梁曉蓮 章正輝

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資產(chǎn)處 湖南 長(zhǎng)沙 410128；2.長(zhǎng)沙市中等城鄉(xiāng)建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)校 湖南 長(zhǎng)沙 410134）

近年來(lái)，基于網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)與學(xué)習(xí)得到了廣泛普及，各種網(wǎng)絡(luò)課程、電子教案、學(xué)習(xí)課件等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)使用的學(xué)習(xí)資源越來(lái)越多.由于這些學(xué)習(xí)資源都是分布在網(wǎng)絡(luò)各地的服務(wù)器上，用戶在檢索學(xué)習(xí)資源時(shí)存在很大的難度.為了解決分布式學(xué)習(xí)資源的共享和檢索問(wèn)題，學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是其中的一個(gè)重要內(nèi)容，它提供了一種統(tǒng)一的描述學(xué)習(xí)資源內(nèi)容的方法.通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)資源的統(tǒng)一描述文件(學(xué)習(xí)對(duì)象元數(shù)據(jù))進(jìn)行檢索，檢索系統(tǒng)將用戶輸入的關(guān)鍵字與元數(shù)據(jù)描述文件(一般是XML文件)中的關(guān)鍵字進(jìn)行精確匹配，找到用戶需要的學(xué)習(xí)資源的XML描述文件.由于XML文件可以在分布式系統(tǒng)中很方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，學(xué)習(xí)者可以很方便地重用和檢索分布式的學(xué)習(xí)資源.本文對(duì)學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)以及學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)與本體結(jié)合的相關(guān)研究進(jìn)行介紹，研究本體與學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)結(jié)合的方法.并結(jié)合具體的ACM計(jì)算機(jī)領(lǐng)域分類本體，構(gòu)建結(jié)合學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)本體和學(xué)習(xí)內(nèi)容領(lǐng)域本體的學(xué)習(xí)資源本體，同時(shí)時(shí)了學(xué)習(xí)資源本體的語(yǔ)義進(jìn)行描述.

1 學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)

學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)為學(xué)習(xí)資源內(nèi)容的描述提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)、普遍的描述方法，是關(guān)于內(nèi)容的描述信息.目前比較重要的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)有IEEE LOM［1］，ADL SCORM［2］， IMS LRM［2］，Dul in DC［4］以及我國(guó)的 CELTSC［5］等.

2 學(xué)習(xí)資源本體

2.1 學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)的語(yǔ)義描述

學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)的描述一般采用與XML(eXtensible Markup Language)綁定的形式.學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)的XML綁定將LOM元數(shù)據(jù)如General,Educational等用XML的元素表示，將元數(shù)據(jù)的層次用XML的數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)表示.XML的數(shù)據(jù)模型可以用樹(shù)狀圖形結(jié)構(gòu)來(lái)表示數(shù)據(jù)的層次，因此學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)的XML綁定是一種詞義描述.

針對(duì)XML在表示元數(shù)據(jù)時(shí)語(yǔ)義缺失的問(wèn)題，Nilsson［6］提出了一種 IEEE Learning Object Metadata(LOM)或者都柏林核心元素?fù)?jù)標(biāo)準(zhǔn)與RDF(Resource Description Framework)綁定的學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)語(yǔ)義描述方法.該方法采用面向?qū)ο蟮脑?，將LOM元數(shù)據(jù)看成對(duì)象，而元素之間的關(guān)聯(lián)可以看成是對(duì)象的屬性.同時(shí)，元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型可以用RDF的三元組來(lái)表示，將元數(shù)據(jù)表示成(主語(yǔ)、謂詞、賓語(yǔ))具有一定語(yǔ)義的解釋模型結(jié)構(gòu).該方法的優(yōu)點(diǎn)是在元數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，增加了語(yǔ)義的顯性解釋.這種“解釋”可以在查詢RDF綁定的元數(shù)據(jù)時(shí)，起到語(yǔ)義增值和語(yǔ)義推理的作用.目前，IEEE LTSC己經(jīng)開(kāi)始研究制定IEEE LOM與RDF綁定的信息模型.

為了解決學(xué)習(xí)資源語(yǔ)義描述中本體詞匯的多樣性問(wèn)題，Dragan Gasevi等[7-10]提出利用簡(jiǎn)單知識(shí)組織系統(tǒng)(SKOS)來(lái)規(guī)范學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)的描述詞匯.SKOS［11］是由萬(wàn)維網(wǎng)聯(lián)盟(W3C)開(kāi)發(fā)的一種描述概念模型(如術(shù)語(yǔ)詞典、本體、分類系統(tǒng)、模式等)的基本內(nèi)容和結(jié)構(gòu)統(tǒng)一描述詞匯.它利用RDF的圖形或者描述語(yǔ)言，利用定義的通用詞匯來(lái)統(tǒng)一描述本體的內(nèi)容與結(jié)構(gòu)，如SKOS核心詞匯集(SKOS Core)中的skos:concept表示本體的概念或者元素，skos:subject表示RDF三元組的主語(yǔ)，skos:narrower表示本體中兩個(gè)元素的關(guān)系是 “屬于”關(guān)系，skos:broader表示本體中兩個(gè)元素的關(guān)系是'包含“關(guān)系.除了SKOS核心詞匯外，W3C還制定了SKOS映射集(SKOS Mapping)用來(lái)描述不同本體之間的映射，SKOS擴(kuò)展集(SKOS Extension)用來(lái)補(bǔ)充SKOS核心集難以表達(dá)的詞匯.這樣，不同組織、不同結(jié)構(gòu)的本體使用SKOS的詞匯集可以實(shí)現(xiàn)異構(gòu)本體的統(tǒng)一描述和映射.

