吳文濤,張舒予
(1.南京師范大學(xué) 教育科學(xué)學(xué)院,江蘇 南京 210097;2.安徽師范大學(xué) 教育科學(xué)學(xué)院,安徽 蕪湖 241000)
語義慕課:語義網(wǎng)環(huán)境下MOOC的發(fā)展愿景 *
吳文濤1,2,張舒予1
(1.南京師范大學(xué) 教育科學(xué)學(xué)院,江蘇 南京 210097;2.安徽師范大學(xué) 教育科學(xué)學(xué)院,安徽 蕪湖 241000)
語義慕課又稱作LOOC(Linked Open Online Courses),即“關(guān)聯(lián)開放在線課程”。近來,國外推崇語義慕課的聲音越來越大,相關(guān)的試驗(yàn)應(yīng)用也已生根發(fā)芽,語義慕課已成為國際在線課程研究的一個重要方向。因此,對語義慕課相關(guān)研究進(jìn)行系統(tǒng)考察能為國內(nèi)研究者及時跟蹤國外最新動態(tài)與開展語義慕課相關(guān)研究提供借鑒。語義慕課是語義網(wǎng)技術(shù)與MOOC的結(jié)合體,是一種基于MOOC平臺的語義應(yīng)用,具有關(guān)聯(lián)性、開放性、個性化以及智能化等特征。該文在分析德國達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)研究成果的基礎(chǔ)上,詳細(xì)介紹了語義慕課涉及的關(guān)鍵技術(shù),并嘗試構(gòu)建了語義慕課的結(jié)構(gòu)體系。語義慕課的關(guān)鍵技術(shù)主要有:用于描述數(shù)據(jù)語義的RDF、用于構(gòu)造和推理的 OWL以及用于查詢關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的 SPARQL。該文構(gòu)建的語義慕課完整體系主要包括四大模塊:用于搜索“貨源”的數(shù)據(jù)獲取模塊,用于打造“地基”的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊,用于構(gòu)建“倉庫”的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模塊以及用于設(shè)計(jì)“窗口”的數(shù)據(jù)應(yīng)用模塊。未來,我國語義慕課的研究與實(shí)踐需從資源建設(shè)、局部試驗(yàn)、技術(shù)遷移等路徑協(xié)同推進(jìn)。在推進(jìn)的過程中,我們應(yīng)積極面對知識產(chǎn)權(quán)、技術(shù)開發(fā)以及隊(duì)伍建設(shè)等方面的諸多挑戰(zhàn)。
語義慕課;語義網(wǎng)技術(shù);MOOC;LOOC;在線課程
2008年以來,國內(nèi)外MOOC的發(fā)展大體上歷經(jīng)興起、繁榮、反思以及轉(zhuǎn)型四個階段,逐步走向“后MOOC”時代,一批旨在優(yōu)化當(dāng)前MOOC的在線課程范式(如SPOC、MOOL、MOOR、PMOOC等)紛紛涌現(xiàn)[1],這些范式不僅試圖從理論上為在線教育重構(gòu)合用范式,也期待在實(shí)踐中給網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù),為在線課程的可持續(xù)發(fā)展注入新鮮血液與創(chuàng)新動力。轉(zhuǎn)型發(fā)展過程中,源自計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的語義網(wǎng)技術(shù)受到國際在線課程領(lǐng)域?qū)W者的關(guān)注,語義慕課(Semantic MOOC)應(yīng)運(yùn)而生。近年來,部分國際在線課程學(xué)者就語義慕課展開研究,取得了一系列頗具開創(chuàng)性的研究成果,在國際上引起較大的關(guān)注。初識語義慕課,我們不禁產(chǎn)生以下疑問:語義慕課是什么,它表現(xiàn)出了什么樣的特征;它涉及哪些技術(shù),又呈現(xiàn)怎樣的結(jié)構(gòu)體系。本研究擬就上述問題進(jìn)行探析,希冀為我國MOOC研究者及時跟蹤國外MOOC研究領(lǐng)域最新動態(tài)、探索語義網(wǎng)環(huán)境下在線課程的設(shè)計(jì)思路提供參考。
語義慕課萌生于現(xiàn)實(shí)困境,肇始于技術(shù)遷移。2010年以來,MOOC的飛速發(fā)展使得主流平臺中的學(xué)習(xí)資源“井噴式”涌現(xiàn),這一定程度上導(dǎo)致學(xué)習(xí)者陷入面對海量學(xué)習(xí)資源卻難以有效利用的尷尬境地。因此,如何使得MOOC平臺中的無數(shù)學(xué)習(xí)資源發(fā)揮最具意義的教育效用,成為如今在線教育界關(guān)注的重要問題之一。與此同時,計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的語義網(wǎng)技術(shù)日趨完善并在部分領(lǐng)域初顯實(shí)效。由于語義網(wǎng)技術(shù)能夠有效解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)資源存在的孤立隔離、檢索困難以及共享與交互程度低等問題,因而它被國外學(xué)者引入在線教育領(lǐng)域,成為優(yōu)化MOOC平臺的重要技術(shù)之一。2013年,Sergio Miranda等人率先嘗試運(yùn)用語義網(wǎng)技術(shù)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)MOOC平臺中用戶的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù),以優(yōu)化其教學(xué)評價(jià)設(shè)計(jì)[2]。2014年3月,Nelson Piedra等人指出,基于語義網(wǎng)技術(shù)的MOOC能夠提高學(xué)習(xí)者發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)資源的可能性,促進(jìn)開放教育資源的有效利用[3]。同年7月,在IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers,電氣和電子工程師協(xié)會)第14屆高級學(xué)習(xí)技術(shù)國際會議上,來自德國著名理工高校達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)系的Kai Michael H?ver與Max Mühlh?user正式提出語義慕課這一概念,視其為語義網(wǎng)環(huán)境下MOOC的發(fā)展愿景[4]。簡而言之,語義慕課=語義網(wǎng)技術(shù)+MOOC,二者的結(jié)合賦予了語義慕課全新的內(nèi)涵與特征。
