基于SCORM規(guī)范的學(xué)習(xí)內(nèi)容參考本體

曾慶玲，朱新華，張金玲，張波

（1.廈門城市職業(yè)學(xué)院，廈門 361008；2.廣西師范大學(xué)，桂林 514004；3.廣西移動通信集團(tuán)河池分公司，河池 547000；4.賀州學(xué)院，賀州 542800）

1 SCORM標(biāo)準(zhǔn)及存在問題

由美國國防部啟動的ADL（Advanced Distribution Learning）提出的可共享內(nèi)容對象參考模型SCORM（Sharable Content Object Reference Model）[1]，旨在為不同學(xué)習(xí)者的不同需求提供更有效、可靠，可共享的教學(xué)資源，SCORM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范在解決網(wǎng)絡(luò)教育資源的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、可重用及可共享等問題上取得了巨大突破。但是，SCORM規(guī)范無法解決網(wǎng)絡(luò)教育的智能化，即不能對信息的意義進(jìn)行規(guī)定，不能與語義網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行兼容，無法約定共享的語義。

由于不同的組織有著不同的詞匯，并且信息模型缺乏形式化語義信息，而基于SCORM規(guī)范的XML同樣缺乏信息模型的表示，這就引起了XML Schema無法表示詞匯間的語義關(guān)系。針對目前學(xué)習(xí)對象缺乏學(xué)習(xí)活動的語義信息，以及SCORM信息模型的XML綁定無法確切表示語義信息兩個方面的嚴(yán)重不足，本文通過本體（Ontology）[2]實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)資源的語義表示，使不同學(xué)習(xí)平臺在基本概念上形成語義層的共享，同時給出一個參照SCORM規(guī)范內(nèi)容聚集模型和排列導(dǎo)航模型的學(xué)習(xí)對象本體模型，通過使用本體來描繪學(xué)習(xí)對象中的學(xué)習(xí)活動編排以及學(xué)習(xí)資源組織。

2 本體的構(gòu)成

本體用于說明共享概念模型的形式化規(guī)范，作用是捕獲相關(guān)領(lǐng)域的知識，進(jìn)而確定該領(lǐng)域內(nèi)共同認(rèn)可的詞匯，因此本體是解決語義層上Web信息共享、交換的基礎(chǔ)[3]。本體有5個基本構(gòu)成元素，其結(jié)構(gòu)如下圖1。本體的構(gòu)建方法有很多，如骨架法、Methontology方法、TOVE方法、Berneras方法[4]等，本文采用骨架法來對SCORM規(guī)范中關(guān)鍵概念間的關(guān)系進(jìn)行識別，其次對概念與關(guān)系的精確文本進(jìn)行定義生成，最后利用形式化語言來表達(dá)上一階段概念化的結(jié)果。OWL（Web On?tology Language）是W3C用來描述本體的標(biāo)準(zhǔn)語言，便于機(jī)器理解，同時可解決不同語言間描述學(xué)習(xí)資源的轉(zhuǎn)換[5]。

首先，需要定義學(xué)習(xí)內(nèi)容參考本體的“類”，即元素分類，對該本體最底層的資源進(jìn)行語義化，描述基于SCROM學(xué)習(xí)對象中的各元素、元素間結(jié)構(gòu)；其次，定義類之間的聯(lián)系，即公理表示，建立該本體的框架內(nèi)容，形式化表示學(xué)習(xí)對象中元素間的約束關(guān)系。目前，本體描述語言有多種，包括RDF、RDFS、DAML+OIL以及OWL，而SCORM語義化所采用的是OWL，因OWL從語義表達(dá)機(jī)制上超越XML、RDF能夠表達(dá)機(jī)器可讀文檔的能力[6]。

圖1 本體結(jié)構(gòu)圖

3 基于SCORM規(guī)范的學(xué)習(xí)內(nèi)容參考本體模型

3.1 本體模型建立

本文中本體模型的建立如圖2所示，首先給出本體中元素分類，通過元素分類來描述SCORM模型中的元素及其分類結(jié)構(gòu)。其次給出本體的公理表示，即SCORM規(guī)范的語義公理集合，表示SCORM規(guī)范中使用自然語言來描述的公理的形式化方法。SCORM模型的本體中，復(fù)雜元素是指包含子元素的元素，因此復(fù)雜元素被描述為概念（又稱“類”）。元素分類結(jié)構(gòu)中有具體概念、抽象概念，而抽象概念包含了數(shù)據(jù)類型屬性（指類的實(shí)例與文字間的關(guān)系）和對象屬性（類的實(shí)例間的關(guān)系）。SCORM公理包含用于設(shè)計學(xué)習(xí)對象，約束SCORM概念實(shí)例化規(guī)則的信息模型公理，以及描述學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)執(zhí)行學(xué)習(xí)對象時對學(xué)習(xí)活動的管理和跟蹤的運(yùn)行環(huán)境公理。

