（教育技术学专业论文）基于语义网的自适应学习系统中领域模型的研究.pdf

摘要 2 1 世纪是知识经济的时代，是一个充满机会与挑战的时代，国家之间综合国力和社 会地位的竞争取决于教育的发展，科技的进步，知识占据了越来越重要的地位这时期 我国的现代远程教育也随之进入了前所未有的大发展时期，目前随着网络教育大范围的 开展，学习者学习的时间和空间越来越不受限制，但是目前的网络课程基本上还是千人 一面的固定模式，即把现有的学习资源按照一定的顺序摆放在网络上供学习者学习，学 习者进入网络课程之后只能按部就班的对知识进行接收，不能够根据自己的知识水平有 效地展开学习。由此可见，传统静态的网络课程设计方式不能很好的满足入们的个性化 学习的要求，所以我们需要进行教育教学内容设计思想的转变，从总体上优化课程组织 结构，精炼教学内容，使得学习者能够学到自己真正需要的知识内容构建自适应学习 系统中的领域模型是解决学生需求的个性化和教学资源的静态化这一矛盾的有效方案。 通过对领域模型的设计明确知识点之间的关系以实现知识点的结构化，为课程实施过程 中根据学习者的知识水平进行知识的自适应呈现做好必要的前提准备 本论文首先简单介绍了自适应学习系统的相关知识以及语义w e b 的主要理论和技 术，然后重点介绍了领域模型和本体的有关知识，进而对构建领域模型的方法和流程进 行了探讨，最后主要是运用了本体编辑工具( p r o t 6 9 6 ) 对构建简单领域模型进行了实践， 虽然实践的范围比较小，但重要的是我们提供了一种改进构建网络课程知识系统的种 新的思想。 本论文主要对自适应学习系统中的领域模型进行了研究，以期在语义网等先进的技 术支持下探索构建领域模型的方法和流程，并进行了简单领域模型构建的初步实践。在 一定程度上实现自适应学习系统中学习内容的自适应呈现。 关键词：语义网；自适应学习；领域模型；本体 a b s t r a c t t h e2 1 s tc e n t u r yi sak n o w l e d g ee c o n o m yt i m e s ，t h a tf u l lo fo p p o r t u n i t i e sa n dc h a l l e n g e s c o m p e t i t i o nb e t w e e nc o u n t r i e s c o m p r e h e n s i v en a t i o n a lp o w e ra n ds o c i a ls t a t u sd e p e n d so n t h ed e v e l o p m e n to fe d u c a t i o na n dt h ep r o g r e s so fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , k n o w l e d g eo c c u p y a n i n c r e a s i n g l yi m p o r t a n tp o s i t i o n a tt h e s a n l et i m eo u rc o u n t r y sm o d e md i s t a n c e e d u c a t i o nh a se n t e r e da l l u n p r e c e d e n t e dp e r i o do fg r e a td e v e l o p m e n t 触t h eg r e a t d e v e l o p m e n to fn e t w o r ke d u c a t i o nt h el i m i t so ft h el e a r n e r s s t u d yt i m ea n da r e ab e c o m e s m a l l e rn o w b u tt h ec o u r s e s p a t t e r ni sb a s i c a l l yt h es a m et oe v e r y o n e ，t h a ti s ，e v e r yl e a r n e r s s t u d yt h ea v a i l a b l ec o u r s e st h a tp l a c e do n l i n ei n t h eo r d e f l e a r n e r sc a n tb ee f f e c t i v e l y c a r r i e do u tt h es t u d ya c c o r d i n gt ot h e i rl e v e lo fk n o w l e d g e s ot h et r a d i t i o n a ls t a t i cd e s i g n e d c o u r s e sa r en o tag o o dw a yt om e e tl e a r n e r si n d i v i d u a ll e a r n i n gr e q u i r e m e n t s w en e e dt o c h a n g et h ei d e ao nd e s i g