基于Web知識(shí)發(fā)現(xiàn)的教育資源庫(kù)自適應(yīng)信息查詢的研究

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)教育資源越來越廣泛，形形色色的專業(yè)課程教學(xué)資源庫(kù)層出不窮，本文提出了面向語義 Web 的高校專業(yè)課程教學(xué)資源庫(kù)平臺(tái)的構(gòu)建架構(gòu)的同時(shí)， 實(shí)現(xiàn)了基于語義 Web 的教學(xué)資源的智能查詢。

關(guān)鍵詞：語義模型 數(shù)據(jù)查詢 自適應(yīng)

網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)平臺(tái)資源是發(fā)展網(wǎng)絡(luò)在線教育的基礎(chǔ)和前提。隨著 Web語義技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛躍，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源平臺(tái)越發(fā)豐富，種類繁雜，表現(xiàn)方式豐富，為學(xué)習(xí)者的求知提供了廣泛的發(fā)展余地和廣闊空間。Web網(wǎng)絡(luò)已成為一個(gè)公共的資源平臺(tái)，Web資源的多態(tài)化、知識(shí)學(xué)習(xí)的自適應(yīng)化以及資源的共用性和學(xué)習(xí)的虛擬化已成為當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的一大特點(diǎn)。

1 構(gòu)建系統(tǒng)中的語義模型

Web資源的半框架和框架模糊特性是Web資源的典型特點(diǎn)[1]。在處理Web資源的過程中，由于資源框架化差異的存在，這樣 Web資源間遺留下的關(guān)系范式不能適應(yīng)Web資源的模型需求。所以在構(gòu)建針對(duì)語義 Web 的高校專業(yè)課程資源庫(kù)系統(tǒng)時(shí)，也就要求建模必須以簡(jiǎn)潔的語法定義。通常，元數(shù)據(jù)能夠從大多程度上規(guī)劃資源相關(guān)的領(lǐng)域上下文資源是衡量元數(shù)據(jù)的語法描述水平[2]。因此，對(duì)WEB資源進(jìn)行描述，確定相關(guān)的元數(shù)據(jù)語義以及它們之間的關(guān)系是語法元數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。此外，主體，尤其是描述性主體為語義元數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)、封裝和生成提供了保障，因?yàn)楸倔w是對(duì)領(lǐng)域本體的概念化規(guī)范，它描述了本體以及本體間的語義關(guān)系。

2 學(xué)科專業(yè)課程資源知識(shí)的本體描述

依據(jù)C# 職業(yè)的工作流程和典型工作任務(wù)知識(shí)是從屬主體骨架的血肉，本體是資源庫(kù)的骨架。換句話說專業(yè)學(xué)科知識(shí)庫(kù)是資源的血肉，本體為學(xué)科專業(yè)知識(shí)庫(kù)的框架。本體的主要職責(zé)是提供一種多個(gè)應(yīng)用接口及使用者都可以采用的方式來理解所涉及的本體知識(shí)及領(lǐng)域，從而達(dá)到重用本體的目的。資源本體是建設(shè)知識(shí)庫(kù)最重要的本體，保存于本體庫(kù)各節(jié)點(diǎn)中的領(lǐng)域的概念模型，它通常用字段和屬性來描述[3]。

3 專業(yè)資源課程知識(shí)的網(wǎng)格范疇

網(wǎng)格范疇所考慮的智能信息處理的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)WEB資源和信息資源的智能共用，有效去除知識(shí)孤島和數(shù)據(jù)孤島，使用戶有效、便利地獲取、部署、共用和處理知識(shí)資源。因此，本文在建設(shè)基于網(wǎng)格范疇的學(xué)科專業(yè)數(shù)據(jù)資源庫(kù)的主要目的是為客戶和其他服務(wù)提供所需的知識(shí)內(nèi)容，輔助實(shí)現(xiàn)知識(shí)維新、問題解析、協(xié)同工作和決策服務(wù)[4]。

4 針對(duì)語義Web的數(shù)據(jù)查詢技術(shù)

傳統(tǒng)的查詢技術(shù)是基于關(guān)鍵字進(jìn)行查詢的，已經(jīng)不能滿足客戶對(duì)信息查詢的需要，迫切需要一種幫助客戶能夠便捷而又準(zhǔn)確地查詢到所需知識(shí)資源的查詢技術(shù)，知識(shí)查詢應(yīng)運(yùn)而生。知識(shí)查詢是針對(duì)目前WEB上數(shù)據(jù)資源查詢結(jié)果不精確、效率低下且有用的數(shù)據(jù)少而提出的一種新的查詢概念。這種新的查詢機(jī)制能夠從大量稀少的數(shù)據(jù)信息中發(fā)現(xiàn)信息并準(zhǔn)確定位，同時(shí)它也具有自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力，形成自身的數(shù)據(jù)庫(kù)，并能進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘。它應(yīng)用語義推理、語義組織和語義查詢的理論和方式，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的挖掘、描述、存儲(chǔ)、查詢和使用，并能以多種渠道向用戶提供查詢結(jié)果[5]。

