語義教育應(yīng)用研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢

王巍巍

（華南師范大學(xué)，廣東 廣州 510006）

語義教育應(yīng)用研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢

王巍巍

（華南師范大學(xué)，廣東 廣州 510006）

語義網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)推動了網(wǎng)絡(luò)教育資源的共享和整合，為實(shí)現(xiàn)多樣化的教育服務(wù)應(yīng)用帶來了機(jī)會，因此得到了國內(nèi)外教育領(lǐng)域研究者的重點(diǎn)關(guān)注，研究成果豐碩。本文首先從語義教育資源入手，對教育領(lǐng)域本體和教育關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)建設(shè)情況進(jìn)行了梳理，進(jìn)而從面向?qū)W習(xí)資源、面向?qū)W習(xí)者、面向教育管理三個(gè)維度對語義教育應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)。最后對語義教育研究的發(fā)展趨勢進(jìn)行了探討。

語義技術(shù)；本體；關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)；教育資源；教育應(yīng)用

一、引言

互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為人們獲取學(xué)習(xí)資源提供了便利，同時(shí)也帶來了網(wǎng)絡(luò)教育資源的海量增長。隨著語義網(wǎng)概念的提出，語義教育資源及其應(yīng)用研究引起了多方關(guān)注，研究伊始，本體和語義網(wǎng)技術(shù)就被認(rèn)為是將影響下一代E-learning系統(tǒng)和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)[1]。目前語義教育研究已經(jīng)成為E-learning、開放教育資源等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)問題，近年來關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，更是將語義教育研究推向了新的研究階段，國內(nèi)學(xué)者也開始關(guān)注該領(lǐng)域的研究。本文將從語義教育資源和語義教育應(yīng)用兩個(gè)方面梳理近年來語義教育研究領(lǐng)域的研究進(jìn)展，并在此基礎(chǔ)上對未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行探討。

二、語義教育資源

語義教育資源是指基于語義網(wǎng)創(chuàng)建的各類教育數(shù)據(jù)和服務(wù)。目前在語義教育資源研究領(lǐng)域，最受矚目的為教育領(lǐng)域本體的構(gòu)建和教育關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的創(chuàng)建。

1.教育領(lǐng)域本體

本體是對某一領(lǐng)域中的術(shù)語及術(shù)語間關(guān)系的規(guī)范化說明。Vega-Gorgojo等[2]對教育及其相關(guān)領(lǐng)域的詞表進(jìn)行了較為全面的梳理，獲得了包括學(xué)術(shù)、學(xué)習(xí)資源、跨領(lǐng)域、社會的、圖書館、媒體、標(biāo)簽、地理和其它共九大類66種教育相關(guān)詞表。這些本體根據(jù)其用途和研究目標(biāo)，側(cè)重描述的知識領(lǐng)域各有不同，例如mEducator項(xiàng)目[3]全稱為“醫(yī)學(xué)教育多類型內(nèi)容的共享與再利用”（Multi-type Content Sharing and Repurposing in Medical Education），該項(xiàng)目遴選出45個(gè)核心概念，構(gòu)建了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的專業(yè)教育本體。這45個(gè)核心概念被劃分為教育實(shí)踐資料、專業(yè)實(shí)踐資料和參考資料三個(gè)大類，每個(gè)大類中包含的詞匯又進(jìn)一步劃分為核心資源類型和醫(yī)學(xué)資源類型兩大類。LinkedScience項(xiàng)目[4]創(chuàng)建的教學(xué)相關(guān)的詞表TEACH詞表，用于描述教學(xué)的核心詞匯及其屬性，讓教師可以將有關(guān)其課程的各類資源整合在一起。還有如學(xué)術(shù)組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)的本體 AIISO （Academic Institution Internal Structure Ontology）等。

2.教育關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)

本體對于概念和概念之間關(guān)系的表示是語義網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)可理解可推理的核心信息組織模式，而語義網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間互相關(guān)聯(lián)、共享與整合的途徑則是關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)[5]。近年來教育關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)蓬勃發(fā)展，研究者發(fā)現(xiàn)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)在教育資源整合、發(fā)現(xiàn)和個(gè)性化推薦方面都有較好的應(yīng)用[6]，在Elearning、學(xué)習(xí)資源共享等領(lǐng)域研究成果豐富。

有關(guān)教育關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的研究主要集中在兩個(gè)方面：

