智慧型課程本體知識庫的構建與應用
——以《初中數學》課程本體為例

☆柏茂林

（渤海大學教育與體育學院，遼寧錦州121000）

智慧型課程本體知識庫的構建與應用
——以《初中數學》課程本體為例

☆柏茂林

（渤海大學教育與體育學院，遼寧錦州121000）

隨著教育信息化的高度發展，“互聯網+教育”成為當今教育發展的必然趨勢，現如今教育界大力提倡的智慧教育就是在這一趨勢下產生和發展起來的。智慧教育的核心在于智慧型課程的構建，而基于網絡的智慧型課程是時代發展的必然選擇，是實現精準教學和個性化學習的重要舉措，并符合智慧教育的本質要求。基于網絡智慧型課程的構建離不開課程本體知識庫的支持，課程本體知識庫是實現基于網絡智慧型課程通過對學習者分析來智能查詢并推薦個性化學習內容的基礎。本文以初中數學本體知識庫的構建與應用為例，探索基于網絡并以本體知識庫為基礎的智慧型課程的現實意義。

智慧型課程；本體知識庫；個性化學習

現如今，隨著計算機技術的不斷發展，傳統的授課與學習方式正在被顛覆，取而代之的是一種基于互聯網的教學與學習方式——網絡學習，網絡學習相較于傳統意義上的教學方式具有講學異步、節省時間和空間等優點，并且網絡學習相比于傳統意義上的教學方式最大的優勢就是學習資源十分廣泛，可以更容易地獲取到所需要的學習資源。但是，傳統的授課方式是有一定針對性的，教師可以根據課堂情況以及學生們的掌握程度對教學內容進行調整，具有一定的針對性，這一點是現如今網絡學習所不具備的，即現有的網絡學習還不夠智能，不能對學習者真正需要的課程學習資源進行智能推送。現有的課程學習資源在網絡學習平臺上的呈現方式大多只是簡單的堆積或機械的推送，智能的學習服務在這種平臺上是無法實現的。當下計算機技術的發展十分迅速，其對整個城市的建設以及發展的作用越來越大，已經滲透到各行各業，現如今的智慧教育就是教育與計算機技術相結合的一個重要的發展趨勢，是今后教育發展的主旋律。而解決網絡學習平臺智能服務問題是實現智慧教育的重要舉措，這一功能的實現離不開學習資源本體知識庫的支持。本體知識庫的構建是學習資源語義化和智能學習服務的前提和基礎，要想對網絡課程資源進行語義描述，使其可以被機器所“理解”和智能處理，從而變得智能起來以達到智慧型課程的目的，首先就要構建課程本體知識庫。本文擬以初中數學本體知識庫的構建與應用為例，運用目前比較成熟的“七步法”構建具有較好擴展性的課程本體，定義若干基本概念、概念的屬性、概念之間的關系、推理規則以及相關實例，探索基于網絡并以本體知識庫為基礎的智慧型課程的現實意義。

一、本體論與知識庫

（一）本體（Ontology）

本體（Ontology）可以是一種概念化的、抽象的、可共享的對于某一領域概念及其相互關系的描述，也可以是某一學科的基本知識體系。它是學科知識庫結構的組成依據，具有優化知識結構，增強知識傳遞效率，定義知識間關系，抽象出具體概念的重要作用。但是，對于復雜事物，任何本體都不可能掌控它的全部意義，只能定義它的某些側面知識，或定義一些人們感興趣的知識內容。

（二）知識庫中本體的引入

知識庫最重要的功能就是知識的表示，而對于屬于不同知識范疇的知識庫而言則要選用不同的知識表示方法。而傳統的知識表示方法存在著一些弊端。一方面，由于知識庫中知識量的巨大導致知識在傳遞和共享過程中對知識的描述不統一；另一方面，充斥著大量的原子性知識的環境中，知識與知識之間的組合會出現爆炸，影響復雜知識的表達與推理的準確性。