語義慕課又稱作LOOC(Linked Open Online Courses),英文直譯為“關(guān)聯(lián)開放在線課程”。與一般的MOOC平臺不同,語義慕課既不制作資源也不發(fā)布資源,它實(shí)際上是一種以提升現(xiàn)有MOOC平臺中學(xué)習(xí)資源的應(yīng)用效率為目的的語義應(yīng)用。具體而言,語義慕課是在現(xiàn)有MOOC平臺間建立起鏈接,使得他們之間能夠更好地共享與交互,從而為學(xué)習(xí)者有效應(yīng)用其中的學(xué)習(xí)資源提供智能化的服務(wù)。其中,語義網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵作用在于為MOOC平臺中的學(xué)習(xí)資源貼上能被計(jì)算機(jī)識別的標(biāo)簽,進(jìn)而使資源自動關(guān)聯(lián)在一起,并通過計(jì)算機(jī)的自動推理實(shí)現(xiàn)資源的智能化處理,如學(xué)習(xí)資源的精準(zhǔn)檢索、智能推薦等。不難發(fā)現(xiàn),國際在線課程領(lǐng)域推出語義慕課的初衷便是借助語義網(wǎng)技術(shù)促進(jìn)學(xué)習(xí)資源從孤立隔離走向互聯(lián)共享,從而更大程度上發(fā)揮當(dāng)前MOOC平臺的教育效用。
事實(shí)上,語義慕課更像是針對MOOC學(xué)習(xí)資源的智能“淘寶網(wǎng)”。一方面,語義慕課的資源檢索與淘寶網(wǎng)的搜索引擎類似,搜索引擎從無數(shù)的商品網(wǎng)頁中抓取信息呈現(xiàn)給用戶,而語義慕課則從大量的MOOC平臺中找到學(xué)習(xí)資源提供給學(xué)習(xí)者。不同的是,搜索引擎面對的是數(shù)以億計(jì)的松散且無序的數(shù)據(jù),因而它如今會因檢索效率底下而陷入瓶頸;而語義慕課搜索的是經(jīng)過改造的具有語義關(guān)聯(lián)性的數(shù)據(jù)庫,它能憑借計(jì)算機(jī)的智能推理實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)檢索。另一方面,語義慕課的資源推薦類似于淘寶網(wǎng)的貨品推薦,區(qū)別在于,貨品推薦是通過對大量的用戶瀏覽記錄進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘,根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行預(yù)測,而在語義慕課中,主要依靠計(jì)算機(jī)對關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的智能推理實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)資源的智能推薦。
顯然,語義網(wǎng)相關(guān)技術(shù)是語義慕課的基石。語義網(wǎng)技術(shù)是當(dāng)前人工智能領(lǐng)域研究的熱點(diǎn),指的是一系列有關(guān)語義網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),大體上可分為三大類:語義理解技術(shù)、語義推理技術(shù)以及以前兩者為基礎(chǔ)的語義搜索技術(shù)。語義表示計(jì)算機(jī)對某一個概念、術(shù)語或者符號可以理解的“含義”[5],語義網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵便在于以統(tǒng)一的規(guī)范為數(shù)據(jù)賦予這種“含義”,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一系列智能化的自動操作,為用戶提供個性化與智能化的服務(wù)。在語義慕課中,實(shí)現(xiàn)這種智能化的功能一般需要完成三個步驟:一是以語義理解技術(shù)為規(guī)范為學(xué)習(xí)資源背后的數(shù)據(jù)賦予語義;二是利用語義推理技術(shù)在有含義的數(shù)據(jù)間建立關(guān)聯(lián);三是借助語義搜索技術(shù)使這些具有語義關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)發(fā)揮效用。譬如,在語義慕課中,當(dāng)學(xué)習(xí)者檢索“愛課程平臺中有哪些語義技術(shù)課程”,計(jì)算機(jī)便可理解學(xué)習(xí)者的意圖是搜索課程,且范圍是愛課程網(wǎng),要點(diǎn)是語義技術(shù),從而執(zhí)行的操作是從特定數(shù)據(jù)源中準(zhǔn)確查詢到愛課程網(wǎng)上的語義技術(shù)課程資源并呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者。在這里,特定數(shù)據(jù)源正是通過語義理解技術(shù)與語義推理技術(shù)構(gòu)建的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫,計(jì)算機(jī)的智能檢索則是依賴語義搜索技術(shù)來完成。
綜上可知,語義網(wǎng)技術(shù)的諸多功能恰能解決當(dāng)前在線課程領(lǐng)域存在的現(xiàn)實(shí)問題,于是,它便自然地被部分學(xué)者引入在線課程的設(shè)計(jì)中,語義慕課由此而生。當(dāng)前,由于語義網(wǎng)技術(shù)整個的技術(shù)體系仍有待完善,部分技術(shù)難題也有待攻克,因此,國外語義慕課研究也還處在理論構(gòu)想與局部試驗(yàn)階段。不過,這并不妨礙我們對這種智能化的課程范式進(jìn)行解讀與構(gòu)思,為設(shè)計(jì)語義網(wǎng)環(huán)境下的在線課程模式進(jìn)行開拓性的探索。
語義慕課是語義網(wǎng)相關(guān)技術(shù)支持下的智能教育應(yīng)用,語義網(wǎng)技術(shù)與MOOC的深度融合使得語義慕課的特征得以凸顯。雖然語義慕課仍停留于理論探索階段,但從目前國外相關(guān)研究進(jìn)展與試驗(yàn)應(yīng)用的情況來看,語義慕課至少已展現(xiàn)出關(guān)聯(lián)性、開放性、個性化和智能化四大特征。
