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摘要:當(dāng)前不同高校使用的多媒體遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、類語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的互相結(jié)合，對(duì)系統(tǒng)中存在的知識(shí)信息作出歸納與表示。文章以語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用為指導(dǎo)，將遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)抽象的二維數(shù)據(jù)信息，轉(zhuǎn)化為語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)之間的類關(guān)聯(lián)，進(jìn)行智能教學(xué)系統(tǒng)中領(lǐng)域知識(shí)、邏輯知識(shí)的分離，建構(gòu)起知識(shí)表示、教學(xué)推理開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，帶動(dòng)傳統(tǒng)課堂教學(xué)向網(wǎng)絡(luò)教學(xué)轉(zhuǎn)變，從而達(dá)到較好的遠(yuǎn)程教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞:新型遠(yuǎn)程教育系統(tǒng);語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)技術(shù);應(yīng)用;研究
語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中的本體語(yǔ)言編碼，主要通過(guò)將現(xiàn)實(shí)存在的特定事物，以抽象方式進(jìn)行系統(tǒng)化描述，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠讀取與處理的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)固定形式知識(shí)的共同認(rèn)可。而語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入到新型遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中，利用Web表示層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、服務(wù)層等多層架構(gòu)的建立，加快知識(shí)表示、教學(xué)方法、問(wèn)題求解與推理等系統(tǒng)模塊的功能融合，滿足遠(yuǎn)程教學(xué)目標(biāo)制定、教學(xué)實(shí)施、互動(dòng)交流和檔案管理的需求。
1語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)(Web)服務(wù)的概述及主要結(jié)構(gòu)
1.1Unicode、URI層
語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)作為萬(wàn)維網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展方向，其將多種網(wǎng)站、語(yǔ)言、應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，將Web上的自然語(yǔ)言信息，轉(zhuǎn)化為能夠被機(jī)器理解、處理與共享的數(shù)據(jù)。Unicode、URI為語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的*底層，也是機(jī)器語(yǔ)義表達(dá)轉(zhuǎn)換與實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。Unicode是通用字符集編碼，其涵蓋Web網(wǎng)絡(luò)中所有的語(yǔ)言、文字與字母內(nèi)容，可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)存在的多種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)一編碼。而URI則包括統(tǒng)一資源定位(URL)、統(tǒng)一資源名稱(URN)等子集，可以對(duì)互聯(lián)網(wǎng)任何的HTML文檔、圖像、視頻片段、程序等資源，進(jìn)行標(biāo)識(shí)與定位，提高數(shù)據(jù)資源檢索的準(zhǔn)確性。
1.2XML+XMLSchema層
XML層利用XML標(biāo)記語(yǔ)言，在不同文檔標(biāo)簽上添加xmlns屬性，可以為前綴賦予一個(gè)，與某個(gè)命名空間相關(guān)聯(lián)的限定名稱，這樣將形成多種網(wǎng)絡(luò)資源結(jié)構(gòu)、信息內(nèi)容與數(shù)據(jù)的表現(xiàn)格式分離，確保不同類型元素的準(zhǔn)確描述。而語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中的XMLSche-ma描述，通常存在包含、重定義、導(dǎo)入等機(jī)制，重定義是對(duì)引入的模式文檔組件進(jìn)行重新定義，導(dǎo)入Import主要負(fù)責(zé)其他名稱空間組件的引入。
1.3RDF、Schema層
該層主要用于多種網(wǎng)絡(luò)資源類型、語(yǔ)言的表達(dá)描述，包括Web頁(yè)面標(biāo)題、作者、修改時(shí)期，以及Web文檔版權(quán)、共享資源等的表示。利用XML語(yǔ)法、Web元數(shù)據(jù)，對(duì)Web上任何被標(biāo)識(shí)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行定義與描述，轉(zhuǎn)換為機(jī)器可理解的語(yǔ)義內(nèi)容。
1.4本體層
本體層包括頂層本體、領(lǐng)域本體、任務(wù)本體和應(yīng)用本體等層級(jí)，通常用于描述萬(wàn)維網(wǎng)內(nèi)各種資源的類、關(guān)聯(lián)關(guān)系，其中類指的是某一領(lǐng)域內(nèi)現(xiàn)實(shí)事物的抽象形式，包括對(duì)資源本身語(yǔ)義、不同資源關(guān)聯(lián)性復(fù)雜語(yǔ)義的解釋，以便完成多種計(jì)算機(jī)信息的轉(zhuǎn)換、形式化描述，常用于語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的Ontology語(yǔ)言為OWL編程語(yǔ)言。
