知識模型基礎(chǔ)知識

1、知識模型基礎(chǔ)知識一緒論知識是一個很復(fù)雜的研究對象，知識系統(tǒng)是龐大而錯綜復(fù)雜的。知識模型的研究包含知 識組織結(jié)構(gòu)研究和知識處理兩個方面。因此，本文主要分為兩大部分來展開論述：領(lǐng)域知識 表示模型研究和領(lǐng)域知識處理模型研究。1需要研究和解決下列問題：1）學(xué)科領(lǐng)域知識的表示；（知識的表示和描述，并與各類學(xué)習(xí)技術(shù)規(guī)范接軌）2）學(xué)科領(lǐng)域知識的組織與交互關(guān)聯(lián)；3）學(xué)科領(lǐng)域知識的有序化；4）學(xué)科領(lǐng)域知識處理模型2研究內(nèi)容：分析領(lǐng)域知識結(jié)構(gòu)，建立基于概念網(wǎng)的知識表示模型。需要從宏觀到微觀表示復(fù)雜的 領(lǐng)域知識體系，不同層次上的概念在結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜程度和關(guān)聯(lián)關(guān)系上應(yīng)該是不同的。按照不 同層面知識的不同特點可將概念網(wǎng)模

2、型分為上、中、下三個層次。最上層模型描述學(xué)科知識， 中層詳細(xì)描述領(lǐng)域知識，底層模型是對中層模型的補(bǔ)充。根據(jù)三個層面知識的不同特點，分 別構(gòu)建模型。中層概念網(wǎng)模型以本體論為指導(dǎo)思想構(gòu)建，從對象的觀點來認(rèn)識概念，把基本 概念看成是一個個的對象，具有屬性、行為、概念描述、概念詞等復(fù)雜特征，進(jìn)而由基本概 念衍生出派生概念和復(fù)合概念等。在模型中，概念網(wǎng)可簡化為概念樹表示。在此基礎(chǔ)上根據(jù) 樹的層次關(guān)系計算概念樹中節(jié)點的距離，將概念節(jié)點距離計算簡化為純數(shù)學(xué)計算。底層概念 與概念之間通過關(guān)聯(lián)關(guān)系形成一個復(fù)雜的底層概念網(wǎng)絡(luò)，知識之間也建立起推理的依據(jù)。（1）從知識的本質(zhì)出發(fā)，以學(xué)科領(lǐng)域知識為對象，逐步深入地分析

3、領(lǐng)域知識的表示方 法并對概念網(wǎng)模型進(jìn)行研究。（2）通過分析不同層次的知識表示，領(lǐng)域知識的層次結(jié)構(gòu)分析，構(gòu)建靜態(tài)領(lǐng)域知識模 型和動態(tài)領(lǐng)域知識模型，給出能夠詳細(xì)表示知識內(nèi)容的中層概念網(wǎng)絡(luò)模型以及建構(gòu)方法， 確立三層概念網(wǎng)絡(luò)的領(lǐng)域知識組織與表示模型。（3）研究領(lǐng)域知識中層概念網(wǎng)建構(gòu)，運(yùn)用本體論的方法詳細(xì)描述中層概念網(wǎng)模型的構(gòu) 建和表示。（4）探索概念節(jié)點在概念樹中的數(shù)學(xué)模型。通過定義概念各種關(guān)系時的不同距離計算 方法，將抽象的概念聯(lián)系轉(zhuǎn)化為形象的概念距離。3基于知識的學(xué)習(xí)資源組織在“知識爆炸”的網(wǎng)絡(luò)信息時代，核心知識增長并不大，而各種通過繼承、交叉、發(fā) 展而派生的知識，以及分散在各種出版物、網(wǎng)頁的外

4、圍資料卻在與日俱增，導(dǎo)致了知識存儲 狀態(tài)的無序化。因此，組織學(xué)習(xí)資源的唯一途徑是圍繞著知識這個內(nèi)核組織資源。（1）知識組織是對知識內(nèi)容進(jìn)行分析，找到人們創(chuàng)造與思考的相互影響及聯(lián)系的結(jié)點，像地圖一樣把 它們標(biāo)示出來，以展示知識的有機(jī)結(jié)構(gòu)，為人們直接提供創(chuàng)造時所需要的知識和信息。可稱 其為“認(rèn)識地圖”或“知識地圖” “認(rèn)識地圖”實際上是通過相互引證的文獻(xiàn)之間的內(nèi)部聯(lián) 系來繪制的，即首先分析相互引證文獻(xiàn)，查明是什么思想、觀點和理論被后繼論文引用；如 果被引事項可以用一個簡單的陳述來表示，則該陳述可以分解為有限數(shù)量的概念（即數(shù)據(jù)）。這樣繪制的“地圖”使每個知識單元就像一個結(jié)點和地址，處于創(chuàng)造它們的邏輯

5、位置上， 通過引證相關(guān)與其它結(jié)點聯(lián)結(jié)，形成一個有機(jī)整體展示知識利用和生產(chǎn)的動態(tài)過程。通過這 個“地圖”，人們可以直觀地觀察到知識單元怎樣加入到人的創(chuàng)造過程中，并發(fā)揮其作用?！罢J(rèn)識地圖”還可作為指南，指出學(xué)科發(fā)展的疑點、難點、熱點、空白點及突破點，提供探 索的路標(biāo)。當(dāng)此“認(rèn)識地圖”逐漸擴(kuò)大并趨于穩(wěn)定時，便可以作為數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)純信息（或知 識）檢索。（2）思想基因“思想基因”是人的思想高逼真度的復(fù)制品，可以通過一定的方式結(jié)合成復(fù)合體，具有 存在和繁殖能力，如同生物的遺傳一樣?！八枷牖颉钡倪z傳變異導(dǎo)致了知識的繼承和生產(chǎn)。 S.塞恩從“思想基因”出發(fā)，指出了目前知識組織方法的不合理性，建議按所謂“思想

6、基因 進(jìn)化圖譜來組織知識。他認(rèn)為可以從文獻(xiàn)中找出“思想基因”，按自然進(jìn)化方式聚類，形成 “思想基因串”，從而編制出新型的概念索引，供人們利用。所謂“思想基因”實際上就是 知識生產(chǎn)創(chuàng)造過程中起著關(guān)鍵作用的那些思想。這些思想同樣可以表示為一個簡單陳述，而 陳述則可以分解為有限數(shù)量的概念。這些概念在人類創(chuàng)造過程中的有序重組，就表現(xiàn)為各種 定理、法則、定律和公式。有人也稱“思想基因”為“知識基因”或“信息基因”。（3）超大規(guī)模知識庫國家知識基礎(chǔ)設(shè)施NKI是一個龐大的、可共享的、操作化的知識群體，在以下3個方 向展開研究：第一是知識的形式化本體理論。內(nèi)容包括：知識的上下文、結(jié)構(gòu)性、時變性、模塊性、 層次

7、性、知識本體的視圖和超視圖、知識的一致性、知識的可視化（knowledge visualization）、 知識動畫（knowledge animation）、知識本體的總體不確定性（“墑”）、知識本體的覆蓋率、本 體及其成份的相似度、本體成份的重要性、難度等。第二是大規(guī)模知識獲取與處理。知識獲取是知識工程的瓶頸問題，也是NKI建設(shè)的一 個關(guān)鍵問題。它重點研究知識獲取自動化的理論和技術(shù)，并重點研究從中國大百科全書 和其它的知識源中獲取知識。不同的學(xué)者對某些事物可能有相反的認(rèn)識，因而他們有些知識 是相互矛盾的，盡管它們都有一定的可用性NKI研究矛盾知識處理的理論和技術(shù)，在盡可 能發(fā)現(xiàn)NKI中的矛

