計算機應用論文專業(yè)教學資源庫本體模型構建

1、專業(yè)教學資源庫本體模型構建 *孫玉娣裴勇(江蘇經貿職業(yè)技術學院，江蘇?南京?211168)摘要：針對當前專業(yè)教學資源庫的可重用性低、難以提供智能服務等問題，本文提出構建本體專業(yè)教學資源庫。該方法將語義web思想與本體技術引入專業(yè)資源庫構建中，并以構建計算機網絡專業(yè)教學資源庫為例，闡述了構建基于本體的專業(yè)教學資源庫模型的整個流程，并選用jena推理機，對資源語義的一致性進行檢查。研究表明，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共享與語義查詢。 關鍵詞：本體；教學資源庫；語義網；owl 0引言 為深化教育教學改革，加強專業(yè)與課程建設，推動優(yōu)質教學資源共建共享，教育部啟動了教育專業(yè)

2、教學資源庫建設項目，目前全國已建成多個專業(yè)共享型教學資源庫，供不同專業(yè)人才使用。綜觀已建成的專業(yè)教學資源庫，普遍存在（1）教學資源建設缺乏統(tǒng)一標準，教學資源通用性不強，難以共享、重用； （2）教學資源內容的堆徹，知識間聯(lián)系表示簡單，很難提供較好的智能服務。這些問題產生的原因在于現(xiàn)有的教學資源庫中知識孤立性、缺乏語義。所以，建設一個開放的教學資源平臺，實現(xiàn)資源共享，消除資源孤島，實現(xiàn)系統(tǒng)間交互與數據的流通，是目前首要考慮的問題。 解決這些問題的基本方法是確立共同認可和執(zhí)行的框架與規(guī)范，變無序數據為有序知識，讓計算機理解web信息，即語義網。 本體作為一種能在語義和知識層次上描述信息的概念模型，可

3、用于描述或表達某一領域知識一組概念或術語，也可用于描述特定領域的知識2,3,5。在教育資源建設方面，marvintan和angela goh就已成功使用特殊的領域本體，實現(xiàn)了基于語義的教學資源的分類，瀏覽和查找4。但是，在國內還鮮有這方面成熟的研究成果。 本文將語義web的思想與本體技術引入到專業(yè)教學資源庫建設中，應用本體的概念和相關技術定義教學資源，通過構建本體教學資源庫模型，給現(xiàn)有的教學資源增加語義描述，提高資源的可重用性和利用率，并以“計算機網絡專業(yè)資源庫中計算機網絡課程”為例，給出了一個本體教學資源庫框架模型，并對實現(xiàn)過程作了進一步的探討。 1專業(yè)教學資源庫本體模型 基于語義web思想

4、和本體技術，本課題設計了如圖1所示的專業(yè)教學資源庫模型。1）收集各種類型的專業(yè)教學資源，形成專業(yè)教學資源庫； （2）根據教學資源庫中資源特點，進行特征提取，形成教學資源本體模型； （3）同時，根據教學資源庫中資源的語義特征，進行提取，形成領域知識本體； （4）根據教學資源本體，將專業(yè)教學資源庫中的資源進行標注，形成元數據標注庫； （5）接受用戶請求的內容，利用本體語義層進行推理、查詢，得出用戶所需內容； （6）通過用戶交互層接口，系統(tǒng)根據用戶需求，進行推理、查詢，并將系統(tǒng)智能服務內容反饋給用戶。 專業(yè)教學資源指教學過程中使用到的且可通過計算機用于教學的所有資料。主要包括課件、案例、作業(yè)、實驗、

5、試題、網絡課程、媒體素材等資源，主要是多媒體資源，如文本、圖像、音頻、動畫、視頻等。數據量很大，類型也很多。該本體模型通過分析專業(yè)資源的結構特征與語義特征，通過分析提取，得到教學資源素材本體與領域知識本體，并將教學資源進行標注，形成相應的標注文件，為整個模型中使用推理引擎進行推理做準備。用戶交互是資源語義模型上各種應用，可為用戶提供基于語義的檢索、個性化的學習服務等。 2本體設計 2.1本體概述化描述本體的概念最初起源于哲學領域，在信息系統(tǒng)中引入本體是為了描述目標世界的信息，從而滿足系統(tǒng)中推理模型的需求。具體地說，本體的目標是捕獲相關領域知識，提供對該領域知識的共同理解，確定該領域內共同認可的

