基于語義Web的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理系統(tǒng)分析

1、基于語義Web的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理系統(tǒng)分析論文關(guān)鍵詞：語義eb；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)；知識管理系統(tǒng)；本體論文摘要：討論基于語義eb的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理系統(tǒng)，設(shè)計和實(shí)現(xiàn)包括教學(xué)、檔案管理、目的制定、進(jìn)度管理等主要功能的原型系統(tǒng)，探究本體技術(shù)在知識管理領(lǐng)域使用中的解決方案。1引言隨著信息技術(shù)的開展，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)已成為世界各國教育改革和開展的重要趨勢。充分利用網(wǎng)絡(luò)資源構(gòu)建教育效勞體系，推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)及教研，進(jìn)步區(qū)域整體教育程度已成為教育信息化建立的一項(xiàng)重要研究課題。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)可以通過網(wǎng)絡(luò)化手段為學(xué)生提供全天候的教育效勞，為學(xué)生進(jìn)步知識素質(zhì)、工作才能和學(xué)術(shù)程度創(chuàng)造條件。近年來，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)在我國高校逐步得到廣泛應(yīng)用。但是，現(xiàn)有網(wǎng)

2、絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)大多是將學(xué)習(xí)資源放在網(wǎng)上，學(xué)習(xí)者需自行進(jìn)展學(xué)習(xí)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的最大難題在于無法實(shí)現(xiàn)積累、應(yīng)用、共享、交流和創(chuàng)新知識的功能，尤其是缺乏學(xué)習(xí)者對隱性知識挖掘的支持。而且，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)應(yīng)用研究與開展將受到新型網(wǎng)絡(luò)效勞體系構(gòu)造的影響，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)應(yīng)用中更為重要的是，應(yīng)該挖掘知識背后的各種深層次應(yīng)用形式和規(guī)律，并在形式及其建構(gòu)的層次實(shí)現(xiàn)教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)才能。為解決上述問題，需要引進(jìn)知識管理的思路，設(shè)計網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理系統(tǒng)。隨著知識經(jīng)濟(jì)時代的降臨，知識管理成為一個熱門的前沿領(lǐng)域。由于知識管理是管理領(lǐng)域的新惹事物，所以目前還沒有一個被大家廣泛認(rèn)可的定義。達(dá)文波特(davenprtt指出:“知識管理

3、真正的顯著方面分為兩個重要類別:知識的創(chuàng)造和知識的利用。艾莉(vernaallee)對知識管理的定義是“幫助人們對擁有的知識進(jìn)展反思，幫助和開展支持人們進(jìn)展知識交流的技術(shù)和企業(yè)內(nèi)部構(gòu)造，并幫助人們獲得知識來源，促進(jìn)他們之間進(jìn)展知識的交流。自從3(rldideebnsrtiu)于2022年2月最終公布了關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，語義網(wǎng)技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用引發(fā)了業(yè)界人士廣泛的討論和嘗試。在國外，seagix開發(fā)的freed系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于語義關(guān)系的查詢系統(tǒng)，幫助用戶處理非構(gòu)造化數(shù)據(jù)和管理商業(yè)資料，通過本體內(nèi)的語義聯(lián)絡(luò)把查詢結(jié)果維持在問題域內(nèi)。但是該系統(tǒng)沒有把這種語義查詢才能擴(kuò)大到網(wǎng)絡(luò)效勞的層次。stanfrded

4、ialinfratis的開源工程prteg實(shí)現(xiàn)了基于l和rdf兩種語言的可視化本體構(gòu)建，配合raersystesgbh.kg的raerpr可以充分支持包括反關(guān)系、l推理在內(nèi)的本體構(gòu)建。本文的研究工作集中在基于語義eb的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理系統(tǒng)的開發(fā)，設(shè)計和實(shí)現(xiàn)了一個基于eb層、效勞層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、集成層和資源層多層架構(gòu)的原型系統(tǒng)，其中涵蓋了教學(xué)、檔案管理、目的制定、進(jìn)度管理等主要功能，本體庫采用rdf語言簡要描繪了教學(xué)管理各個方面的語義關(guān)系。2關(guān)鍵技術(shù)介紹2.1語義eb技術(shù)語義eb的概念是由萬維網(wǎng)的奠基人bernerslee在2000年12月的xl2000會議上提出的，目的是在計算機(jī)和人類理解的語