8、盾知識同時，引導(dǎo)人們?nèi)绾问褂妹苤R。NKI作為一種新型的知識服 務(wù)，它將面向不同文化層次的用戶。例如，在教學(xué)系統(tǒng)中，必須將一個知識模型分成不同的 層次，在學(xué)生的不同學(xué)習(xí)階段分別傳授給學(xué)生。第三是NKI支撐下的應(yīng)用研究。NKI中的知識不僅豐富而且專業(yè)，這為研制各種基于 知識的高技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)提供了知識基礎(chǔ)。在NKI支撐下，其重點研制以下幾類應(yīng)用系統(tǒng)： 計算機(jī)輔助教學(xué)、電子知識工具、自然語言理解、機(jī)器翻譯、文字自動校對系統(tǒng)、模式識別 系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、大規(guī)模計算機(jī)輔助設(shè)計、計算機(jī)輔助醫(yī)學(xué)、網(wǎng)上試驗平臺、計算機(jī)輔助決 策、知識發(fā)現(xiàn)、分布式人工智能、自動推理、進(jìn)化計算、智能計算機(jī)等。二領(lǐng)域知識模型1領(lǐng)域

9、知識宏觀模型分析領(lǐng)域模型的構(gòu)造應(yīng)接近實際的教學(xué)方式，即由學(xué)習(xí)單元與概念、案例之間互相關(guān)聯(lián)構(gòu)成 的知識網(wǎng)絡(luò)。作為基本的教學(xué)單元，學(xué)習(xí)單元之間存在著聚集關(guān)系、前提關(guān)系和推導(dǎo)關(guān)系。 系統(tǒng)同時支持基于任務(wù)的學(xué)習(xí)方式，任務(wù)由若干學(xué)習(xí)單元的組合而成。領(lǐng)域知識模型的確立 需要識別領(lǐng)域知識的基本結(jié)構(gòu)與特點，分析知識模型的功能，尋找適當(dāng)?shù)闹R表示方法，將 通過分析領(lǐng)域知識結(jié)構(gòu)，確立知識模型。知識的表示研究的是知識在計算機(jī)中的表示方法，屬于人工智能的知識工程范疇。知識 表示是系統(tǒng)中最為核心的問題，知識的存儲方式，邏輯推演方式，都與之密切相關(guān)。在某種 意義上，說它是最重要的問題并不過分。知識表示的成功與否直接關(guān)系到

10、系統(tǒng)智能化的程度。 對于一個知識表示方法，通常有如下要求：1）具備將問題求解中的各類形式化知識完全表示出來的能力；2）能使得基于知識的推理有效地、符合邏輯地進(jìn)行；3）具有良好的結(jié)構(gòu)性，便于知識系統(tǒng)的維護(hù)，并可有利于推理的進(jìn)行。學(xué)科領(lǐng)域知識涉及眾多復(fù)雜的科學(xué)概念，概念之間又有復(fù)雜的關(guān)系，如何表示概念的 內(nèi)涵，如何表示概念之間的關(guān)系，以及如何通過關(guān)系的描述靈活理解和產(chǎn)生新的概念是學(xué)科 領(lǐng)域知識表示的重要任務(wù)。因此，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的知識體系在各種知識的組織手段上起著重要的 作用。而知識結(jié)點的粒度應(yīng)該可粗可細(xì)，可以是一個概念，也可以是框架或嵌套子網(wǎng)，聯(lián)系 可以是簡單聯(lián)系，也以是多種語義聯(lián)系，概念與概念之間聯(lián)

11、系在一起構(gòu)成復(fù)雜的知識系統(tǒng)。 概念網(wǎng)絡(luò)是最適合表示大型復(fù)雜知識網(wǎng)絡(luò)的知識模型。概念網(wǎng)的功能分析概念網(wǎng)節(jié)點的框架模型可以將概念的屬性和行為封裝在一個結(jié)構(gòu)中。因此概念節(jié)點可以 作為一個整體描述知識對象；概念網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)性適合表示領(lǐng)域知識的結(jié)構(gòu)性和系統(tǒng)性；概 念網(wǎng)規(guī)范的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以表示知識對象之間的各種關(guān)聯(lián)關(guān)系。概念網(wǎng)作為面向?qū)W科的領(lǐng)域知 識表示和知識組織模型，應(yīng)該具備下列功能：1）構(gòu)造學(xué)科知識的概念譜系構(gòu)造概念譜系也是進(jìn)行知識聚類和分類的過程。知識聚類是將知識按一定的聚類標(biāo)準(zhǔn)分 門別類地加以類集和序化的過程。知識聚類可分為以學(xué)科聚類、以主題概念聚類，以人聚類、 以用聚類、以時空聚類五種類型，它們是

12、相互獨立的聚類體系。概念網(wǎng)模型從概念的屬性描 述出發(fā)，可以靈活地實現(xiàn)多種聚類。2）知識分類。知識分類是指將客觀知識按其邏輯關(guān)系組織有序，從而體現(xiàn)客觀知識的邏輯結(jié)構(gòu)的過 程。概念網(wǎng)模型應(yīng)支持以客觀知識內(nèi)容的多種相關(guān)性為依據(jù)而建立的多種有序化結(jié)構(gòu)。3）知識對象識別識別事務(wù)通常有兩種途徑：通過事物屬性，通過事物之間的關(guān)系。屬性包括性狀、 功能、行為等，事物之間的關(guān)系有相似、不同、因果等。因此，概念網(wǎng)應(yīng)該描述所表征的知 識對象的主要屬性、相互的區(qū)別和相互的關(guān)系。概念網(wǎng)絡(luò)的層次劃分在建構(gòu)學(xué)科知識系統(tǒng)過程中，會遇到兩方面的問題：1）用基本模型表示簡單的知識結(jié)構(gòu)和關(guān)系，概念網(wǎng)的知識處理能力太弱。2）由領(lǐng)域?qū)?/p>

13、家隨意擴(kuò)展，對屬性和關(guān)聯(lián)進(jìn)行復(fù)雜的表示，概念網(wǎng)進(jìn)行知識推理的程序卻 很難做到普適性。分析領(lǐng)域知識結(jié)構(gòu)特征確立知識模型是進(jìn)行知識處理的基礎(chǔ)。通過分析領(lǐng)域知識的特 點，結(jié)合表征知識的模型所應(yīng)具備的功能可確立新模型，以領(lǐng)域知識的三個層次：學(xué)科層、 基礎(chǔ)層、擴(kuò)展層為基礎(chǔ)將概念網(wǎng)模型劃分為上層、中層、下層三個層次。上層概念網(wǎng)用基本 模型簡潔表示，中層概念網(wǎng)采用本體論建模方法和領(lǐng)域?qū)＜乙黄鸶鱾€擊破，采用更復(fù)雜的模 型，中上層概念網(wǎng)都采用精確描述，底層概念網(wǎng)在中上層概念表示的基礎(chǔ)上，用歸納推理方 法產(chǎn)生。1）學(xué)科層概念網(wǎng)。也稱作上層概念網(wǎng)，以一級學(xué)科為根結(jié)點，概念網(wǎng)中的節(jié)點是二級學(xué) 科的重要概念，是一棵關(guān)于

14、學(xué)科的知識分類樹。上層概念網(wǎng)的結(jié)構(gòu)是很簡單的，不對知識的 細(xì)節(jié)進(jìn)行表示，主要功能是表示學(xué)科知識的分類。上層概念網(wǎng)的縮減模型：上層概念網(wǎng)表示的是學(xué)科級的概念，可以說是被擴(kuò)大一定限度 的概念，它包含了眾多的科學(xué)概念，是抽取了所有被包含概念的共同本質(zhì)屬性而形成的，因 此它可以由它所包含的概念表示。2）基礎(chǔ)層概念網(wǎng)。也稱作課程概念網(wǎng)或中層概念網(wǎng)。以課程為單位組織和表示該領(lǐng)域的 基礎(chǔ)理論知識和核心技術(shù)。中層概念網(wǎng)需要詳細(xì)地表示概念的性質(zhì)、概念的內(nèi)涵、及其在不 同語境中的語義；還需對概念的結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)作出規(guī)范化說明。由于中層概念網(wǎng)與上、下層概 念網(wǎng)均有交叉，所以中層概念網(wǎng)的構(gòu)建是知識表示的關(guān)鍵。中層模型的擴(kuò)