6、詞匯，并從不同層次的形式化模型上給出這些詞匯和詞匯間相互關系的明確定義。因此，在設計本體前，首先要形式化定義本體，即本體建模?；镜慕ＴZ有：類（class）、屬性(attribute)、關系(relation)、實例(instance)、公理(axiom)。具體定義如下：定義1：本體是用于描述或表達某一領域知識的一組概念或術語，可用一個五元組表示c=（c,i,at,r,ax），其中c是類，是概念的集合，可用于描述一個任務、事件、策略或一個進程等；i是實例，它是某個概念類所指的具體實體，是本體最為具體的對象；at是屬性，它是類和實例的描述符，用于描述對象的一種屬性；r是關系，它代表類之間的關

7、聯(lián)，是概念類間的層次結構；ax是公理，它表示本體中的永真斷言。 2.2本體構建 根據本體的形式化定義，結合專業(yè)教學資源庫模型，建立了兩個本體，一是教學資源本體8，該本體主要是給出了一個教學資源形式化描述的框架，利用此框架來實現(xiàn)資源的標注。二是領域知識本體9，該本體描述主要是從語義角度出發(fā)，將專業(yè)知識中所有的概念形成一個分類層次結構。 2.2.1教學資源本體 定義2：教學資源本體模型edu_rs=rs_info,rs_domain_info,rs_apply_info,rs_auth_info，其中，rs_info表示教學資源基本信息，包括資源id、名稱、類別、格式、大小、作者、簡介描述等相關信

8、息；rs_domain_info表示資源應用領域的相關信息，包括資源所屬學科、所屬專業(yè)、面向人群等相關信息；rs_apply_info表示教學資源使用形式的相關信息，包括應用類別、應用形式、應用環(huán)境等信息；rs_auth_info表示資源的用戶權限信息，用戶id、訪問權限、下載權限等。 根據上述定義，可構造教學資源本體模型，如計算機網絡課程中tcp/ip體系結構部分課件資源可被描述為：tcp/ip體系結構課件資源=課件編號，tcp/ip體系結構，課件，ppt，2.4m，張三，具體闡述了tcp/ip體系結構相關知識，計算機網絡基礎，計算機網絡專業(yè)，高職高專學生，課堂，教師講授，多媒體教室，注冊用

9、戶，可讀，可下載，。 類似地，可以將專業(yè)教學資源庫的所有資源都進行形式化描述，即資源標注，形成元數據標注庫，為后期推理、查詢作準備。 2.2.2領域知識本體 領域知識本體的構建思路主要是基于語義的角度，通過利用領域本體和語義網明確指示資源之間的語義結構。本課題旨在建一個“計算機網絡專業(yè)教學資源庫”，接下來利用本體的概念，對網絡專業(yè)中網絡互聯(lián)技術這門課程中所有概念，形成了一個分類層次結構，如圖2所示。 圖2領域本體分類層次結構圖 3邏輯推理層邏輯推理部分的設計是基于本體之上的，從領域知識本體、教學資源本體中提取數據，形成一個描述教學資源的語義模型，通過推理引擎和查詢引擎為系統(tǒng)模型上層基于語義的應

10、用提供支持。本課題在建專業(yè)資源庫時，利用protg本體建模工具構建領域知識本體，該本體以owl文件形式存儲7。 在該本體模型中，推理機采用的是jena10，jena是一個java開發(fā)工具包，用于語義web應用程序開發(fā)，它支持owl和rdfs。jena平臺提供了對owl推理的多方面支持，包括解析、創(chuàng)建和查詢owl模型等。在本系統(tǒng)中，通過jena，可以實現(xiàn)構建本體時的一致性檢查，也可以實現(xiàn)基于規(guī)則的推理，在用戶交互過程中，用戶提交查詢 請求，推理層根據請求，經過推理，將結果反饋給用戶，選用了合理的推理機，保證了推理的可判性和概念匹配的效率。 4結束語 針對目前所建的專業(yè)教學資源庫在互操作和重用方面的不足，本文提出了基于本體的專業(yè)教學資源庫模型，通過對教學資源庫結構、概念、關系的分析與描述，使得對教學