一方面是將教育數(shù)據(jù)集發(fā)布為關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。D’Aquin等人[7]曾對已經(jīng)發(fā)布的跟教育有關(guān)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集進(jìn)行過統(tǒng)計(jì)，獲取到來自22個(gè)不同數(shù)據(jù)端點(diǎn)的146個(gè)數(shù)據(jù)集，這些教育數(shù)據(jù)集的發(fā)布者來自各種行業(yè)，有大學(xué)、出版組織、政府機(jī)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)化組織，還有來自于項(xiàng)目的研究成果（如meducator.open.ac.uk等）等，其中共包含了588種不同類型的詞表，這些詞表的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)如圖1所示，節(jié)點(diǎn)的顏色代表連通性，標(biāo)簽字體的大小代表使用該詞表的數(shù)據(jù)集的多少。很多研究機(jī)構(gòu)也紛紛投入到教育關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的發(fā)布中，如英國聯(lián)合信息系統(tǒng)委員會（JISC）、歐洲eContentPlus基金會和英國開放大學(xué)等機(jī)構(gòu)開展的研究項(xiàng)目，英國開放大學(xué)發(fā)起的LUCERO項(xiàng)目，歐洲框架項(xiàng)目7資助的LinkedUp項(xiàng)目等。

圖1 詞表共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

另一方面是實(shí)現(xiàn)教育關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)與現(xiàn)有關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集的鏈接。教育關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)發(fā)布的重要環(huán)節(jié)就是要與已有的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，這樣才能保證所發(fā)布的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)能夠被發(fā)現(xiàn)、共享和整合。Rajabi等[8]對現(xiàn)有關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)鏈接工具進(jìn)行了分析，獲取了人工鏈接、自動鏈接和半自動鏈接三類鏈接工具，并采用其中的半自動鏈接工具LIMES[9]將發(fā)布為關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的GLOBE元數(shù)據(jù)與已有關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)云進(jìn)行了鏈接。

三、語義教育應(yīng)用

教育本體的創(chuàng)建和教育關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集的發(fā)布，為教育應(yīng)用的開發(fā)提供了基礎(chǔ)。根據(jù)對現(xiàn)有語義教育應(yīng)用的梳理，將語義教育應(yīng)用分為三大部分進(jìn)行總結(jié)，分別為面向?qū)W習(xí)資源研究的應(yīng)用、面向?qū)W習(xí)者研究的應(yīng)用和面向教育管理的應(yīng)用。

1.面向?qū)W習(xí)資源的應(yīng)用

面向?qū)W習(xí)資源的應(yīng)用主要是圍繞學(xué)習(xí)資源的整合、導(dǎo)航和檢索，以及教育資源推薦三個(gè)方面。

（1）學(xué)習(xí)資源整合

利用語義技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)基于學(xué)習(xí)資源內(nèi)容的深度整合。Zablith[10]將關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)用于高等教育課程資源的鏈接，將課程資源標(biāo)注為多個(gè)核心概念，通過創(chuàng)建語義關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)層，將包含相同概念的課程資源和有關(guān)同一課程的學(xué)習(xí)資源鏈接起來，解決傳統(tǒng)的文本式課程資源組織模式下，難于描述資源之間聯(lián)系的問題。該研究還引入了學(xué)習(xí)者創(chuàng)建關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)資源的方法，支持用戶通過點(diǎn)擊網(wǎng)頁書簽的方式，主動為某一概念添加相關(guān)學(xué)習(xí)資源，從而擴(kuò)展資源范圍。Mudu等人[11]構(gòu)建了Zenaminer平臺，將共享內(nèi)容對象參考模型SCORM與關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)云鏈接在一起，通過學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)LMS對課程結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，靈活地實(shí)現(xiàn)了共享內(nèi)容對象（SCO）、課程評論和注釋依據(jù)課程結(jié)構(gòu)的有機(jī)整合。LUCERO項(xiàng)目[12]構(gòu)建的開放學(xué)習(xí)系統(tǒng)OpenLearn實(shí)現(xiàn)了不同類型學(xué)習(xí)資源的整合，該系統(tǒng)采用關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)將存儲在兩個(gè)不同系統(tǒng)Podcasts和OpenLearn中的課程整合在一起，使得用戶在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)就可以獲取有關(guān)課程的文本及多媒體資源，提升學(xué)習(xí)者的瀏覽和學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

工科新教師作為知識的轉(zhuǎn)化主體、技能的養(yǎng)成主體、能力的發(fā)展主體缺失。作為成人的工科新教師，在培訓(xùn)過程中，往往表現(xiàn)為知識的被動接受者、技能的被動受訓(xùn)者、能力鍛煉的承受者，缺乏將工程知識轉(zhuǎn)化為課程知識與教學(xué)內(nèi)容、將教學(xué)知識內(nèi)化為教學(xué)意識與教學(xué)觀念的主動性，缺少將自身基本素質(zhì)與能力轉(zhuǎn)化為教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)組織與實(shí)施、教學(xué)管理與評價(jià)能力的自覺性。表現(xiàn)為對教育教學(xué)知識不主動反思、對教育思想理念無內(nèi)化吸收、對教學(xué)技能的生成不積極強(qiáng)化、對教學(xué)能力的提升無行動自覺。