15、展：中層概念網(wǎng)建模希望該層概念網(wǎng)能夠像一個專業(yè)人士一樣具有清晰的 知識結(jié)構(gòu)，把概念之間的復(fù)雜關(guān)系，能夠?qū)Ω拍钸M(jìn)行靈活分類和組合；又希望概念網(wǎng)模型規(guī) 范化具備普適性和可操作性。3）擴(kuò)展層概念網(wǎng)。也稱作底層概念網(wǎng)。是指知識不斷發(fā)展過程中向其自身或其它領(lǐng)域擴(kuò) 展深化時產(chǎn)生的知識。擴(kuò)展包括知識本身的深化和細(xì)化、學(xué)科交叉產(chǎn)生新的知識領(lǐng)域的擴(kuò)展 和知識應(yīng)用產(chǎn)生的新技術(shù)知識擴(kuò)展。底層概念網(wǎng)的模糊表示策略：在底層概念網(wǎng)構(gòu)建時，始終把握概念是對知識的抽象這個 關(guān)鍵。因此對概念的描述也應(yīng)從知識中提取出來。底層概念網(wǎng)的表示從形式上說側(cè)重描述概 念的特征。領(lǐng)域知識的概念網(wǎng)構(gòu)建確立知識模型構(gòu)建知識庫是進(jìn)行知識處理的基礎(chǔ)

16、。結(jié)合學(xué)科知識對領(lǐng)域知識概念網(wǎng)的 構(gòu)建過程作進(jìn)一步說明。建構(gòu)領(lǐng)域知識概念網(wǎng)就是建構(gòu)一個領(lǐng)域知識庫系統(tǒng)。該知識庫不同 于人工智能傳統(tǒng)意義上的知識庫。概念網(wǎng)絡(luò)是描述概念及概念之間關(guān)系的概念模型，通過概 念之間的關(guān)系來描述概念的語義，可以看作一種特殊的語義網(wǎng)模型。但是它和一般的語義網(wǎng) 相比，不僅表示的對象不同，結(jié)構(gòu)形式上有很大差別。因此，在具體模型建構(gòu)上也是完全不 同的。2領(lǐng)域知識模型的組織與表示領(lǐng)域知識的組織和表示是適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)中的一個核心組成部分，領(lǐng)域模型是對領(lǐng) 域知識的抽象表示。領(lǐng)域建模的目的就是要揭示出課程教學(xué)中的各種元素及其相互之間的關(guān) 系，即課程中的知識（事實和規(guī)則），并且用形式化

17、的方法描述和表示出來，領(lǐng)域建模其實質(zhì) 是領(lǐng)域知識庫的建立過程。首先分析領(lǐng)域知識建模的對象一領(lǐng)域知識中的各種元素及常用的關(guān)系，從不同的角度對 其進(jìn)行分類，闡述知識表示的基本原則；接著對領(lǐng)域知識表示的若干方法進(jìn)行分析比較。教學(xué)領(lǐng)域知識元素（1）課程course或者lesson，通常指具有完整知識體系的學(xué)習(xí)對象，對于一門課程，通常都和下 列信息關(guān)聯(lián)：1）教學(xué)要求即學(xué)習(xí)目標(biāo)；2）一個或多個教師，負(fù)責(zé)該課程的教學(xué)；3）學(xué)生，課程學(xué)習(xí)的主體；4）學(xué)習(xí)的內(nèi)容，通常由若干章組成。2）章chapter，比課程稍小的學(xué)習(xí)對象，其包含的內(nèi)容關(guān)聯(lián)密切，一般代表了課程內(nèi)的子目標(biāo)， 是一個相對完整的教學(xué)單位。通常一章中，

18、也會有導(dǎo)引、總結(jié)、練習(xí)等內(nèi)容，一章通常由若 干節(jié)組成。3）節(jié)section，比章小的學(xué)習(xí)對象，往往針對某個較小的具體教學(xué)目標(biāo)，通常由一個或幾個密 切聯(lián)系的知識點組成。4）知識點Knowledge Item或者Concept，通常指最小的知識邏輯單元。5）學(xué)習(xí)對象/知識對象learning object/knowledge object，通常泛指各種學(xué)習(xí)材料，粒度大小不一，能夠在技術(shù) 支持的環(huán)境下使用、重用或引用的實體（LOM定義）。LOM模型中，對學(xué)習(xí)對象的描述信息 即元數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化。在早期的一些文獻(xiàn)中，知識對象的含義也與學(xué)習(xí)對象的含義類似。5）學(xué)習(xí)單元unit of learning（或L

19、earning unit），在荷蘭開放大學(xué)EML建模規(guī)范和IMS的學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī) 范中，以學(xué)習(xí)單元作為建模的對象，它通常是指諸如一門課程、一個模塊、或一節(jié)課等教育 片段的一個抽象術(shù)語，不僅包含了需要學(xué)習(xí)的有序的資源集合，還包括各種各樣的行為（問 題求解、搜索、討論、對等評估等）、評價、服務(wù)和教師或其他成員提供的支持設(shè)施。顯然， 在IMS定義中，它是一個包含學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)過程的一個教學(xué)活動，對其粒度的粗細(xì)并沒 有加以限制。在本文中，也將借用這個術(shù)語，但是特指一個較小的學(xué)習(xí)活動，是構(gòu)成課程的邏輯上不 可再分的基本學(xué)習(xí)對象，它包含一定的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)導(dǎo)引、學(xué)習(xí)材料、練習(xí)等等。6）素材material，通

20、常是教學(xué)內(nèi)容中的基本元素，對應(yīng)最小粒度的學(xué)習(xí)對象。比如：文本、圖 片、動畫、一段聲音、視頻等。教學(xué)領(lǐng)域知識元素間的關(guān)系現(xiàn)實世界中領(lǐng)域知識元素（對象）之間的關(guān)系是復(fù)雜多樣的，但在系統(tǒng)實現(xiàn)時，需要建模 的關(guān)系類型往往是根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜程度和需要而進(jìn)行選擇。在教學(xué)系統(tǒng)建模中，常用的知識 元素之間的關(guān)系有：（1）聚集關(guān)系（構(gòu)成關(guān)系）某一對象是由其他對象組成，反映出他們的構(gòu)成關(guān)系。例如:課程由許多章組成；一個 學(xué)習(xí)任務(wù)包含多個學(xué)習(xí)單元；一個學(xué)習(xí)單元包含目標(biāo)、前提、角色、活動、環(huán)境；一個復(fù)合 知識點由若干個知識點組成等。（2）繼承關(guān)系（一般/特殊關(guān)系）繼承關(guān)系用來表達(dá)類屬關(guān)系或特化關(guān)系，表示子對象是父對象的

21、一種特例，子對象繼承 了父對象的一些特性。例如：參與學(xué)習(xí)過程的對象有教師、學(xué)生、職員等，這些教師、學(xué)生、 職員都是一種角色，他們繼承角色的某些屬性（姓名、年齡等）信息，同時他們又都承擔(dān)不同 的責(zé)任；在教學(xué)過程的活動，既有學(xué)生的學(xué)習(xí)活動，也有教師的支持活動，他們都是一種活 動，具有活動的共同特征，但又有所區(qū)別。（3）關(guān)聯(lián)關(guān)系對象之間既不是構(gòu)成關(guān)系，也不是繼承關(guān)系，而是相互之間存在一定的關(guān)聯(lián)。例如：在 一個學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)活動、學(xué)習(xí)環(huán)境三種對象之間是相互關(guān)聯(lián)的，可以描述為學(xué) 習(xí)者在一定的學(xué)習(xí)環(huán)境開展學(xué)習(xí)活動；一個學(xué)習(xí)單元往往圍繞一個或多個概念而展開的，學(xué) 習(xí)單元與概念之間存在關(guān)聯(lián)；一個測試