5、義之間建立一種聯(lián)絡(luò)，用以滿足智能軟件代理對互聯(lián)網(wǎng)上異構(gòu)和分布信息的有效訪問和檢索。語義eb是目前萬維網(wǎng)的開展方向，語義eb通過元數(shù)據(jù)和構(gòu)造化的分類詞匯來組織網(wǎng)絡(luò)資源，并以分層的體系構(gòu)造擴(kuò)展了互聯(lián)網(wǎng)的根本功能，為各種網(wǎng)絡(luò)軟件代理提供了智能化工作的環(huán)境。它主要包括下面幾個核心層次:第一層是unide和uri，它是整個語義網(wǎng)的根底，unide(統(tǒng)一編碼)處理資源的編碼，uri(統(tǒng)一資源定位器)負(fù)責(zé)標(biāo)識資源;第二層是xl+名空間十xl形式，用于表示數(shù)據(jù)的內(nèi)容和構(gòu)造;第三層是rdf+rdf形式，用于描繪資源及其類型;第四層是本體詞匯，用于描繪各種資源之間的聯(lián)絡(luò);第五層是邏輯，在下面四層的根底上進(jìn)展邏輯推

6、理操作;第六層是驗(yàn)證，根據(jù)邏輯陳述進(jìn)展驗(yàn)證以得出結(jié)論;第七層是信任，在用戶間建立信任關(guān)系。rdf(resuredesriptinfraerk)是語義eb的標(biāo)準(zhǔn)語言，它用計算機(jī)可以理解的方式表達(dá)了短語和概念的含義。rdf在句法中通常使用xl。2.2本體本體(ntlgy)一詞來源于語義學(xué)，它是一系列描繪的集合，使用rdf,l等標(biāo)記語言寫成，它定義了概念和相關(guān)邏輯規(guī)那么之間的聯(lián)絡(luò)。由t.r.gruber提出、后經(jīng)r.studer改進(jìn)的定義:一個本體是一個概念體系的顯示的形式化標(biāo)準(zhǔn)。這個定義包含四層含義:概念模型、明確、形式化和共享。一個典型的本體由有限個概念以及它們之間的關(guān)系組成，還包括屬性、值約束

7、、不相交描繪和對象間邏輯關(guān)系的規(guī)定。本體提供了對給定領(lǐng)域的一種共識，這種共識對于消除概念差異是必要的。本體通過信息內(nèi)容及其語義的結(jié)合，將網(wǎng)絡(luò)資源的處理從信息處理的層面進(jìn)步到了知識處理的層面。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同可以創(chuàng)立不同的本體，例如本體a可以把“矛盾定義成包括內(nèi)涵和外延的邏輯概念，本體b就可能把它定義成發(fā)生在春秋戰(zhàn)國的歷史典故。3系統(tǒng)設(shè)計3.1需求分析網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理系統(tǒng)的角色包括:學(xué)生、教師、管理員。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的用例大致可以分為兩個類型:教學(xué)理論和教學(xué)管理。教學(xué)理論一方面包括課程閱讀、學(xué)習(xí)、在線考試/練習(xí)等和在線學(xué)習(xí)直接相關(guān)的方面，還包括對知識庫的擴(kuò)大和管理，這一點(diǎn)指的是從電子課件管理、q