2.2 學(xué)習(xí)資源本體模型構(gòu)建

Stojanovic［12］提出了教育語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中學(xué)習(xí)資源本體建模的三個(gè)維度，即學(xué)習(xí)資源內(nèi)容本體，學(xué)習(xí)資源上下文本體，學(xué)習(xí)資源結(jié)構(gòu)本體.其中學(xué)習(xí)資源內(nèi)容本體用來(lái)說(shuō)明學(xué)習(xí)資源的具體內(nèi)容，表現(xiàn)形式是某一具體學(xué)習(xí)資源(如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò))的領(lǐng)域本體，可以解決具體學(xué)習(xí)資源內(nèi)容的一詞多義、異詞同義和概念相關(guān)問(wèn)題.它可以改變傳統(tǒng)的關(guān)鍵字檢索學(xué)習(xí)資源的方法，實(shí)現(xiàn)基于概念相關(guān)為基礎(chǔ)的語(yǔ)義檢索.學(xué)習(xí)資源上卜文本用來(lái)說(shuō)明學(xué)習(xí)資源的表現(xiàn)方式，例如學(xué)習(xí)資源是表現(xiàn)為介紹性文字還是討論性文字，學(xué)習(xí)資源是表現(xiàn)為圖表形式還是文字形式，是表現(xiàn)為PPT還是Word，類似于這種學(xué)習(xí)資源表現(xiàn)方式的問(wèn)題都可以用學(xué)習(xí)資源上下文本體來(lái)描述.學(xué)習(xí)資源結(jié)構(gòu)本體用來(lái)說(shuō)明學(xué)習(xí)資源的結(jié)構(gòu)語(yǔ)法，以便將細(xì)粒度的學(xué)習(xí)單元組裝成一個(gè)符合學(xué)習(xí)者需求的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源(如一門課程或是一個(gè)課件).這種用戶定制的學(xué)習(xí)資源利用體現(xiàn)學(xué)習(xí)者的意圖、教師的教學(xué)設(shè)計(jì)理念的結(jié)構(gòu)性描述，將細(xì)粒度的學(xué)習(xí)單元利用Prev,Next,isbased-on等學(xué)習(xí)單元的內(nèi)在語(yǔ)義、因果關(guān)系來(lái)形成整體的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源.目前國(guó)內(nèi)外大部分的研究集中在學(xué)習(xí)資源內(nèi)容本體上，如ACM計(jì)算機(jī)課程本體(ACM Computer Classification System,ACM CCS)是目前比較具有影響力的學(xué)習(xí)資源內(nèi)容本體.

Dragan Gasevic［7-9］將學(xué)習(xí)資源看成由學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)資源內(nèi)容組成，其中學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)是關(guān)于學(xué)習(xí)資源內(nèi)容的信息，例如標(biāo)題、作者、主題等.學(xué)習(xí)資源內(nèi)容是學(xué)習(xí)資源所涉及的領(lǐng)域，例如數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)科、物理學(xué)科等.本文在Dragan Gasevic學(xué)習(xí)資源本體模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合元數(shù)據(jù)本體和領(lǐng)域本體，形成學(xué)習(xí)資源本體.并對(duì)元數(shù)據(jù)本體和領(lǐng)域本體進(jìn)行了實(shí)例化，分別以IEEE LOM元數(shù)據(jù)和ACM CSS計(jì)算機(jī)學(xué)科領(lǐng)域本體作為具體的元數(shù)據(jù)本體和領(lǐng)域本體，將二者有機(jī)的組合在一起形成計(jì)算機(jī)學(xué)科的學(xué)習(xí)資源本體.關(guān)于學(xué)習(xí)資源本體的形成過(guò)程模型如圖1所示.

學(xué)習(xí)資源本體在IEEE LOM標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上對(duì)元數(shù)據(jù)的類和屬性進(jìn)行了轉(zhuǎn)換，在本體的表示層面上，使用本體描述語(yǔ)言和RDF圖形來(lái)表示學(xué)習(xí)資源本體.由于在LOM中只有類和屬性，所以學(xué)習(xí)資源本體的一個(gè)主要任務(wù)就是對(duì)類和屬性的關(guān)系進(jìn)行了定義，本文利用本體描述語(yǔ)言中的subclass,equivalence等幾種語(yǔ)義關(guān)系.圖2顯示了在圖1學(xué)習(xí)資源本體模型基礎(chǔ)上構(gòu)建的部分學(xué)習(xí)資源本體.

