基于信息元的教学资源组织系统设计

1、基于信息元的教学资源组织系统设计与实现摘要：本文文以文本本类型教教学资源源为研究究对象，在在领域知知识可拓拓信息网网模型和和CELLTS-3的基基础上，阐阐述了基基于信息息元的教教学资源源组织系系统设计计与实现现过程，包包括：信信息特征征元数据据描述框框架、特特征词获获取、信信息元距距离度量量、信息息元匹配配规则以以及匹配配算法等等。该系系统通过过有限的的信息元元描述无无限的资资源，实实现了教教学资源源的高效效组织，支支持学习习过程中中资源自自动重组组。关键词：教教学资源源；信息息元；特特征词；元数据据描述框框架；匹配规规则；匹配算算法Desiggn aand Impplemmenttatii

2、on of Teaachiing Ressourrcess Orrganniziing Sysstemm Baasedd onn Innforrmattionn Unnitsstc On thee baasiss off exxtennsioon iinfoormaatioon nnet of a ffielld oof kknowwleddge andd CEELTSS-3, thhis papper tarrgetts aat ttextt-tyypedd teeachhingg reesouurcees, andd ellaboorattes thee prroceess of dess

3、ignn annd iimpllemeentaatioon oof tteacchinng rresoourcces orgganiizinng ssysttem bassed on infformmatiion uniits, inncluudinng aa frramee deescrribiing bassic datta oof iinfoormaatioon ccharractteriistiic, obttainnmennt oof ccharractteriistiic wwordds, disstannce bettweeen iinfoormaatioon uunitts,

4、as welll aas mmatcchinng rrulees aand alggoriithmm off innforrmattionn unnit, ettc. Thee syysteem oorgaanizzes inffiniite teaachiing ressourrcess byy fiinitte iinfoormaatioon uunitts, impplemmentts eeffiicieent orgganiizattionn off thhe tteacchinng rresoourcces, annd tthuss suuppoortss thhe rresoour

5、cces auttomaaticc reegrooupiing in thee prroceess of leaarniing. rTeaachiing Ressourrce;Infoormaatioon UUnittChharaacteerissticc Woord;Frramee Deescrribiing Bassic Datta Mattchiing Rulle Mattchiing Alggoriithmm随着网络教教育和教教育信息息化建设设的发展展，教育育资源的的质量对对现代网网络教育育起着决决定性作作用11，教教师的意意图、观观点和思思路只有有通过教教育资源源的形式式才能得得以体

6、现现。当前前在教育育资源建建设中存存在的问问题主要要有11-4：资源源库之间间的互操操作缺乏乏相应规规范；资资源独占占系统导导致了资资源开发发的低水水平重复复和可共共享范围围小；资资源可重重用性差差，不能能根据个个性化学学习的需需要自动动重组等等。普遍遍认为上上述问题题存在的的原因主主要包括括1-4：（1）教教学资源源不规范范。资源源开发缺缺乏统一一的元数数据描述述标准，有有着各自自的开发发目的，使使用不同同的开发发系统。（22）教学学资源不不独立。长长期以来来教学软软件的开开发，教教学资源源都依附附于教学学管理系系统。（33）教学学资源的的管理技技术落后后。由于于大部分分教学资资源都不不是结

7、构构化的，即即不是计计算机可可理解的的信息，导导致这些些资源在在序列化化存储、检检索、重重组等信信息处理理方面存存在较大大的难度度。本文文以文本本类型教教学资源源为研究究对象，在在领域知知识可拓拓信息网网模型和和CELLTS-3(教教育信息息化技术术标准一一学习对对象元数数据)的的基础上上，阐述述了基于于信息元元的教学学资源组组织系统统设计与与实现过过程。该该系统通通过有限限的信息息元描述述无限的的资源，实实现了教教学资源源的高效效组织，支支持学习习过程中中资源自自动重组组。1 教学资资源组织织模型研研究1.1信息息元物元理论告告诉我们们,物元元是度量量与非度度量的结结合，一一个信息息的定量量