SCORM信息模型包括三部分如圖3所示，一是描述學(xué)習(xí)資源的元數(shù)據(jù)模型，二是組織學(xué)習(xí)對象為內(nèi)容包的內(nèi)容聚集模型，三是決定內(nèi)容包中如何安排學(xué)習(xí)活動的排序和導(dǎo)航模型，這三個模型中頂概念的元素分類分別為 Metadata、Component、Sequencing。因此，SCORM模型本體需建立元數(shù)據(jù)模型本體、內(nèi)容聚集模型本體以及排序?qū)Ш侥Ｐ捅倔w。

圖2 本體模型

圖3 SCORM信息模型

3.2 元數(shù)據(jù)模型本體的建立

（1）元數(shù)據(jù)概念的分類結(jié)構(gòu)及形式化表示

SCORM規(guī)范中的元數(shù)據(jù)用于描述學(xué)習(xí)資源，來自于IMS Learning Resource Metadata Final Specification Version 1.3，此規(guī)范目的是通過定義元素的結(jié)構(gòu)使查找和使用學(xué)習(xí)資源更高效[7]，根據(jù)該規(guī)范元數(shù)據(jù)包含9個具體概念如圖4所示。

圖4 Metadata元數(shù)據(jù)概念結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)Metadata概念的分類結(jié)構(gòu)，將其對應(yīng)的描述邏輯語法、形式化語義、抽象語法表示如表1所示：

表1 Metadata概念的形式化表示

（2）對象屬性和數(shù)據(jù)類型屬性的形式化表示

我們以元數(shù)據(jù)分類結(jié)構(gòu)中的technical子概念為例，將抽象概念的數(shù)據(jù)類型屬性和對象屬性進(jìn)行形式化表示，如表2所示。technical元素具有7個子元素format、size、location、installationrequirement、otherplat?formrequirements、duration、requirement，其 中 require?ment具有自己的子元素 type、name、minmumversion、maximumversion，如表3所示。

表2 technical元素的形式化表示

表3 technical元素的子元素requirement的形式化表示

（3）元數(shù)據(jù)的OWL表示

元數(shù)據(jù)分類結(jié)構(gòu)中的technical概念的部分元素結(jié)構(gòu)的OWL代碼如下：

4 本體的存儲與訪問

本文選擇使用美國斯坦福大學(xué)的本體編輯工具Protégé，該工具良好地支持 XML、OWL、RDF（S）等有良好的支持和適應(yīng)，同時Protégé是在具有推理能力的Je?na的基礎(chǔ)上采用Java編寫的開源本體編輯器，具有支持多重繼承，友好的圖形化界面、結(jié)構(gòu)易擴(kuò)展、開放源碼等優(yōu)點(diǎn)[8]。由于本體以樹形結(jié)構(gòu)顯示，這就可以讓本體工程師不需了解本體表示語言，直接通過Protégé界面點(diǎn)擊項目進(jìn)行類、屬性和實(shí)例等進(jìn)行編輯。使用Protégé構(gòu)建的本體保存為RDFSchema格式，方便本體和系統(tǒng)的交互。通過菜單欄OWL標(biāo)簽選擇Define Im?port Policy選項，然后通過Import Policy對話框的加號來導(dǎo)入本體，可將基于SCORM規(guī)范的學(xué)習(xí)內(nèi)容參考本體導(dǎo)入后進(jìn)行實(shí)例化進(jìn)行本體驗(yàn)證。

上文介紹了元數(shù)據(jù)模型本體的建立過程，按照同樣的方法建立內(nèi)容聚集模型本體和排序?qū)Ш侥Ｐ捅倔w，即完成了基于SCORM標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)內(nèi)容本體的建立。然后，通過Protégé將本體導(dǎo)入后，使用Jena來解析本體，實(shí)際上是對OWL的解析，即對上文建立的本體中的類、屬性等的解析。在使用Jean提供的Model?Factory創(chuàng)建本體模型后，通過本體文檔管理器OntDoc?umentManager創(chuàng)建一個對象，然后將本體文檔讀入內(nèi)存中，再載入到已經(jīng)創(chuàng)建的本體模型中，這樣就能實(shí)現(xiàn)對本體文件的增刪改查操作。同時，JenaAPI提供了能將OWL數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫的接口，因此將OWL的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存入數(shù)據(jù)庫中，避免了直接從OWL文件讀取OWL結(jié)構(gòu)信息的耗時。具體OWL語言示例如下：

5 結(jié)語

本文為了解決目前教學(xué)內(nèi)容研究中缺乏學(xué)習(xí)對象的語義描述、不能形式化表示詞匯之間的語義約束以及擴(kuò)展語義，建立了基于SCROM規(guī)范建立學(xué)習(xí)內(nèi)容參考本體模型，并通過Protégé對本體進(jìn)行編輯，再通過Jena來解析本體，實(shí)現(xiàn)對本體的存儲。后期將從一個規(guī)范的遠(yuǎn)程教育標(biāo)準(zhǔn)中選取教學(xué)對象為例，對建立的本體模型進(jìn)行實(shí)例化，并選擇具體課程測試在不同的內(nèi)容規(guī)范下元素內(nèi)容或元素屬性的重復(fù)性定義指標(biāo)以及機(jī)器的可理解性兩個方面驗(yàn)證所建本體的有效性。