22、或練習(xí)項目其目的也是考察對針對某個概念掌握程 度；論壇中所討論的一個問題往往也隸屬于某個學(xué)習(xí)單元，或者是針對某個概念。（4）依賴關(guān)系對象之間雖然不直接關(guān)聯(lián)，但是存在一定的依賴關(guān)系。比如：在適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)中， 呈現(xiàn)某個頁面的條件依賴于學(xué)生的某些屬性等。（5）前提關(guān)系它用來描述教學(xué)內(nèi)容之間本身就存在的固有的邏輯聯(lián)系，如某個知識點是另外一個知識 點的邏輯前提；也可用來表示教師對教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)順序的安排，哪個知識點先學(xué)，哪個知識 點后學(xué)等。前提關(guān)系是教學(xué)策略的體現(xiàn)，是實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容序列化（排序）的重要關(guān)系。（6）推導(dǎo)關(guān)系推導(dǎo)關(guān)系是在實現(xiàn)適應(yīng)性教學(xué)過程中，可以利用的另外一種關(guān)系，它表示當(dāng)系統(tǒng)觀察到 用戶

23、掌握某些知識點的時候，可以推導(dǎo)出用戶對其他知識點的掌握情況。前提關(guān)系用來產(chǎn)生 學(xué)習(xí)順序，推導(dǎo)關(guān)系用來讓系統(tǒng)判定知識掌握程度，實現(xiàn)知識的傳播。另外，對于領(lǐng)域知識元素之間，可以建立的關(guān)系還可以有很多，比如：案例關(guān)系：表示某部分內(nèi)容是針對另外一部分內(nèi)容的案例。擴(kuò)展關(guān)系：表示某部分內(nèi)容是關(guān)于另外一部分內(nèi)容的擴(kuò)展。知識元素之間的關(guān)系種類越多，系統(tǒng)就越復(fù)雜，但其可支持的系統(tǒng)靈活性就越高。領(lǐng)域知識信息模型是以學(xué)習(xí)單元為中心，建立起課程元素之間的相互聯(lián)系，包括學(xué)習(xí) 單元之間的前提一后繼關(guān)系、推導(dǎo)關(guān)系、以及樹狀的課程目錄結(jié)構(gòu)。課程的結(jié)構(gòu)組織成章、 節(jié)、知識點的形式，對每個頁面指定了其進(jìn)入的前提概念集合和輸出概念

24、集合。領(lǐng)域模型由 若干概念組成，概念之間規(guī)定了前提（prerequisite）關(guān)系和進(jìn)入值（即前提概念必須獲得適當(dāng)?shù)?分值后才能進(jìn)入后面的概念），每個概念有若干個頁面與其關(guān)聯(lián)，每個頁面為該概念貢獻(xiàn)一 定的分值。教學(xué)領(lǐng)域知識的分類與特性（1）教學(xué)領(lǐng)域知識的分類在基于知識的智能系統(tǒng)中，根據(jù)知識在系統(tǒng)中所發(fā)揮的作用，知識可分類為事實性知 識，過程性知識，控制性知識。事實性知識用于領(lǐng)域內(nèi)的有關(guān)概念、事實、事物的屬性及狀態(tài)。過程性知識一般是通過對領(lǐng)域內(nèi)各種問題的比較與分析得出的規(guī)律性的知識，由領(lǐng)域內(nèi) 的規(guī)則、定理及經(jīng)驗組成。對于一個智能系統(tǒng)來說，過程性知識是否完善、豐富、一致將直 接影響到系統(tǒng)的性能及可

25、信任性，是智能系統(tǒng)的基礎(chǔ)?？刂菩灾R又稱為深層知識或者元知識，它是關(guān)于如何運(yùn)用已有的知識進(jìn)行問題求解的 知識，因此又稱為“關(guān)于知識的知識”。教學(xué)領(lǐng)域知識庫中的知識可分為下面四種類型：教學(xué)資料是指課程本身的教學(xué)內(nèi)容，包括各種素材、頁面文件、練習(xí)等各種粒度的學(xué)習(xí)對象等。 這些知識表現(xiàn)為文本或多媒體資料庫，應(yīng)帶有檢索和復(fù)制工具以滿足引用知識的需求。結(jié)構(gòu)性知識是指用來描述教學(xué)領(lǐng)域內(nèi)部各元素之間的靜態(tài)結(jié)構(gòu)關(guān)系的知識。比如，對象之間的聚集 關(guān)系、關(guān)聯(lián)關(guān)系、依賴關(guān)系等。過程性知識是指反映教學(xué)策略、學(xué)習(xí)順序、反饋提示等學(xué)習(xí)活動過程中的知識。比如對象之間的前 提關(guān)系、推導(dǎo)關(guān)系；練習(xí)、測試中的反饋和指導(dǎo)建議等。控

26、制性知識學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)中，控制性知識是指如何利用結(jié)構(gòu)性知識和過程性知識，表現(xiàn)出對用戶的 適應(yīng)性?？刂菩灾R往往隱含在系統(tǒng)的發(fā)布引擎中，通過一定的算法來體現(xiàn)。在適應(yīng)性學(xué)習(xí) 支持系統(tǒng)中，后三種知識是系統(tǒng)表現(xiàn)出智能性的關(guān)鍵。如果把知識庫和系統(tǒng)發(fā)布引擎與具體的知識內(nèi)容分離開來，就構(gòu)成了一個教學(xué)專家外殼 系統(tǒng)。這種外殼系統(tǒng)，具有固定的知識表示方式、發(fā)布模式和系統(tǒng)表現(xiàn)形式，只需填入相應(yīng) 的課程內(nèi)容，就形成一個新的教學(xué)系統(tǒng)。概念之間的關(guān)系包含兩類：一類反應(yīng)了超文本系統(tǒng)中點與點之間的物理指向關(guān)系 (link)；另外一類關(guān)系反應(yīng)了概念之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系，邏輯關(guān)系分為兩種類型：前提關(guān)系 (prerequisite)

27、和禁止關(guān)系(inhibitor)，對于前者，假設(shè)Cl是C2的前提關(guān)系，則表明學(xué)習(xí)C2 之前先要掌握Cl的內(nèi)容；對于后者，假設(shè)C4禁止C1，表明當(dāng)掌握了。4的內(nèi)容之后，用 戶不愿再訪問C1 了，即表明Cl相對于C4是初級的內(nèi)容了。還可以對關(guān)系附加“權(quán)值”， 例如“is_prereq-of”關(guān)系附加一個“進(jìn)入值”(threshold)，表示只有前一概念獲得一定的權(quán) 值之后才能學(xué)習(xí)后一概念。知識的表示所謂知識的表示實際上就是對知識的一種描述，或者說是一組約定，一種計算機(jī)可以接 受的用于描述知識的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對知識進(jìn)行表示的過程就是把知識編碼成某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的過 程。一般來說，在選擇知識表示方法時，應(yīng)從以

28、下幾個方面考慮：充分表示領(lǐng)域知識建?？偸且馕吨橄?，即抽取所要關(guān)注的因素而忽略某些次要的因素。對教學(xué)領(lǐng)域建模 來說，如果過于簡化，忽略的因素過多，將會導(dǎo)致設(shè)計的教學(xué)系統(tǒng)其實用價值的降低。因此， 在表示領(lǐng)域模型時，應(yīng)當(dāng)盡可能充分的表示該領(lǐng)域知識的特征，反映其知識結(jié)構(gòu)、教學(xué)策略 等特征。往往需要綜合運(yùn)用多種知識表示方法。有利于對知識的利用知識的表示和利用是密切相關(guān)地兩個方面?！氨硎尽钡淖饔檬前杨I(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)知識形式 化并用適當(dāng)?shù)貎?nèi)部形式存儲到計算機(jī)中去，而“利用”是使用這些知識構(gòu)造教學(xué)支持系統(tǒng)， 呈現(xiàn)出有效促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的系統(tǒng)功能。顯然，“表示”的目的是為了 “利用”而“利用”的 基礎(chǔ)是“表示”。為了