關(guān)聯(lián)性不僅是語義網(wǎng)技術(shù)的核心,也是語義慕課的關(guān)鍵。應(yīng)該說,語義慕課的關(guān)聯(lián)性特征與生俱來。在語義慕課的另一名稱LOOC(Linked Open Online Courses)中,“Linked”本意為“鏈接的”,在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域就多譯為“關(guān)聯(lián)的”。具體而言,語義慕課的關(guān)聯(lián)性有三個層面的涵義:一是數(shù)據(jù)間的連接,語義理解技術(shù)的重要任務(wù)便是在MOOC網(wǎng)站中的數(shù)據(jù)間建立起語義關(guān)聯(lián);二是資源間的共享,關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的重要作用便在于促進(jìn)學(xué)習(xí)資源從孤立隔離走向互聯(lián)共享;三是平臺間的交互,語義慕課的最終目標(biāo)是在關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上打通現(xiàn)有MOOC平臺間的應(yīng)用壁壘,使得它們?yōu)閷W(xué)習(xí)者提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。
語義慕課能夠有效提升開放教育資源的開放性。2012年,聯(lián)合國教科文組織將開放教育資源定義為“以數(shù)字化或其他格式存在于任何公共領(lǐng)域或者是根據(jù)開放許可協(xié)議發(fā)布,允許他人不受限制或者受到有限限制的免費(fèi)獲取、使用、改編和再分配的教學(xué)、學(xué)習(xí)和研究資源”[6]。依此考察,現(xiàn)階段的部分MOOC平臺顯然難以稱得上“開放”,因?yàn)閷W(xué)習(xí)用戶僅能在線學(xué)習(xí)而無法通過下載對學(xué)習(xí)資源進(jìn)行其他方式的利用。相反,語義慕課不但能夠促進(jìn)對開放教育資源的管理、交換以及整合,而且其技術(shù)架構(gòu)為開放教育資源的交換、分配和重用提供了極大的便利[7]。正因如此,語義慕課被國際在線課程領(lǐng)域視作推動開放教育運(yùn)動持續(xù)發(fā)展的重要課程樣式之一。
所謂個性化,是指語義慕課能為每個學(xué)習(xí)者提供針對性的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)服務(wù),使得真正的個性化學(xué)習(xí)成為可能。首先,語義慕課能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者提供個性化的學(xué)習(xí)資源。借助語義技術(shù)對學(xué)習(xí)資源進(jìn)行多維度聚合,能夠使得海量、分散、無序的學(xué)習(xí)資源聚合成能滿足個性化學(xué)習(xí)的資源包[8]。其次,語義慕課能夠?qū)崿F(xiàn)個性化的學(xué)習(xí)分析。在當(dāng)前MOOC平臺中,學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)會因?yàn)槎喾N原因而處于分散無序的狀態(tài),而語義技術(shù)能夠使得計(jì)算機(jī)自動整理這些分散無序的數(shù)據(jù),進(jìn)而發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的所有者,從而完成個性化的學(xué)習(xí)分析??傊?,語義慕課能提供個性化的學(xué)習(xí)資源,因而,個性化的學(xué)習(xí)方式才有可能發(fā)生;語義慕課能進(jìn)行個性化的學(xué)習(xí)分析,由此,個性化的學(xué)習(xí)評價(jià)便有望實(shí)現(xiàn)。
語義慕課的智能化特征與個性化特征相伴隨行。換言之,語義慕課為學(xué)習(xí)者提供的一切個性化服務(wù)都是以計(jì)算機(jī)智能處理為基礎(chǔ)。離開語義慕課的智能化特征,個性化服務(wù)便無從談起。首先,了解學(xué)習(xí)者的個性化需求需要計(jì)算機(jī)的智能語義識別;其次,為學(xué)習(xí)者提供個性化服務(wù)依賴計(jì)算機(jī)的智能語義推理。在智能化的語義慕課中,學(xué)習(xí)者要做的僅是通過一句話或者多回合的對話方式將需求告知計(jì)算機(jī),接下來便是等待計(jì)算機(jī)提供智能化的服務(wù),如個性化學(xué)習(xí)資源的智能推薦、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的智能分析以及新增數(shù)據(jù)的智能關(guān)聯(lián)等。
目前,國際語義慕課研究已取得一定進(jìn)展,相關(guān)經(jīng)驗(yàn)值得國內(nèi)借鑒參考。2014年,達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)系的Michael H?ver與Max Mühlh?use在提出語義慕課概念的同時,也構(gòu)建出“一種基于網(wǎng)絡(luò)教育數(shù)據(jù)的語義慕課結(jié)構(gòu)”(如圖1所示)。他們指出,語義慕課的設(shè)計(jì)需借助三大語義網(wǎng)技術(shù),即用于描述數(shù)據(jù)語義的RDF(Resource Description Framework)、用于構(gòu)造和推理的OWL(Web Ontology Language,簡稱OWL)以及用于查詢關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的SPARQL (Simple Protocol and RDF Query Language,簡稱SPARQL))。如圖1所示,Michael H?ver與Max Mühlh?use搭建的語義慕課的基本結(jié)構(gòu)分為三層,由下至上依次為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層以及應(yīng)用層。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層展示了語義慕課的數(shù)據(jù)來源,數(shù)據(jù)層呈現(xiàn)了數(shù)據(jù)的存儲方式,應(yīng)用層則設(shè)計(jì)了具體的應(yīng)用服務(wù)[9]。

圖1 一種基于網(wǎng)絡(luò)教育數(shù)據(jù)的語義慕課結(jié)構(gòu)
顯然,達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)的最新研究成果兼具開創(chuàng)性與指導(dǎo)性。一方面,該研究創(chuàng)新的將語義網(wǎng)技術(shù)遷移至MOOC平臺的優(yōu)化設(shè)計(jì)中;另一方面,其搭建的語義慕課結(jié)構(gòu)符合當(dāng)前主流語義應(yīng)用的基本架構(gòu),不僅對今后的語義慕課研究具有極大的指導(dǎo)意義,也為未來語義慕課的發(fā)展勾畫出一幅令人憧憬的理想藍(lán)圖。