5 面向語義文本的WEB數(shù)據(jù)挖掘

利用現(xiàn)有的Web查詢技術(shù)查詢 網(wǎng)絡(luò)上海量的知識(shí)資源，并不能滿足人們的實(shí)際需求。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)是完全結(jié)構(gòu)化的信息，相對(duì)于Web的信息而言，網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)的最大優(yōu)點(diǎn)是非結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化的、靜態(tài)的、并且容易造成混亂的，所以很難直接以 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)頁(yè)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息挖掘[4]。因此，與面向單個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)挖掘相比，面向Web的數(shù)據(jù)挖掘要繁雜得多。

5.1 異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)

傳統(tǒng)的 WEB由各種類型的服務(wù)和數(shù)據(jù)源組成，所有的信息來源都處在一個(gè)異構(gòu)的數(shù)據(jù)架構(gòu)中，包括 WWW、HTTP、FTP 等，每一個(gè)站點(diǎn)、每一個(gè)網(wǎng)頁(yè)都是一個(gè)數(shù)據(jù)源，沒有統(tǒng)一框架，容易造成混亂，所以直接以 INTERNET 網(wǎng)頁(yè)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息挖掘非常艱難，數(shù)據(jù)挖掘必須經(jīng)過其他方式或技術(shù)上的信息處理[5]。

5.2 半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)框架

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模式都有一定的數(shù)據(jù)框架和模型，可以根據(jù)模型來具體確定特定的數(shù)據(jù)，對(duì)于INTERNET上的數(shù)據(jù)，每一網(wǎng)站的數(shù)據(jù)都各自獨(dú)立設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)模型各異、異常復(fù)雜，沒有特定的框架描述，并且數(shù)據(jù)本身具有自控性和靜態(tài)可變性，是一種半結(jié)構(gòu)化的信息。

因此，對(duì)這種非完全結(jié)構(gòu)化的信息，要進(jìn)行信息挖掘十分繁雜。

6 系統(tǒng)架構(gòu)建模中的語義搭建

互聯(lián)網(wǎng)資源的半框架和框架模糊特性是 互聯(lián)網(wǎng)資源的典型特點(diǎn)。在管理互聯(lián)網(wǎng)資源的過程中，由于資源框架化差異的存在，這樣互聯(lián)網(wǎng) 資源間傳統(tǒng)下的關(guān)系范式不能適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)資源的模型需求。所以在架構(gòu)面向語義互聯(lián)網(wǎng)的高校專業(yè)課程教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)時(shí)，也就要求模型必須以簡(jiǎn)潔的語義解析。

一般地，元數(shù)據(jù)能夠從多大層面上描述資源相關(guān)的領(lǐng)域范疇知識(shí)是衡量元數(shù)據(jù)的語義描述能力。因此，對(duì)領(lǐng)域資源進(jìn)行解釋，確定合適的元數(shù)據(jù)語法以及它們之間的關(guān)系是語義元數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。此外，本體，尤其是解釋性本體為語義元數(shù)據(jù)解析、抽取和創(chuàng)建提供了基礎(chǔ)，因?yàn)楸倔w是對(duì)領(lǐng)域知識(shí)的概念化解釋，它描述了概念以及概念間的語法關(guān)系[6]。

7 教學(xué)資源知識(shí)的本體說明

知識(shí)是基于本體框架的血肉，本體是知識(shí)庫(kù)的框架。換句話說學(xué)科專業(yè)信息庫(kù)是本體的血液，本體是學(xué)科專業(yè)信息庫(kù)的框架。本體的主要作用是提供一種多個(gè)應(yīng)用程序及用戶都可以采用的方式來解析所涉及的領(lǐng)域知識(shí)及概念，從而達(dá)到重用信息的目的。知識(shí)本體是架構(gòu)知識(shí)庫(kù)最關(guān)鍵的本體，保存于知識(shí)庫(kù)各節(jié)點(diǎn)中的知識(shí)的概念范式，它通常用字段和屬性來描述[7]。

