淺析本體技術(shù)在多媒體教學(xué)資源管理中的應(yīng)用研究
論文關(guān)鍵字:本體 多媒體教學(xué)資源 管理
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論文摘要:目前多媒體教學(xué)資源的應(yīng)用給教學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)新變革的同時(shí)，也帶來(lái)了資源繁雜、分散、查詢不便等一系列繁瑣問(wèn)題。本文利用本體方法論和本體軟件protege3. 3. 1對(duì)多媒體教學(xué)資源進(jìn)行分析、分類(lèi)、定義屬性、注釋、限定條件和建立關(guān)系等來(lái)構(gòu)建一個(gè)基于OWL語(yǔ)言的本體，實(shí)現(xiàn)對(duì)多媒體教學(xué)資源的高效管理。
一、引言
教學(xué)環(huán)境的信息化是教育現(xiàn)代化的前提，教學(xué)資源的數(shù)字化則是教學(xué)環(huán)境信息化的重要內(nèi)容之一。目前，由于教學(xué)資源分散和結(jié)構(gòu)性匾乏，教師需要付出大量時(shí)間和精力去收集整理教學(xué)所需資源，直接導(dǎo)致教師備課時(shí)間大幅增多，使教師產(chǎn)生抵觸情緒，影響教學(xué)信息化進(jìn)程。因此，組織和管理好多媒體教學(xué)資源是教學(xué)信息化和教學(xué)改革逐步深入的重心，也是現(xiàn)代教育技術(shù)不斷發(fā)展的重點(diǎn)。面對(duì)現(xiàn)有的天量無(wú)序資源，只有充分應(yīng)用信息處理、知識(shí)管理等現(xiàn)代化技術(shù)才可能使教師能在較少時(shí)間內(nèi)找到合適資源，為其帶來(lái)實(shí)實(shí)在在的方便�；诖耍疚闹饕U述了本體方法論和本體軟件protege3.3.1對(duì)多媒體教學(xué)資源進(jìn)行分析、分類(lèi)、定義屬性、注釋、限定條件和建立關(guān)系等方面的應(yīng)用，初步構(gòu)建了一個(gè)基于OWL語(yǔ)言的本體，旨在為實(shí)現(xiàn)多媒體教學(xué)資源高效管理做出有益探索。
二、本體定義和相關(guān)構(gòu)建工具
(一)本體的概念
“本體”最早出現(xiàn)于哲學(xué)領(lǐng)域，是哲學(xué)上的一個(gè)概念，描述事物存在的規(guī)律和本質(zhì)。后來(lái)引入計(jì)算機(jī)界，人們便賦予它新的含義。從1991年Neches等提出的“一個(gè)本體定義了組成主題領(lǐng)域詞匯的基本術(shù)語(yǔ)和關(guān)系，以及用于組合術(shù)語(yǔ)和關(guān)系，以定義詞匯外延的規(guī)則”。此后，本體的概念逐漸深入知識(shí)工程界，并且和早先有著完全不同的含義。在眾多定義中，被廣大學(xué)者接受，在界內(nèi)影響力最大的是Gruber于1993年提出的:“本體是概念化的一個(gè)明確的規(guī)格說(shuō)明”。
(二)本體的描述語(yǔ)言和構(gòu)建工具
關(guān)于本體的描述語(yǔ)言有很多種，目前開(kāi)發(fā)的本體語(yǔ)言主要是基于一階邏輯和描述邏輯語(yǔ)言，以一階邏輯語(yǔ)言為主，主要有以下幾類(lèi):斯坦福大學(xué)知識(shí)系統(tǒng)研究室開(kāi)發(fā)的Ontolingua; Cyc系統(tǒng)的描述語(yǔ)言CycL;基于一階謂詞的高級(jí)編程語(yǔ)言Loom等。另外，基于Web的本體描述語(yǔ)言有馬里蘭大學(xué)開(kāi)發(fā)的簡(jiǎn)單HTML本體擴(kuò)展語(yǔ)言SHOE，美國(guó)SAR國(guó)際人工智能中心開(kāi)發(fā)的XOL，歐洲IST項(xiàng)目On-To-Knowledge開(kāi)發(fā)的OIL } DARPA定義的本體描述語(yǔ)言DAML+OIL} W3C公布的Web本體語(yǔ)言推薦標(biāo)準(zhǔn)OWL等。
目前常用的本體創(chuàng)建和開(kāi)發(fā)工具有以下幾種:斯坦福大學(xué)知識(shí)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的Ontoligua;美國(guó)南加州大學(xué)信息科學(xué)學(xué)院設(shè)計(jì)的Ontosaurus;西班牙馬德里理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院開(kāi)發(fā)的WebODE;美國(guó)斯坦福大學(xué)研制的Protege;德國(guó)卡爾斯魯爾大學(xué)的應(yīng)用信息學(xué)和形式化描述方法研究所開(kāi)發(fā)的KAON等。其中protege使用最為簡(jiǎn)便，且其源代碼開(kāi)放，模塊劃分清晰，提供API接口，擴(kuò)展性強(qiáng)，方便用戶學(xué)習(xí)和使用。用戶可以在其工具站點(diǎn)—http://protege.stanford.edu/，免費(fèi)下載最新版本、插件和相關(guān)文檔資料，所以本文創(chuàng)建本體采用了Protege3.3.1。