2新型遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的總體組成架構(gòu)設(shè)計(jì)
智能遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中教學(xué)模式、信息資源組織等的開發(fā)設(shè)計(jì)，對(duì)整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)施的效果具有影響。因此在互聯(lián)網(wǎng)信息環(huán)境下，構(gòu)建知識(shí)表示、問(wèn)題求解、推理方法于一體的專家系統(tǒng)，易于被廣大用戶群體使用和接受。本文對(duì)于智能遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)，通常設(shè)置課堂情境、課程內(nèi)容教學(xué)、作業(yè)布置、診斷學(xué)習(xí)及信息反饋等環(huán)節(jié)，并對(duì)不同教學(xué)流程的不足、學(xué)生存在的學(xué)習(xí)問(wèn)題作出調(diào)整，新型遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。根據(jù)計(jì)算機(jī)智能遠(yuǎn)程教學(xué)的統(tǒng)一性、系統(tǒng)性原則，將整個(gè)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)封裝為教師模型、學(xué)生模型。其中教師模型內(nèi)存在教學(xué)策略、教學(xué)模塊、診斷模塊、測(cè)試模塊，以及教學(xué)方法庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、題庫(kù)等組成結(jié)構(gòu)，學(xué)生模型則包含學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容、歷史記錄、教學(xué)反饋、評(píng)價(jià)指標(biāo)等，通常用于反映某一時(shí)間段內(nèi)，學(xué)生的專業(yè)知識(shí)掌握情況、學(xué)習(xí)狀態(tài)〔1〕。
3新型遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的組織架構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1Web網(wǎng)絡(luò)層
Web層級(jí)往往處于計(jì)算機(jī)后臺(tái)服務(wù)器的客戶端中，通常包括Web層控制器、校驗(yàn)器、請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)器等組成模塊。新型遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中，利用Servlet、JSP和前端控制器，對(duì)學(xué)生檔案、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)課程、教學(xué)進(jìn)度等資源，作出教學(xué)及教育活動(dòng)管理。其中遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的教學(xué)管理，包含信息查詢、資源添加、資源修改和實(shí)時(shí)交互，一般覆蓋所有的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、過(guò)濾與管理多種用戶會(huì)話(Session)、客戶請(qǐng)求、并轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求。
3.2業(yè)務(wù)層
業(yè)務(wù)層作為一個(gè)本體模型，通常包含包括服務(wù)器、管理器、上下文控制器和BO軟件應(yīng)用程序，被封裝為ManagedBean屬性框架中?，F(xiàn)階段業(yè)務(wù)層本體模型選擇SUNGlassfish、Spring分層架構(gòu)，定義不同資源創(chuàng)建、配置與管理的組件方式，進(jìn)行多種創(chuàng)建對(duì)象的描述、語(yǔ)義查詢服務(wù)，在配置文件中為不同對(duì)象提供組件服務(wù)。其中Spring分層框架的單個(gè)模塊或組件，可以單獨(dú)提供控制與管理活動(dòng)，也可以與其他模塊聯(lián)合進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)，上下文控制包括JNDI接口服務(wù)、EJB集群服務(wù)、電子郵件等功能的提供〔2〕。
3.3服務(wù)層
服務(wù)層主要為Web網(wǎng)絡(luò)層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層的底層，通常用于軟硬件配置、日志處理、異常狀況處理、數(shù)據(jù)綁定等任務(wù)，提供網(wǎng)絡(luò)連接、數(shù)據(jù)傳輸與處理等功能服務(wù)。
4新型遠(yuǎn)程教育的網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)義查詢流程與運(yùn)行原理
遠(yuǎn)程教育語(yǔ)義查詢子系統(tǒng)中，本體庫(kù)主要負(fù)責(zé)Jena應(yīng)用程序接口調(diào)用，以及查詢語(yǔ)言檢索、本體數(shù)據(jù)資源修改和存儲(chǔ)、語(yǔ)義數(shù)據(jù)庫(kù)的操作，也是語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心，能夠?qū)崿F(xiàn)多種教學(xué)知識(shí)的查詢、獲取。其中知識(shí)查詢是將結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，包括Web網(wǎng)頁(yè)資源、教學(xué)課件、在線課堂作業(yè)等內(nèi)容，自動(dòng)分類、添加到遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)上;而知識(shí)獲取則是對(duì)不同類型的數(shù)據(jù)資源，作出標(biāo)準(zhǔn)化處理后存儲(chǔ)至本體庫(kù)，具體知識(shí)查詢、獲取流程如圖2所示〔3〕。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)查詢、獲取等的過(guò)程，即為本體層級(jí)中不同本體的開發(fā)設(shè)計(jì)、集成驗(yàn)證流程，以及對(duì)不同開發(fā)資源作出增量引入與迭代。首先設(shè)定問(wèn)題描述框架，定義教學(xué)系統(tǒng)范圍、信息查詢?nèi)蝿?wù)、知識(shí)管理目標(biāo)，將多種教學(xué)課件、圖像、視頻、郵件等文本，轉(zhuǎn)換為能夠結(jié)構(gòu)化分析的數(shù)據(jù)報(bào)告。其中頂層本體、領(lǐng)域本體、任務(wù)本體和應(yīng)用本體的開發(fā)設(shè)計(jì)，是根據(jù)確定的規(guī)則機(jī)制，對(duì)控制詞表進(jìn)行提取、識(shí)別，以及本體庫(kù)內(nèi)不同個(gè)體知識(shí)圖譜的集成，來(lái)完成現(xiàn)有教學(xué)模型的修改和擴(kuò)充，自動(dòng)生成本體教學(xué)數(shù)據(jù)。
