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1、西南大学 硕士学位论文 基于本体的知识管理在网络课程中的应用研究 姓名：刘明 申请学位级别：硕士 专业：教育技术学 指导教师：刘革平 20100401 摘要 基于本体的知识管理 在网络课程中的应用研究 教育技术学专业硕士研究生刘明 指导教师刘革平教授 摘要 网络课程作为一种重要的教学资源，在网络教学中的作用日益突出。然而，现有的网络 课程存在诸多问题，比如：课程知识组织单一，课程知识导航缺乏非线性结构，学习资源查 找困难等。 知识管理能够实现知识的积累、共享、协作、交互、应用以及隐性知识显性化。在网络 课程开发中引入知识管理，可以通过发展知识交流的技术和组织知识的内部结构，帮助学习 者获取知识
2、，并促进知识之间的交流和共享。 基于本体的知识管理，可以充分利用本体提供的知识化，语义化和结构化特性，从而克 服缺乏语义描述、不易重用和共享、知识检索困难等缺点。 本文通过将基于本体的知识管理技术引入到网络课程知识的管理中，改进网络课程知识 的组织结构，在一定程度上解决当前网络课程中存在的问题。本文的研究主要包括以下几个 方面： 第一，在分析网络课程知识管理存在问题的基础上，按照知识管理的流程，结合基于本 体的知识管理的特点，提出了基于本体的网络课程知识管理模型； 第二，结合 G 。 ( 4 ) 公理( A x i o m s ) ：代表永真断言，是定义在概念和属性上的约束和规则。 ( 5 )
3、 实例( I n s t a n c e s ) ：指属于某概念类的基本元素，即某概念类所指的具体实体。 3 本体的构建 ( 1 ) 构建准则 本体的构建目前还没有一种权威的为公众认可的标准，各个行业和领域都根据自身需要 决定如何来构建本体。其中影响比较大的是G m b e r 在1 9 9 5 年提出的五条准则： 1 ) 明确性和客观性：本体应该用自然语言对所定义的术语给出明确的，客观的语言定义， 必须有效地说明所定义术语的意思，而且当用逻辑公理表达定义时，它应该是形式化的。 2 ) 完全性：即所给出的定义是完整的，能表达特定术语的含义。 3 ) 一致性：由术语得出的推论与术语本身的含义是相
4、容的，即支持与其相一致的推理， 不会产生矛盾。 4 ) 最大单调可扩展性：向本体中添加通用和专用术语时，不要修改其已有的概念定义和 内容。 5 ) 最小承诺和最小编码偏好：最小承诺，指本体约定应该最小，对待建模对象应给出尽 可能少的约束。最小编码偏好，指概念的描述不应该依赖于某一种特定符号层的表示方法， 因为实际的系统可能采用不同的知识表示方法。 ( 2 ) 构建方法 在进行本体构建的过程中，根据问题域和具体工程不同，本体的构建方法也各不相同。 虽然构建本体的方法不同，但其主要步骤是一致的，主要包含以下五步： 第一步：确定本体的目标。在本体的建立的开始阶段，对本体的需求目的有一个明确的 认识，
5、即为什么要使用该本体，它将用来做什么。 第二步：确定本体的主题范围。根据本体的应用目的和设定的形式化程度，确定本体的 知识主题范围。 第三步：建立本体。在拥有了本体所必需包含的主题知识集合后，下一步就是建立本体 来表示知识。 第四步：检查和评估本体。通过领域专家对本体进行最终的验证，包括检查各个本体元 素间在句法上、逻辑上和语义上的一致性，依据评估参考对本体，本体相关的软件环境和文 档作技术性的评判。 第五步：提交本体和反馈。将本体发布到相应的应用环境并进行配置，应用反馈信息将 用于对本体的修正和完善。 1 5 两南大学硕十学位论文 ( 3 ) 构建工具 本体的构建过程往往都比较复杂，为此人们
6、开发了许多本体构建工具。下面介绍几个典 型的本体构建工具： 1 ) P r o t 6 9 6 它是斯坦福大学开发的一个开放源码的本体编辑器。本体结构以树形的层次目录结构显 示，用户可以通过点击相应的项目来增加或编辑类、子类、属性、实例等，使用户在概念层 次上设计领域模型，不需要了解具体的本体描述语言。 P r o t 6 9 6 支持多重继承，并对新数据进行一致性检查，可扩展。可将P r o t 6 # 的内部表示 转换成多种形式的文本格式，包括X M L 、R D F ( S ) 、O I L 、D A M L 、D A M L + O I L 、O W L 等系 列语言。同时，它后台支持
7、数据存储，使用J D B C 和J D B C O D B C 桥访问数据库。它使用简 单，有详细友好帮助文档，模块清晰，提供完全的A P I 接口，所以成为国内外众多研究机构 的首选工具。但未提供合作开发支持，实用中存在限制。 2 ) O n t o E d i t O n t o E d i t 由卡尔斯鲁厄大学开发。它使用图形化的方法支持O n t o l o g y 的开发和维护。将 开发方法论( 骨架法) 与合作开发和推理的能力相结合，关注开发的三个步骤：收集需求阶段、 提炼阶段、评估阶段。O n t o E d i t 支持R D F ( S ) 、D A M L + O I L
