（MAERO），以利于共享和重用；設(shè)計本體集成算法來解決不同本體間的交流和共享。最后給出軍校教育資源管理框架。

【關(guān)鍵字】教育資源 資源管理 本體 owl 本體集成

【中圖分類號】TP315 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1006－9682（2009）04－0040－02

【Abstract】Aming at the actuality of military academy informationization construction， this paper brings ontology into the military academy education resources management. Using ontology language to describe the education resources， in order to facilitate sharing and reusing; Devising a new arithmetic of ontology integration， in order to communication and sharing between different ontologies. At last， the framework of military academy education resource management is presented.

【Key words】Education resource Resource management Ontology OWL Ontology integration

隨著新軍事變革的加深，軍事院校的信息化建設(shè)越來越受到人們的重視。在軍院信息化建設(shè)過程中，硬件是基礎(chǔ)，軟件是核心，資源是關(guān)鍵，制度是保障，應(yīng)用是最終的目的。教育資源管理的好壞決定著信息化教育發(fā)展的優(yōu)劣。教育資源不同于一般的資源，它表現(xiàn)形式多樣，有文本、圖片、視頻、音頻、試卷、課件、網(wǎng)絡(luò)等，［1］并隨著信息技術(shù)的發(fā)展，呈指數(shù)方式增長。目前，軍校教育資源已出現(xiàn)如下特點：數(shù)據(jù)量大、形式多樣、針對性強、教育性強，分布式等，并出現(xiàn)了如下不足：［2］[3］信息資源分散，缺乏公共基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺，信息標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，適用性教學(xué)資源匱乏，信息成果共享不暢；應(yīng)用缺乏有效基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用缺乏統(tǒng)一的身份認(rèn)證系統(tǒng)支持。這直接導(dǎo)致了一種奇怪現(xiàn)象的出現(xiàn)：一方面院校擁有豐富的教育資源，另一方面用戶卻抱怨資源匱乏。究其原因就是目前的教育資源管理無法滿足需求。如何將分散、無序的資源整合起來，消除資源孤島，使用戶能方便、高效的將其利用于自己的學(xué)習(xí)和工作之中，并在大范圍內(nèi)共享是當(dāng)前要解決的重大課題。

本體作為一種有效表現(xiàn)概念層次結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系的模型，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到計算機科學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域，如知識表示、共享和重用、系統(tǒng)分析等方面。本文將本體引入軍校教育資源管理領(lǐng)域，以期解決以上問題。

一、MAERO描述

1．本體描述語言O(shè)WL

本體語言用于形式化描述Web文檔中詞匯的含義，在語義Web的7層模型中占有重要的位置。目前不同的組織提出了多種本體建模語言：RDF，RDFS，OIL，DAML＋OIL和OWL。

而作為W3C推薦的OWL已經(jīng)成為定義Web本體的標(biāo)準(zhǔn)語言。受到了廣泛的應(yīng)用，可以認(rèn)為OWL是用XML語法，RDF模型定義的一種描述邏輯語言。

2．本體建模工具Protege 4

目前本體的編輯工具有很多：斯坦福大學(xué)開發(fā)的Protege，卡爾斯魯厄ATFB開發(fā)的OntoEdit和KAON，曼徹斯特開發(fā)的OilEd等工具。在這些工具中，Protege作為開源的軟件應(yīng)用最為廣泛，最新版本到了Protege 4，它具有如下特點：

（1）圖像化用戶接口框架。

（2）良好的API接口，有較好的擴展性。

（3）模塊化。包括：智能的利益局部/全局知識庫去處理導(dǎo)入依賴；導(dǎo)入多個本體在同一個工作空間；本體間動態(tài)切換；本體間公里互相移動。

（4）導(dǎo)航。

（5）強大的推理支持。推力器可以作為插件加入；Pellet推理機和FaCT++推理機的直接接口。

（6）OWL編輯。包括：本體實體的一致性描述；OWL描述解析；自動完成；語法高亮；自動為新實體創(chuàng)建ID。

（7）豐富的插件。

為了得到良好的推力能力，開發(fā)一個標(biāo)準(zhǔn)的、可擴展的、智能的和穩(wěn)定的MAERO，我們利用Protege4建模本體，采用OWL作為本體描述語言。