29、是一個教學(xué)系統(tǒng)能達(dá)到預(yù)設(shè)的要求，除了必須具備足夠的知識外，必 須使其表示形式便于對知識地利用。如果一種表示模式地數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜或者難于理解， 將會降低系統(tǒng)地效率，影響教學(xué)的效果。便于對知識的組織、維護(hù)與管理為了把知識存儲到計算機(jī)中，除了需要用適當(dāng)?shù)谋硎痉椒ò阎R表示出來外，還需要對 知識進(jìn)行合理地組織，而對知識地組織與表示方法密切相關(guān)的，不同的表示方法對應(yīng)于不同 的組織方式，這就要求在設(shè)計或選擇知識表示方法時能充分考慮將要對知識進(jìn)行的組織方 式。另外，在教學(xué)系統(tǒng)建成后，經(jīng)過對一定數(shù)量實例的運(yùn)行，可能會發(fā)現(xiàn)其知識在質(zhì)量或性 能方面存在某些問題，此時需要增補(bǔ)一些新知識，或者需要修改甚至刪除某些己

30、有的知識。 在進(jìn)行這些工作時，又需要進(jìn)行多方面地檢測，以保證知識的一致性、完整性等，這稱之為 知識的維護(hù)與管理。在確定知識的表示模式時，應(yīng)充分考慮維護(hù)與管理的方便性。便于理解和實現(xiàn)領(lǐng)域知識庫地建立是由教師或教學(xué)專家來完成地，因此對教學(xué)領(lǐng)域知識的組織和分解方 式以及教學(xué)策略的表示方式應(yīng)當(dāng)易于理解，符合教師的思維習(xí)慣。至于實現(xiàn)的方便性，更是 顯然的。如果不便于在計算機(jī)上實現(xiàn)，那它就是紙上談兵，沒有任何實用價值。教學(xué)領(lǐng)域知識的組織與表示方法關(guān)于教學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域知識的組織與表示方法，主要來源于兩種途徑：一是對智能教學(xué)系統(tǒng) 的研究成果，其特點是主要針對支持個別化學(xué)習(xí)，便于系統(tǒng)推理和問題求解；二是來源于最 近

31、幾年來各種組織和機(jī)構(gòu)對于學(xué)習(xí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的研究成果，其特點在于強(qiáng)調(diào)實現(xiàn)教學(xué)資源的 重用、共享、檢索和可交換性。目前，世界上有很多標(biāo)準(zhǔn)化（學(xué)術(shù)）組織都正在致力于基于網(wǎng)絡(luò)的教育資源標(biāo)準(zhǔn)化的研 究，并起草了一些規(guī)范，其中影響較大的有：IMS的Learning Resource Metadata（學(xué)習(xí)資源 元數(shù)據(jù)規(guī)范），IEEE LTSC （Learning Technology Standards Committee,學(xué)習(xí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會） 的 LOM （Learning Object Metadata：學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)）、OCLC （Online Computer LibraryCenter） Dubl

32、in Core的Dublin Core元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)等等。學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的建立，及其相應(yīng)的XML綁定規(guī)范，為實現(xiàn)資源的重用、交換、 檢索奠定了基礎(chǔ)，特別是為大規(guī)模教學(xué)資源的開發(fā)，實現(xiàn)可持續(xù)性資源建設(shè)，保證其投資效 益提供了保障。學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)比較適合于小粒度資源的開發(fā)與管理。但是，首先，由 于元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)相對比較復(fù)雜，描述信息過多，很難為普通的教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)人員在構(gòu)建學(xué)習(xí)系 統(tǒng)中采用，相對而言，它更適合于大規(guī)模教學(xué)資源庫建設(shè)。其次，在元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中，大部分描述信息是與學(xué)習(xí)支持無關(guān)的元素，它是一個面向技術(shù) 和機(jī)器的標(biāo)準(zhǔn)，主要為了便于實現(xiàn)資源在不同系統(tǒng)之間的交換、檢索、可重用、共享的目的， 至于如何

33、在學(xué)習(xí)中應(yīng)用這些資源的有關(guān)教學(xué)信息則很少，因而往往不能直接根據(jù)這些元數(shù)據(jù) 信息應(yīng)用到教學(xué)過程中。在實際的學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計過程中，進(jìn)行課程內(nèi)容設(shè)計時，舍棄不必要的元數(shù)據(jù)，進(jìn)行適當(dāng) 的簡化，擴(kuò)展學(xué)習(xí)系統(tǒng)中需要的屬性，是一條實際可行的道路。比如，通過增加對學(xué)習(xí)背景、 學(xué)習(xí)風(fēng)格等元數(shù)據(jù)對學(xué)習(xí)對象進(jìn)行索引，從而支持個性化的內(nèi)容呈現(xiàn)。（1）Dublin coreDublin Core （http： /）是一個致力于規(guī)范Internet資源體系結(jié)構(gòu)的國際 性聯(lián)合組織，它定義了一個所有WEB資源都應(yīng)遵循的通用的核心標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容較少，也 比較通用，因此，得到了其它相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的廣泛的支持。其它關(guān)于學(xué)習(xí)資源的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，

34、基本 上都都兼容Dublin Core標(biāo)準(zhǔn)，并對它作了擴(kuò)展。Dublin Core規(guī)定了基于WEB的資源15個方面的信息：Title（標(biāo)題）、Creator（創(chuàng)建者）、 Subject（主題）、Description（描述）、Publisher （出版者）、Contributor（貢獻(xiàn)人）、Date（日期）、Type（類 型）、Format（格式）、Identifier（標(biāo)識符）、Source（源信息）、Language（語言）、Relation（關(guān)聯(lián)）、 Coverage（覆蓋范圍）、Rights（權(quán)限）。（2）LOM模型LTSC是IEEE下的一個專門對教育軟件、教育資源、教育信息系統(tǒng)開發(fā)管

35、理和維護(hù)進(jìn) 行規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化組織，LOM （http： /）是他們的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。LOM模型規(guī)定了學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)規(guī)范，在LOM中，學(xué)習(xí)對象指的是一個數(shù)字或非數(shù)字的能夠在技術(shù)支持的環(huán)境下使用、重用或引用的實體。例如：打印材料、學(xué)習(xí)任務(wù)、練習(xí)、 文字材料、實例、媒體、課程、研究項目和人等。因此，學(xué)習(xí)對象是指一切可為教學(xué)和培訓(xùn) 目的服務(wù)的對象，可以是物理的：如實驗器材、課本等；也可以是數(shù)字的：如教學(xué)軟件，網(wǎng) 絡(luò)課件等。學(xué)習(xí)對象的粒度也可大可小，小到一張圖片，大到一門課程，都屬于學(xué)習(xí)對象的 范圍之內(nèi)。典型的學(xué)習(xí)對象包括多媒體內(nèi)容、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)軟件和工具、人、 組織機(jī)構(gòu)等等。基本思想是學(xué)習(xí)對象

36、可以獨立存在并且可被重用。實際應(yīng)用中，學(xué)習(xí)對象主要是指數(shù)字化的、且通常指比課程粒度小的對象。DavidWiley（2000）認(rèn)為“學(xué)習(xí)對象是支持學(xué)習(xí)的可重用的數(shù)字資源”，學(xué)習(xí)對象可在不同的教學(xué)系 統(tǒng)中，包括基于計算機(jī)的培訓(xùn)系統(tǒng)、交互式學(xué)習(xí)環(huán)境、智能的計算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)等被使用、 重用或引用。學(xué)習(xí)對象可用元數(shù)據(jù)來描述和引用，元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，用于描述數(shù)據(jù)的屬性。 元數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)對象可以分別存放在數(shù)據(jù)庫中，IEEE LOM建立了元數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和相應(yīng)的 XML綁定，原則上，學(xué)習(xí)對象遵循了面向?qū)ο蟮母拍?，它一般封裝了內(nèi)容屬性和其他學(xué)習(xí) 對象）和操作（學(xué)習(xí)對象行為的描述）。學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)分為9類：