8、部分和和定性部部分在物物元概念念下可以以很好的的统一起起来。可可以认为为，信息息是一种种特殊的的物元，将将信息用用n维物元元表示，即即R=( N , C , V )，C (CC1 ,CC2 ,CC3 , . . .Cn), VV (v1 ,v2 ,v3 , . . .vn)，我们们称之为为信息元元5，其中中N为信息息所涉及及到的事事物，CC为给定定事物具具有的某某一广义义特征，V是N关于C的广义量值。1.2领域域知识可可拓信息息网模型型信息元一个个最主要要的特征征是可拓拓性，以以信息元元R为起起点，在在某限制制条件下下向外开开拓，可可以得到到很多相相关和相相似的信信息元，称称为R的可拓拓信息域

9、域，其中中表示R的同物物信息元元集，表表示R的的同征信信息元集集，表示示R的同同值信息息元集，表示R的相关信息元集，表示R的蕴含信息元集，表示R的共轭信息元集。所有这些信息元将组成赋权网络，如图1所示。RRR0R1R6R7R8R9R5R2R3R4图1 领域知识可拓信息网络图某领域知识识的基本本信息元元采用指指针形式式连接起起来，指指针分为为4类，发发散类（EE类指针针），相相关类（II类指针针），蕴蕴含类（PP类指针针），共共轭类（FF类指针针）。网网络的连连接框架架采用33条总线线结构：事物总总线、特特征总线线、量值值总线。每每条总线线分为若若干域，如如事物总总线按照照类事物物分域，特特征总

10、线线按照实实义特征征、性质质特征、功功能特征征分域。量量值总线线按照数数值型和和非数值值型分域域。这样样建立起起一个关关于某领领域知识识的可拓拓信息网网络。2 教学资资源组织织系统设设计2.1功能能需求分分析本系统针对对互联网网上海量量的教学学资源进进行更好好的获取取、标识识、组织织与管理理，并提供供给用户户学习。具具体包括括两个功功能需求求：a. 教学学资源的的收集在收集过程程中对教教学资源源进行拆拆分，以以信息元元为单位位选取、收收集各类类教学资资源。b. 有效效的资源源管理根据资源的的信息特特征对资资源的内内容属性性进行元元数据标标引，使使资源与与多个信信息元相相关联。利利用可拓拓信息网

11、网络对教教学资源源进行有有效管理理和利用用，实现现教学资资源在多多种学习习情境下下被重用用，而且且可由挂挂靠在信信息元上上的资源源自动拼拼接成个个性化的的学习页页面。2.2教学学资源组组织系统统的设计计方案教学资源的的组织要要解决两两个问题题：一是是如何组组织教学学资源数数据；二二是如何何组织各各种类型型的教学学资源。教学资源组织分为资源描述、资源存取和资源挂靠三个过程。下面详细介绍设计方案。a.教学学资源元元数据描描述框架架教学资源的的元数据据描述是是教学资资源组织织的重要要环节，缺缺乏描述述的资源源不可能能被有效效共享和和利用，同同时也直直接影响响教学资资源的查查找和管管理。本本文把教教学

12、资源源元数据据分为基基本元数数据和信信息特征征元数据据。基本本元数据据主要用用于描述述教学资资源的外外在特征征。在基基本元数数据描述述中，采采用CEELTSS-3标标准66-8，并对对其元数数据或元元数据的的取值进进行取舍舍和改进进。同时时，为了了实现基基于信息息元的教教学资源源组织，支持学习过程中教学资源自动重组，采用信息特征元数据描述框架来精确描述教学资源的内容特征。如表所示。表 信息息特征元元数据框框架名称作用说明描述Desscriiptiion教学资源的的文字描描述。教学资源内内容的描描述。关键词Keeywoord教学资源的的关键词词。描述教学资资源特征征的关键键词。*构件类型型Com

13、mponnenttTyppe教学资源描描述的信信息特征征形式。如简介、定定义、说说明、总总结、分分析、讲讲解、练练习、公公式等。式ngaoy教学资源的的描述形形式。如陈述、列列表、例例题、过过程、模模型、演演示等。*主题Suubjeect教学资源尽尽可能准准确和细细化的所所属信息息元。文本资源由由信息元元分析给给出列表表供用户户选择，其其它类型型资源在在信息特特征树上上选择得得到。特征关联RRelaatioon从教学资源源中提取取出的信信息特征征之间的的关联。文本类型教教学资源源根据信信息元分分析获取取。其它它类型教教学资源源采取用用户输入入。b.教学学资源存存取方案案通过两层架架构，66种教