n i n go fi n s t r u c t i o n a ld e s i g n ，o p t i m i z i n gt h es t r u c t u r eo fc o u r s e sf r o m w h o l e ，r e f i n i n gt h et e a c h i n gc o n t e n t s ，a n dl e a r n e r sc a nm a s t e rt h er e a ln e e d so fk n o w l e d g e c o n s t r u c t i n gt h ed o m a i nm o d e lo ft h ea d a p t i v el e a r n i n gs y s t e mi s a l le f f e c t i v eo p t i o nt o s o l v et h ec o n f l i c tt h a tl e a r n e r s i n d i v i d u a ln e e d sa n dt h es t a t i co ft e a c h i n gr e s o u r c e s b yt h e d e s i g no fd o m a i nm o d e lw ed e a ra b o u tt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ek n o w l e d g ep o i n t st o r e a l i z et h e i fs t r u c t u r e a n dp r e p a r et op r e s e n tt h el e a r n e r sa p p r o p f i m ek n o w l e d g ea c c o r d i n gt o t h e i rk n o w l e d g el e v e l f i r s to fa l l ，w es i m p l yi n t r o d u c er e l a t e dk n o w l e d g eo ft h ea d a p t i v el e a r n i n gs y s t e ma n d t h et h e o r yo ft h es e m a n t i cw e bi nt h i sp a p e r , a n dt h e nw ef o c u so nt h er e l a t e dk n o w l e d g eo f t h ed o m a i nm o d e la n do n t o l o g y , p r o b i n gi n t om e t h o d sa n dp r o c e d u r e so fd o m a i nm o d e l s c o n s t r u c t i o n a tl a s tw em a i n l yu s eo fo n t o l o g ye d i t i n gt o o l s ( p r o t 6 9 6 ) t op r a c t i c et oc o n s t r u c t as i m p l ed o m a i nm o d e l t h em o s ti m p o r t a n ti st h a tw ep r o v i d ean e wi d e at oi m p r o v e c o n s t r u c t i n gk n o w l e d g es y s t e mo ft h en e t w o r k mt h i st h e s i sw em a i n l yf o c u so nt h ed o m a i nm o d ei na d a p t i v el e a r n i n gs y s t e m 。w e e x p e c tt op r o b ei n t ot h em e t h o da n dp r o c e d u r e so fd o m a i nm o d e l sc o n s t r u c t i o nu n d e rt h e a d v a n c e dt e c h n o l o g yo fs e m a n t i cw e b w ea l s op r a c t i c et oc o n s t r u c tas i m # ed o m m um o d e l ， i nac e r t a i ne x t e n t ，w er e a l i z et h ef u n c t i o nt h a tt e a c h i n gc o n t e n t sa r ea d a p t i v ep r e s e n t e di nt h e a d a p t i v el e a r n i n gs y s t e m k e yw o r d s ：s e m a n t i cw e b ；a d a p t i v el e a r n i n g ；d o m a i nm o d e l ；o n t o l o g y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得东北师范大学或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了职确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：量! j 臣i 互日期：2 逻z 上滥 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位 论文的规定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机 构送交学位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权东北师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：主厘! 盔 指导教师签名： 日 期：遮i 。毕日 期： 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 鞋 引言 随着计算机技术以及i n t e r n e t 技术的快速发展，以信息技术为核心的知识经济占据 了主导地位，国家的综合国力和社会地位的竞争取决于教育的发展，科技的进步。2 0 世纪末，计算机技术广泛应用到了教育教学领域，随着网络技术的发展，出现了基于计 算机网络的远程教育，教育终身化、人才科技化，导致了传统的课堂教学模式已经不能 完全满足人们对知识的需求，现代远程教育为人们的学习提供了新的途径。现代远程教 育所具有的革命性的力量和其巨大的生命力以及带来的市场机会是有日共睹的。 现代远程教育作为一种全新的教育方式和手段，突破了时间和空间的限制，使得人 们可以随时随地的进行学习，它是传统教育与现代信息技术( 计算机技术、网络技术和 通信技术) 的完美结合。教育部在“面向2 l 世纪教育振兴行动计划”中决定要实施“现 代远程教育工程”。通过该工程的实施，可以有效发挥现有各种教育资源的优势，符合 世界教育发展的潮流。而在现代远程教育这个大工程中，网络作为学习资源的来源提供 了丰富的信息资源，因此网络课程的设计与开发成为重中之重的环节。随着目前网络教 育试点工作的开展，虽然学习者学习的时间和空间越来越不受限制，但是目前的网络课 程基本上还是千人一面的固定模式，把现有的资源按照一定的顺序摆放在网络上，学习 者进入之后只能按部就班的对知识进行接收，这种网络课程不能够根据学习者的认知特 征和知识背景动态的呈现最适合学习者学习的内容。由此可见，传统的静态的网络课程 设计方式不能够很好的满足人们的个性化学习的要求，所以必须进行教育教学内容设计 思想的转变。构建自适应学习系统中的领域模型是解决学生需求的个性化和教学资源的 静态化这一矛盾的有效方案。要想真正实现以学习者为中心的现代远程教育，就要求我 们在制作网络课程的时候实现教学内容以及内容呈现的自适应性设计，而这种自适应学 习系统中的核心就是完成对学科领域知识的结构化领域模型，这也就是我论文要研 究的问题。另外，在研究这部分内容时我们运用的技术包括快速发展的语义网技术、数 据库技术和w e b 建站技术等。我们的目的是通过对领域模型的设计实现知识点的结构化， 为课程实施过程中根据学习者的知识水平进行知识的自适应呈现做好必要的前提准备， 使得学习者能够在最合适的时候掌握最适合的知识，进而提高学习者的学习积极性，保 证学习质量 由上述的分析可见，运用具有资源共享和系统互操作性等特点，有巨大发展潜力的 先进的语义网技术来支持来自适应学习系统中的领域模型，可以根据学习者的知识水平 实现知识的自适应呈现，突破了传统网络课程中知识资源的静态呈现的不足，我们发现 这有着非常必要的现实意义，所以选定的论文研究内容是基于语义网的自适应学习系统 中领域模型的研究。本论文着重解决自适应学习系统的核心领域模型的研究。 第一章基于语义网的自适应学习系统概述 第一节国内外研究现状分析 自适应学习系统的主要特征就是在学习的过程中，学习者可以根据自己的知识水平 选择最适合自己的学习内容和学习策略，学习者能够自我组织、制订并执行学习计划， 并能控制整个学习过程，对学习进行自我评估。此系统能成功实现的核心前提是对学科 知识进行结构化组织构建领域模型，只有构建出了完善的领域模型，系统才可能通 过钡5 试学习者的认知风格、知识背景进行知识的动态呈现。 目前国外适应性学习理论已经基本建立，对于自适应学习系统的开发与研究正处于 研究的热潮之中，其中自适应测验和认知模型建构的研究已经取得一定的成果。1 9 7 0 年c a r b o n e l l 为南美洲地理研制了s c h o l a r 系统，是对智能教学系统的最早探索， 该系统的知识库采用了由事实、概念和过程组成的语义网络形式，使用了苏格拉底对话 方式进行教学，通过推理机( 教师模块) 产生问题让学习者应答并作出评价，系统中具备 诊断学习者的错误和纠正错误的功能。目前国外很多研究机构及大学都积极地对本体进 行研究。