通過信息收集、獲取本體服務(wù)器充分解析領(lǐng)域知識(shí)。數(shù)據(jù)挖掘本體服務(wù)提供行業(yè)專家解決特定問題的不同種信息挖掘功能、算法和軟件上下文模型。知識(shí)組合本體服務(wù)負(fù)責(zé)查詢條目之間的關(guān)系、維護(hù)公共有效本體集以方便不同知識(shí)庫(kù)之間的通信和信息交換、對(duì)數(shù)據(jù)挖掘本體的挖掘的模型進(jìn)行評(píng)估、提供按需服務(wù)以獲得問題解決和決策支持，以及對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行有效的信息補(bǔ)充。同時(shí)還承擔(dān)不同本體之間的翻譯和映射以及集成不同層次的知識(shí)源，以支持問題的解析和解決。安全模式和本體服務(wù)主要承擔(dān)域安全策略涉及到的資源互訪、服務(wù)性功能、內(nèi)部的角色、可接受的信任以及內(nèi)部的使用權(quán)利等。虛擬組織的安全模式有成員用戶角色、用戶權(quán)利、規(guī)則、爭(zhēng)論解決等策略。在學(xué)科專業(yè)知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，專業(yè)知識(shí)、專業(yè)知識(shí)框架、知識(shí)行為、專業(yè)知識(shí)庫(kù)的關(guān)系為：知識(shí)庫(kù)是根據(jù)知識(shí)行為用知識(shí)表示方法來表示的專業(yè)信息，領(lǐng)域?qū)I(yè)所有可能知識(shí)的集合是專業(yè)信息，它反映的是概念化的專業(yè)知識(shí)集合[8]。專業(yè)知識(shí)建模是知識(shí)的結(jié)構(gòu)化、形式化說明；知識(shí)的表示方法是知識(shí)表示用于反映并表示領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)。

8 智能查詢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

一般地，面向語義Web的知識(shí)查詢系統(tǒng)是更能滿足使用者的個(gè)性化數(shù)據(jù)需求和提供智能服務(wù)的。在上述討論的針對(duì)語義Web的高校專業(yè)課程教學(xué)資源庫(kù)框架的基礎(chǔ)上，同時(shí)對(duì)語義Web和知識(shí)查詢系統(tǒng)進(jìn)行充分探究的前提下，實(shí)現(xiàn)基于語義Web的教學(xué)資源的智能查詢。

從系統(tǒng)的層面出發(fā)，設(shè)計(jì)中從上到下將面向語義 Web 的知識(shí)資源查詢分為四層，分別是功能層、用戶層、執(zhí)行層和資源層。

①功能層。

功能層的主要功能是為信息用戶提供查詢幫助，為系統(tǒng)管理員提供系統(tǒng)管理幫助，以及行業(yè)專家或知識(shí)工作者的本體管理，它主要是基于用戶層而反映在本體中的功能架構(gòu)。此外，知識(shí)查詢系統(tǒng)還包括知識(shí)發(fā)現(xiàn)、知識(shí)自動(dòng)挖掘[9]。

②用戶層。

用戶一般主要包括普通用戶、系統(tǒng)管理員以及行業(yè)專家或知識(shí)提供者。面向語義Web的知識(shí)查詢系統(tǒng)更能提供用戶的個(gè)性化信息需求和提供智能服務(wù)，這是與一般知識(shí)查詢系統(tǒng)的不同之處。除了是數(shù)據(jù)需求者外，對(duì)系統(tǒng)的本體構(gòu)建和維護(hù)，行業(yè)專家和知識(shí)工作者起到至關(guān)重要的作用。

③執(zhí)行層。

執(zhí)行層是提供智能服務(wù)和知識(shí)查詢的基礎(chǔ)，它是面向語義Web的知識(shí)查詢系統(tǒng)的關(guān)鍵層。實(shí)現(xiàn)在查詢推理、概念識(shí)別基礎(chǔ)上的查詢范疇是它的關(guān)鍵功能，同時(shí)還包括在本體解析和本體存儲(chǔ)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)挖掘及本體規(guī)劃。

④資源層。

包括在資源層中使用者訪問數(shù)據(jù)、文檔資源信息和本體文檔可以存儲(chǔ)在各種知識(shí)庫(kù)中或者數(shù)據(jù)庫(kù)中，由語義Web的本體管理的各種資源是它們的一個(gè)共同點(diǎn)，資源和資源間都有可被計(jì)算機(jī)解析的語義關(guān)系。

9 教學(xué)資源管理流程解析

知識(shí)儲(chǔ)存、知識(shí)管理、知識(shí)查詢和人機(jī)交互是針對(duì)語義Web的知識(shí)查詢系統(tǒng)的信息處理流程所包括的四大方面。

①知識(shí)儲(chǔ)存。

Web本體庫(kù)解釋資源庫(kù)是經(jīng)過本體標(biāo)識(shí)的，主要是以RDFS文件或OWL等文件模式存儲(chǔ)，所以它們兩者都符合RDF的規(guī)范和范疇。基于本體的知識(shí)數(shù)據(jù)資源庫(kù)，主要提供知識(shí)查詢系統(tǒng)進(jìn)行知識(shí)查詢和各種概念演算等智能操作，它是由Web本體庫(kù)和解析資源庫(kù)儲(chǔ)存后就形成的[11]。