14、学学资源状状态（正正在收录录colllecctinng、已已收录ccolllectted、已已删除ddeleetedd、已挂挂靠reeferrencced、已已收录入入库emmboddiedd、正在在收录入入库emmboddyinng）间间转换来来实现教教学资源源的数据据库存取取。用户户对教学学资源的的各种操操作，如如添加、删删除、更更新、编编辑等都都全部统统一在两两层架构构的第一一个操作作层面进进行，而而所有的的真正数数据库存存取操作作在第二二个操作作层面完完成。c.教学学资源挂挂靠策略略为实现教学学资源基基于信息息元的组组织，一一方面必必须构建建领域知知识可拓拓信息网网模型对对领域知知识进

15、行行描述；另一方方面需要要将教学学资源与与该模型型中的信信息元相相互关联联，即资资源挂靠靠。信息息特征元元数据描描述框架架中的构构件类型型项和描描述形式式项描述述了教学学资源与与所挂靠靠的信息息元之间间的关联联关系。2.3数据据库设计计教学资源组组织系统统的数据据库主要要包括了了教学资资源库，知知识库和和挂靠库库三个部部分。教教学资源源库主要要用于保保存教学学资源的的信息，包包括资源源数据和和资源描描述信息息；知识识库作为为领域知知识可拓拓信息网网模型的的实现9，可可以认为为是整个个教学资资源组织织系统的的“中心发发动机”；挂靠靠库可看看作是教教学资源源库和知知识库之之间的桥桥梁，其其中保存存

16、了教学学资源的的挂靠信信息。此此外，数数据库中中还包括括为实现现文本结结构分析析和设计计的文本本结构临临时表TT_TeextSSpliit，用用于保存存正在分分析的文文本对象象的文本本结构信信息。3 系统功功能实现现3.1教学学资源收收集模块块教学资源的的收集模模块主要要包括：录入接接口、元元数据描描述和数数据库存存取。教教学资源源收集的的录入接接口有三三种：工工具栏添添加、剪剪贴板、悬悬浮窗口口。教学学资源描描述的元元数据较较多，系系统将元元数据分分为几类类分别放放在不同同的选项项卡上，系系统通过过调用元元数据检检查函数数保证元元数据描描述框架架中的核核心必选选元素其其值不为为空。数数据库的

17、的存取主主要包括括：a. 由知知识库中中的信息息通过递递归过程程动态生生成信息息特征树树，并且且保存信信息特征征到相关关结构体体中。b. 从正正在收录录资源表表中下载载资源数数据，并并更新教教学资源源列表和和资源描描述信息息区。3.2教学学资源挂挂靠模块块教学资源挂挂靠模块块实现资资源和信信息元之之间的挂挂靠。对对文本资资源，系系统通过过信息元元的置信信度计算算提供资资源挂靠靠的候选选关联信信息元集集。对其其它类型型的教学学资源，用用户可以以在信息息特征树树上选择资源源要挂靠靠的信息息元，在在挂靠列列表中将将显示信信息元在在信息特特征树上上的全名名。3.3教学学资源管管理模块块教学资源管管理主

18、要要是针对对资源库库中已收收录的教教学资源源的管理理，包括括资源检检索和资资源编辑辑等。资资源编辑辑包括对对教学资资源、资资源描述述信息和和挂靠信信息的编编辑。a. 教学学资源的的检索系统提供多多种检索索方式供供用户查查找教学学资源库库中的教教学资源源。检索索方式主主要包括括:包含含文字、资资源类型型、资源源大小、资资源收录录日期、关关联信息息元、构构件类型型、描述述形式、难难度、面面向用户户等。b. 检查查资源所所在文件件的位置置系统提供自自动检查查和更新新教学资资源所在在文件位位置的功功能。c. 资源源编辑资源编辑包包括编辑辑文本资资源信息息、编辑辑资源的的挂靠信信息、编编辑资源源的描述述

19、信息、删删除教学学资源。4 关键技技术4.1特征征词的获获取领域的文本本资源所所包含的的信息可可以用一一组信息息元抽象象表示，而而信息元元具有特特征词集集，可拓拓信息网网中所有有信息元元的特征征词集构构成领域域特征词词典。选择领领域特征征词典作作为分词词词典，采采用逐词词遍历法法100提取取文本资资源中的的特征词词集，集合就是是能够表表示文本本资源的特特征词集集合。算算法流程程如图所示。图图逐词遍历分词算法流程图4.2信息息元匹配配算法 信息元匹配配的目的的就是用用一个或或若干个个信息元元来描述述文本资资源的内内容特征征。用领领域知识识可拓信信息网作作为模板板，通过过信息元元的匹配配，可以以用