不過,在筆者看來,對于初識語義慕課的國內(nèi)MOOC研究學(xué)者來說,達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)的研究仍有兩點(diǎn)稍顯不足:其一,該研究主要側(cè)重于描述應(yīng)用層中具體應(yīng)用的設(shè)計(jì),未就語義慕課的基石——語義網(wǎng)技術(shù)的具體功能作詳細(xì)闡述;其二,筆者考察諸多語義應(yīng)用項(xiàng)目后發(fā)現(xiàn),該研究搭建的語義慕課結(jié)構(gòu)僅是一種簡化模式,并未展示出語義慕課體系的全貌。有鑒于此,為使國內(nèi)學(xué)者更為清晰地認(rèn)知語義慕課的結(jié)構(gòu)與功能,本研究便在以上成果的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步探索,主要完成了兩方面的工作:一是深入解析語義慕課中三大語義網(wǎng)技術(shù)的具體功能;二是在對現(xiàn)階段已有語義應(yīng)用項(xiàng)目的考察的基礎(chǔ)上,重新構(gòu)建出語義慕課的完整體系。
如前所述,語義網(wǎng)技術(shù)主要分為語義理解技術(shù)、語義推理技術(shù)和語義搜索技術(shù)三類,它們具體的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分別對應(yīng)圖1中三大關(guān)鍵技術(shù),即RDF、OWL與SPARQL。目前,三大技術(shù)均由萬維網(wǎng)聯(lián)盟(又稱W3C理事會)發(fā)布并形成了統(tǒng)一規(guī)范,是語義慕課體系中不可或缺的技術(shù)基石。
RDF是由萬維網(wǎng)聯(lián)盟發(fā)布的一種標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)描述語言,它以三元組(Triple,即資源、屬性和取值)作為基本數(shù)據(jù)單元來描述數(shù)據(jù)[10]。由于現(xiàn)階段MOOC平臺中的數(shù)據(jù)分散且無序,要想在這些數(shù)據(jù)之間建立關(guān)聯(lián),首要任務(wù)便是以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)語言描述這些數(shù)據(jù),RDF便是當(dāng)前公認(rèn)的語言標(biāo)準(zhǔn)。語義慕課的設(shè)想是將當(dāng)前MOOC平臺中的數(shù)據(jù)均描述為RDF形式并進(jìn)行存儲,為后續(xù)的數(shù)據(jù)應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
OWL是一種被萬維網(wǎng)聯(lián)盟發(fā)布并認(rèn)可的構(gòu)建本體的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[11],其作用是在有語義的數(shù)據(jù)間建立起關(guān)聯(lián)。在語義慕課中,只有利用OWL構(gòu)建領(lǐng)域知識本體庫,才能實(shí)現(xiàn)課程知識之間邏輯關(guān)系的自動或者半自動化關(guān)聯(lián)標(biāo)注[12]。換言之,RDF形式的數(shù)據(jù)需要一個明確的形式規(guī)約,這樣計(jì)算機(jī)才能理解數(shù)據(jù)的含義,進(jìn)而準(zhǔn)確地找到數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)相關(guān)的學(xué)習(xí)資源。而OWL就是這樣一種通用規(guī)約,學(xué)習(xí)資源的數(shù)據(jù)依據(jù)OWL構(gòu)建的本體上升為知識,可以更好地被共享和復(fù)用,從而發(fā)揮萬維網(wǎng)的智能化潛力。
正如關(guān)系型數(shù)據(jù)庫需要標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)化查詢語言來規(guī)范數(shù)據(jù)查詢的表達(dá),RDF數(shù)據(jù)也需要相應(yīng)的數(shù)據(jù)存取規(guī)范。SPARQL就是萬維網(wǎng)聯(lián)盟專門為查詢RDF數(shù)據(jù)開發(fā)的一種查詢語言和數(shù)據(jù)獲取協(xié)議,可以用于查詢?nèi)魏斡肦DF來表示的信息資源[13]。具體到語義慕課中,基于HTTP和簡單對象訪問協(xié)議的SPARQL查詢能夠識別被查詢數(shù)據(jù)的語義及其關(guān)聯(lián),繼而準(zhǔn)確返回學(xué)習(xí)資源的數(shù)據(jù),并以可視化網(wǎng)頁的形式呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者。
簡而言之,在語義慕課中,利用RDF可為學(xué)習(xí)資源背后的數(shù)據(jù)賦予語義;利用OWL構(gòu)建本體可在語義數(shù)據(jù)間建立起關(guān)聯(lián);利用SPARQL便可查詢具有語義關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。三者是語義慕課實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)資源精準(zhǔn)檢索與智能推薦的前提。
如圖2所示,本研究所構(gòu)建的語義慕課的完整體系包含四個模塊,即數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和數(shù)據(jù)應(yīng)用,四者各司其職,形成一種線性的邏輯關(guān)系,為語義慕課最終發(fā)揮效用提供支撐。

圖2 語義慕課的完整體系