3．描述MAER的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

構(gòu)建分布共享的學(xué)習(xí)資源數(shù)字環(huán)境，實現(xiàn)學(xué)習(xí)資源的共建共享是目前世界各國都在積極進行的項目，具有良好互操作、基于資源發(fā)現(xiàn)和檢索的元數(shù)據(jù)，則是有效地實現(xiàn)這些資源的描述、檢索、利用的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。目前，國際上較有影響的描述教育信息資源的元數(shù)據(jù)主要有IEEE LOM（學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)），DC-Education（都柏林核心教育元數(shù)據(jù)），IMS（教學(xué)管理系統(tǒng)元數(shù)據(jù)）等。［4］

我國從2001年開始啟動了教育信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究項目，成立了中國教育信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會（CELTSC）。該項目以實現(xiàn)資源共享、支持系統(tǒng)互操作、保障網(wǎng)絡(luò)教育服務(wù)質(zhì)量為目標(biāo)，通過跟蹤國際標(biāo)準(zhǔn)研究工作和引進相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)我國教育的實際情況修訂與創(chuàng)建了各項標(biāo)準(zhǔn)，最終形成“中國教育信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系”（CELTS）。該體系包括：

（1）《學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)》（CELTS-3）：屬于上層的抽象規(guī)范，規(guī)定了描述學(xué)習(xí)對象的基本方法與準(zhǔn)則，它屬于CELTS體系中的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）《教育資源建設(shè)技術(shù)規(guī)范》（CELTS-41）：是對《學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)》與具體應(yīng)用領(lǐng)域結(jié)合的產(chǎn)物，它面向資源建設(shè)領(lǐng)域（包括基礎(chǔ)教育、高等教育、職業(yè)教育和培訓(xùn)等領(lǐng)域）。

（3）《基礎(chǔ)教育教學(xué)資源元數(shù)據(jù)規(guī)范》（CELTS-42）：其應(yīng)用領(lǐng)域則更為具體，主要面向基礎(chǔ)教育的資源建設(shè)。這三個規(guī)范從理論上來說，是一脈相承的，都是以LOM為核心建立的。

綜上所述，在本文中參考以上標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)軍校本身的特點來構(gòu)建MAERO。

4．MAERO的實現(xiàn)

為了建立MAERO本體，下面我們首先給出MAER的概念空間的定義：

概念空間ECS＝（C，R），其中C＝｛c1，c2，…，cm｝為本體種概念集合。R＝｛r1，r2，…，rm｝為概念的關(guān)系集合。ri：C×…×C→｛True，F(xiàn)alse｝。概念的定義通常為一種分類層次，體現(xiàn)出概念間的繼承關(guān)系。這里所說的概念是對教育領(lǐng)域中詞匯表中術(shù)語的抽象定義；概念與概念之間的聯(lián)系用關(guān)系表示；推理規(guī)則用基于事實的推導(dǎo)，得出新的概念，同時為完成語義的相關(guān)性搜索提供支撐條件。

為了更好的建立MAERO，我們先給出它的本體語義網(wǎng)絡(luò)（OSN）結(jié)構(gòu)。限于篇幅，下面給出部分資源的OSN。

二、本體集成

由于不同的人對同一事物可能有不同的理解，如同樣領(lǐng)航課，駕駛和領(lǐng)航學(xué)員所學(xué)的內(nèi)容就不同，所用的教材也不同。因此本文提出用本體的集成來解決該問題。本文提出的本體集成的概念是指：將對同一概念的不同本體描述集成成為一個新的本體。首先，將庫中的本體模型根據(jù)資源所屬的種類分類，由判定規(guī)則判斷出本體是否描述同一概念，利用本體集成的思想，將本體集成。

