网络教学论文：基于ontology的网络教学平台的研究与构建

1、网络教学论文:基于ontology的网络教学平台的研究与构建摘要:网络化教育已经成为教冇改革的一个方向，但目前的网络教学平台中存在一些问 题，将ontology引入网络教学平台可以冇效地解决这些问题。分析0otology相关理论后，给 出基于ontology的网络教学平台的架构分析，通过对网络教学平台进行测试分析，得出此网络 教学平台能智能化地指导教师备课和学生个性化学习，具有广阔的应用前景。关键词:ontology;网络教育;个性化学习潛能备课网络化教育代表了教育改革的一个发展方向，已经成为现代教育的一个特征，并対教育的 发展形成新的推动力。网络教学平台的构建实现了网络化教育的发展。冃前的网

2、络教学平台 存在多种问题，如网络学习资源不能共享、无法满足学生的个性化亍习、检索效果差、学习 过程缺乏交互性、教学目标不突出等。ontology作为一种能在语义和知识层次上描述信息系 统的概念模型建模工具，可以实现教学资源的共享。除此z外,ontology支持知识检索技术、 智能化备课和个性化学习。因此，构建基于0otology的网络教学平台可以冇效地解决fl前网 络教学平台存在的多种问题。1 ontology相关理论ontology作为-种能在语义和知识层次上描述信息系统的概念模型建模工具，自提出以 来就引起了国内外众多科研人员的关注。ontology是共享概念模型的形式化规范说明，其目 标

3、是获取、描述和表示相关领域的知识，捉供对该领域知识的共同理解，确定该领域内共同认 可的词汇,并从不同层次的形式化模式上给出这些词汇和词汇间相互关系的明确定义。ontology具有静态性和动态性两个特征。静态性是指它反映的是概念模型，没有涉及动 态行为;动态性是指它的内容和服务对象是不断变化的，针对不同领域,可以定义和构造不同 的ontology 1。根据ontology的静态性特征可以实现教学资源共亨，根据ontology的动态特 征可以实现ontology在多个对象和层面上的应用。1.1 ontology 的建模参照基于描述逻辑的ontology模型2和perez等的ontology五元组模

4、型3,利用序类逻 辑建立ontology模型0二，其屮t为ontology的术语集合;p+为谓词集合，包扌£属性谓词和事 件谓词;td为术语定义集;xd为实例声明集;f为公理集。其中，将谓词分为属性谓词和事件谓词是序类逻辑的一个特色。对谓词进行的分类町以 帮助我们在推理过程中合理的理解和推断上级谓词，例如,pepole是student的一个上级术语。 事实study(x: student)如果理解为一个事件，就表明有student is studying的事件发生。那么就 有?study(x: student)的查询结果为yes,而并不 淀是college student在study

5、ing,0此查 询?-study(x: college sutdent)的答案为no。相反事实study(x: student)如果理解为一个属性，就 表明student有属性study 0如果student有这个属性，那么college student应该有同样的属性。 因此，杳询?-study(x: college student)的答案为yes。但是由丁-信息没有隐含所有的人都有屈性 smdy,因此査询?-study(x: pepole)的结呆为 no。在对0ntology的构建和推理屮,需要将ontology进行解释,即给定一，个ontology模型，给 出一个ontology的解释函

6、数，用此解释函数对ontology模型屮的各个元素解释为给定领域中 的术语、谓词、关系、函数、公理等元素。ontology的解释函数定义为：给定o=,omology解释函数为一个四元组oi=,其中uih为o的论域,t*为术语解释函 数,x为实例定义集,p+*为谓词解释函数,f*为公理解释函数。t*将t中的何个原子类c都应 映射为ui的一个了集ci ul p+*将p+中的每个属性谓词p#都映射为一个二元关系p#i ui xui,如subclass-of,将p+屮的每个事件谓词p都映射为一个函数p+i:ui-*ui,如walking-on 等。f*将f中的每个公理都映射为论域ui中的公理。1.2基

7、于“角色”和“关系”构建ontology依据所构建的ontology模型，可以选择一个合适的ontology开发系统来构建所需的 ontologyo构建一个ontology需要清楚地理解什么是概念以及这个概念与其他概念z间的 关系。因此一个ontology侧重于“概念”本身而不是对它们的“表示”。尽管一些构建ontology 的系统己经开发出來了，但是它们并不是基于对ontology理论的充分考虑。以“文字操作” 为例，可以描述v “汉字输入” is-a “文字操作” ，同时也可以描述v “撰写美文” is-a “文字 操作” 。那么怎么体现汉字输入和撰写美文的区别呢?前者应看作轮子的子概念，