由英国e p s r c ( t h ee n g i n e e r i n ga n dp h y s i c a ls c i e n c e sr e s e a r c hc o u n c i l ) 的d i m ( d i s t r i b u t e di n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ) 计划提供基金，南安普顿大学与曼彻斯 特大学合作开展的c o h s e ( c o n c e p t u a lo p e nh y p e r m e d i as e r v i c e se n v i r o n m e n t ) 项目的 目标是大幅度提高检索互联网上各种文档的效率和有效性，该项目开发了一个从开放的 概念化超媒体系统中集成表示符的系统，用元数据来描述文档的内容，在文档之阃产生 了概念化的链接。当前，本体被限制为百科全书中的术语及术语间的关系。通过为文档 加入概念化链接，c o h s e 系统为现有的网页提供了附加的信息和链接。还有德国 k a r l s r u h e 大学的一个以商业应用为目标的开源的本体管理基础项目k a o n ( t h e k a r l s r u h eo n t o l o g ya n ds e m a n t i cw e bi n f r a s t r u c t u r e ) 对蒂姆伯纳斯李所提出 的语义网模型的实现进行了探索，创建了一系列工具，包括本体的刨建工具、管理工具 来为基于本体的应用提供基础。l ( a o n 关注的重点是传统的本体管理和应用技术与商业应 用技术( 如关系数据库) 的集成。在l 【a o n 项目中，本体和元数据在实现语义w e b 中具有 重要地位，r d f 被用来作为本体和元数据的核心数据模型。该项目中开发了处理r d f 的 工具集，并提供专用的工具和服务来实现本体和元数据的开发、管理和表示。这些工作 以组件化的方式来完成，使k a o n 系统具有较好的可扩展性和灵活性。利用k a o n 提供的 这些工具，可以很方便地创建语义w e b 应用。欧洲i s t ( i n f o r m a t i o ns o c i e t y t e c h n o l o g i e s ) 计划中的一个项目o n - t o k n o w l e d g e 通过在信息中应用本体来提高大型 分布式系统的知识管理水平，本体可以明确的表示半结构化信息的语义，这样就可以为 信息的获取、保存和访问提供复杂的自动化支持。另外还有1 9 8 2 年c l a n c e y 开发了g u i d o 2 系统，用于就医疗诊断知识的问题求解，它采取了“双向互动对话”方式进行教学的过 程。c l f c 是位于美国德州奥斯汀的m c c ( m i c r o e l e c t r o n i c sa n dc o m p u t e rt e c h n o l o g y c o r p o r a t i o n ) 公司的研究项目，其目的是通过本体开发为常识推理提供基础。t o v e 项目 是多伦多大学e i l 实验室( e n t e r p r i s ei n t e g r a t i o nl a b o r a t o r y ) 的一个项目，它的目 标是建立一套为商业和公共企业建模的集成本体，并且已经建成了相关本体k a c t u s 是欧洲e s p r i t 项目，其目的是开发出技术系统全生命周期的知识复用方法，以便在设 计、诊断、操作、维护、再设计和培训时使用同一知识库。 在国内，研究基于网络的教学系统的热潮正在兴起，比如有上海师范大学的基于 e - l e a r n i n g 的个性化自适应学习支持系统的研究：该系统能根据学习者的学习风格，学 习进度等等动态提供适合学习者实际情况的学习内容：另外还有基于本体的智能答疑系 统研究；根据相似概念利用相关度分析算法按照相关度高低在资源库中找出相关的课 件，从而实现问题的解答：如果用户查找的问题在本地知识库中没有对应答案，则可通 过搜索主体去远端进行信息抽取，取回相应的文档，添加到知识库，并抽取答案返回给 用户；本体在领域知识管理中的应用研究：利用循环进化法构建文献知识本体中两个重 要本体( 文献结构本体和语义词典本体) ，并对语义词典本体作语义相关性分析；以及 基于本体的领域研究等等。 由此可见，国内的研究已经开始引入并应用国外的适应性学习理论，并且已经有了 一些基于网络的学习系统，这些系统主要是基于对学习者个性特征的研究，也仅仅是一 种理论探讨和尝试，对于自适应学习系统的核心一将领域模型与教学相结合的研究还 基本处于空白状态。 第二节自适应学习系统 ( 一) 什么是自适应学习 我曾经从杂志上看到过这样一句话“自适应学习破土而出的e - l e a r n i n g 概念”。 自适应学习，源自a d a p t i v el e a r n i n g ，a d a p t i v e ，我们也常常译为“自适应”或者“适 应性”，其词根是a d a p t ，即“改编、适配”的意思。人们根据学习内容和学习方式的不 同，将学习分为三种不同的类型：机械的学习、示教的学习，以及自适应的学习。