②知識(shí)組織。

語義Web本體的架構(gòu)所形成的Web本體庫(kù)是以行業(yè)專家或知識(shí)提供者特定的學(xué)科背景為基礎(chǔ)的，領(lǐng)域內(nèi)通用共用的概念語法及這些概念之間的關(guān)系由Web本題庫(kù)進(jìn)行解析，它面向語義Web知識(shí)管理的基礎(chǔ)[10]。對(duì)于各式各樣異構(gòu)數(shù)據(jù)資源而言，在進(jìn)行知識(shí)管理時(shí)，首先先對(duì)其進(jìn)行元數(shù)據(jù)挖掘和異構(gòu)數(shù)據(jù)整合，然后，為了便于機(jī)器進(jìn)行解析和演算，用基于Web本體庫(kù)中的本體對(duì)WEB資源進(jìn)行本體解析。

③知識(shí)查詢。

知識(shí)查詢主要涵蓋概念識(shí)別和語義解析，以及查詢推理三個(gè)智能行為，可以將其認(rèn)為是面向語義Web的知識(shí)查詢系統(tǒng)的一個(gè)流程。利用應(yīng)用軟件來實(shí)現(xiàn)的，使得真正的知識(shí)查詢活動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)。在此系統(tǒng)中這三種活動(dòng)都是針對(duì)語義Web本體的。

④人機(jī)交互。

人機(jī)交互接口就是我們所說的可視化管理入口，在面向語義Web的知識(shí)查詢系統(tǒng)中完成知識(shí)查詢的可視化接口即是人機(jī)交互界面。通過人機(jī)交互，對(duì)用戶需求進(jìn)行演算和解析，從而提供針對(duì)性強(qiáng)且有效的服務(wù)，這樣系統(tǒng)就完全理解用戶的知識(shí)需求，這是此系統(tǒng)中的一個(gè)突出特點(diǎn)。

10總結(jié)

隨著Web技術(shù)及Web信息技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò) 教育資源越來越豐富，各種形式的專業(yè)課程教學(xué)資源庫(kù)層出不窮，而且目前網(wǎng)上的教育資源種類繁雜，表現(xiàn)形式異常豐富，為使用者提供了廣泛的遴選余地和廣闊學(xué)習(xí)空間。但其帶來的數(shù)據(jù)資源過載現(xiàn)象也日益凸顯；如何從這些數(shù)以億計(jì)的信息資源的海洋中快速準(zhǔn)確地定位所需要的信息，已經(jīng)成為人們?cè)絹碓疥P(guān)心的核心問題。同時(shí)，教學(xué)資源的有效管理才是開展網(wǎng)絡(luò)教育的核心。本文提出了面向語義 Web 的高校專業(yè)課程教學(xué)資源庫(kù)平臺(tái)的構(gòu)建架構(gòu)的同時(shí)， 實(shí)現(xiàn)了基于語義 Web 的教學(xué)資源的智能查詢。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪家寶，楊德軍.關(guān)于美國(guó) e-Learning 理念產(chǎn)生的背景及其發(fā)展過程的探討[J].電化教育研究，2012（3）：93-96.

[2]祝智庭.網(wǎng)絡(luò)教育技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究[J].電化教育研究，2011（8）：72-78.

[3]祝智庭.網(wǎng)絡(luò)教育技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究概況[J].開放教育研究，2012（4）：12-16.

[4]彭兵.基于學(xué)習(xí)對(duì)象的教學(xué)設(shè)計(jì)模型研究[D].上海：華東師范大學(xué)，2013.

[5]余勝泉.SCORM：E—Learning 的國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[J].中國(guó)遠(yuǎn)程教育，2013（2）：25-27.

[6]汪家寶，楊德軍.關(guān)于美國(guó)e—Learning理念產(chǎn)生的背景及其發(fā)展過程的探討[J].電化教育研究，2013（3）：93-96.

[7]高星，楊宏偉.Scorm 規(guī)范的研究及符合該規(guī)范的LMS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)（科技信息），2011（5）：120-127.

[8]桂清楊.學(xué)習(xí)的未來從E_Learning到Mlearning[J].中國(guó)遠(yuǎn)程教育，2013（資訊版）：74-76.

[9]孫麗.Web 數(shù)據(jù)的挖掘方法研究[D].大慶石油學(xué)院，2014，02.

[10]尹世群.Web文本分類關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西南大學(xué)，

2008，04.

[11]周瑩.Web 語義網(wǎng)中教學(xué)資源庫(kù)自動(dòng)分類系統(tǒng)[J].山東省農(nóng)業(yè)管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2013.

作者簡(jiǎn)介：

蔣寧（1974-），男，浙江寧波人，工學(xué)碩士，高級(jí)工程師，計(jì)算機(jī)系主任，主要研究領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)軟件與理論、人工智能、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。