數(shù)據(jù)獲取模塊的主要作用在于搜集學(xué)習(xí)資源的原始數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)的來源有兩大渠道:一類是主流MOOC平臺,如Coursera、edX、可汗學(xué)院等,以結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)為主,也會涉及少量無結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù);另一類是關(guān)聯(lián)開放數(shù)據(jù)集,當(dāng)前,國際語義網(wǎng)領(lǐng)域最大的關(guān)聯(lián)開放數(shù)據(jù)集源自著名的關(guān)聯(lián)開放數(shù)據(jù)項(xiàng)目(Linked Open Data Project,簡稱LOD)。LOD項(xiàng)目是由Chris Bize與Richard Cyganiak于2008年發(fā)起的倡議項(xiàng)目,它號召更多的個人與組織將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)布成關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)(Linked Data),為語義網(wǎng)環(huán)境下智能應(yīng)用的構(gòu)建打下基礎(chǔ)。截止2014年8月30日,已經(jīng)有來自全世界的570個數(shù)據(jù)集被發(fā)布成鏈接數(shù)據(jù)且相互間建立起關(guān)聯(lián),DBpedia是其中最大也最為著名的數(shù)據(jù)集[14]。近年來,這些關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集已經(jīng)為搜索、金融、語音領(lǐng)域的語義應(yīng)用提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。
需要補(bǔ)充說明的是,從以上兩大渠道獲取數(shù)據(jù)各有利弊。僅從技術(shù)角度看,獲取LOD關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫的RDF數(shù)據(jù)顯然更加便捷,數(shù)據(jù)所涉及的網(wǎng)絡(luò)資源也更加豐富,然而,由于LOD關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)量過于巨大且涵蓋太多領(lǐng)域,構(gòu)建知識本體將是一項(xiàng)浩大的工程,難度也無法估計(jì)[15]。相比之下,主流MOOC平臺的數(shù)據(jù)雖然比較有限,但是這些數(shù)據(jù)涉及的主題更為集中,從其中抽取RDF數(shù)據(jù)并構(gòu)建知識本體更有望實(shí)現(xiàn)。正因如此,目前國外研究也多基于主流MOOC平臺的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)各類語義應(yīng)用。譬如,加拿大學(xué)者Gilbert Paquette與Alexis Miara借助語義網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種名為COMETE智能資源管理工具,用于提升MOOC平臺的智能檢索能力[16];美國學(xué)者Sebastian Kagemann與Srividya Bansal則搭建了一個被稱作MOOCLink語義網(wǎng)站,實(shí)現(xiàn)了對Coursera平臺上學(xué)習(xí)課件的智能獲取與對比[17]。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的主要任務(wù)是賦予數(shù)據(jù)語義。顯然,有含義的數(shù)據(jù)是語義慕課的基石,缺少它,語義慕課便是無本之木、無源之水。為數(shù)據(jù)賦予語義需要將從數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中獲取的各類數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RDF形式,即從原始數(shù)據(jù)中抽取三元組形式的輕量級的RDF數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲。如前所述,原始數(shù)據(jù)因來源渠道不同大體分為三類:結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)、無結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以及已經(jīng)關(guān)聯(lián)的RDF數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)多源自關(guān)系型數(shù)據(jù)庫,本身已有語義內(nèi)涵,僅需按照RDF形式進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)整;無結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)由于本身缺乏語義信息,需要重新描述;已經(jīng)關(guān)聯(lián)的RDF數(shù)據(jù)則無需轉(zhuǎn)換可直接調(diào)用。
一般認(rèn)為,三類數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換分別有三種方式。對于結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù),可以通過運(yùn)用相關(guān)轉(zhuǎn)換工具,使用淺表層分析技術(shù)抽取語義形成RDF數(shù)據(jù)。譬如,萬維網(wǎng)聯(lián)盟與麻省理工學(xué)院共同開發(fā)的轉(zhuǎn)換平臺SIMILE RDFizer就提供多個RDF轉(zhuǎn)換器,能夠?qū)㈥P(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化轉(zhuǎn)換成RDF數(shù)據(jù),其中和教育有關(guān)的轉(zhuǎn)換器包括 MARCRDFizer、OAI-PMH RDFizer、OCWRDFizer[18]。對于無結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)一般多采用人工標(biāo)注的方式抽取語義,操作相對復(fù)雜且費(fèi)時費(fèi)力。目前,部分轉(zhuǎn)換平臺(如Drupal、Fedora、Dspace、Eprints等)也能夠通過統(tǒng)計(jì)技術(shù)和淺自然語言技術(shù)為人工標(biāo)注數(shù)據(jù)提供一定的幫助。對于已經(jīng)關(guān)聯(lián)的RDF數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)庫一般都會提供具有開放接口的SPARQL終端,支持其他應(yīng)用直接查詢與使用其中的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)管理模塊的關(guān)鍵功能是依據(jù)OWL構(gòu)建知識本體,在語義數(shù)據(jù)間建立起關(guān)聯(lián)。足夠的知識本體不僅能使得RDF數(shù)據(jù)得到有效的組織和管理;還能進(jìn)一步增強(qiáng)RDF數(shù)據(jù)間的語義與邏輯關(guān)系,為計(jì)算機(jī)的智能推理提供支持。本體是某個領(lǐng)域的概念集合和概念之間的關(guān)系,通過形式化的方式表達(dá)該領(lǐng)域的知識及其知識結(jié)構(gòu)[19]。一個本體是一個特定領(lǐng)域的模型,為特定的目的而構(gòu)建[20]。在語義慕課中,由于存在多種特定的需求,往往需要構(gòu)建不同類型與不同層次的知識本體,如領(lǐng)域本體、學(xué)科本體、課程本體等等。