20、该网网的一个个子网来来表示该该领域教教学资源源的信息息特征。a. 信息息元匹配配规则11设表示可拓拓信息网网中的信信息元节节点，表表示信息息元的属属性，表表示的属属性值，表示信息元的行为，代表一个行为属性的具体取值。设是在匹配过程中新增加的节点集，为新增加的边集，、初始为。下面给出信息元匹配规则集的主要部分：(1) 若若，则设设，,=；(2) 若若，则设设,，=,=；(3) 若若，则设，=,=；(4) 若若，则设，=，=；(5) 若若，如果果则设；如果果则设,=，=；(6) 若若,且，则则设, =,=；(7) 若若,且，则设，,=；规则集的作作用在于于利用领领域知识识概念网网中显式式描述的的关

21、系，在中寻找隐含的语义关系，并用显式的来描述，得到子图。b. 信息息元匹配配的算法法过程信息元匹配配就是在在的基础础上，利利用领域域知识可可拓信息息网，通过增增加最少少的节点点和边来来扩展，得得到最短短路径连连通子图图的过程程，其中中。 连连通子图图称为最最短路径径子图。信息元匹配的算法过程可以分为以下几个步骤：(1) 通通过特征征词识别别和预处处理得到到；(2) 利利用规则则集，增增加节点点集、边边集，得得到图，其其中；(3) 若若为连通通子图，则则匹配结结束；否否则设图图任意两两个连通通分量，其其中。在在和中根据据寻找和之间的的最短路路径，为路径径上的节节点集，为的边集。得到新的，其中。(

22、4) 重重复步骤骤3，直直到出现现连通子子图。c. 信息息元距离离度量领域知识可可拓信息息网络中中的信息息元不但但有数量量化的量量值，也也有非数数量化的的量值，通通常意义义下的距距离已不不可能表表述其完完整意义义。故借借助关联联函数值值来建立立可拓信信息网络络中信息息元间的的距离。关关联函数数值的大大小是衡衡量元素素与集合合关系，使使经典集集合中的的“属于”和“不属于于”集合的的定性描描述扩展展为定量量描述，以以表征信信息元间间的层次次关系。对对一个信信息元来来说，给给定一个个特征CCi，便存存在一个个建立在在此特征征之上的的关联函函数Ki(x)，将R 代入得得关联函函数值KK(Xvvi)。称

23、这这个值为为特征CCi上的关关联函数数值，记记为Kci(XXvi)。对可可拓信息息网中两两个信息息元Ra,Rb，Ra,Rb在特征征Ci上的距距离为：|Kcii(Xvii)a-Kcii(Xvii)b| ,定义Ra, RRb间的距距离为： 其中Ca,Cb分别为为物元RRa,Rb的特征征集。5 小结a. 本文文以文本本类型教教学资源源为研究究对象，在在领域知知识可拓拓信息网网模型和和CELLTS-3的基基础上，阐阐述了基基于信息息元的教教学资源源组织系系统设计计与实现现过程。 b. 本文文建立了了信息特特征元数数据框架架、信息息元距离离度量以以及信息息元匹配配规则，设设计了特特征词的的获取算算法和信

24、信息元匹匹配算法法。详细细阐述了了该系统统的三大大功能：收集模模块功能能、挂靠靠模块功功能和管管理模块块功能。c. 该系系统通过过有限的的信息元元描述无无限的教教学资源源，实现现了教学学资源的的高效组组织，支支持学习习过程中中资源自自动重组组。参考文献：1 胡胡小勇,祝智庭庭.学习习对象网络络教学技技术的新新理念.电化教教育研究究，20002，(4)：2228. 黄晓峰峰,刘锴锴.多媒媒体积件件组合平平台的制制作J.现现代教育育技术，220033，133(5)：40044.3 黄黄红.基基于网络络环境下下的教学学资源库库构建与与管理.经济与与社会发发展,220033,1(99)：11731755.4 费费洪晓,李平,康松林林.构建建基于多多媒体的的网络学学习环境境.长沙沙铁道学学院学报报(社科科版)，220022，3(1)：10091122.5 刘刘巍,季季晟,康康松林.可拓信信息的基基本理论论与方法法研究.系统工工程理论论与实践践,20,(