而在知識工程領域引入本體（Ontology）的概念可使知識庫的沖突消解能力增強，知識原子的組織方式更規律更簡潔更易于查找。在知識庫中，本體很好地描述了知識的結構,它構成了面向該特定領域的知識表示系統的核心，能讓知識共享更加高效和準確。

二、《初中數學》課程本體的構建

當前比較流行的領域本體的創建方法有DEF-5方法、骨架法（Skeletal Methodology）、企業建模法、METH?ONTOLOGY方法、七步法和循環獲取法（Cyclic Acqui?sition Process）等，常用的本體建設工具有基于某種特定的語言的Ontolingua、Onto Saurus、Web Onto和獨立于特定語言的Protégé系列、Web ODE、Onto Edit、Oil Ed等。接下來按照本體構建方法“七步法”的步驟以“三角形”部分為例構建其課程本體知識庫。

（一）確定范圍

由于整個《初中數學》課程本體知識庫的構建較為復雜，本文難以一一詳述，因此，這里選擇其中的具有一定代表性的“三角形”部分為例演示本體的構建過程。

（二）考慮復用

目前，初中數學領域還沒有比較成熟規范的本體范例可供直接使用，而且《中國圖書資料分類法》也沒有提供初中數學詳細的概念框架，所以，這里選擇手動新建這一本體。

（三）列舉術語

對于“三角形”本體本文共設置（如圖1）的10個概念實體。

（四）定義分類

設置三角形為高層概念本體，等邊三角形、直角三角形、等腰三角形這三個主要的三角形類別被設為第二層本體，其中以等腰三角形為例，等腰三角形的題、技巧、策略、判定、性質、定義這六個概念類為第三層本體，圖1的6個葉子節點則作為相應概念類的實例。

圖1 三角形概念實體關系圖

（五）定義屬性

圍繞上述概念和實例以及實際應用需求，本文共定義了ID、不同版本所屬章節、內容、提示、提示答案、答案、課時、難度8個數據屬性和使用、相似這兩個對象屬性。

（六）定義側面

本文對各同層概念類進行了互斥性約束，并且定義使用為傳遞屬性，定義相似為對稱屬性，還定義了其他基數約束。

（七）定義實例

本文分別為等腰三角形的題、技巧、策略、判定、定義、性質共定義了六個實例。整個課程本體的構建都是在本體開發工具Protege中進行的，最終構建的本體結構如圖2。

圖2 三角形本體結構圖

三、課程本體的應用——基于網絡的智慧型課程

（一）基于網絡的智慧型課程的內涵

基于網絡的智慧型課程是“互聯網+教育”這一大背景下的關鍵部分，也是智慧教育的核心，它是傳統的課程與互聯網的完美結合，由于這一課程是以本體知識庫為基礎，使得它能夠分析并從知識庫中提取學習者所需的內容，相比于傳統的慕課、微課、翻轉課更具有智慧性。它的智慧性體現在兩方面：一方面，對于教師而言，通過智慧型課程對學生的智能分析，教師可以發現學生知識的薄弱點，從而在今后的教學中更加注重對學生知識薄弱點的講授，從而實現智慧教學；另一方面，對于學生而言，由于這一課程可以按照特點向不同的學生推送不同的學習內容，因材施教并針對學生的弱點推送相應的知識，學生可以智慧的學習來實現全面發展。

（二）基于網絡的智慧型課程的特點

基于網絡的智慧型課程主要關注發掘人的潛能，并根據潛能的不同創設出最適合的課程來促進人的優勢發展，從而讓每個人發展成為最好的自己，基于網絡的智慧型課程體系可以賦予每個人按照自己的個性自由選擇課程的權利，在這一體系下每個人都可以找到一條屬于自己的個性化發展之路，從而實現自我充分而全面的發展，基于網絡的智慧型課程不等同于“智育課程”，它所提倡的智慧是課程本身的“智慧本質”，是獨立于知識之外培養“智慧人”的價值取向。相較于傳統課程，基于網絡的智慧型課程具有如下特點。

