淺析本體技術(shù)在多媒體教學資源管理中的應用研究

　　論文關(guān)鍵字:本體　多媒體教學資源　管理

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　　論文摘要:目前多媒體教學資源的應用給教學領(lǐng)域帶來新變革的同時，也帶來了資源繁雜、分散、查詢不便等一系列繁瑣問題。本文利用本體方法論和本體軟件protege3. 3. 1對多媒體教學資源進行分析、分類、定義屬性、注釋、限定條件和建立關(guān)系等來構(gòu)建一個基于OWL語言的本體，實現(xiàn)對多媒體教學資源的高效管理。

　　一、引言

    教學環(huán)境的信息化是教育現(xiàn)代化的前提，教學資源的數(shù)字化則是教學環(huán)境信息化的重要內(nèi)容之一。目前，由于教學資源分散和結(jié)構(gòu)性匾乏，教師需要付出大量時間和精力去收集整理教學所需資源，直接導致教師備課時間大幅增多，使教師產(chǎn)生抵觸情緒，影響教學信息化進程。因此，組織和管理好多媒體教學資源是教學信息化和教學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。面對現(xiàn)有的天量無序資源，只有充分應用信息處理、知識管理等現(xiàn)代化技術(shù)才可能使教師能在較少時間內(nèi)找到合適資源，為其帶來實實在在的方便�；�于此，本文主要闡述了本體方法論和本體軟件protege3.3.1對多媒體教學資源進行分析、分類、定義屬性、注釋、限定條件和建立關(guān)系等方面的應用，初步構(gòu)建了一個基于OWL語言的本體，旨在為實現(xiàn)多媒體教學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)于哲學領(lǐng)域，是哲學上的一個概念，描述事物存在的規(guī)律和本質(zhì)。后來引入計算機界，人們便賦予它新的含義。從1991年Neches等提出的“一個本體定義了組成主題領(lǐng)域詞匯的基本術(shù)語和關(guān)系，以及用于組合術(shù)語和關(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明確的規(guī)格說明”。

    (二)本體的描述語言和構(gòu)建工具

    關(guān)于本體的描述語言有很多種，目前開發(fā)的本體語言主要是基于一階邏輯和描述邏輯語言，以一階邏輯語言為主，主要有以下幾類:斯坦福大學知識系統(tǒng)研究室開發(fā)的Ontolingua;  Cyc系統(tǒng)的描述語言CycL;基于一階謂詞的高級編程語言Loom等。另外，基于Web的本體描述語言有馬里蘭大學開發(fā)的簡單HTML本體擴展語言SHOE，美國SAR國際人工智能中心開發(fā)的XOL，歐洲IST項目On-To-Knowledge開發(fā)的OIL } DARPA定義的本體描述語言DAML+OIL} W3C公布的Web本體語言推薦標準OWL等。

    目前常用的本體創(chuàng)建和開發(fā)工具有以下幾種:斯坦福大學知識系統(tǒng)實驗室開發(fā)的Ontoligua;美國南加州大學信息科學學院設計的Ontosaurus;西班牙馬德里理工大學計算機學院開發(fā)的WebODE;美國斯坦福大學研制的Protege;德國卡爾斯魯爾大學的應用信息學和形式化描述方法研究所開發(fā)的KAON等。其中protege使用最為簡便，且其源代碼開放，模塊劃分清晰，提供API接口，擴展性強，方便用戶學習和使用。用戶可以在其工具站點—http://protege.stanford.edu/，免費下載最新版本、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、多媒體教學資源本體的建構(gòu)

    (一)多媒體教學資源分類標準

    針對目前教育資源的復雜多樣性，為避免出現(xiàn)教育資源層次分類不清和屬性標注混亂，教育部制定了《教育資源建設技術(shù)規(guī)范》(CELTS-41.1)，其中對教育資源的媒體素材進行了分類。媒體素材是傳播教學信息的基本材料單元，根據(jù)規(guī)范現(xiàn)分五大類:文本類、圖形(圖像)類、音頻類、視頻類、動畫類。因此，其后的多媒體教學資源本體構(gòu)建中基本以上述五類為依據(jù)。

    (二)多媒體教學資源本體構(gòu)建過程

    1.概念及關(guān)系的確定

    筆者從媒體類型、學科、適用對象、媒體格式、使用語言和存放位置將多媒體教學資源類劃為六大類。①媒體類型被《教育資源建設技術(shù)規(guī)范》分為五類，筆者在這五類下又劃分出多個子類，如“文本”包含子類“人物說明”“教材文本”“教案”“歷史資料”“習題”等。②學科類的劃分參照2004年頒布的全國普通高等學校本科專業(yè)目錄。③適用對象類依據(jù)年級劃分，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型具體編排，包括“文本格式”“圖形圖像”“音頻”“視頻”“動畫”。⑤語言類指多媒體教學資源使用的語言，如英語、漢語等。⑥存放位置:考慮到添加多媒體資源各個屬性后，資源所在的具體位置于之后也是重要的概念，因此位置類也作為重要概念列入。

