論文摘要：探討基于語義web的網絡教學知識管理系統，設計和實現包括教學、檔案管理、目標制定、進度管理等主要功能的原型系統，探索本體技術在知識管理領域使用中的解決方案。
隨著信息技術的發展，網絡教學已成為世界各國教育改革和發展的重要趨勢。充分利用網絡資源構建教育服務體系，推進網絡教學及教研，提高區域整體教育水平已成為教育信息化建設的一項重要研究課題。網絡教學可以通過網絡化手段為學生提供全天候的教育服務，為學生提高知識素質、工作能力和學術水平創造條件。近年來，網絡教學在我國高校逐步得到廣泛應用。但是，現有網絡教學系統大多是將學習資源放在網上，學習者需自行進行學習。網絡教學系統的最大難題在于無法實現積累、應用、共享、交流和創新知識的功能，尤其是缺乏學習者對隱性知識挖掘的支持。而且，網絡教學應用研究與發展將受到新型網絡服務體系結構的影響，網絡教學應用中更為重要的是，應該挖掘知識背后的各種深層次應用模式和規律，并在模式及其建構的層次實現教學，以培養學習者的學習能力。為解決上述問題，需要引進知識管理的思路，設計網絡教學知識管理系統。
隨著知識經濟時代的來臨，知識管理成為一個熱門的前沿領域。由于知識管理是管理領域的新生事物，所以目前還沒有一個被大家廣泛認可的定義。達文波特(davenportt指出:“知識管理真正的顯著方面分為兩個重要類別:知識的創造和知識的利用。”艾莉(vernaallee)對知識管理的定義是“幫助人們對擁有的知識進行反思，幫助和發展支持人們進行知識交流的技術和企業內部結構，并幫助人們獲得知識來源，促進他們之間進行知識的交流”。
自從w3c(worldwidewebconsortium)于2004年2月最終公布了關鍵技術標準，語義網技術在各領域的應用引發了業界人士廣泛的探討和嘗試。在國外，semagix開發的freedom系統實現了基于語義關系的查詢系統，幫助用戶處理非結構化數據和管理商業資料，通過本體內的語義聯系把查詢結果維持在問題域內。但是該系統沒有把這種語義查詢能力擴充到網絡服務的層次[’]。stanfordmedicalinformatics的開源項目proteg‘實現了基于owl和rdf兩種語言的可視化本體構建，配合racersystemsgmbh&co.kg的racerpro可以充分支持包括反關系、owl推理在內的本體構建。
本文的研究工作集中在基于語義web的網絡教學知識管理系統的開發，設計和實現了一個基于web層、服務層、業務應用層、集成層和資源層多層架構的原型系統，其中涵蓋了教學、檔案管理、目標制定、進度管理等主要功能，本體庫采用rdf語言簡要描述了教學管理各個方面的語義關系。
語義web的概念是由萬維網的奠基人berners—lee在2000年12月的xml2000會議上提出的，目標是在計算機和人類理解的語義之間建立一種聯系，用以滿足智能軟件代理對互聯網上異構和分布信息的有效訪問和檢索。語義web是目前萬維網的發展方向，語義web通過元數據和結構化的分類詞匯來組織網絡資源，并以分層的體系結構擴展了互聯網的基本功能，為各種網絡軟件代理提供了智能化工作的環境。它主要包括下面幾個核心層次:
第一層是unicode和uri，它是整個語義網的基礎，unicode(統一編碼)處理資源的編碼，uri(統一資源定位器)負責標識資源;第二層是xml+名空間十xml模式，用于表示數據的內容和結構;第三層是rdf+rdf模式，用于描述資源及其類型;第四層是本體詞匯，用于描述各種資源之間的聯系;第五層是邏輯，在下面四層的基礎上進行邏輯推理操作;第六層是驗證，根據邏輯陳述進行驗證以得出結論;第七層是信任，在用戶間建立信任關系。
本體(ontology)一詞來源于語義學，它是一系列描述的集合，使用rdf,owl等標記語言寫成，它定義了概念和相關邏輯規則之間的聯系。由t.r.gruber提出、后經r.studer改進的定義:一個本體是一個概念體系的顯示的形式化規范。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系組成，還包括屬性、值約束、不相交描述和對象間邏輯關系的規定。本體提供了對給定領域的一種共識，這種共識對于消除概念差別是必要的。本體通過信息內容及其語義的結合，將網絡資源的處理從信息處理的層面提高到了知識處理的層面。根據應用領域的不同可以創建不同的本體，例如本體a可以把“矛盾”定義成包括內涵和外延的邏輯概念，本體b就可能把它定義成發生在春秋戰國的歷史典故。
網絡教學知識管理系統的角色包括:學生、教師、管理員。網絡教學系統的用例大致可以分為兩個類型:教學實踐和教學管理。
教學實踐一方面包括課程瀏覽、學習、考試/練習等和學習直接相關的方面，還包括對知識庫的擴充和管理，這一點指的是從電子課件管理、q&a(問答庫)等非結構化數據來源中，通過基于本體的語義分析獲取知識，形成結構化知識信息，最終這個教學知識庫中的知識儲備量將相當于一個教師的知識儲備量，甚至超過教師。系統在不斷的“答疑”過程中，能夠把知識庫中不存在的知識發給真正的教師，教師集中解答后的答案會自動地儲備到知識庫中，即知識庫是動態更新的。系統用例圖如下圖1所示。
在使用過程中隨著結構化知識信息儲備的累積，基于本體技術的搜索引擎依靠語義分析，可以提供更加準確快捷的搜索結果。基于知識檢索功能，系統還可以滿足包括智能瀏覽、知識聯系、導航、提醒等相關功能。
語義查詢子系統位于整個系統的核心，因為rdql查詢把一部分語義邏輯帶到數據查詢的過程中，所以語義查詢子系統相對傳統系統中的數據讀取模塊帶有更為重要的地位。
