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基于本體的教學(xué)知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)分析
【論文關(guān)鍵詞】教學(xué)知識(shí)；本體；知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)
【論文摘要】教學(xué)知識(shí)的共享和重用是影響教學(xué)效率的重要因素，文章將本體技術(shù)引入到教學(xué)知識(shí)管理中，通過(guò)使用現(xiàn)有的本體編輯工具、描述語(yǔ)言和開發(fā)方法，構(gòu)建并實(shí)現(xiàn)基于本體的教學(xué)知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)，為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)以及其他用戶提供教學(xué)領(lǐng)域知識(shí)的共享模型，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)知識(shí)的共享和重用。
一、本體概述
本體是指對(duì)領(lǐng)域知識(shí)的共享概念模型和明確的形式化規(guī)范說(shuō)明，它涵蓋了領(lǐng)域中的基本術(shù)語(yǔ)與關(guān)系，并利用這些術(shù)語(yǔ)和關(guān)系構(gòu)成知識(shí)的外延規(guī)則和復(fù)雜定義，是一種能夠提供對(duì)領(lǐng)域知識(shí)的共同理解和共享的知識(shí)表示模型。
本體的定義很多都具有高級(jí)的普遍性，但從數(shù)學(xué)的角度對(duì)本體進(jìn)行精確描述的形式化定義卻很少，因?yàn)樾问交x很難包括所有不同類型的本體。本體的形式化定義是概念化術(shù)語(yǔ)映射到邏輯世界的橋梁，李文杰對(duì)三種應(yīng)用較為普遍的本體形式化定義進(jìn)行了詳細(xì)介紹。
(一)本體的描述語(yǔ)言與開發(fā)工具
目前構(gòu)建本體的工具很多，以Protege使用最為廣泛。Protege是斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息研究組( Stanford Medical Informatics , SMI)開發(fā)的一個(gè)免費(fèi)、開源的本體工具，它為知識(shí)工作者提供了一個(gè)可以構(gòu)建領(lǐng)域本體的環(huán)境，協(xié)助知識(shí)工程師和領(lǐng)域?qū)＜彝瓿芍R(shí)管理任務(wù)。
本體的實(shí)現(xiàn)依賴于本體標(biāo)記語(yǔ)言的表示功能，OWL ( Ontology Web Language)是W3C推薦標(biāo)準(zhǔn)，能夠清晰表達(dá)概念以及這些概念之間的關(guān)系。本文使用Protege3.3.1做為開發(fā)工具，從形式化表達(dá)能力和推理能力兩方面考慮采用OWL, DL本體描述語(yǔ)言。
(二)本體知識(shí)庫(kù)及其優(yōu)點(diǎn)
張立等對(duì)本體與傳統(tǒng)知識(shí)庫(kù)的相似點(diǎn)和不同點(diǎn)進(jìn)行了闡述，使用本體建模的方法和相關(guān)知識(shí)表示的標(biāo)準(zhǔn)建立知識(shí)庫(kù)，便于廣大研究者間的交流和協(xié)作。對(duì)計(jì)算機(jī)而言，可以實(shí)現(xiàn)不同領(lǐng)域、不同模型之間的跨平臺(tái)的互操作、共享和重用。使用本體作為知識(shí)庫(kù)的基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)主要有:
1.可重用性。本體作為某個(gè)領(lǐng)域概念、關(guān)系以及概念間內(nèi)在關(guān)系的形式化表達(dá)，這種表達(dá)可以被共享和重用。
2.智能檢索。基于知識(shí)的、語(yǔ)義上的匹配，在查準(zhǔn)率和查全率上有更好的保證，克服了全文檢索查準(zhǔn)率比較低和數(shù)據(jù)檢索對(duì)用戶要求較高的缺點(diǎn)。
3.可靠性好。領(lǐng)域知識(shí)和模型的形式化表達(dá)便于正確性檢測(cè)，一些已有的本體建模工具已經(jīng)提供了一些相應(yīng)的功能模塊。
4.良好知識(shí)表達(dá)、解析能力。本體能良好地表達(dá)規(guī)范的任務(wù)和知識(shí)，有助于領(lǐng)域知識(shí)的分解和解析，利用本體對(duì)領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行建模，可以使相互獨(dú)立的層次有機(jī)地組成一個(gè)完整的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域知識(shí)的共享和重用，領(lǐng)域知識(shí)條理清楚的形式化便于正確性的檢查，使知識(shí)庫(kù)的結(jié)構(gòu)更加清晰，有利于知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的維護(hù)。
二、教學(xué)知識(shí)本體庫(kù)的構(gòu)建
常用的本體構(gòu)建方法體系有骨架法、評(píng)估法、Bernaras法和Sensus法等，馮志勇等對(duì)幾種本體構(gòu)建方法優(yōu)勢(shì)與不足進(jìn)行了詳細(xì)的比較和說(shuō)明，本文在參考這幾種方法的基礎(chǔ)上，遵循Gruber提出的5條原則，提出保障知識(shí)本體的構(gòu)建步驟。
(一)教學(xué)領(lǐng)域知識(shí)描述
本文以教學(xué)知識(shí)作為研究對(duì)象，該領(lǐng)域本體覆蓋范圍包括教學(xué)內(nèi)容的知識(shí)點(diǎn)、課件、例題、實(shí)驗(yàn)、習(xí)題練習(xí)、相關(guān)學(xué)習(xí)資源和常見問(wèn)題解答等，昊煌煌對(duì)教學(xué)領(lǐng)域知識(shí)的描述，形成了教學(xué)領(lǐng)域知識(shí)內(nèi)概念的體系結(jié)構(gòu)劃分。
根據(jù)課程進(jìn)行分類，分成小學(xué)綜合課程、初中分科與綜合相結(jié)合課程、高中分科課程、本科課程等具體的學(xué)習(xí)階段，不同階段中包含具體的課程實(shí)例，如高中階段有語(yǔ)文、數(shù)學(xué)、政治、英語(yǔ)、地理等課程。知識(shí)點(diǎn)是教學(xué)知識(shí)組成的基本粒子。在課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，具體分析學(xué)生的學(xué)情，選擇合適的教學(xué)策略，包括教學(xué)活動(dòng)程序、教學(xué)方法、教學(xué)組織形式和教學(xué)媒體等。知識(shí)點(diǎn)與課程可以按照教學(xué)策略組合成為新的課程。
通過(guò)對(duì)教學(xué)領(lǐng)域的分析和描述，參考已有的三種本體形式化定義，我們提出了教學(xué)知識(shí)本體的形式化定義:
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