三、多媒體教學(xué)資源本體的建構(gòu)
(一)多媒體教學(xué)資源分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)
針對(duì)目前教育資源的復(fù)雜多樣性，為避免出現(xiàn)教育資源層次分類(lèi)不清和屬性標(biāo)注混亂，教育部制定了《教育資源建設(shè)技術(shù)規(guī)范》(CELTS-41.1)，其中對(duì)教育資源的媒體素材進(jìn)行了分類(lèi)。媒體素材是傳播教學(xué)信息的基本材料單元，根據(jù)規(guī)范現(xiàn)分五大類(lèi):文本類(lèi)、圖形(圖像)類(lèi)、音頻類(lèi)、視頻類(lèi)、動(dòng)畫(huà)類(lèi)。因此，其后的多媒體教學(xué)資源本體構(gòu)建中基本以上述五類(lèi)為依據(jù)。
(二)多媒體教學(xué)資源本體構(gòu)建過(guò)程
1.概念及關(guān)系的確定
筆者從媒體類(lèi)型、學(xué)科、適用對(duì)象、媒體格式、使用語(yǔ)言和存放位置將多媒體教學(xué)資源類(lèi)劃為六大類(lèi)。①媒體類(lèi)型被《教育資源建設(shè)技術(shù)規(guī)范》分為五類(lèi)，筆者在這五類(lèi)下又劃分出多個(gè)子類(lèi)，如“文本”包含子類(lèi)“人物說(shuō)明”“教材文本”“教案”“歷史資料”“習(xí)題”等。②學(xué)科類(lèi)的劃分參照2004年頒布的全國(guó)普通高等學(xué)校本科專(zhuān)業(yè)目錄。③適用對(duì)象類(lèi)依據(jù)年級(jí)劃分，包含“本科階段”“碩士階段”“博士階段”“其他”。④媒體格式按照媒體類(lèi)型具體編排，包括“文本格式”“圖形圖像”“音頻”“視頻”“動(dòng)畫(huà)”。⑤語(yǔ)言類(lèi)指多媒體教學(xué)資源使用的語(yǔ)言，如英語(yǔ)、漢語(yǔ)等。⑥存放位置:考慮到添加多媒體資源各個(gè)屬性后，資源所在的具體位置于之后也是重要的概念，因此位置類(lèi)也作為重要概念列入。
2.定義屬性
根據(jù)屬性標(biāo)注選定的內(nèi)容，此次本體構(gòu)建中教育資源屬性標(biāo)注分為兩個(gè)部分:①采用LOM模型必須元數(shù)據(jù)中的內(nèi)容;②另一部采用《教育資源建設(shè)技術(shù)規(guī)范》中針對(duì)各類(lèi)教育資源的特點(diǎn)而開(kāi)發(fā)的分類(lèi)擴(kuò)展集中的屬性內(nèi)容。
首先，必選元數(shù)據(jù)內(nèi)容具體如下:(1)標(biāo)識(shí)，指多媒體教學(xué)資源的標(biāo)號(hào)，在系統(tǒng)中應(yīng)該唯一;(2)描述，對(duì)多媒體教學(xué)資源內(nèi)容的文本描述;(3)關(guān)鍵字，描述多媒體教學(xué)資源的關(guān)鍵字;(4)語(yǔ)種，多媒體教學(xué)資源使用的語(yǔ)言，具體包括“使用語(yǔ)言”屬性，連接語(yǔ)言類(lèi)個(gè)體和多媒體教學(xué)資源實(shí)例;(5)創(chuàng)建者，記錄是誰(shuí)創(chuàng)建了該資源;(6)創(chuàng)建時(shí)間，記錄創(chuàng)建資源的具體時(shí)間;(7)格式，多媒體教學(xué)資源在技術(shù)上的數(shù)據(jù)類(lèi)型，具體有“所用格式”屬性連接格式類(lèi)個(gè)體和多媒體教學(xué)資源實(shí)例;(8)大小，多媒體教學(xué)資源的字節(jié)大小，如果經(jīng)過(guò)壓縮，指未壓縮時(shí)的大小;(9)位置，描述多媒體教學(xué)資.源的物理位置，具體有“所處位置”屬性位置下的個(gè)體和多媒體教學(xué)資源實(shí)例;(10)持續(xù)時(shí)間，是指連續(xù)運(yùn)行多媒體教學(xué)資源需要的時(shí)間;(I1)使用者，指使用該資源的主要用戶，最重要的優(yōu)先列出，具體有“適用對(duì)象”屬性對(duì)象下的個(gè)體和多媒體教學(xué)資源實(shí)例;(12)難度，指學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)該資源的難易程度的界定，在此將難度分為非常簡(jiǎn)單、簡(jiǎn)單、中等、困難和非常困難五類(lèi);(13)評(píng)注，指對(duì)多媒體教學(xué)資源在使用方面評(píng)論的內(nèi)容;(14)文獻(xiàn)資料，對(duì)具體某個(gè)多媒體教學(xué)資源的補(bǔ)充，為學(xué)習(xí)者提供更多資源。