自适 应学习是一种主动学习，在“以学习者为主体”的思想指导下，学习者可以自主监控自 己的学习过程，根据自己的实际需求，自主选择最适合自己的学习内容和学习策略。在 自适应学习条件下，学习不是一个被动的接受知识的过程，而是主动发现知识的过程。 自适应学习一般发生在远距离学习环境中，指学习者通过自身原有知识经验与远距离学 习系统进行交互活动来获取知识、获得能力的过程，在这个过程中，学生能够自我组织、 制订并执行学习计划，并能控制整个学习过程，对学习进行自我评估。 基于w e b 的智能适应性教学系统中的技术可分为三类( b r u s i l o v s k y ，1 9 9 9 ) ： ( 1 ) i t s 技术在w e b - b a s e d 教育系统中的运用：课程序列化( c u r r i c u l u m 3 s e q u e n c i n g ) 、问题求解( p r o b l e ms o l v i n gs u p p o r tt e c h n 0 1 0 9 i e s ) ； ( 2 ) 适应性超媒体技术在w e b b a s e d 教育系统中的运用：适应性呈现( a d a p t i v e p r e s e n t a t i o n ) 和适应性导航支持( a d a p t i v en a v i g a t i o ns u p p o r t ) ： ( 3 ) w e b 环境所引发的一些新的技术( w e b - i n s p i r e dt e c h n o l o g i e s ) 在教学系统中的 运用，这些技术在非i n t e r n e t 环境不具备实现的条件。例如，学生模型匹配技术( s t u d e n t m o d e lm a t c h i n g ) ，这种技术其实质是在网络环境下，许多人同时参与学习，系统可以 分析同时在线的用户的状态，从而能够实现适应性对等帮助和智能的课程监控。 主流的适应性学习模式可以用图1 1 来表示，它的关键环节是：学习诊断、学习内 容的动态组织和学习策略。旧 已达到目标要求，继续学习 学 习 动 机 与 学 习 目 的 自适应诊断学 习起点的确定 教学内容的 自适应呈现 自主学习策 略的选择 反馈的请求 与响应 相关资源的 调查 协作与交流 适 应 性 练 习 单元补习 学i 融 未达到目标要求 知 识 能 力 的 获 得 、 成 就 感 的 获 得 图i i 适应性学习模式 ( 二) 自适应学习系统的定义和特点 在自适应学习条件下，学习不是一个被动的接受知识的过程，而是主动发现知识的 过程。我们知道在学习过程中，个体具有各种各样的差异性，不仅表现在个人的能力、 背景、学习风格、学习目标等，另外即使是个体本身，在学习过程中，知识状态也在不 断变化。自适应学习系统作为一种学习支持平台，在一定程度上实现了以学习者为主体， 它的突出特征是提供适合学习者个别需求的学习内容与学习环境的支持，它客观要求将 教学辅助模块、学习环境支持、学习等自然的融合在一起，学习者可以实现自我组织、 制订并执行学习计划并能控制整个学习过程，还可以对学习进行自我评估，使学习交得 自主。由此可见自适应学习系统的设计和制作对实现自适应学习有着至关重要的影响， 在自适应学习系统的支持下学习是通过自身原有知识经验与适应性学习系统进行交互 活动来进行学习的过程。自适应学习系统充分地考虑到教学行为的个人化与学习行为的 个性化特征，打破了传统学习群体的结构，把学习者作为一个个体，置于一个更为个人 4 化的情景之中。自适应学习系统是以学生模型、领域模型和教学策略作为三大主要组成 模块，其中领域模型是领域知识的教学结构，它包含要教的所有知识以及与新知识有关 的习题、试题、资料等等内容，因此教学领域模型的构建是构建自适应学习系统中的重 要部分 自适应学习系统的特点主要有以下几点： ( 1 ) 适应性，学习者通过与系统交互，系统根据不同学习者的学习者昀个性特征、 本学科的知识基础、学习准各，和学习内容的交互状况等，自动呈现给学习者提供最适 合学习者学习的知识； ( 2 ) 自主性，系统提供给学习者要进行学习的内容之后，学习者可以按照自己学习 的风格选择相应的学习策略、学习的进程以及探索知识空间的路径等，充分体现了学习 者的主体参与性： ( 3 ) 资源建构性，自适应学习系统说到底是为了让学习者掌握本学科的知识体系， 所以它的核心就是教学资源的全面融合，教学资源( 包括文本、图像、声音、视频、c a i 软件等) 可以适应各种学习者的需要和背景而进行不同的选择，也就是教学内容的组织 和呈现与学习者的特征相适应；整个学习的过程是在领域知识空间中探索及与他人协同 学习的过程。 社会的信息化步伐加快，终身学习成为每个人的必备素质，如何有效的提高学习的 效率成为了教育人员工作的重中之重。适应性学习系统作为远程学习系统的发展趋势得 到了人们的广泛关注，语义网克服了传统网络无法理解语言逻辑意义的缺点，基于语义 网构建出的适应性学习系统对于人们的学习提供了非常有效的支持工具。 第三节语义网 构建自适应学习系统中的领域模型我们选择了语义网的作为技术支持，关于语义网 的相关知识我们将从其定义、特点、应用以及体系结构四方面作一下简单的介绍。 ( 一) 语义网的定义、特点和应用 1 定义 语义w e b ( s e m a n t i cw e b ) 这一概念由万维网之父，英国人t i mb e r n e r s - l e e 【“提出 他所领导的非赢利性组织w 3 c 于2 0 0 0 年创建了w 耵s e m a n t i c w e b o r g 网站，并在2 0 0 1 年正式提出语义w e b 。所谓“语义”就是文本的含义，语义w e b 就是能够根据语义进行 判断的网络。它旨在使w e b 上的文本信息具有计算机系统可以理解的语义因此，简单 地说，语义w e b 是一种能理解人类语言的智能网络，它不但能够理解人类的语言，而且 还可以使入与电脑之间的交流变得像人与人之间交流一样轻松。语义w e b 是下一代互联 网的发展方向，其实质就是增强网络资源内容和功能的语义表示，以满足分布式主流计 算环境语义互操作的需要，使软件a g e n t 对w w 上异构和分布信息进行智能的、有效的 访问和检索其研究的重点就是如何把信息表示为计算机能够理解和处理的形式，即带 5 有语义。 2 特点 ( 1 ) 辨别能力强。语义网中，网络不仅能够连接各个文件，而且还能够正确识别文 件里所传递的信息，例如：它可以让计算机辨认和识别“h e a d ”这个单词的意思是“头 脑”还是“领导”；在读者看新闻时，它能轻松地分辨出哪句是标题、哪句是导语。也 就是说，它是一种聪明的网络，可以干人所从事的工作。 ( 2 ) 信息共享。语义网是一个“数据网，某种意义上可以说是全球数据库。”它的目 标就是定义、互联一个在功能方面不仅仅显示内容( 给人看) 的网络，还要尽量使得机 器可以通过各种各样的程序自动操作、集成以及重复使用整个网络上的信息，真正实现 网络的信息共享。 ( 3 ) 语义w e b 最大的特点是可让计算机具有对网络空间所储存的数据，进行智能评 估的能力。这样计算机就可以像人脑一样“理解”信息的含义，完成“智能代理”的功 能“。语义w e b 提供了一种崭新的信息描述和知识表达的手段，而要在语义层次上实现 信息的互操作，就需要对信息涵义的理解达成一致。语义w e b 采用了本体( o n t o l o g y ) 的 思想，本体描述的是具有共识的、概念化的事物，它对实现语义层次上的知识共享、知 识重用有着巨大的优势。 3 应用 在信息中加入语义，使得在w e b 世界中流动的不再是单纯的数据流而是机器可理解 的语义信息。利用这些语义，信息之间的交换就可以建立在语义的层面而非文字的层面， 从而可以使机器精确地理解、采集和组合信息，同时提供包含数字图书馆、电子商务、 医疗保健等各种类型的自动化服务。目前语义网主要应用于e - l e a r n i n g 。智能信息检索 和语义w e b 挖掘，数据交换与知识管理以及网格与网格计算方面等等。 ( 二) 语义网的体系结构 为了实现语义w e b 信息服务的智能化与自动化的目标，t i mb e r n e r s - l e e 给出了语 义网中的层次关系基于x m l 和r d f r d f s ，并在此之上构建本体和逻辑推理规则，以 完成基于语义的知识表示和推理。从而能够为计算机所理解和处理。t i mb e r n e r s l e e 提出了x m l2 0 0 0 语义w e b 模型“，它是一种分层结构的模型，如图1 2 所示。 6 图1 2x m l2 0 0 0 语义w e b 体系结构 ( 1 ) u n i c o d e 和u r i 层。是语义w e b 的最底层。u n i c o d e 可以保证使用国际化、通用 化的字符集，避免不同类型字符集之间由于编码不同而造成的存储、传递和使用上的混 乱，同时也可以实现多国语言的混合存储和使用。在语义w e b 中任何可以被描述资源都 由惟一的u r i 所标识，不同的资源拥有不同的u r i ，通过指定的u r i 可以确定互联网中惟 一的资源( 即定位的惟一性) 。 ( 2 ) ) ( m l + n s + x m ls c h e m a 层。是语义w e b 中首要的关键技术也是整个体系结构的基础 x m l 是一种允许自定义标记的通用、结构化描述语言。命名空间n s 为x m l 文档中的结构 化标记提供了上下文环境。x m ls c h e m a 在标记的使用和文档结构上为x m l 文档提供了明 确的语义限制，最终确保每一个x m l 文档都是语义合法、结构完整、内容有效的。 ( 3 ) r d f r d fs c h e m a 层。r d f 定义了一种用以描述资源及相互关系的简单模型，是 语义w e b 实现的关键技术之一，也是语义信息描述的有效手段。其基本数据模型包含三 类对象：资源、属性和陈述；资源之间的关系通过属性和值来描述。描述特定资源特定 属性的值，就构成r d f 中的一个陈述，通常可用三元式 描述；其中；被描述的资源称s u b j e c t ，描述资源的属性称p r e d i c a t e ，o b j e c t 则是属 性对应的值。