4.1RDF類的定義與運(yùn)行原理
在不同類資源描述的過(guò)程中，通常使用Protege等軟件，以及OW、RDF本體描述語(yǔ)言。其中RDF作為Web網(wǎng)絡(luò)上的資源描述框架，涵蓋多個(gè)不同個(gè)體集合，如學(xué)科屬性、繼承/被繼承關(guān)系等特征，因而RDF類主要用于不同實(shí)體、實(shí)體語(yǔ)義聯(lián)系等的清晰表達(dá)。當(dāng)前新型遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)內(nèi)，通常將RDFschema作為某類事務(wù)的總體概念，囊括Web頁(yè)面、文檔類型、數(shù)據(jù)庫(kù)及其他抽象概念，類的描述過(guò)程中使用RDFsclass、RDFsresource、RDFstype、RDFssubclas-sof等，并在類資源定義時(shí)制定一個(gè)URI參照ex:。但由于大學(xué)專業(yè)課程的學(xué)科較多，不可能為每個(gè)學(xué)科建立單獨(dú)的定義類，所以定義四個(gè)基礎(chǔ)類包括Parts類、Course類、Performance類、profile類等。其中Course類描述教學(xué)基本知識(shí)塊、Parts類描述課程章節(jié)，Parts類繼承Course類的必要約束條件，借助于isPartOf與其他課程知識(shí)塊、章節(jié)建立連接。Per-formance類用于描述課堂教學(xué)的執(zhí)行、完成情況，通過(guò)hasFinished屬性與Course類建立連接關(guān)系，表明某一課程被完成〔4〕。
4.2Profile類的運(yùn)行原理
Profile類、Goal類和Performance類等，主要對(duì)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況作出描述。Profile類用于描述學(xué)生檔案信息，包括hasGoal、hasPerformance等必要約束條件，也就是說(shuō)Profile類為Goal類和Perform-ance類的包含條件，學(xué)生檔案中包含學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)表現(xiàn)，Profile類包含的具體屬性如表1。表1Profile類包含的屬性及描述一般新型遠(yuǎn)程教學(xué)的教育本體庫(kù)中，不僅包括學(xué)生檔案類、學(xué)習(xí)目標(biāo)類和學(xué)習(xí)表現(xiàn)類，還存在很多本體子屬性層級(jí)，包含學(xué)生姓名、學(xué)習(xí)成績(jī)、課堂表現(xiàn)、自主學(xué)習(xí)情況等個(gè)人信息屬性。其中學(xué)習(xí)目標(biāo)類(Goal)用于描述教學(xué)計(jì)劃，屬性為HasCovered、hasGoalName、isGoalOf;學(xué)習(xí)表現(xiàn)類(Performance)用于描述課程進(jìn)度、教學(xué)進(jìn)度〔5〕。
4.3新型遠(yuǎn)程教育的教學(xué)資源處理、教學(xué)管理的執(zhí)行流程
高校遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中的教育管理需求，通常包含知識(shí)查詢、知識(shí)維護(hù)、數(shù)據(jù)檢索等管理操作，分為查詢請(qǐng)求處理、生成對(duì)象元數(shù)據(jù)、調(diào)用數(shù)據(jù)管理等流程。在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)Web層、業(yè)務(wù)層等層級(jí)，圍繞Pro-file、Goal、RDF、Course等類資源，涵蓋學(xué)生姓名、性別、年齡、學(xué)號(hào)，以及課程編號(hào)、課程標(biāo)題、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)進(jìn)度等描述信息，通過(guò)查詢控制端口發(fā)送查詢請(qǐng)求，對(duì)本體語(yǔ)義知識(shí)作出轉(zhuǎn)換、分析。之后將結(jié)構(gòu)化分析、過(guò)濾后的知識(shí)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)至管理類控制數(shù)據(jù)庫(kù)之中，具體流程如圖3所示〔6〕。
5結(jié)語(yǔ)
基于語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)，是利用本體的共享形式化類型及其屬性，對(duì)系統(tǒng)中的二維信息資源、業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過(guò)結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)或業(yè)務(wù)處理方式，有效地提升網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程信息資源的使用價(jià)值。因此語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，引入到新型遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中，可以形成多種專業(yè)課程知識(shí)作出領(lǐng)域數(shù)據(jù)、邏輯數(shù)據(jù)分離，構(gòu)建起知識(shí)庫(kù)、教學(xué)策略庫(kù)、教學(xué)方法庫(kù)、師生交互界面等組成構(gòu)架，保證每個(gè)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)信息傳輸、存儲(chǔ)，符合高校不同專業(yè)課程教學(xué)的多樣化需求。
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作者：張德洪 單位：集美大學(xué) 師范學(xué)院
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