其次，分類(lèi)擴(kuò)展集中的屬性按照素材類(lèi)型分為不同又具有各自類(lèi)型特色的屬性，在此不再贅述。
3.添加實(shí)例
實(shí)例是本體領(lǐng)域中最精確、最小的概念，是實(shí)現(xiàn)本體最終作用中非常重要的一步。之前所有步驟，包括類(lèi)的定義、屬性的確立等，已經(jīng)讓本體初步成形;而實(shí)例的添加能使本體更充實(shí)飽滿，也可以逐步建立領(lǐng)域知識(shí)框架。因此，在添加實(shí)例前要挑選和記錄準(zhǔn)確的個(gè)體，添加時(shí)，選擇適當(dāng)類(lèi)別進(jìn)行添加。以下簡(jiǎn)要描述如何對(duì)各類(lèi)進(jìn)行實(shí)例添加。
(1)媒體類(lèi)型類(lèi)的實(shí)例添加:按照自頂向下原則，先根據(jù)實(shí)例類(lèi)型，納入具體分類(lèi)中，再根據(jù)主要內(nèi)容進(jìn)行更細(xì)的劃分。如描述美國(guó)克林頓總統(tǒng)的視頻，先歸入“視頻”類(lèi)，界定出這個(gè)資源為人物描述，則再添入視頻下的人物類(lèi)。
(2)學(xué)科類(lèi)的實(shí)例添加:學(xué)科下添加時(shí)可參考2004年頒布的全國(guó)普通高等學(xué)校本科專(zhuān)業(yè)目錄中的專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)，具體不再贅述。
(3)對(duì)象類(lèi)的實(shí)例添加:多媒體教學(xué)資源的適用對(duì)象分類(lèi)在本文中已經(jīng)確定，各年級(jí)的名稱(chēng)作為實(shí)例歸入相應(yīng)類(lèi)下，如本科一年級(jí)作為實(shí)例添加到本科階段類(lèi)中，其他類(lèi)中先不添加實(shí)例，可在之后根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況添加子類(lèi)。
(4)媒體格式類(lèi)的實(shí)例添加:媒體格式包含的五個(gè)子類(lèi)具體明晰，如:video/rmvb, image/gif,audio/midi等等，僅需填入對(duì)應(yīng)類(lèi)中即可。
(5)語(yǔ)言類(lèi)的實(shí)例添加:語(yǔ)言類(lèi)的實(shí)例為資源使用的語(yǔ)種，如漢語(yǔ)、英語(yǔ)、法語(yǔ)等，直接添入對(duì)應(yīng)語(yǔ)言類(lèi)下即可。
(6)位置類(lèi)的實(shí)例添加:位置類(lèi)實(shí)例依據(jù)多媒體教學(xué)資料存儲(chǔ)空間的名稱(chēng)添加。
添加完實(shí)例后，多媒體教學(xué)資源本體庫(kù)就初步完成了。在使用這個(gè)本體過(guò)程中，使用者通過(guò)對(duì)該本體定義屬性、添加實(shí)例等不斷對(duì)本體進(jìn)行修改、擴(kuò)展、完善，這是本體構(gòu)建過(guò)程中必不可少的本體優(yōu)化步驟。筆者使用protege 3.3.1編輯后的多媒體.
4.本體檢索
本體構(gòu)建完成后，利用protege3.3.1自帶的插件Queries可以實(shí)現(xiàn)多重語(yǔ)義檢索。在Queries插件中，可以利用類(lèi)的名稱(chēng)、屬性和屬性的約束條件等對(duì)多媒體教學(xué)資源進(jìn)行查詢。Queries插件提供的多條件限制使資源檢索更為精確:查詢結(jié)果必須符合多個(gè)限定條件中的任意一個(gè)或者每一個(gè)才會(huì)呈現(xiàn)出來(lái)，這種檢索方式給用戶的使用帶來(lái)很大便捷。
四、結(jié)束語(yǔ)
筆者構(gòu)建的多媒體教學(xué)資源本體是一個(gè)初步、簡(jiǎn)單的本體，其中類(lèi)和屬性的定義不夠完備，關(guān)系確定不夠精確，實(shí)例的添加還不完整，這些有待進(jìn)一步的改進(jìn)和擴(kuò)展。相信隨著本體技術(shù)的不斷發(fā)展，多媒體教學(xué)資源本體庫(kù)的建立會(huì)越來(lái)越規(guī)范，會(huì)為教育教學(xué)信息化發(fā)展提供必要的條件。
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