本體庫是整個系統的核心，網絡教學知識管理系統的兩大功能—知識獲取和查詢都是圍繞著本體庫的建設進行，知識獲取是一個把非結構化、半結構化和現有結構化數據標準化處理后保存到本體庫的過程。知識管理系統本身像是一副魚骨架(framework)，自動分類程序把非結構化的數據，包括課件、作業、網頁等等，源源不斷的分析、追加到系統上來，擺在合適的位置。如下圖2所示。
在網絡教學知識管理系統中，知識獲取過程就是本體的設計、開發、集成、驗證這樣一個迭代和增量的過程，以便語義網根據生成的本體完成網絡教學知識管理各項功能。
設計過程的主要任務是設定問題描述框架、定義范圍、定義成功標準和最低標準、調查任務和商業目標以及用例分析。該環節的核心是分析試驗，它把上文提到的郵件、課件等文本、圖形形式的信息轉化為結構化的分析報告。本體的開發是指對控制詞表進行識別和提取，通過集成不同的關系形成概念模型(conceptualmodel)。通過對屬性和規則的擴充可以反映帶有網絡教學知識管理特色的內容。本體集成是從每個個體“知識鏡”的集成開始的，通過與其他的系統參與者廣泛的交流意見，對現有模型進行修改和擴充，把計算性描述轉化為rdf,xml或其他的程序化描述，使用owl,或是rdf應用整合lom。本體的開發是個迭代和增量的過程，系統使用中需要不斷的完善和修改;換而言之，自動生成的教學本體數據會在使用中得到完善。
網絡教學知識管理系統采取了盡可能簡單明了的類結構，個體(individual)之間關系體現在各種形式的屬性(property)中，所以不需要復雜的推理，也不存在元類(meta一class，類的類)，因此選擇owl一dl作為本體描述語言，并可以通過prote驢等軟件在owl和rdf之間自由切換。
網絡教學知識管理系統包含4個基礎類(primitiveclass)，即僅包含必要條件。在未來完整的教學本體庫中，可能包含成百上千的學科，為每個學科建立定義類(definedclass)是不明智的，因為它意味著本體庫頻繁、復雜的改動;該教學本體原型中，單獨的學科被設計為cours。類的個體，或理解為它的實例。這四個基礎類定義如下圖3;
網絡教學知識管理系統應用斯坦福大學開發的免費開源項目成果。protege是一個斯坦福大學開發的本體論和知識獲取軟件，是完全使用java語言開發的開放源碼軟件。由于其設計優異、插件眾多，prolege成為目前使用最廣一泛的本體論器之一。
goal類應根據教學計劃添加不同的個體。如網絡教學知識管理系統中標題“廣告制作”的學習目標通過hascovered屬性與“理性思維基本規律”、“廣告效果分析報告”、“計算機平面設計”三項課程建立聯系，這就意味著學習目標相符的學員應完成上述三門課程。
profile類反映了用戶檔案，在hasgoal屬性中添加完成的goal類個體。performance類是隨教學過程由程序、教輔人員管理添加的，記錄了不同檔案學生課程進度等表現情況。
網絡教學知識管理系統采用開源的本體開發工具prolege構建，并采用了它的插件owlplug一in和owlviz完成基于owl—dl語言的本體編寫。下圖4演示了course類圖形化界面下屬性、約束的顯示和對應owl代碼。
網絡教學知識管理系統本體描述的owl版本采用了racersystemsgmbh&co.kgracerpro1.9進行語義推理，推理結果表明在網絡教學知識管理系統的本體中并不存在語義沖突，是沒有錯誤的。
網絡教學知識管理系統的實現過程包括這些環節:jena把本體灌人數據庫(選用mysql)，數據庫通過glassfish的jnki注冊為jdbc數據源，通過bmp方式和ejb連接起來，進而完成一個包括教學、檔案管理、目標制定、進度管理等方面的網絡教學知識管理系統，系統的服務層可以選擇發布為網絡服務的形式，配合前端的web層和業務層形成一個j2ee技術支持下的完整系統。
網絡教學知識管理系統的開發軟件采用1bm發布的。clipse3.2m5,javasdk選用sunjavasdk6beta2,ejb開發環境為jees。網絡教學知識管理系統是兩套系統的總稱，一部分是包括服務層、持久層在內的語義服務系統，通過jena的接口，該系統實現了本體的查詢、添加、修改、刪除等操作，這一部分在構架上使用statelesssessionbean作為網絡服務的endpoint;而另一部分是包括web層、業務層在內的展現系統，采用struts十spring作為主要構架技術，為用戶展現本體包含的各種內容。
基于語義網的網絡教學知識管理系統可以分離系統中的領域數據和操作數據，前者定義了本體的類和屬性，后者成為本體的個體，完成一個實現語義查詢的網絡服務。研究有助于提高領域數據可重用的能力，便于對領域數據進行深層次的分析。基于語義web的網絡教學知識管理系統在總體框架上實現了網絡教學系統帶有共性的功能需求，但是可以看出，網絡教學知識管理系統的開發，一方面是對先進技術的引入，例如語義web技術，另一方面也需要教育理論、知識管理理論和系統架構的革新。基于語義web的網絡教學知識管理系統還處于發展的初期階段，本文作為一種嘗試僅僅提供了一個學術探討的平臺。根據網絡學習實踐中的需求，網絡教學知識管理系統還需要從豐富課程選項、增強交互教學方式等方面考慮改進和提高。
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