1.智慧性

基于網絡的智慧型課程體系著力研究教師教的智慧與學生學的智慧，充分利用互聯網這一工具及以本體知識庫為基礎的個性化分析處理并推送課程功能，從而實現學生的個性化學習并促進學生的全面發展。

2.選擇性

整個課程體系使學生具有可以按照自己的個性特征自由選擇課程的權利，除此之外，學生還可以自由選擇適合自己的學習方式、學習內容、評價方式、測試形式等內容，使學生充分發揮自主權利，智慧的去學習。

3.多元性

多元性即培養學生的多元能力和智慧。在這一課程體系之中，學生學到的不僅僅是課程的本身，還學會了自主學習、自主安排學習內容、自主掌握學習進度、自主進行測試和評價。這些能力有效地促進了學生的全面發展，使學生成長為可以智慧學習的獨立人。

4.生成性

在這一課程體系下，學習內容并不是一成不變的，是隨著學習者知識的掌握程度而動態生成的，這樣有利于學生每一個階段的學習。

5.研創性

學習者可以自主研究和創造更適合自己的學習進度、學習內容、測試形式。

6.虛擬性

整個體系是建立在互聯網上的一個虛擬平臺，能夠幫助學生更好的根據自己內心的想法去設計并完成課程的學習。

（三）基于網絡的智慧型課程的現實意義

基于網絡的智慧型課程是對傳統授課方式以及學習方式的顛覆，它最主要強調的是個性化，對于學生而言它的意義主要體現在個性化學習方面，學生學習這種課程完全是在網絡環境下進行個性化學習的一種方式，學生學習的自主性和靈活性在該課程的學習過程中得到了很好的體現。所謂自主性是指學習者可以自主地學習基于網絡的智慧型課程，強調學習者在學習過程中的主體地位，學習者對于自己的學習活動擁有絕對的控制權，并可以根據自己的個性特點找到適合自己的學習方式與學習內容。靈活性是指學生學習該課程的整個過程是靈活開放的，在學習的過程中可以靈活掌握學習時間、根據自身情況調整學習難度、并制定出適合自己的學習計劃，這些都由學習者來靈活處理。總之，基于網絡的智慧型課程可以根據學生的不同特征因材施教，讓學生擁有絕對的自主權與靈活性，讓學生真正成為自己學習的主人，學生可以根據自身特點控制自己的學習，并可以自我獲取知識，更新知識。對于教師而言它的意義主要體現在精準教學方面，它根據學習者在課程學習過程中的學習情況，準確地分析出學習者個人需求、特點以及知識掌握程度并推送對應的學習材料，從而大大縮短學生的學習時間，提高教師的教學效率與教學效果。

四、結論

現如今，隨著社會的進步以及各行各業的快速發展使得人們對于知識的需求量不斷增加，人們的學習服務需求不斷擴大，傳統的學習方式已經不能滿足當今學習者對于知識快捷、精確的獲取，這對于教育界而言是契機也是挑戰，而以本體知識庫為基礎的智慧型課程的應用就很好地解決了人們對知識的“特殊需求”，它能滿足學習者對知識的個性化需要，并讓學習者真正成為學習的主人，對于自己的學習內容、學習進度、學習難度擁有絕對的控制權，這也大大提升了學習者的學習效率，也可以調動學習者的學習積極性和學習興趣，讓學習者有興趣并快樂的完成需要掌握的學習任務，并且智慧型課程的構建是當前以及未來智慧教育的核心，符合未來教育的發展方向，具有重要的實際意義。本文以《初中數學》課程本體的構建為例，運用“七步法”和本體開發工具Protege構建了課程本體，并探索了以本體知識庫為基礎的基于網絡的智慧型課程對于實現個性化學習和精準教學的重要意義，這些探索是對未來實現智慧教育的有益嘗試。

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[3]段汝林.網絡課程本體知識庫的構建與應用——以《教育技術學》課程本體為例[J].廣東青年職業學院學報,2013,(01):60-64.

[編輯：閆長松]

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