語義網(wǎng)環(huán)境下,本體的構(gòu)建方法一般有三種,即專家手動構(gòu)建、計(jì)算機(jī)自動構(gòu)建以及本體復(fù)用。專家手動構(gòu)建本體耗時費(fèi)力,已經(jīng)無法滿足當(dāng)前的需求;計(jì)算機(jī)自動構(gòu)建又存在準(zhǔn)確率不夠的弊端;而本體復(fù)用則是指充分利用當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)存在很多的知識本體以減少工作量。由于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的公共領(lǐng)域中存在許多現(xiàn)成的本體,因此我們很容易找到一個可用的第三方本體,為我們構(gòu)建新的知識本體提供一個有用的起點(diǎn)。此外,數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模塊的另一功能是用于數(shù)據(jù)存儲。前期形成的RDF數(shù)據(jù)以及后期構(gòu)建的各類知識本體及其實(shí)例均需存儲于其中。
數(shù)據(jù)應(yīng)用模塊是語義慕課的頂層,主要任務(wù)是查詢數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)以及修改數(shù)據(jù)。在前文案例中,Michael H?ver與Max Mühlh?use也探討了MOOCs平臺中最常涉及的三種應(yīng)用,即交流論壇(Discussion Form)、文本討論(Paper Discussion)、講座錄像(Lecture Recording)。三種應(yīng)用均需通過SPARQL端點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的調(diào)用。需要強(qiáng)調(diào)的是,面向RDF數(shù)據(jù)的查詢與當(dāng)前搜索引擎中的關(guān)鍵詞查詢不同,這是一種更加智能化的語義查詢。也就是說,計(jì)算機(jī)能在識別搜索關(guān)鍵詞的語義信息的基礎(chǔ)上自動推理,為用戶呈現(xiàn)具有語義相關(guān)性的各類資源,使得資源精準(zhǔn)檢索與智能推薦成為可能。
考慮到一般用戶的數(shù)據(jù)處理能力有限,在語義慕課中,SPARQL查詢工作并不直接面向一般用戶,需要經(jīng)由語義網(wǎng)瀏覽器將數(shù)據(jù)連接的學(xué)習(xí)資源以可視化的方式呈現(xiàn)給用戶。近十年來,語義網(wǎng)領(lǐng)域的多個研究機(jī)構(gòu)先后推出了十幾個有影響力的語義網(wǎng)瀏覽器,如麻省理工學(xué)院開發(fā)的Piggy Bank、英國開放大學(xué)開發(fā)的Magpie以及愛爾蘭數(shù)字企業(yè)研究所開發(fā)的VisiNav等。以VisiNav為例,它是一個支持可視化查詢構(gòu)造的語義網(wǎng)數(shù)據(jù)訪問系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)對RDF數(shù)據(jù)集的6種基本操作:關(guān)鍵詞搜索、對象導(dǎo)航、分面式瀏覽、路徑遍歷、投影和排序[21]。一般而言,基于語義網(wǎng)瀏覽器的語義慕課能夠以共享、導(dǎo)航、搜索、管理等方式促進(jìn)學(xué)習(xí)用戶充分利用學(xué)習(xí)資源。此外,語義慕課也支持學(xué)習(xí)用戶以某種方式(如上傳、發(fā)布、記錄等)為其增加新的學(xué)習(xí)資源,這些資源也將以三元組的形式為描述關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)并存儲下來,在知識本體的組織下供其他用戶重復(fù)使用。
除了以上的查詢與存儲功能,數(shù)據(jù)應(yīng)用模塊還需為知識工程師提供服務(wù)。由于學(xué)習(xí)資源的動態(tài)變化以及不同用戶的各種需求,知識工程師需要不斷構(gòu)建新的知識本體、及時修正舊的知識本體,并將它們放回到存儲庫中,為語義慕課的持續(xù)有效工作提供技術(shù)支持。
理解語義慕課的內(nèi)涵特征與結(jié)構(gòu)體系的重要目的之一便在于促進(jìn)我國語義慕課研究提上日程。語義慕課是國際在線課程領(lǐng)域一個全新的課題,它的推出使得當(dāng)前MOOC向智能型課程平臺轉(zhuǎn)型成為可能。在語義慕課的支持下,學(xué)習(xí)用戶能夠更加開放、更加智能、更加靈活的利用學(xué)習(xí)資源,由此,更加個性化學(xué)習(xí)與智能化學(xué)習(xí)也有望實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前,國外推崇語義慕課的聲音越來越大,相關(guān)的試驗(yàn)應(yīng)用也已生根發(fā)芽,語義慕課已成為國際在線課程發(fā)展的一個重要方向。國際語義慕課的理論性構(gòu)想與試驗(yàn)性研究為我國推進(jìn)語義慕課研究的開展提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)與啟示。