r d fs c h e m a 提供了这种表达机制，它描述了r d fp r o p e r t i e s 的使用规则， 为r d f 定义了领域字典，并用类型层次结构来组织该字典，从而构成完备的语义空间 r d fs c h e m a 规范用r d f 定义了建模原语，r d f s 中主要的类、特性和约束所使用的 描述原语如下： 核心类包括r d f s ：r e s o u r c e ，r d fp r o p e r t y 以及r d f s ：c l a s s , 核心特性包括r d ft y p e ，r d f s a u b c l a s s o f 和r d f s ：s u b p r o p e r t y o f ： 核心约束包括r d f s ：c o n s t r a i n t r e s o u r c e ，r d f s ：c o n s t r a i n t p r o p e t y ，r d f s ：r a n g e 和r d f s ：d o m a i n ； 其中，r d f s ：c l a s s 定义概念，每个类都必须是r d f s ：c l a s s 的实例。r d f 中的资 源可以看作是r d f s ：r e s o u r c e 的实例。r d f s ：p r o p e r t y 是用来描述资源特性的类， r d f s ：c o n s t r a i n t r e s o u r c e 用来定义所有的约束条件，而r d f s ：c o n s t r a i n t p r o p e r t y 7 是r d f s ：c o n s t r a i n t r e s o u r c e 和r d f s ：p o r p e r t y 的子类，它所有的实例都用来确定约 束条件的特性，例如：r d f s ：d o m a i n 和r d f s ：r a n g e 就用来约束特性所隶属的类。r d f s ： 3 1 a s sr d f ：p r o p e r t y 和r d f s ：c o n s t r a i n t r e s o u r c e 是r d f s ：r e s o u r c e 的子类。在r d f s 中，所有的属性都是r d f ：p r o p e r t y 的实例。r d f ：t y p e 表示资源和类的实例关系。r d f s ： s u b c l a s s o f 属性表示类间的继承。r d f s ：s u b p r o p e r i y o 滚示属性问的继承， r d f s ： d o m a i n 和r d f s ：r a n g e 被用来限截属性的值域和定义域( 关系模型如图1 3 所示) 。 图i 3r d f sm o d e l “” ( 4 ) o n t o l o g y 层。语义信息的交流必须以共同的理解为前提，否则双方就会发生误解 或不理解。o n t o l o g y 是一种用以描述语义的、概念化的显式说明。它通过定义属性并建 立一个分类层次结构，将不同的概念区分和组织起来同时也通过属性将概念相互联系 起来，从而建立起概念的语义空间亦即对某一个领域内事物的共同理解。在语义w 曲 的交流通信中o n t o l o g y 担当着语义沟通的重要角色，是其实现的关键技术之一。 o n t o l o g y 需要用o n t o l o g y 语言描述和建构。常用的o n t o l o g y 描述语言有o w l s 、d a m l s 等。 ( 5 ) o n t o l o g y 的顶层：l o g i c p r o o f 和t r u s t 这三层位于语义w e b 体系结构的顶 都，也是语义表达的高级要求，基前歪处于研究阶段，也有一些简单的示范性应用系统 正在建设中。其中逻辑层( l o g i c ) 提供了推理规则的描述手段，论证层( p r o o f ) 通过运用 这些规则进行逻辑推理和求证，而信任层( t r u s t ) 则负责为应用程序提供一种机制以决 定是否信任给出的论证。 。 ( 6 ) 数字签名( d i g i t a ls i g n a t u r e ) 。数字签名位于层次模型的右侧并贯穿于中间 的四层。数字签名是一种基于互联网的安全认证机制。当信息内容从一个层次传递到另 一个层次时，允许使用数字签名说明内容的来源和安全性，这样接受方就可通过数字签 名鉴别其来源和安全性以决定是否接受。数字签名保证了交换的信息内容的正确性。 在这里，我们构建领域模型重点是对语义网的二、三、四层进行应用。 s 第四节自适应学习系统中关于领域模型的理论基础和设计原则 一个好的学习系统或是一个好的学习平台，不但能够突破时间、空间和地域的限制， 让学习者完成学习，更重要的是要以提高学习者的学习兴趣和学习效率，满足社会及个 人发展的要求为目标。自适应学习系统不仅仅是一个工具，我们还把教育教学理念更好 的渗透到了系统中去，提出这个以满足学习者学习需要、提高学习者学习效率的新的方 式，以适应现代网络远程教育的开展。 ( 一) 构建领域模型的理论基础 1 系统科学理论 系统科学理论是研究一切系统的模式、原理和规律的科学，主要包括系统论、信息 论和控制论。系统论是以系统整体性为总的出发点，分析系统、要素和环境及其相互关 系的科学，它注重结构与功能，并且将对象作为不可分割的系统，以探讨系统的整体性 规律为目的。