（2）學(xué)習(xí)資源的導(dǎo)航與檢索

目前，獲取分布式異構(gòu)資源主要有兩種方法：一種是采取元數(shù)據(jù)收割的方式，整合不同數(shù)據(jù)庫中的元數(shù)據(jù)資源，另一種是采用跨庫檢索的方式，將檢索結(jié)果進(jìn)行整合顯示。這兩種方法的主要問題是：對于非本地資源的瀏覽只有通過檢索的方式才能獲取，所瀏覽的資源局限于檢索詞所限定的范圍，對資源缺乏全局性的了解。為了解決這一問題，Sicilia等[13]在Organic.Edunet項(xiàng)目中提出將學(xué)習(xí)對象倉儲中的資源發(fā)布為關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，嘗試基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的跨庫資源檢索新方法，以實(shí)現(xiàn)資源檢索范圍的拓展，以及分布式資源庫之間的資源瀏覽與導(dǎo)航。類似的還有FORGE項(xiàng)目[14]，該項(xiàng)目基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)整合豐富的在線開放教育資源，為用戶提供資源導(dǎo)航、發(fā)現(xiàn)和推薦等服務(wù)。

（3）學(xué)習(xí)資源推薦

一方面，將資源通過使用者建立關(guān)聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)基于用戶興趣的資源協(xié)同推薦。Deursen等[15]通過構(gòu)建基于Web的Elearning平臺，將學(xué)習(xí)內(nèi)容和與其配套的多媒體資源以及學(xué)習(xí)者檔案發(fā)布為關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，用戶登錄平臺后，平臺將根據(jù)學(xué)習(xí)者檔案為其提供個(gè)性化的課程瀏覽，進(jìn)而根據(jù)用戶選擇的課程，推薦適合其學(xué)習(xí)水平和使用設(shè)備的課程配套練習(xí)，讓用戶在任何設(shè)備都能獲得個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源。

另一方面，可以通過建立資源之間的關(guān)聯(lián)匹配，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化資源推薦。Zotou等[16]基于歐洲技術(shù)/能力、質(zhì)量和職業(yè)（ESCO）分類詞表，采用關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)將課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)與用戶的職業(yè)發(fā)展需求關(guān)聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模開放在線課程與用戶需求之間的自動匹配，為學(xué)習(xí)者提供符合自身需求的課程選擇。

2.面向?qū)W習(xí)者的應(yīng)用

面向?qū)W習(xí)者的應(yīng)用主要是對學(xué)習(xí)者特征進(jìn)行的研究，包括用戶建模、學(xué)習(xí)分析、社會化學(xué)習(xí)等。

（1）用戶建模

（2）學(xué)習(xí)分析

學(xué)習(xí)分析是通過對學(xué)習(xí)者及其所處學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行分析，理解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為并為其提供學(xué)習(xí)改進(jìn)策略。D’Aquin等[18]將關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)引入到學(xué)習(xí)分析中實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)整合，為理解數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果提供更加豐富的背景信息，幫助學(xué)習(xí)分析專家更好地理解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動機(jī)等。

（3）社會化學(xué)習(xí)

社會化學(xué)習(xí)環(huán)境中，用戶學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、用戶注釋、瀏覽/閱讀等行為被認(rèn)為是一種具有價(jià)值的資源，通過分享用戶行為，建立相似用戶之間的關(guān)系，為其他用戶提供學(xué)習(xí)推薦，可以發(fā)揮縮小書本知識與用戶知識之間鴻溝的作用。Robinson等[19]根據(jù)用戶注釋建立了一種檢索機(jī)制，當(dāng)讀者使用某一關(guān)鍵詞檢索一本電子書中的內(nèi)容時(shí)，系統(tǒng)通過語義分析和相似度計(jì)算后，根據(jù)相關(guān)性將所有用戶注釋用不同的顏色標(biāo)注出來，可以為讀者提供閱讀借鑒。

3.面向教育管理的應(yīng)用

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，教育管理中存在的問題是否可以用技術(shù)的方法來解決已經(jīng)引起諸多學(xué)者的興趣。以下從教學(xué)、科研和管理服務(wù)三個(gè)方面概述面向教育管理的主要應(yīng)用進(jìn)展。

（1）教學(xué)服務(wù)

教學(xué)服務(wù)主要是圍繞教學(xué)過程，通過資源的整合等方法，提高教學(xué)效率，實(shí)現(xiàn)教學(xué)改進(jìn)等。Vega-Gorgojo[20]指出，引入關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)能夠在學(xué)生入學(xué)、就業(yè)與招聘、教學(xué)、科研、教育質(zhì)量保證、教育數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)布等多個(gè)領(lǐng)域，例如在教學(xué)領(lǐng)域，可以利用關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)不同教育機(jī)構(gòu)間教學(xué)資源的檢索和匹配等。David[21]等為了實(shí)現(xiàn)LATEX格式的教學(xué)資料與其它資源的整合，Afuan等[22]基于學(xué)生本體和推理機(jī)制構(gòu)建了學(xué)生期末作業(yè)查詢系統(tǒng)。