    2.定義屬性

根據(jù)屬性標注選定的內(nèi)容，此次本體構(gòu)建中教育資源屬性標注分為兩個部分:①采用LOM模型必須元數(shù)據(jù)中的內(nèi)容;②另一部采用《教育資源建設技術(shù)規(guī)范》中針對各類教育資源的特點而開發(fā)的分類擴展集中的屬性內(nèi)容。

   首先，必選元數(shù)據(jù)內(nèi)容具體如下:(1)標識，指多媒體教學資源的標號，在系統(tǒng)中應該唯一;(2)描述，對多媒體教學資源內(nèi)容的文本描述;(3)關(guān)鍵字，描述多媒體教學資源的關(guān)鍵字;(4)語種，多媒體教學資源使用的語言，具體包括“使用語言”屬性，連接語言類個體和多媒體教學資源實例;(5)創(chuàng)建者，記錄是誰創(chuàng)建了該資源;(6)創(chuàng)建時間，記錄創(chuàng)建資源的具體時間;(7)格式，多媒體教學資源在技術(shù)上的數(shù)據(jù)類型，具體有“所用格式”屬性連接格式類個體和多媒體教學資源實例;(8)大小，多媒體教學資源的字節(jié)大小，如果經(jīng)過壓縮，指未壓縮時的大小;(9)位置，描述多媒體教學資.源的物理位置，具體有“所處位置”屬性位置下的個體和多媒體教學資源實例;(10)持續(xù)時間，是指連續(xù)運行多媒體教學資源需要的時間;(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“適用對象”屬性對象下的個體和多媒體教學資源實例;(12)難度，指學習者學習該資源的難易程度的界定，在此將難度分為非常簡單、簡單、中等、困難和非常困難五類;(13)評注，指對多媒體教學資源在使用方面評論的內(nèi)容;(14)文獻資料，對具體某個多媒體教學資源的補充，為學習者提供更多資源。

    其次，分類擴展集中的屬性按照素材類型分為不同又具有各自類型特色的屬性，在此不再贅述。

    3.添加實例

    實例是本體領(lǐng)域中最精確、最小的概念，是實現(xiàn)本體最終作用中非常重要的一步。之前所有步驟，包括類的定義、屬性的確立等，已經(jīng)讓本體初步成形;而實例的添加能使本體更充實飽滿，也可以逐步建立領(lǐng)域知識框架。因此，在添加實例前要挑選和記錄準確的個體，添加時，選擇適當類別進行添加。以下簡要描述如何對各類進行實例添加。

    (1)媒體類型類的實例添加:按照自頂向下原則，先根據(jù)實例類型，納入具體分類中，再根據(jù)主要內(nèi)容進行更細的劃分。如描述美國克林頓總統(tǒng)的視頻，先歸入“視頻”類，界定出這個資源為人物描述，則再添入視頻下的人物類。

    (2)學科類的實例添加:學科下添加時可參考2004年頒布的全國普通高等學校本科專業(yè)目錄中的專業(yè)名稱，具體不再贅述。

    (3)對象類的實例添加:多媒體教學資源的適用對象分類在本文中已經(jīng)確定，各年級的名稱作為實例歸入相應類下，如本科一年級作為實例添加到本科階段類中，其他類中先不添加實例，可在之后根據(jù)實際應用情況添加子類。

    (4)媒體格式類的實例添加:媒體格式包含的五個子類具體明晰，如:video/rmvb, image/gif,audio/midi等等，僅需填入對應類中即可。

    (5)語言類的實例添加:語言類的實例為資源使用的語種，如漢語、英語、法語等，直接添入對應語言類下即可。

    (6)位置類的實例添加:位置類實例依據(jù)多媒體教學資料存儲空間的名稱添加。

    添加完實例后，多媒體教學資源本體庫就初步完成了。在使用這個本體過程中，使用者通過對該本體定義屬性、添加實例等不斷對本體進行修改、擴展、完善，這是本體構(gòu)建過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可以實現(xiàn)多重語義檢索。在Queries插件中，可以利用類的名稱、屬性和屬性的約束條件等對多媒體教學資源進行查詢。Queries插件提供的多條件限制使資源檢索更為精確:查詢結(jié)果必須符合多個限定條件中的任意一個或者每一個才會呈現(xiàn)出來，這種檢索方式給用戶的使用帶來很大便捷。

　　四、結(jié)束語

    筆者構(gòu)建的多媒體教學資源本體是一個初步、簡單的本體，其中類和屬性的定義不夠完備，關(guān)系確定不夠精確，實例的添加還不完整，這些有待進一步的改進和擴展。相信隨著本體技術(shù)的不斷發(fā)展，多媒體教學資源本體庫的建立會越來越規(guī)范，會為教育教學信息化發(fā)展提供必要的條件。
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