基于生物領(lǐng)域本體庫(kù)構(gòu)建研究

李文濤

摘 要：本文基于本體的初中生物學(xué)習(xí)資源庫(kù)語(yǔ)義檢索研究，利用本體技術(shù)結(jié)合相關(guān)教學(xué)理論來(lái)描述學(xué)科知識(shí)庫(kù)，構(gòu)建一個(gè)基于本體知識(shí)庫(kù)的體系結(jié)構(gòu)，通過(guò)知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)，充分利用計(jì)算機(jī)的推理能力。有利于學(xué)科知識(shí)的交叉融合，試圖為教育技術(shù)研究注入新鮮的血液，為先進(jìn)技術(shù)在教育技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用做出一些有益的嘗試。

關(guān)鍵詞：初中生物；本體；領(lǐng)域本體；本體構(gòu)建

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.201

1 本體技術(shù)概述

1.1 領(lǐng)域本體概念

最早關(guān)于本體概念的闡述出現(xiàn)于哲學(xué)研究領(lǐng)域，后來(lái)才逐漸出現(xiàn)在計(jì)算機(jī)學(xué)科領(lǐng)域。目前研究者公認(rèn)的關(guān)于本體的概念是“本體是共享概念模型的明確形式化規(guī)范說(shuō)明”，此定義由Gruber給出[1]。領(lǐng)域本體是專(zhuān)業(yè)性的本體，描述的是特定領(lǐng)域中的概念和概念之間的關(guān)系，提供了某個(gè)專(zhuān)業(yè)學(xué)科領(lǐng)域中概念的詞表以及概念間的關(guān)系。

1.2 本體構(gòu)建原則

本體的構(gòu)建原則為“完全性、一致性、層次變化性、最大單調(diào)可擴(kuò)展性、最小本體化承諾、明確性和客觀性、最小模塊耦合、本體差別原則、同屬性概念具有最小語(yǔ)義距離、命名盡可能標(biāo)準(zhǔn)化”。

1.3 本體構(gòu)建方法

常用的本體構(gòu)建方法大致有以下幾種：Enterprise法、原型法、Tove法、骨架法、Methontology法和七步法等。

1.4 本體描述語(yǔ)言

本體描述語(yǔ)言有：Ontolingua、Flogic、OCML、LOOM、Cycl、XOL、SHOE、OWL、RDFS、OIL、DAML+OIL等。

1.5 本體構(gòu)建工具

本體構(gòu)建工具中，用于可視化構(gòu)建的工具有：Apollo、OntoEdit、WebOnto、Protégé、WebODE等。其中較為廣泛使用的構(gòu)建工具為Protégé，它是一款圖形化的工具，優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、操作方便、上手容易，并且對(duì)模塊化的設(shè)計(jì)也能夠提供支持。

2 構(gòu)建初中生物領(lǐng)域本體庫(kù)

2.1 本體術(shù)語(yǔ)提取

以《中圖分類(lèi)主題詞表》及《初中生物.人民出版社》的體系結(jié)構(gòu)為依據(jù)，抽取出描述生物知識(shí)的概念分支，并將這些分支概念進(jìn)一步細(xì)化為更小的概念。根據(jù)上述方法，以人教版七年級(jí)生物上冊(cè)為例，提取出初中生物領(lǐng)域的術(shù)語(yǔ)（部分）為：生物、生物圈、生態(tài)系統(tǒng)、食物鏈、食物網(wǎng)、生產(chǎn)者、消費(fèi)者、植物器官、營(yíng)養(yǎng)器官、生殖器官、分生組織、保護(hù)組織、機(jī)械組織、輸導(dǎo)組織、營(yíng)養(yǎng)組織等。

2.2 本體類(lèi)層次結(jié)構(gòu)的建立

以人教版七年級(jí)生物上冊(cè)為例，通過(guò)多方面渠道考察研究獲得人教版七年級(jí)生物上冊(cè)的相關(guān)信息資料，通過(guò)領(lǐng)域細(xì)分建立知識(shí)的分類(lèi)體系。根據(jù)建好的類(lèi)層次結(jié)構(gòu)構(gòu)建出對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)本體。后續(xù)為其添加具體知識(shí)點(diǎn)所應(yīng)具有的屬性，例如知識(shí)點(diǎn)名稱(chēng)、知識(shí)概念所屬章節(jié)、知識(shí)難度、知識(shí)目標(biāo)等，最后添加具體的生物知識(shí)點(diǎn)實(shí)例。

2.3 關(guān)系標(biāo)注

本體類(lèi)之間的關(guān)系通過(guò)數(shù)據(jù)屬性和對(duì)象屬性來(lái)描述。對(duì)象屬性分為兩大類(lèi)：“學(xué)習(xí)資源屬性”和“知識(shí)點(diǎn)屬性”。學(xué)習(xí)資源屬性包含“作者姓名”、“出處”、“文件大小”等數(shù)據(jù)屬性；“知識(shí)點(diǎn)屬性”包含“學(xué)習(xí)目標(biāo)”、“課時(shí)”、“難易程度”等。

2.4 形式化編碼

最終將上述的初中生物本體通過(guò)形式化編碼的方式建立好，部分形式化編碼如下所示：

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