圖1 學(xué)習(xí)資源本體模型

圖2 部分學(xué)習(xí)資源本體

其中“LR”是學(xué)習(xí)資源本體的頂層元素，因?yàn)槭褂玫氖荓OM元數(shù)據(jù)描述學(xué)習(xí)資源，所以LR的元數(shù)據(jù)屬性的取值是LOM.根據(jù)IEEE LOM標(biāo)準(zhǔn)，LOM 元素包含“Educational”，“General”，“Technical”，and “Classification”等 9 個(gè)元素，LOM 元素和這9個(gè)元素之間的語(yǔ)義關(guān)系是“HasElement”.元素“Educational”和LOM元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中“教育”特性的語(yǔ)義一樣，表示學(xué)習(xí)對(duì)象的教學(xué)信息，如終端用戶的學(xué)習(xí)層次(小學(xué)、初中、高中).它是學(xué)習(xí)資源本體不同于其它領(lǐng)域本體的主要特征.“General”給出了所有學(xué)習(xí)資源通用信息的集合，它土要描述學(xué)習(xí)資源的語(yǔ)言、標(biāo)題、關(guān)鍵字、標(biāo)識(shí)符等.“Techni-cal”表示學(xué)習(xí)資源的格式、大小以及軟硬件架構(gòu)需求，它與學(xué)習(xí)資源的運(yùn)行時(shí)狀況相關(guān).“Classification”表示學(xué)習(xí)資源和具體專業(yè)領(lǐng)域的關(guān)系，主要表示學(xué)習(xí)資源的內(nèi)容特性，它代表學(xué)習(xí)資源內(nèi)容本體的特性.

2.3 學(xué)習(xí)資源本體的語(yǔ)義表示

對(duì)于學(xué)習(xí)資源本體的描述，本文采用RDF描述語(yǔ)言，并結(jié)合定義的學(xué)習(xí)資源本體中的詞匯來(lái)進(jìn)行描述，根據(jù)定義的學(xué)習(xí)資源本體，對(duì)學(xué)習(xí)資源(Learning Resources)的命名空間作如下定義：

xmlns:lr-base=“http://remoteedu.edu.cn/lr--base”(Base)

xmlns:lr-general=“http://remoteedu.edu.cn/lr--general”(General)

xmlns:lr-lifecycle=“http://remoteedu.edu.cn/lr--lifecycle”(Lifecycle)

xmlns:lr-metametadata=“http://remoteedu.edu.cn/lr-metametadata”(Meta-metadata)

xmlns:lr-technical=“http://remoteedu.edu.cn/lr-technical”(Technical)

xmlns:lr-educational=“http://remoteedu.edu.cn/lr-educational”(Educational)

xmlns:lr-rights=“http://remoteedu.edu.cn/lrrights”(Rights)

xmlns:lr-relation=“http://remoteedu.edu.cn/lrrelation”(Relation)

xmlns:lr-annotation=“http://remoteedu.edu.cn/lr-annotation”(Annotation)

xmlns:lr-classification=“http://remoteedu.edu.cn/lr-classification”(Classification)

其中對(duì)學(xué)習(xí)資源本體lr的每一個(gè)屬性都作了定義.上圖中顯示了lr的根目錄的清單.例如對(duì)于Description中標(biāo)題的描述，用RDF表示為:

＜rdf:Description rdf:about=“http://www.remoteedu.edu.cn/”＞

＜LR:tiitle xml:lang=“en”＞A test＜/LR:title＞

＜/rdf:Description＞

筆者在Dragan Gasevic,Marek Hatala等人提出的學(xué)習(xí)資源元數(shù)據(jù)與學(xué)習(xí)內(nèi)容領(lǐng)域本體層次模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展.結(jié)合元數(shù)據(jù)本體和領(lǐng)域本體，形成了學(xué)習(xí)資源本體，并對(duì)元數(shù)據(jù)本體和領(lǐng)域本體進(jìn)行了實(shí)例化，分別以IEEE LOM元數(shù)據(jù)和ACM CSS計(jì)算機(jī)學(xué)科領(lǐng)域本體作為具體的元數(shù)據(jù)本體和領(lǐng)域本體，結(jié)合本體建模原則，將二者有機(jī)的組合在一起形成面向ACM CSS計(jì)算機(jī)學(xué)科領(lǐng)域分類系統(tǒng)的學(xué)習(xí)資源本體.與現(xiàn)有的學(xué)習(xí)資源本體相比，本文提出的本體模型更加全面和具體，而且主要是面向?qū)W習(xí)資源的語(yǔ)義檢索.學(xué)習(xí)資源本體模型的提出為本體匹配算法的研究以及基于匹配算法的教育知識(shí)語(yǔ)義檢索系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供理論基礎(chǔ).

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