8、a(問答庫)等非構(gòu)造化數(shù)據(jù)來源中，通過基于本體的語義分析獲取知識，形成構(gòu)造化知識信息，最終這個教學(xué)知識庫中的知識儲藏量將相當(dāng)于一個教師的知識儲藏量，甚至超過教師。系統(tǒng)在不斷的“答疑過程中，可以把知識庫中不存在的知識發(fā)給真正的教師，教師集中解答后的答案會自動地儲藏到知識庫中，即知識庫是動態(tài)更新的。系統(tǒng)用例圖如以下圖1所示。在使用過程中隨著構(gòu)造化知識信息儲藏的累積，基于本體技術(shù)的搜索引擎依靠語義分析，可以提供更加準(zhǔn)確快捷的搜索結(jié)果?；谥R檢索功能，系統(tǒng)還可以滿足包括智能閱讀、知識聯(lián)絡(luò)、導(dǎo)航、提醒等相關(guān)功能。3.2子系統(tǒng)設(shè)計網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理系統(tǒng)包括如下面表1所示的幾個子系統(tǒng):語義查詢子系統(tǒng)位于整個

9、系統(tǒng)的核心，因?yàn)閞dql查詢把一部分語義邏輯帶到數(shù)據(jù)查詢的過程中，所以語義查詢子系統(tǒng)相對傳統(tǒng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)讀取模塊帶有更為重要的地位。3.3語義查詢子系統(tǒng)的設(shè)計本體庫是整個系統(tǒng)的核心，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理系統(tǒng)的兩大功能知識獲取和查詢都是圍繞著本體庫的建立進(jìn)展，知識獲取是一個把非構(gòu)造化、半構(gòu)造化和現(xiàn)有構(gòu)造化數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后保存到本體庫的過程。知識管理系統(tǒng)本身像是一副魚骨架(fraerk)，自動分類程序把非構(gòu)造化的數(shù)據(jù)，包括課件、作業(yè)、網(wǎng)頁等等，源源不斷的分析、追加到系統(tǒng)上來，擺在適宜的位置。如以下圖2所示。在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理系統(tǒng)中，知識獲取過程就是本體的設(shè)計、開發(fā)、集成、驗(yàn)證這樣一個迭代和增量的過程，

10、以便語義網(wǎng)根據(jù)生成的本體完成網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理各項(xiàng)功能。設(shè)計過程的主要任務(wù)是設(shè)定問題描繪框架、定義范圍、定義成功標(biāo)準(zhǔn)和最低標(biāo)準(zhǔn)、調(diào)查任務(wù)和商業(yè)目的以及用例分析。該環(huán)節(jié)的核心是分析試驗(yàn)，它把上文提到的郵件、課件等文本、圖形形式的信息轉(zhuǎn)化為構(gòu)造化的分析報告。本體的開發(fā)是指對控制詞表進(jìn)展識別和提取，通過集成不同的關(guān)系形成概念模型(neptualdel)。通過對屬性和規(guī)那么的擴(kuò)大可以反映帶有網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理特色的內(nèi)容。本體集成是從每個個體“知識鏡的集成開始的，通過與其他的系統(tǒng)參與者廣泛的交流意見，對現(xiàn)有模型進(jìn)展修改和擴(kuò)大，把計算性描繪轉(zhuǎn)化為rdf,xl或其他的程序化描繪，使用l,或是rdf應(yīng)用整合l。本

11、體的開發(fā)是個迭代和增量的過程，系統(tǒng)使用中需要不斷的完善和修改;換而言之，自動生成的教學(xué)本體數(shù)據(jù)會在使用中得到完善。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理系統(tǒng)采取了盡可能簡單明了的類構(gòu)造，個體(individual)之間關(guān)系表達(dá)在各種形式的屬性(prperty)中，所以不需要復(fù)雜的推理，也不存在元類(eta一lass，類的類)，因此選擇l一dl作為本體描繪語言，并可以通過prte驢等軟件在l和rdf之間自由切換。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理系統(tǒng)包含4個根底類(priitivelass)，即僅包含必要條件。在將來完好的教學(xué)本體庫中，可能包含成百上千的學(xué)科，為每個學(xué)科建立定義類(definedlass)是不明智的，因?yàn)樗馕吨倔w庫