37、通用、生存期、元數(shù)據(jù)、技術(shù)、教育、權(quán)利、關(guān)系、評注和 分類。也就是說，對于每一個學(xué)習(xí)對象，應(yīng)當(dāng)用這九個方面的屬性（元數(shù)據(jù)）來對其進(jìn)行描述。（3）教育資源建設(shè)技術(shù)規(guī)范該規(guī)范以學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù)規(guī)范（LOM）為核心，定義了一個概念上的數(shù)據(jù)模型，它針對教 育資源的特性建立了分類擴(kuò)展數(shù)據(jù)元素，用于定義教育資源元數(shù)據(jù)實例的結(jié)構(gòu)，適用于學(xué)習(xí) 對象中與教育資源開發(fā)、應(yīng)用和管理有關(guān)的領(lǐng)域。教育資源建設(shè)技術(shù)規(guī)范（http： / ）,教育資源分為媒體素材、試題、 試卷、課件、案例、文獻(xiàn)資料、資源目錄索引、常見問題解答、網(wǎng)絡(luò)課程等類型。對于每種 類型資源，其描述屬性包括三人部分，分別為嚴(yán)格遵守的必需數(shù)據(jù)元素、作為參考的

38、并對每 類資源都適用的可選通用數(shù)據(jù)元素和針對資源特色屬性的擴(kuò)展數(shù)據(jù)元素。（4）教學(xué)事務(wù)理論（ITT） 一教學(xué)事務(wù)理Merrin領(lǐng)導(dǎo)的第二代教學(xué)設(shè)計理論稱作教學(xué)事務(wù)理論（ITT， Instructional TransactionTheory），它從計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的角度分析教學(xué)系統(tǒng)。在該理論中，學(xué)習(xí)的內(nèi)容（知 識對象）映射為數(shù)據(jù)，教學(xué)策略映射為算法，達(dá)到某種學(xué)習(xí)目標(biāo)而必需的教學(xué)系交互活動稱 作一個教學(xué)事務(wù)，套用關(guān)于程序的定義：程序=算法十?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；教學(xué)系統(tǒng)軟件就可以認(rèn)為 是：教學(xué)系統(tǒng)（程序）=教學(xué)策略（算法）十知識對象（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）在ITT理論中，ID2研究組定義了 13種教學(xué)事務(wù)和4種知識對象。

39、四種知識對象是： 實體、屬性、活動和處理。在ID2的研究中，教學(xué)專家系統(tǒng)可看作是一個事務(wù)處理外殼系 統(tǒng)，它由創(chuàng)作系統(tǒng)和發(fā)布環(huán)境組成。通過創(chuàng)作系統(tǒng)開發(fā)教學(xué)資源、編輯知識庫（知識結(jié)構(gòu)）、 配置教學(xué)事務(wù)參數(shù)；發(fā)布系統(tǒng)是個交互管理系統(tǒng)，由它實施教學(xué)活動。（5）教育建模語言（EML ）荷蘭開放大學(xué)關(guān)于EVIL的研究，EML程開始于1998年，2000年12月正式推出了 EML 1.0規(guī)范（http： /eml.ou.nl/eml-ou-nl.htm）。EML是一個基于教學(xué)元模型的語義規(guī)范，用來描 述“學(xué)習(xí)單元”中的結(jié)構(gòu)和行為。元模型并不要求用戶使用某個特定的教學(xué)模式，它只是讓 用戶用明確的表達(dá)方式來創(chuàng)建

40、和描述他們自己的教學(xué)模式?！皩W(xué)習(xí)單元”是指能夠滿足學(xué)習(xí)者一個或幾個相關(guān)學(xué)習(xí)目標(biāo)而提供學(xué)習(xí)事件的最小單 元。意味著學(xué)習(xí)單元不可再分，否則就會帶來意義或有效性的缺失而不能達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)，學(xué) 習(xí)單元可以認(rèn)為是一個“格式塔”（整體）。EML可以看作是利用學(xué)習(xí)對象和服務(wù)構(gòu)造課程的方法。課程不只是學(xué)習(xí)對象的集合， 學(xué)習(xí)對象必須構(gòu)成一定的結(jié)構(gòu)，并和學(xué)習(xí)行為和服務(wù)集成（通信設(shè)施、搜索設(shè)施、監(jiān)控設(shè)施 等）才能構(gòu)成課程。當(dāng)前的學(xué)習(xí)技術(shù)規(guī)范只提供了對學(xué)習(xí)資源進(jìn)行簡單排序的功能SCORM， IMS內(nèi)容包裝規(guī)范、IMS簡單序列化規(guī)范）。EML增加了教學(xué)設(shè)計（學(xué)習(xí)設(shè)計）的能力，它能 夠?qū)σ恍┫冗M(jìn)的教學(xué)應(yīng)用模式，比如基于能力

41、的教學(xué)、學(xué)習(xí)文件夾、協(xié)作學(xué)習(xí)進(jìn)行描述。.EML設(shè)計原則作為建模學(xué)習(xí)單元的符號系統(tǒng)，EML遵循下面11條準(zhǔn)則：形式化，必須能以形式化的方法描述學(xué)習(xí)單元以便自動化處理成為可能。教學(xué)靈活性，必須能夠基于不同的教學(xué)理論和教學(xué)模式對學(xué)習(xí)單元進(jìn)行描述。明確性，必須能夠明確地表達(dá)學(xué)習(xí)單元中不同學(xué)習(xí)對象的語義、功能和結(jié)構(gòu)。完整性，必須能夠完整地描述學(xué)習(xí)單元中所有學(xué)習(xí)對象、行為、學(xué)生與教師的工作 流以及它們之間的關(guān)系?？稍偕?，學(xué)習(xí)單元必須能夠反復(fù)使用。個性化，必須能夠描述學(xué)習(xí)單元中的個性化因素，以便學(xué)習(xí)單元中的行為和內(nèi)容可 適應(yīng)用戶的偏好、前提知識、教育需求和情景。除此之外，必須提供能夠選擇學(xué)生 控制、教師控

42、制或計算機(jī)控制的能力。媒體和環(huán)境無關(guān)性，內(nèi)容部件應(yīng)當(dāng)保持媒體中立性，可用于多種實際格式或應(yīng)用于 多種學(xué)習(xí)環(huán)境中，如遠(yuǎn)距離學(xué)習(xí)，在線學(xué)習(xí)或混合學(xué)習(xí)方式。互操作性和可持續(xù)性，描述學(xué)習(xí)單元的標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范應(yīng)當(dāng)與實現(xiàn)該規(guī)范的技術(shù)無關(guān)， 從而使之能夠接納技術(shù)的不斷進(jìn)度，保護(hù)原來的投資。兼容性，必須與現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范兼容?？芍赜眯裕仨毮軌蜃R別、隔離、交換和重用有用的學(xué)習(xí)對象。生命周期，必須能夠產(chǎn)生、變換、發(fā)布和歸檔學(xué)習(xí)單元及其所包含的學(xué)習(xí)對象。（6）學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范IMS 2003年2月10號發(fā)布了學(xué)習(xí)設(shè)計Learning design 1.0規(guī)范，該規(guī)范包含了二個文 件：IMS學(xué)習(xí)設(shè)計信息模型，IMS學(xué)習(xí)設(shè)計

43、xml綁定，IMS學(xué)習(xí)設(shè)計最佳實踐和實現(xiàn)指南 二個文檔組成（http： / leamingdesign /index.cfm,IMS學(xué)習(xí)設(shè)計I.作組（LDWG）的關(guān)鍵任務(wù)是:“開發(fā)一個框架以支持教學(xué)多樣性和教學(xué)革 新，同時促進(jìn)e-learning材料的交換和互操作”。學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范最終通過定義一種元語言， 并利用該元語言來進(jìn)行學(xué)習(xí)設(shè)計。通過采用元語言，一方面規(guī)范了學(xué)習(xí)設(shè)計的方法，同時由于采用規(guī)定的少量術(shù)語（元語 言）和規(guī)范化的描述方法（XML文檔），從而實現(xiàn)機(jī)器可讀成為可能，并導(dǎo)致單一解釋引擎的 實現(xiàn)。學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范以EML信息模型為基礎(chǔ)，并將其XML綁定規(guī)范與現(xiàn)有規(guī)范（Ims內(nèi)容包 裝規(guī)范，IM