8、而后者应 看作轮子所扮演的角色而不是英子概念。所以如果不将这些概念予以区分，就容易导致语义 混乱。对于这个问题,guarino将其划分为isa重载的问题4。因此在本-文的ontology构建 时，我们要将角色概念和其他概念区别出來并采用基于“角色”和“关系”的ontology构建 工具hozo來开发ontology。一个角色概念由角色持有者、类约束和语境三个元素构成5。也色持有者是扮演也色 的概念实体，例如教师作为角色持冇者扮演了教师这一角色。类约束是对于类的约束,语境是 通过与一个概念间的关系辨明角色6。例如在“学校”的语境中，一些人扮演教师的角色，其 他一些人扮演学生的角色，那么扮演“教师

9、角色”和“学生角色”的人成为角色持有者“教 师”和“学生”。在hozo中,我们用两种关系来描述概念间的关系。“part-of”描述的是部分概念与整体 概念间的关系，部分概念组成了整体概念，如“文字操作” part-of “计算机技术”表示文字 操作是纽成计算机技术的一部分o"attribute-of"是屈性概念及具所对应的概念间关系的表示, 如“文字操作”具有“理论知识掌握程度”、“实际操作熟练程度”等属性。1.3 利用 jena 解析 ontology在实际的开发应用屮，我们需要将构建好的0 ntology存储在数据库屮并对ontology解析 应用。在网络教学平台中，采

10、用jena对ontology进行存储和解析。图1中的代码就是利川jena 将ontology文件goal_ontology导入oracle数据库的代码。除此z外，利用jena 以对 ontology库进行查询、修改、读写等操作。2基于ontology的网络教学平台架构分析基于ontology的网络教学系统除了能够提供一般的网络教学平台通常所具有的功能，如 在线学习、在线答疑、测试平台等功能，还能够提供一些特色功能，如学牛的个性化学习、教 师的指导性备课等功能,并能克服普通的网络教学平台的一些不足，如教学资源不能共享、教 学目标不突出等问题。由于otology提供的是对领域知识的共同理解,能够实

11、现教学资源的 共亨,因此需要构建一个相关领域的领域ontology。领域ontology屮主要描述的是相关领域 知识点之间的联系。为了突出教学id标并利用教学目标指导教师备课，需要构建一个日标 ontologyo fl标ontology主要依据布卢姆的教育冃标分类理论，将教育冃标分为认知、悄感 和动作技能三个领域，每一个领域内又细分为若干层次。依据h标omology可以指导对领域 ontology中相关知识点的学习和使用。教学平台主要而向的对象是教师和学牛,教师通过此系统进行智能化备课、上传教学 资源利在线疑难解答;学生通过此平台自主选择学习方式，通过教案学习，也可以选择感兴趣 的知识点进行学

12、习，同时町以通过疑难解答系统解决学习中的问题，除此z外,学生还可以通 过在线测试检验自己的学习成果。教师的备课和学牛的个性化学习屮都有口标ontology和 领域ontology对教师和学生进行相关学习目标和知识点的指导，以帮助教师（学牛j有效地完 成备课（学习）。根据上述需求分析，得出基于ontology的网络教学平台如图2所示。3应用测试我们利用hozo 4.06,jena 2.3以及tomcat 5.0等工具，依据上面的理论分析,构建出棊于 ontology的网络教学平台。我们对此平台进行应用测试，如学牛:进行注册登录后，选择个性化 学习方式，学习“操作基础”这个知识点,导航栏中给出需要

13、掌握的学习内容“文字操作”和 “计算机操作基础”，相关知识栏中给出与本知识点相关的知识“输入法”和"windows操 作棊础”。此测试结果充分显示了 ontology对于个性化学习的学习冃标和学习内容的指导作 用,及其在网络教学平台的重要作用和优势。4结语我们将ontology引入网络教学平台构建中，可以智能化地指导教帅依据教学冃标进行备 课，并可以使学生白主选择学习方式，依据白己的学习特点进行知识点的学习，在此过程屮，教 学平台可以为学牛提供学习目标和相关学习内容的指导，帮助学牛更有效地学习。由于 ontology本身的特性，使得教学资源町以共享，克服了普通的网络教学平台中的一些不

14、足，因 此基于ontology的网络教学平台具有广阔的应用前景。参考文献:1杨听.基于语义web的个性化网络课件研究d.天津:天津大学计算机应用技术学 院,2005:1-2.|2王洪伟，吴家春,蒋馥.基于描述逻辑的本体模型研究卩.系统丄程,2003,21(3):1()1 1()7.3 perez a g benjamins v r. overview of knowledge sharing and reuse components: ontologies and problcm-sloving mcthodseb/ol. 2010-03-06. rmati

15、k.rvvth-aachen.de/publications/ceur-ws/vol-18/.l4j guarino nicola. some ontological principles for designing upper level lexical resourcesfc/rubio a, gallardo n, castro r, tejada a eds.proceeclings of the first international conference on lexical resources and evaluation. granada:european language resources association,! 998:527-534.5 kouji,koza