認(rèn)清語義慕課的本質(zhì)便能把握語義慕課的關(guān)鍵。套用一句知名廣告語,語義慕課不生產(chǎn)教育資源,它只是教育資源的智能搬運(yùn)工。如果說MOOC的關(guān)鍵作用是將最優(yōu)質(zhì)的教育資源無償提供給世界上每個角落的學(xué)習(xí)者,那么語義慕課的重大意義便是促進(jìn)所有人更好地發(fā)現(xiàn)與使用最優(yōu)質(zhì)的教育資源。顯然,離開優(yōu)質(zhì)的教育資源,語義慕課便是無本之木、無源之水。從開放課件項(xiàng)目到開放教育資源,再到大規(guī)模開放在線課程,優(yōu)質(zhì)資源建設(shè)不僅一直是開放教育資源運(yùn)動的題中應(yīng)有之義,也始終是在線課程領(lǐng)域致力解決的核心課題。只有優(yōu)質(zhì)教育資源被建設(shè)好,語義慕課才有發(fā)揮價(jià)值的可能。因此,我國在線課程要想盡快走向更加智能化的語義慕課,在突破相關(guān)的技術(shù)瓶頸之前,首要任務(wù)之一是建設(shè)優(yōu)質(zhì)的在線教育資源,為語義慕課發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的資源基礎(chǔ)。
國外研究啟示我們,局部試驗(yàn)性研究是推動語義慕課發(fā)展的重要方式之一。如前所述,原始數(shù)據(jù)是語義慕課的“貨源”。因此,開展語義慕課試驗(yàn)研究的第一步是獲取足夠數(shù)量的原始數(shù)據(jù)。那么,從哪里獲取合適的原始數(shù)據(jù)呢?顯然,最佳的方式是從現(xiàn)有在線課程平臺中獲取。然而,由于國內(nèi)很多的MOOC平臺系企業(yè)開發(fā),未能提供開放的API(Application Programming Interface,應(yīng)用程序編程接口),以致后臺的數(shù)據(jù)無法直接調(diào)用。因此,獲取數(shù)據(jù)的可行方式之一便是依靠國家教育行政部門開發(fā)的公益性在線課程平臺。2003年以來,國家教育行政部門牽頭開發(fā)了一大批精品課程資源,建成了多個在線課程平臺,如國家精品課程資源網(wǎng)等。這些平臺中的數(shù)據(jù)不僅符合語義慕課研究的要求,有些還因存在共享、重用和復(fù)用率低等問題[22]而使得開展語義慕課的試驗(yàn)研究具有更大的價(jià)值。因此,相關(guān)研究人員可以在征得教育主管部門同意的前提下獲取相關(guān)平臺中的部分?jǐn)?shù)據(jù),在此基礎(chǔ)上,以試驗(yàn)性研究為國內(nèi)語義慕課的前進(jìn)開拓道路。
語義網(wǎng)技術(shù)源自計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)革新,其應(yīng)用目前也多集中于搜索引擎、金融以及語音等領(lǐng)域。正是一批具有超前視野的研究學(xué)者將語義網(wǎng)技術(shù)引入e-Learning領(lǐng)域,它才引起在線課程研究者們的關(guān)注。應(yīng)當(dāng)看到,新興技術(shù)的遷移應(yīng)用不僅是在線課程領(lǐng)域突破的“助推器”,也是語義慕課發(fā)展的“動力源”。顯然,要想使得語義慕課從愿景走向現(xiàn)實(shí),相關(guān)技術(shù)瓶頸的突破是必須解決的關(guān)鍵問題之一。就目前研究來看,數(shù)據(jù)的語義轉(zhuǎn)換技術(shù)與本體的構(gòu)建技術(shù)是其中的重點(diǎn)之一。然而,僅憑在線教育領(lǐng)域的研究人員單方面的努力,突破這些技術(shù)瓶頸難度太大。因此,必須借力于國內(nèi)語義網(wǎng)領(lǐng)域的專家,以實(shí)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)的順利遷移。只有關(guān)鍵技術(shù)得以成功遷移,語義慕課才有可能從閉門造車走向集思廣益,從單打獨(dú)斗走向協(xié)同合作,從靜止式孤立發(fā)展走向永動式持續(xù)前進(jìn)。
“開放”一直以來都是開放教育資源運(yùn)動強(qiáng)調(diào)的核心要義,也是語義慕課設(shè)計(jì)的關(guān)鍵理念。然而,隨著社會對知識產(chǎn)權(quán)的愈發(fā)強(qiáng)調(diào),落后的產(chǎn)權(quán)保護(hù)政策將會在一定程度上對語義慕課的發(fā)展產(chǎn)生阻滯。如前所述,語義慕課的關(guān)鍵將現(xiàn)有MOOC平臺中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù),這是一種對第三方數(shù)據(jù)的消費(fèi)和再創(chuàng)造,過程中必然涉及他人的利益,如何明確不同類型和歸屬的數(shù)據(jù)(或數(shù)據(jù)集)的所有權(quán)、發(fā)布權(quán)、使用權(quán)、收益權(quán)等問題都將是語義慕課發(fā)展過程繞不開的關(guān)口[23]。鑒于我國知識產(chǎn)權(quán)保障方面仍舊依靠《中華人民共和國知識產(chǎn)權(quán)法》《中華人民共和國著作權(quán)法》等法律法規(guī),尚未制定針對網(wǎng)絡(luò)資源與開放數(shù)據(jù)的相關(guān)法律法規(guī),部分發(fā)達(dá)國家現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)許可協(xié)議(如英國的開放政府許可協(xié)議)值得我國借鑒與參考。此外,由于現(xiàn)有大多數(shù)MOOC平臺均需注冊、登錄方可進(jìn)入,這也給語義慕課的發(fā)展帶來麻煩。試想,即便是語義慕課能將各大MOOC平臺學(xué)習(xí)資源的關(guān)聯(lián)在一起,但學(xué)習(xí)者在利用不同平臺的資源時仍需多次涉及注冊、登錄等環(huán)節(jié),如此,語義慕課的效果也將大打折扣。顯然,上述問題將成為語義慕課發(fā)展過程中必須積極面對與妥善解決的重要課題。
語義網(wǎng)技術(shù)的突破是語義慕課發(fā)展的基石與前提。盡管在萬維網(wǎng)聯(lián)盟的推動下,一系列技術(shù)規(guī)范得以發(fā)布與公認(rèn),語義網(wǎng)的理論基礎(chǔ)已經(jīng)奠定,但語義網(wǎng)數(shù)據(jù)集成、語義網(wǎng)搜索、基于語義網(wǎng)的智能問答和語義網(wǎng)軟件工具等方面仍舊存在部分技術(shù)難題有待攻克。倘若以上技術(shù)瓶頸難以突破,那語義慕課便是“空中樓閣”,無法從理想走向現(xiàn)實(shí)。不過,當(dāng)前語義網(wǎng)技術(shù)已在部分領(lǐng)域初露鋒芒,語義網(wǎng)技術(shù)體系也正日趨完善,局部范圍的有效應(yīng)用已經(jīng)讓學(xué)界看到希望。相信伴隨著時間的推移,部分技術(shù)難題也將在知識工程師們的努力下得到解決,語義慕課便有望從理論構(gòu)想走向?qū)嵺`應(yīng)用,從局部試驗(yàn)走向全面開展。