12、頻繁、復(fù)雜的改動;該教學(xué)本體原型中，單獨(dú)的學(xué)科被設(shè)計為urs。類的個體，或理解為它的實(shí)例。這四個根底類定義如以下圖3;4實(shí)現(xiàn)技術(shù)及環(huán)境4.1本體的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理系統(tǒng)應(yīng)用斯坦福大學(xué)開發(fā)的免費(fèi)開源工程成果。prtege是一個斯坦福大學(xué)開發(fā)的本體論編輯和知識獲取軟件，是完全使用java語言開發(fā)的開放源碼軟件。由于其設(shè)計優(yōu)異、插件眾多，prlege成為目前使用最廣一泛的本體論編輯器之一。gal類應(yīng)根據(jù)教學(xué)方案添加不同的個體。如網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理系統(tǒng)中標(biāo)題“廣告制作的學(xué)習(xí)目的通過hasvered屬性與“理性思維根本規(guī)律、“廣告效果分析報告、“計算機(jī)平面設(shè)計三項(xiàng)課程建立聯(lián)絡(luò)，這就意味著學(xué)習(xí)目的相符的學(xué)

13、員應(yīng)完成上述三門課程。prfile類反映了用戶檔案，在hasgal屬性中添加完成的gal類個體。perfrane類是隨教學(xué)過程由程序、教輔人員管理添加的，記錄了不同檔案學(xué)生課程進(jìn)度等表現(xiàn)情況。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理系統(tǒng)采用開源的本體開發(fā)工具prlege構(gòu)建，并采用了它的插件lplug一in和lviz完成基于ldl語言的本體編寫。以下圖4演示了urse類圖形化界面下屬性、約束的顯示和對應(yīng)l代碼。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理系統(tǒng)本體描繪的l版本采用了raersystesgbh.kgraerpr1.9進(jìn)展語義推理，推理結(jié)果說明在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理系統(tǒng)的本體中并不存在語義沖突，是沒有錯誤的。4.2實(shí)現(xiàn)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理

14、系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程包括這些環(huán)節(jié):jena把本體灌人數(shù)據(jù)庫(選用ysql)，數(shù)據(jù)庫通過glassfish的jnki注冊為jdb數(shù)據(jù)源，通過bp方式和ejb連接起來，進(jìn)而完成一個包括教學(xué)、檔案管理、目的制定、進(jìn)度管理等方面的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理系統(tǒng)，系統(tǒng)的效勞層可以選擇發(fā)布為網(wǎng)絡(luò)效勞的形式，配合前端的eb層和業(yè)務(wù)層形成一個j2ee技術(shù)支持下的完好系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理系統(tǒng)的開發(fā)軟件采用1b發(fā)布的。lipse3.25,javasdk選用sunjavasdk6beta2,ejb開發(fā)環(huán)境為jees。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理系統(tǒng)是兩套系統(tǒng)的總稱，一部分是包括效勞層、持久層在內(nèi)的語義效勞系統(tǒng)，通過jena的接口，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了本體的查詢、添加、修改、刪除等操作，這一部分在構(gòu)架上使用statelesssessinbean作為網(wǎng)絡(luò)效勞的endpint;而另一部分是包括eb層、業(yè)務(wù)層在內(nèi)的展現(xiàn)系統(tǒng)，采用struts十spring作為主要構(gòu)架技術(shù)，為用戶展現(xiàn)本體包含的各種內(nèi)容。5完畢語基于語義網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)知識管理系統(tǒng)可以別離系統(tǒng)中的領(lǐng)域數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)，前者定義了本體的類和屬性，后者成為本體的個體，完成一個實(shí)現(xiàn)語義查詢的網(wǎng)絡(luò)效勞。研究有助于進(jìn)步領(lǐng)域數(shù)據(jù)可重用的才能，