44、S QTI，IMS能力定義規(guī)范和IMS簡單序列化規(guī)范等）相兼容，學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)學(xué)習(xí) 設(shè)計規(guī)范的日標(biāo)學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范滿足下面的要求：基于EML信息模型，提供了包含學(xué)習(xí)方法、處理、行為、描述、資源以及學(xué)習(xí)日 標(biāo)等內(nèi)容的“學(xué)習(xí)單元”模型。明確區(qū)分了資源與結(jié)構(gòu)，并把資源從規(guī)范中去除。綁定模型實例應(yīng)當(dāng)能夠引用其他實例。盡可能利用IMS內(nèi)容包裝規(guī)范、元數(shù)據(jù)規(guī)范、IMS QTI和其他規(guī)范實現(xiàn)對“學(xué)習(xí) 單元”的綁定。學(xué)習(xí)單元的容器框架應(yīng)具有開放性、靈活性和可擴(kuò)展性。滿足某些模塊進(jìn)一步發(fā)展的可能性。保持“寬容性”原則，即好的內(nèi)容可以被不太靈巧的系統(tǒng)發(fā)布，反之亦然。滿足同EML 一樣的基本要求：形式化、教學(xué)靈活性、明確性

45、、完整性、再生性、 個性化、媒體中立、互操作/可持續(xù)性、兼容性、可重用性和生命周期。盡可能減少當(dāng)前EML的復(fù)雜性。點.學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范的教學(xué)元模型思想（1）學(xué)習(xí)單元學(xué)習(xí)經(jīng)驗通常是成“團(tuán)”提供的，這個“團(tuán)”是E-learning主要的發(fā)布單位，稱之為“學(xué) 習(xí)單元”，它封裝了學(xué)習(xí)為達(dá)到某個學(xué)習(xí)目標(biāo)而必需的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)支持行為，教育建模 針對“學(xué)習(xí)單元”，教學(xué)的實現(xiàn)也是以“學(xué)習(xí)單元”的形式體現(xiàn)。實踐中，學(xué)習(xí)單元可以有 不同的類型和大小，比如一門課、一個學(xué)習(xí)項目、一次研討會，一次實踐活動、一節(jié)課都可 以看作是一個學(xué)習(xí)單元。在學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范中，“學(xué)習(xí)單元”作為學(xué)習(xí)設(shè)計建模的單位和建模 的對象。（2）.教學(xué)元

46、模型作為一個通用的描述學(xué)習(xí)過程的學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范，不是憑空捏造出來的，它必須繼承、吸 收、總結(jié)前人關(guān)于學(xué)習(xí)的研究思想，基于某種教學(xué)元模型建立起來的。教學(xué)元模型是用來建 立教學(xué)模型的模型，教學(xué)元模型的思想主要來自教育心理學(xué)和教學(xué)設(shè)計理論。教學(xué)元模型包括四個部分：1）學(xué)習(xí)模型，描述了學(xué)習(xí)者如何基于學(xué)習(xí)理論中的共同特征進(jìn)行學(xué)習(xí)。2）學(xué)習(xí)單元模型，描述在給定的學(xué)習(xí)模型和教學(xué)模型的前提下，如何對實際的學(xué)習(xí)單 元建模。3）領(lǐng)域模型，描述了在特定學(xué)科中，教學(xué)內(nèi)容的形式和組織方法。4）教學(xué)理論，描述了教學(xué)人員在教學(xué)中所依據(jù)的教學(xué)原理、原則和教學(xué)模式。（3）學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范的信息模型學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范制訂了學(xué)習(xí)設(shè)計的信息模型

47、和xml綁定規(guī)范，并將IMS包裝規(guī)范進(jìn)行擴(kuò) 展，使其能夠封裝學(xué)習(xí)設(shè)計的結(jié)果文檔。學(xué)習(xí)設(shè)計規(guī)范從對學(xué)習(xí)單元建模的角度，對學(xué)習(xí)單元中的內(nèi)容和學(xué)習(xí)過程進(jìn)行了形式化 的描述，它能夠支持對各種具體學(xué)習(xí)模式，學(xué)習(xí)設(shè)計的結(jié)果明晰、精確，并且機(jī)器可讀，從 而可作為交換、共享和重用的對象；通過構(gòu)造一個通用的解釋或發(fā)布引擎，就可以呈現(xiàn)為實 際的學(xué)習(xí)系統(tǒng)。但是，該規(guī)范還處于不斷成熟和變化過程中，目前還未曾見到有相應(yīng)的按照規(guī)范實現(xiàn)的 創(chuàng)作工具、解釋和發(fā)布引擎可供使用。三領(lǐng)域模型構(gòu)造模型是現(xiàn)實的抽象，為了完成不同的功能需求，領(lǐng)域模型的構(gòu)造方式也是不一樣的，領(lǐng) 域模型需要與系統(tǒng)的功能需求相適應(yīng)。從構(gòu)造智能適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持系

48、統(tǒng)的角度出發(fā)，系統(tǒng)面 向普通教師力求實用，領(lǐng)域模型知識組織的層次模型一分層原則1.概括原則從下往上，知識表示的粒度越來越大，素材是教學(xué)內(nèi)容中粒度最小的知識元素，課程則 是粒度最大的知識元素。復(fù)用原則通過分層，實現(xiàn)知識的重復(fù)利用和共享，下面的知識元素可以被高層復(fù)用和共享。抽象原則從下往上，由具體到抽象。頁面是通過對素材的組裝而成；學(xué)習(xí)單元是有若干個頁面組 成；課程是由許多學(xué)習(xí)單元構(gòu)成。層次說明素材層其中，教學(xué)素材是指構(gòu)成教學(xué)內(nèi)容的基本元素，它包括文本、圖像、動畫、視頻片段等 幾種素材內(nèi)容，它主要是指教師備課用的素材。所有的教學(xué)素材構(gòu)成了一個集合LMs，教 學(xué)素材可以用元數(shù)據(jù)進(jìn)行描述。因此，可定義

49、映射F：F： LMS 一 P( M)其中：LMs是教學(xué)素材的集合；M是元數(shù)據(jù)集合，P(M)是M的冪集。實際上，在教學(xué)素材層中，可以利用在前面所論述過的LOM元數(shù)據(jù)規(guī)范，或者采用經(jīng) 過擴(kuò)展的適應(yīng)性元數(shù)據(jù)進(jìn)行描述。但是這里，限制于針對小粒度的學(xué)習(xí)資源的描述。通過分 離出這一層次，可以實現(xiàn)對教學(xué)素材的重用和共享。頁面層(部件層)學(xué)習(xí)部件(Learning Component， LC)是構(gòu)成學(xué)習(xí)單元的教學(xué)要素。學(xué)習(xí)部件有以下幾種 類型：學(xué)習(xí)提示、學(xué)習(xí)頁面、案例、模擬、練習(xí)、學(xué)習(xí)總結(jié)、視頻授課、補(bǔ)充內(nèi)容等。其中 學(xué)習(xí)頁面是學(xué)習(xí)的主要對象，對于同樣的學(xué)習(xí)內(nèi)容，可以有不同的表現(xiàn)形式，分別用背景概 念和學(xué)習(xí)風(fēng)

