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基于语义Web的网络教学知识管理系统解析

论文关键词：语义Web;网络教学;知识管理系统;本体

论文摘要：探讨基于语义Web的网络教学知识管理系统，设计和实现包括教学、档案管理、目标制定、进度管理等主要功能的原型系统，探索本体技术在知识管理领域使用中的解决方案。

1引言

随着信息技术的发展，网络教学已成为世界各国教育改革和发展的重要趋势。充分利用网络资源构建教育服务体系，推进网络教学及教研，提高区域整体教育水平已成为教育信息化建设的一项重要研究课题。网络教学可以通过网络化手段为学生提供全天候的教育服务，为学生提高知识素质、工作能力和学术水平创造条件。近年来，网络教学在我国高校逐步得到广泛应用。但是，现有网络教学系统大多是将学习资源放在网上，学习者需自行进行学习。网络教学系统的最大难题在于无法实现积累、应用、共享、交流和创新知识的功能，尤其是缺乏学习者对隐性知识挖掘的支持。而且，网络教学应用研究与发展将受到新型网络服务体系结构的影响，网络教学应用中更为重要的是，应该挖掘知识背后的各种深层次应用模式和规律，并在模式及其建构的层次实现教学，以培养学习者的学习能力。为解决上述问题，需要引进知识管理的思路，设计网络教学知识管理系统。

随着知识经济时代的来临，知识管理成为一个热门的前沿领域。由于知识管理是管理领域的新生事物，所以目前还没有一个被大家广泛认可的定义。达文波特(Davenport T指出:“知识管理真正的显著方面分为两个重要类别:知识的创造和知识的利用。”艾莉(Verna Allee)对知识管理的定义是“帮助人们对拥有的知识进行反思，帮助和发展支持人们进行知识交流的技术和企业内部结构，并帮助人们获得知识来源，促进他们之间进行知识的交流”。

自从W3C ( World Wide Web Consortium)于2004年2月最终公布了关键技术标准，语义网技术在各领域的应用引发了业界人士广泛的探讨和尝试。在国外，Semagix开发的FREEDOM系统实现了基于语义关系的查询系统，帮助用户处理非结构化数据和管理商业资料，通过本体内的语义联系把查询结果维持在问题域内。但是该系统没有把这种语义查询能力扩充到网络服务的层次[’]。Stanford Medical Informatics的开源项目Proteg‘实现了基于OWL和RDF两种语言的可视化本体构建，配合Racer Systems GmbH&Co. KG的RacerPro可以充分支持包括反关系、OWL推理在内的本体构建。

本文的研究工作集中在基于语义Web的网络教学知识管理系统的开发，设计和实现了一个基于Web层、服务层、业务应用层、集成层和资源层多层架构的原型系统，其中涵盖了教学、档案管理、目标制定、进度管理等主要功能，本体库采用RDF语言简要描述了教学管理各个方面的语义关系。

2关键技术介绍

2. 1语义Web技术

语义Web的概念是由万维网的奠基人Berners—Lee在2000年12月的XML2000会议上提出的，目标是在计算机和人类理解的语义之间建立一种联系，用以满足智能软件代理对互联网上异构和分布信息的有效访问和检索。语义Web是目前万维网的发展方向，语义Web通过元数据和结构化的分类词汇来组织网络资源，并以分层的体系结构扩展了互联网的基本功能，为各种网络软件代理提供了智能化工作的环境。它主要包括下面几个核心层次:

第一层是Unicode和URI，它是整个语义网的基础，Unicode(统一编码)处理资源的编码，URI(统一资源定位器)负责标识资源;第二层是XML+名空间十XML模式，用于表示数据的内容和结构;第三层是RDF + RDF模式，用于描述资源及其类型;第四层是本体词汇，用于描述各种资源之间的联系;第五层是逻辑，在下面四层的基础上进行逻辑推理操作;第六层是验证，根据逻辑陈述进行验证以得出结论;第七层是信任，在用户间建立信任关系。

RDF ( Resource Description Framework)是语义Web的标准语言，它用计算机可以理解的方式表达了短语和概念的含义。RDF在句法中通常使用XML。

2. 2本体

本体(Ontology)一词来源于语义学，它是一系列描述的集合，使用RDF, OWL等标记语言写成，它定义了概念和相关逻辑规则之间的联系。由T. R. Gruber提出、后经R.Studer改进的定义:一个本体是一个概念体系的显示的形式化规范。这个定义包含四层含义:概念模型、明确、形式化和共享。一个典型的本体由有限个概念以及它们之间的关系组成，还包括属性、值约束、不相交描述和对象间逻辑关系的规定。本体提供了对给定领域的一种共识，这种共识对于消除概念差别是必要的。本体通过信息内容及其语义的结合，将网络资源的处理从信息处理的层面提高到了知识处理的层面。根据应用领域的不同可以创建不同的本体，例如本体A可以把“矛盾”定义成包括内涵和外延的逻辑概念，本体B就可能把它定义成发生在春秋战国的历史典故。

3系统设计

3.1需求分析

网络教学知识管理系统的角色包括:学生、教师、管理员。网络教学系统的用例大致可以分为两个类型:教学实践和教学管理。

教学实践一方面包括课程浏览、学习、在线考试/练习等和在线学习直接相关的方面，还包括对知识库的扩充和管理，这一点指的是从电子课件管理、Q&A(问答库)等非结构化数据来源中，通过基于本体的语义分析获取知识，形成结构化知识信息，最终这个教学知识库中的知识储备量将相当于一个教师的知识储备量，甚至超过教师。系统在不断的“答疑”过程中，能够把知识库中不存在的知识发给真正的教师，教师集中解答后的答案会自动地储备到知识库中，即知识库是动态更新的。系统用例图如下图1所示。