系统科学的最基本原理有：反馈原理、有序原理和整体性原理。信息论是 系统科学的技术基础学科，是一门应用数理统计方法来研究信息处理和传递的科学。控 制论主要通过分析信息反馈一控制目的的行为，揭示了机器、生物和人所遵 从的共同规律。 系统科学已经被认为是现代信息社会的基础学科之一，它对自适应学习系统中领域 模型的设计具有直接的指导意义领域模型包含的学科知识是一个大而复杂的系统，它 的设计必须遵循知识的整体性、动态性和有序性等原则，以求得整体性效果，所以需要 用系统科学理论作指导理论。 2 人本主义学习理论 人本主义学习理论是五、六十年代在美国兴起的一种心理学学派，其主要代表人物 是马斯洛( a m a s l o w ) 和罗杰斯( c r r o g e r s ) 。它以人的整体性研究为基础，强调入 的尊严和价值，重视学习过程中人的因素，提出学习者是学习主体的思想，认为学习者 是一个有目的，能够选择和塑造自己行为并从中得到满足的人，他们各有其求知向上的 潜在能力。在人本主义看来，人的成长源于个体自我实现的需要，自我实现是促使人生 长和发展的最大驱动力。在学习过程中，只要视学习者为活动的主体，为他们创设一个 良好的学习环境，他们就会学到所需要的一切。它主要有三个特点；自主性，即学习是 个人主动发起的( 不是被动地等待刺激) ，学习者内在的思维和情感活动极为重要；全 面性，即个人对学习的整体投入不仅涉及认知方面，还涉及情感、行为、个性等方面； 渗透性，即学习不单是对认知领域产生影响，而且对行为、态度、情感等多方面发生作 用。 因此，根据人本主义学习理论，学习者是整个学习活动过程中的主体，他们可以按 照自己的个性特征和兴趣爱好选择合适的学习内容和学习方式。自适应学习系统的领域 模型为学习者提供了丰富的学习资源和选择学习内容、学习环境、学习路径等等的机会 系统也会根据学习者的知识水平和学习需要以及与学习内容的交互情况，呈现最适宜的 学习内容，提供最佳的指导方案学习者也可以随时随地根据学习结果，评价自己达到 9 的水平，找出的差距，加强薄弱环节的继续学习，巩固己知内容，真正地发展和完善自 我。 3 认知灵活性理论 认知灵活性理论( c o g n i t i v ef l e x i b i l i t yt h e o r y ) 是由斯皮罗( s p i r o ，1 9 9 1 ) 等人提出并倡导的一个学习理论。所谓认知灵活性。是指以多种方式同时重构自己的知 识，以便对发生根本变化的情景领域做出适宜的反应。认知灵活性理论有两个基本原理， 一是只有在显示多元事实时才能以最佳方式对结构不良领域的现象进行思考。该理论的 中心问题是多元认知表征，即要求从多于一个观点的角度检查某一概念，这既能增强对 该概念自身理解，同时也能增强将这一理解迁移至其它领域的能力，同样，从同一观点 检查不同概念也能导致一种新的认识。其原理之二是概念与案例之间的交叉是多维的、 非线性的。有理由、有根据的正确理解会因背景的不同而存有差异，也就是说，在解决 问题的过程中，往往存在着不止一个正确答案，通过多种方式解决问题，可以加深对问 题的理解。认知灵活性理论接受了建构主义的基本观点：学习是学习者主动建构内部心 理表征的过程，但它与极端建构主义相比采取的是较为折中的观点。它既反对传统教学 机械地对知识做预先限定( p r e s p e c i f i c a t i o n ) ，让学生被动地接受；同时也反对极端 建构主义只强调学习中的非结构的一面，忽视概念的重要性。它主张一方面要提供建构 理解所需的基础，另一方面又要留给学生广阔的建构空间，让他们针对具体情境采取适 当策略( 张建伟，陈琦，1 9 9 7 ) 。 根据认知灵活性理论在自适应学习系统中对学习内容以多种方式进行教学和智力上 的表征，让学习者以多种方式加以利用和学习知识，只有让学习者从多种观点的角度接 近概念并构建知识表征时，才有可能使其真正地掌握复杂概念。 从认知灵活性理论 的特点可知，在学习者的自主学习过程中应给学习者构造一个非线性的网状学习环境， 可以使学习者灵活地在各个知识节点上自由浏览以补充自己没有掌握或掌握不牢固的 知识。因此在构建领域模型的时候要注意认真分析概念之问的内在联系以加强学习资源 的有效组织，也要注意真实学习情境的设计，让学习者从做中学，从而更好的促进学习 巩固学习。 4 多元智能理论 1 9 8 3 年，哈佛大学教授、当代著名心理学家和教育家霍德华加德纳在智能的结 构一书中，提出了一个全新的概念多元智能理论( m u l t i p l ei n t e l l i g e n c e s ，简 称m ：l 理论) 。多元智能理论认为人类思维和认识的方式是多元的，以组合的方式进行 的。每个正常人都在一定程度上拥有多项技能，并都有各自的智能强项和弱项。智能之 间的不同组合表现出个体间的智能差异，教学如果考虑这些差异，考虑学生的个人强项 而不是否定或忽视这些强项，并以最大程度的个别化方式来进行，教育就会产生最大的 功效。在多元智能理论看来，不同的智力领域都有自己独特的发展过程和所依托的不同 符号系统，因而不同的教学内容需要不同的教学技术，以适应不同的智力特点。即使是 相同的教学内容，针对每个学生不同的智力特点、学习风格和发展方向，选择和创设丰 富多样的、适应性的、有广泛选择性的教