50、格來進(jìn)行索引，以適合不同背景知識和學(xué)習(xí)風(fēng)格的用戶。因此，可定義映射F：F： LPs -BGs X LSs其中，LPs表示學(xué)習(xí)頁面的集合；BGs表示背景知識集合；LSs表示學(xué)習(xí)風(fēng)格集合； BGs X LSs是BGs和LSs的笛卡兒積。學(xué)習(xí)單元層學(xué)習(xí)單元(Learning Unit )是指一個完整的基本教學(xué)單位，它由學(xué)習(xí)部件組成，一般地， 每個學(xué)習(xí)單元包括：提示、學(xué)習(xí)頁面、案例、模擬、練習(xí)、學(xué)習(xí)總結(jié)、視頻授課、補(bǔ)充內(nèi)容 等。不同的學(xué)習(xí)單元，所包含的學(xué)習(xí)部件可能不一樣。其中學(xué)習(xí)頁面是必需的基本部件。學(xué) 習(xí)單元按照一定的結(jié)構(gòu)構(gòu)成一門課程。學(xué)習(xí)單元是一個基本教學(xué)單位，它是對某領(lǐng)域概念進(jìn)行學(xué)習(xí)的各種學(xué)習(xí)素

51、材、教學(xué)指導(dǎo) 信息等相關(guān)內(nèi)容的集合體。定義學(xué)習(xí)單元LU是一個基本的學(xué)習(xí)單位，它由學(xué)習(xí)素材、練習(xí)、 教學(xué)指導(dǎo)信息等相關(guān)內(nèi)容構(gòu)成的集合體，用一個多元組Intr，Cont， Lect， Exam， Demo, Exer， Summ， Expa 來表示。學(xué)習(xí)單元中的每個組成元素，實際上對應(yīng)著一些文字描述、相應(yīng)網(wǎng)頁的鏈接、或者是指 向相關(guān)對象的指針(如單元內(nèi)容)。對于概念的學(xué)習(xí)，最終要落實到學(xué)習(xí)單元，領(lǐng)域概念需要通過學(xué)習(xí)單元的學(xué)習(xí)來掌握。設(shè)用Lus表示學(xué)習(xí)單元的集合，Cs表示概念的集合，P (Cs)是Cs的冪集。則學(xué)習(xí)單元 與概念的關(guān)系可以定義為映射：I (x)： Lus Ms) x E Lus一個學(xué)習(xí)

52、單元通常關(guān)聯(lián)到幾個概念，但其中有一個作為該學(xué)習(xí)單元的主概念。更詳細(xì) 地，學(xué)習(xí)單元與概念之間的關(guān)系，可以用一個4元組C，L， A，0來描述，每個學(xué)習(xí)單 元可能對應(yīng)一個練習(xí)組(有些學(xué)習(xí)單元可以沒有練習(xí)組)，每個練習(xí)組有若干個練習(xí)組成。4.課程課程是最高層次的學(xué)習(xí)對象，它由學(xué)習(xí)單元組裝而成。學(xué)習(xí)單元存在著不同的聯(lián)系：比 如按目錄結(jié)構(gòu)組織構(gòu)成一個線性的課本結(jié)構(gòu)；根據(jù)其前提/后繼關(guān)系形成有向圖；或者構(gòu)成 與/或樹等。每門課程都有合適的用戶類型和目標(biāo)層次，對于一門課程，可以用學(xué)習(xí)對象類 型或目標(biāo)層次建立索引。因此，可以定義映射F：F： CsOs其中，Cs代表課程的集合；Os代表目標(biāo)層次的集合。對于每一個層

53、次的內(nèi)容，都有不同的索引信息，這些索引信息是實現(xiàn)對用戶的適應(yīng)性 的關(guān)鍵。為了滿足系統(tǒng)不同的適應(yīng)性需求，本文采取了把系統(tǒng)的適應(yīng)性需求進(jìn)行分解，并在 不同的內(nèi)容組織層次上得到落實。每一門課程都圍繞著若干概念而展開，按照布魯姆對認(rèn)知領(lǐng)域的內(nèi)容分類方法，分為事實、 概念、技能、原理、問題解決等5種類型。課程的概念將用來索引詞匯表、案例、學(xué)習(xí)單元和其他課程內(nèi)容。定義課程概念是一個四元組Cid，Cname， Ctype， Cdis，其中Cid：概念的標(biāo)識符；Cname:概念的名稱；Ctype：概念的類型，從集合事實，概念，技能，原理，問題解決中選?。籆dis：概念的描述。一門課程的概念集合，可表示為集合C

54、s, Cs=ci I ci是該課程中的概念。案例和概念是一個一對多的關(guān)系，一個案例可能有助于多個概念的學(xué)習(xí)，因此對于案 例和概念之間的關(guān)系，可以用二元組莊，Ci，Oi來描述，其中，E、代表某個案例，C， 表示某個概念，Qi E知識(記憶)，理解，應(yīng)用，分析，綜合，評價表示對概念的應(yīng)用層次。5課程與課程組系統(tǒng)的目標(biāo)不是針對一門具體的課程，而是一個通用的支持系統(tǒng)框架。一門具體的課程 只是系統(tǒng)的一個案例，因此，課程組是課程的集合。定義課程組Cs是課程x的集合，即Cs=xIx為任何一門課程。課程結(jié)構(gòu)包含課程中學(xué)習(xí)單元之間的結(jié)構(gòu)性信息以及有關(guān)的教學(xué)策略信息，它由三種關(guān) 系組成：聚集關(guān)系，通過課程目錄樹來

55、體現(xiàn)；前提關(guān)系，它也是系統(tǒng)實現(xiàn)智能化路徑導(dǎo)航的教學(xué)策略信息來源；推導(dǎo)關(guān)系，反應(yīng)知識之間的邏輯聯(lián)系，用戶建模的信息來源之一。課程目錄樹課程目錄樹是通過選取一部分學(xué)習(xí)單元，構(gòu)成的一個樹狀結(jié)構(gòu)的目錄樹，使得用戶可以 按章節(jié)的順序(類似于書本目錄)獲得對課程的整體視圖。學(xué)生往往己經(jīng)習(xí)慣于帶有目錄結(jié)構(gòu)的書本，當(dāng)需要了解整門課程的結(jié)構(gòu)情況，或者白由 地隨機(jī)翻閱課程內(nèi)容時，提供一個目錄結(jié)構(gòu)的內(nèi)容組織方式是必須的。采用可視化的概念地 圖(導(dǎo)航圖)也能起到同樣的作用。目錄關(guān)系是一個層次結(jié)構(gòu)，目錄結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了一種靜態(tài)的內(nèi)容編排順序，對應(yīng)于目錄樹中 的每一個點，一般都有一個學(xué)習(xí)單元與之對應(yīng)，但是對于有些非根節(jié)點，可以

56、是一個虛擬的 節(jié)點，并沒有實際的學(xué)習(xí)內(nèi)容，或者只有一個頁面url與之對應(yīng)。另外，目錄樹中的某些節(jié) 點可以屬于選修內(nèi)容。定義 課程目錄樹是用樹狀結(jié)構(gòu)組織的課程目錄，目錄樹的節(jié)點(node)表示為多元組 NOdelD，Nodename， Nodelayer， Nodesequence， LuID， Nodetype， URL，其中NodeI D：節(jié)點標(biāo)識；Nodename：二節(jié)點名字，對應(yīng)在目錄樹上顯示時的名稱；Nodelayer :節(jié)點層次，比如目錄樹上的縮進(jìn)層次；Nodesequence :節(jié)點順序，由這一項和節(jié)點層次，可以決定一個目錄樹的結(jié)構(gòu)和顯示順 序；LUID：二節(jié)點所對應(yīng)的學(xué)習(xí)單元標(biāo)識；Nodetype :節(jié)點類型，選學(xué)還是必學(xué)URL：對于非學(xué)習(xí)單元節(jié)點，該項用來另外指定一個顯示頁面。6 EASEL元數(shù)據(jù)擴(kuò)展方法EASEL通過對IMS元數(shù)據(jù)規(guī)范進(jìn)行擴(kuò)展，在“ education”元數(shù)據(jù)中增加可選元素 adaptivity ”