（2）科研服務(wù)

科研服務(wù)主要指科研信息檢索、研究現(xiàn)狀分析、研究者分析等服務(wù)。Maturana等[23]采用關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)將學(xué)習(xí)分析領(lǐng)域的研究成果集成在一起，為用戶提供這一領(lǐng)域研究成果的多面檢索、更為豐富的上下文內(nèi)容、圖表瀏覽和動態(tài)的數(shù)據(jù)可視化展示等功能。Agbo等[24]采用本體來描述科研文獻(xiàn)信息，改善學(xué)生和教師在學(xué)習(xí)和研究中從大量信息中查找有價(jià)值信息的低效率狀況。

（3）管理服務(wù)

管理服務(wù)主要是利用組織內(nèi)外的開放數(shù)據(jù)，通過語義整合，提高工作效率和服務(wù)質(zhì)量，提升用戶滿意度。例如南安普頓大學(xué)將一些學(xué)校管理數(shù)據(jù)發(fā)布為開放數(shù)據(jù)，并采用關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)將大學(xué)內(nèi)外的相關(guān)信息整合到一起，在此基礎(chǔ)上提供開放數(shù)據(jù)服務(wù)方便學(xué)校師生以及訪問者，并可增加管理的透明性[25]。如圖2所示，為開放數(shù)據(jù)服務(wù)提供的校園（Highfield Campus）地圖服務(wù) ，該地圖將學(xué)校教學(xué)樓位置、電話亭、景點(diǎn)、休閑娛樂場所和交通等各類信息整合在一起，用戶從一張圖上就可以迅速地了解校園全貌，找到其所需要的服務(wù)。在圖2中，點(diǎn)擊左下方的“Building 1”可以打開有關(guān)Building 1的信息頁面，如圖2右所示，該頁面中包含這棟建筑的位置、建造時(shí)間、包含的系所、設(shè)施、服務(wù)（打印服務(wù)等）和電力試用情況等內(nèi)容。

圖2 南安普頓大學(xué)校園地圖服務(wù)

四、發(fā)展趨勢與展望

語義網(wǎng)技術(shù)與教育領(lǐng)域的結(jié)合，被給予很大期望?；诂F(xiàn)有研究和趨勢分析，將語義教育資源及應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展方向總結(jié)為以下幾個(gè)方面：

1.關(guān)注學(xué)習(xí)整合模型研究

學(xué)習(xí)整合模型是指將學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)資源關(guān)聯(lián)在一起的學(xué)習(xí)序列構(gòu)建模型，該模型將學(xué)習(xí)者按照學(xué)習(xí)階段/程度進(jìn)行劃分，并將其映射為對應(yīng)的學(xué)習(xí)資源對象。從依據(jù)資源特征建立資源關(guān)系，或依據(jù)學(xué)習(xí)者興趣建立資源之間的相關(guān)關(guān)系，深化為根據(jù)學(xué)習(xí)者階段/程度整合學(xué)習(xí)資源，是根據(jù)學(xué)習(xí)者現(xiàn)有知識、學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)程度等建立與學(xué)習(xí)資源的關(guān)聯(lián)關(guān)系，需要借鑒認(rèn)知科學(xué)、學(xué)習(xí)科學(xué)等學(xué)科研究成果進(jìn)行深入研究。

2.探索面向教育管理的應(yīng)用

基于語義的教育應(yīng)用突破了原有資源整合研究的局限，將用戶與用戶、用戶與資源連接在一起，實(shí)現(xiàn)了資源的深度導(dǎo)航與檢索、個(gè)性化資源推薦等。然而由于教育開放數(shù)據(jù)集的數(shù)量不足和類型局限等原因，目前針對這種管理服務(wù)類的應(yīng)用尚顯不足。在未來的研究中，與教育管理相結(jié)合的語義教育服務(wù)應(yīng)用將引起關(guān)注。

3.拓展教育應(yīng)用深度和廣度

除了教育資源整合和資源推薦應(yīng)用，語義教育可以在更多領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。例如支持混合式學(xué)習(xí)、開放學(xué)習(xí)、智慧學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)情境的應(yīng)用，支持協(xié)作學(xué)習(xí)、小組學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)的應(yīng)用，支持在線學(xué)習(xí)、移動學(xué)習(xí)、泛在學(xué)習(xí)等的應(yīng)用。語義教育應(yīng)用還有更深更廣闊的研究空間等待研究者們?nèi)ヌ剿鏖_發(fā)。

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（編輯：王曉明）

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