分類方法有很多。本文主要是用聚類的思想，限于篇幅不再介紹。下面主要介紹本體集成算法。

1．集成判定規(guī)則

規(guī)則1，如果兩個概念的URL是相同的，那么這兩個概念是相同的。

規(guī)則2，如果兩個概念的子概念完全相同則兩個概念是同一個概念。

規(guī)則3，如果兩個概念的祖先概念都相同，并且兄弟概念也都相同則這兩個概念是同一個概念。

規(guī)則4，如果兩個概念名字是相同的，那么這兩個概念是相同的。

規(guī)則5，如果兩個概念的實例是相同的，那么這兩個概念是相同的。

2．本體集成算法

算法如下：

輸入：新加入本體Oi和已有規(guī)范本體庫；

輸出：經(jīng)過集成后的本體庫。

① 根據(jù)聚類算法判定新加入的本體Oi是否可以分到相應(yīng)的類別中，是轉(zhuǎn)②，否則轉(zhuǎn)⑤。

② 判斷與Oi屬于同一類別的且沒有和Oi進行規(guī)則匹配的本體是否存在，存在轉(zhuǎn)③，否則轉(zhuǎn)④。

③ 任取尚未和Oi進行規(guī)則匹配的本體Oj，將Oj和Oi利用規(guī)則進行判斷，如果Oj和Oi是描述的概念是相同概念，調(diào)用合并算法，并退出。否則轉(zhuǎn)②。

④ 將Oi列為本類別的新的子類，并退出。

⑤ 將Oi列為新的類，退出。

三、資源檢索框架

由于用戶的觀念、知識水平、立場等的不同，對于同一個檢索要求各個用戶輸入的檢索條件的表述可能會不同，或者對于檢索條件輸入不準(zhǔn)確。同時，因為在許多情況下會出現(xiàn)一詞多義的現(xiàn)象，如小綿羊既可指一種家畜，也可指軟弱的人；同義詞的現(xiàn)象如計算機也被稱為電腦等。所有這些現(xiàn)象將導(dǎo)致檢索結(jié)果不準(zhǔn)確或有大量無用信息返回。而領(lǐng)域本體是面向特定領(lǐng)域，用于描述領(lǐng)域知識的概念模型，并要求模型中的概念在某個特定領(lǐng)域或范圍內(nèi)是公認(rèn)的，所以可以對用戶輸入的檢索語句用領(lǐng)域本體本體來提示以規(guī)范查詢。其檢索步驟設(shè)計如下：

1．當(dāng)用戶輸入檢索條件后，將該檢索條件和本體論庫中已有本體進行分解匹配，再按照一定的算法在本體庫中進行推導(dǎo)演繹。返回當(dāng)前詞條所有的相關(guān)概念結(jié)果集。

2．由用戶對返回的結(jié)果集進行選擇，進一步確定檢索范圍，再將處理后的檢索請求提交給搜索引擎。

最后，根據(jù)本文思想，設(shè)計出如下基于本體的軍校教育資源管理框架：

四、結(jié)束語

隨著我國軍事院校的發(fā)展，信息化的發(fā)展要求愈來愈迫切，教育資源越來越豐富，但是目前的大多數(shù)資源管理技術(shù)無法利用豐富的資源為用戶提供滿意的服務(wù)，不能滿足發(fā)展的需要?；诖耍疚膶⒈倔w引入軍校教育教育資源管理中，介紹了本體在高校教育資源描述、資源共享和資源查找上的應(yīng)用，設(shè)計了軍校教育資源本體MAERO，本體集成規(guī)則和算法以及設(shè)計了基于本體的軍校教育資源管理框架。該方法試圖使得資源管理更合理，提供更高效的服務(wù)。當(dāng)然，由于工程浩大，本文建立本體的比較薄弱，下一步的工作主要進一步完善MAERO，擴大本文的適用范圍。

參考文獻

1 薛 玲、李紅良、佘 嬙.軍隊院校信息化建設(shè)的對策研究.情報，2005.12：142～144

2 李遠星、譚 忠、王敏等.軍校信息化教學(xué)模式的缺陷與重構(gòu).軍事交通學(xué)院學(xué)報，2008.10（3）78～81

3 王軍武.軍隊院校信息化建設(shè)探討.教育技術(shù)導(dǎo)刊，2007.7：36～37

4 李 梅、何潔月.現(xiàn)代計算機，2005（203）：15～18

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文