基于領(lǐng)域本體的課程資源管理模型研究

摘 要：目前網(wǎng)絡(luò)課程資源存在渙散、冗余大、交互性差的現(xiàn)狀，為了對(duì)課程資源進(jìn)行有效開(kāi)發(fā)和管理，本文以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程為例，對(duì)基于本體的課程管理資源模型進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：本體；資源管理；推理；查詢(xún)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP3-4

網(wǎng)絡(luò)教育是一個(gè)龐大的課程資源庫(kù)，但由于缺乏一個(gè)統(tǒng)一的構(gòu)建課程資源的模板和規(guī)范的課程資源本體的構(gòu)建方法。本體作為一種概念模型建模工具，能夠?qū)崿F(xiàn)知識(shí)的共享和重用。本文對(duì)領(lǐng)域本體課程資源管理模型進(jìn)行了研究，對(duì)該模型的系統(tǒng)功能以及原理機(jī)制進(jìn)行了說(shuō)明。

1 本體的定義

本體（Ontology）這個(gè)詞來(lái)源于哲學(xué)，在哲學(xué)中被定義為“對(duì)世界上客觀存在物的系統(tǒng)地描述，即存在論”。Studer等人認(rèn)為本體是共享概念模型的明確的形式化說(shuō)明。這包括四層含義：概念模型、明確、形式化和共享。

2 系統(tǒng)框架模型

目前，網(wǎng)絡(luò)上已經(jīng)存在大量課程資源，但它們普遍存在一些明顯的不足，例如：課程資源的共享和重用性差，沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的構(gòu)建課程資源的標(biāo)準(zhǔn)，不能實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)等。針對(duì)以上問(wèn)題，該系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）使用本體技術(shù)構(gòu)建領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)。本體能夠以一種明確的，形式化的方式表示領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)，提高系統(tǒng)的共享性、重用性以及異構(gòu)系統(tǒng)的互操作性。

（2）實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。用戶(hù)可以根據(jù)自己的興趣、學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，制定學(xué)習(xí)策略，滿(mǎn)足個(gè)性化學(xué)習(xí)。

（3）具備推理查詢(xún)功能，根據(jù)用戶(hù)的查詢(xún)條件去匹配語(yǔ)義相似或相同的課程資源，返回用戶(hù)所需要的信息，調(diào)高系統(tǒng)的查全率和查準(zhǔn)率。該系統(tǒng)的框架模型如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)框架模型

3 領(lǐng)域本體的構(gòu)建

3.1 確定本體的核心概念集合

本文主要通過(guò)以下幾個(gè)方面抽取核心概念集：（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，（2）與知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的內(nèi)容，例如學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。（3）前后知識(shí)點(diǎn)或概念。課程的學(xué)習(xí)往往有前后性，在學(xué)習(xí)一些知識(shí)點(diǎn)之前必須先學(xué)習(xí)另外的知識(shí)點(diǎn)。（4）舉例概念。我們往往用一些例子來(lái)說(shuō)明概念，有助于對(duì)概念的理解。

3.2 建立概念的層次結(jié)構(gòu)

以上建立的概念集合沒(méi)有任何層次結(jié)構(gòu)。由于建立類(lèi)的層次結(jié)構(gòu)是一個(gè)很復(fù)制的過(guò)程，因此如何規(guī)范的提取類(lèi)與類(lèi)之間的層次關(guān)系是我們需要重點(diǎn)研究的課題。本文主要是使用約束條件和類(lèi)之間的一些特殊關(guān)系來(lái)建立類(lèi)的層次結(jié)構(gòu)。建立類(lèi)之間的層次關(guān)系主要有“isPartOf”，“isRelyOn”，“isParallel”，“hasFunction”，“hasSubType”。以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程為例如圖2：

圖2 部分類(lèi)的層次結(jié)構(gòu)

3.3 屬性及屬性關(guān)系

僅用類(lèi)來(lái)表示各個(gè)知識(shí)點(diǎn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還要用屬性表示類(lèi)的特性和實(shí)例。通過(guò)對(duì)類(lèi)的關(guān)系的擴(kuò)展，完善和充實(shí)課程本體。

在確定屬性及屬性關(guān)系后，還要對(duì)屬性所對(duì)應(yīng)的值類(lèi)型進(jìn)行定義，所謂值類(lèi)型指的是用何種數(shù)據(jù)類(lèi)型的值來(lái)對(duì)應(yīng)屬性及屬性的關(guān)系。

4 本體的推理模塊

本文的語(yǔ)義推理部分主要使用Racer推理機(jī)實(shí)現(xiàn)。RACER是一個(gè)基于描述邏輯SHIQ的推理機(jī)，亦可以用作基于本體語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的本體編輯器。本文用到的主要是RacerPro的TBox和ABox兩個(gè)功能模塊。

TBox為術(shù)語(yǔ)（Terminology）集合，其主要功能為檢測(cè)類(lèi)與類(lèi)之間的包含關(guān)系，通過(guò)創(chuàng)建類(lèi)與類(lèi)的層次結(jié)構(gòu)，對(duì)類(lèi)進(jìn)行規(guī)范和科學(xué)的分類(lèi)，TBox模塊可以用來(lái)檢測(cè)類(lèi)與類(lèi)的層次結(jié)構(gòu)能否符合正常規(guī)范的邏輯結(jié)構(gòu)。

ABox（assertion）為斷言集合，其功能主要是用于推理和檢測(cè)本體的一致性，使用ABox功能模塊對(duì)文本的語(yǔ)義進(jìn)行推理后，還可以返回語(yǔ)義中隱含的信息。

5 本體的查詢(xún)模塊

首先，我們可以通過(guò)設(shè)置Protégé中的Querytab標(biāo)簽或Sparql查詢(xún)語(yǔ)句對(duì)本體進(jìn)行查詢(xún)。其次，還可以使用Jena的API中包含一個(gè)ModelFactory的功能模塊實(shí)現(xiàn)本體的查詢(xún)。其查詢(xún)的主要步驟是：首先利用該功能模塊創(chuàng)建一個(gè)本體模型，然后將本體的OWL文件用OntModel.read（）函數(shù)輸入，最后可以使用listClasses（）、list Individuals（）等函數(shù)對(duì)本體中的信息進(jìn)行查詢(xún)。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文將本體與網(wǎng)絡(luò)課程資源管理相結(jié)合，通過(guò)建立課程本體，并使用RacerPro推理機(jī)實(shí)現(xiàn)課程本體的推理，Jena推理機(jī)實(shí)現(xiàn)課程本體的查詢(xún)。使該系統(tǒng)不但能實(shí)現(xiàn)課程的學(xué)習(xí)，還可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)義的推理和知識(shí)的查詢(xún)。

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作者單位：江西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南昌 330024