語義慕課的發(fā)展顯然離不開相關(guān)研究人員的推動與參與。由于語義慕課不僅是一個全新的方向,也是一個涉及計(jì)算機(jī)與在線教育的交叉領(lǐng)域,因而目前國內(nèi)從事相關(guān)研究的人員遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,研究隊(duì)伍亟待建設(shè)。事實(shí)上,我國早就非常重視語義網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)研究,國家863計(jì)劃從2002年起便將其列為重點(diǎn)支持項(xiàng)目,國內(nèi)清華大學(xué)、南京大學(xué)、東南大學(xué)等多所高校都設(shè)有語義網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的研究機(jī)構(gòu),也產(chǎn)出了一批高質(zhì)量的研究成果[24]。問題的關(guān)鍵是,這些研究成果并沒有在在線教育領(lǐng)域得到應(yīng)用,其中的主要原因在于國內(nèi)的語義網(wǎng)技術(shù)研究與在線教育研究各自為政,尚未形成有效的溝通與合作。因此,當(dāng)前亟待解決問題的是如何促進(jìn)語義網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域與在線教育領(lǐng)域的協(xié)同合作。顯然,最好的方式之一是從以上兩個領(lǐng)域中吸引一批研究人員,組建一個或多個研究團(tuán)隊(duì),從而為推動我國語義慕課向縱深發(fā)展提供充分的人員保障。
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Semantic MOOC: The Development Prospect of MOOC under the Environment of the Semantic Web
Wu Wentao1,2, Zhang Shuyu1
(1. College of Science Education Nanjing Normal University, Nanjing Jiangsu 210097;2. College of Science Education Anhui Normal University, Wuhu Anhui 241000)
Semantic MOOC is also called LOOC, which is an acronym for Linked Open Online Courses. Recently, more and more attention has been drawn to Semantic MOOC, the relevant tests have been started. Semantic MOOC has become an important direction of international online course area. Therefore, in order to enable the domestic scholars to follow the international trends and to carry out related research, it is necessary to make a systematic investigation on Semantic MOOC. Semantic MOOC is the combination of semantic web technology and MOOC, and it is a kind of semantic application for linking MOOC platform. The characteristics of MOOC are related, open, personalized and intelligent. Based on the analysis of the research of Darmstadt Industrial University in German, this paper introduces the key technologies of Semantic MOOC, and tries to construct the complete structure of Semantic MOOC. The key technologies are Resource Description Framework, Web Ontology Language and Simple Protocol and RDF Query Language. The complete structure mainly includes four modules: data acquisition module(for searching data), data conversion module(for transforming data), data correlation module(for linking and storing data) and data utilization module(for using data). In the future, the research and practice of semantic MOOC should be promoted from aspects of resource construction, local experiment and technology transfer. In the process of advancing Semantic MOOC, it should positively cope with the challenges, such as problems of intellectual property rights, problems of technical development and problems of team building.
Semantic MOOC; Semantic Web Technology; MOOC; LOOC; Online Courses
G434
A
吳文濤:在讀博士,講師,研究方向?yàn)樾畔⒓夹g(shù)與課程整合、媒介素養(yǎng)教育(owen2015@qq.com)。
張舒予:教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)橐曈X文化與媒介素養(yǎng)。
2016年6月14日
責(zé)任編輯:李馨 趙云建
1006—9860(2016)09—0051—08
* 本文系2016年江蘇省普通高校學(xué)術(shù)學(xué)位研究生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目“語義網(wǎng)環(huán)境下MOOC學(xué)習(xí)資源庫的設(shè)計(jì)研究”(項(xiàng)目編號:KYLX16_0707)研究成果。