8、和F L o g i c 。O n t o E d i t 提供对于 O n t o l o g y 的并发操作。O n t o E d i t 不开放源代码，已经产品化。K A O N ( K a r l s r u h eO n t o l o g ya n d S e m a n t i cW e bT 0 0 1 ) 是O n t o E d i t 的后继版本。 3 ) N e O n N e O n 工具集由卡尔斯鲁厄大学和开发。它使用图形方法支持O n t o l o g y 的开发和维护。 它将开发方法论( 骨架法) 与合作开发和推理的能力相结合，关注开发的三个步骤：收集需求
9、阶段、提炼阶段、评估阶段。O n t o E d i t 支持R D F ( S ) 、D A M L + O I L 和F L o g i c 。O n t o E d i t 提供 对于O n t o l o g y 的并发操作。O n t o E d i t 不开放源代码，已经产品化。K A O N ( K a r l s r u h eo n t o l o g y a n dS e m a n t i cW e bT 0 0 1 ) 是O n t o E d i t 的后继版本。 4 ) T M 4 L T M 4 L 是温斯顿塞勒姆州立大学I I S 小组开发的一款本体编辑器。该工
10、具能够运用主题 图来完成基于本体的学习知识库的构建。它提供了使运用本体和元数据来管理学习资源更加 便利。运用该工具创建的学习资源完全遵循X T M ( X M LT o p i cM a p s ) 标准。通过该编辑器能够 进行领域本体概念的表示，并能建立概念、资源以及上下文之间的关系1 。相对其他本体构 建工具，T M 4 L 不仅仅考虑了本体的形式化程度，更多地考虑了教学与学习的因素，以及构 建本体后的教学应用，主要的使用对象也是学生与教师。本文构建的本体是面向网络课程知 识管理的，是面向学习资源的本体构建，而且本文中构建的本体是集成学习资源的轻量级本 体，故本文在构建课程领域知识本体与学
11、习资源描述本体时运用该工具来完成构建。T M 4 L 编辑器的界面如图2 1 所示。 1 6 篓：茎垫茎彗些耋篓皇薹矍垒奎 图2 - 1T M 4 L 本体编辑器界面 4 奉体的描述语言 本体的描述语言发端于人J 二智能领域对知识表示的研究。其在本体构建中具有较为重要 的作用。本体的描述语言当前已经有很多。以F 主要从基于人工智能的本体描述语言与基于 W e b 的本体描述语言进行阐述： 在人上智能领域，主要的本体描述语言有：基于一阶逻辑的K I F ，基丁框架和一槌辑 的O n t o l i n g u a 、O C M L 和F l o g i c ，基于描述逻辑的L o o m 。 随
12、着W e b 的不断发展，产生了基1 ：W e b 的O n t o l o g y 表示语言，比如S H O E 、X O L 、| L D F ( S ) 、 O I L 、O I L + D A M L 、O W L 等。其发展历程如表2 - 1 所示。 表2 - 1 本体描述语言发展历程 这些语言的山现为本体在语义W e b 研究领域的发展提供了支持。R D F S 、D A M L + O I L 与O W L 先后被W 3 C 推荐位本体描述语言标准。其中，R D F S 为R D F ( R e s o u w , eD e 船r i g t i o n F r a m e w
13、o r k ) 和R D FS c h e m a 的合称，而R D F 是一种用来表示W e b 信息的通 j 语言。其运用 两南大学硕十学何论文 简单的模型可以表示任意类型的数据。数据类型由节点和节点之间带有标记的连接弧组成。 而节点表示W e b 资源，弧表示资源属性。通过这一模型可以较为方便地描述对象及R D F S ， 是语义W e b 的基础。此后出现的许多语言，都是对R D F S 的扩展。比如O I L 结合了框架系统、 描述逻辑和W e b 标准三个领域的优点，给出了通用的语义W e b 标记语言。D A M L 则扩展了 R D F ，增加了更复杂的类、属性等定义。D A
14、M L + O I L 则是D A M L 的研究者和O I L 的研究者 合作推出的研究成果，而它也成为了W 3 C 研究语义W e b 中O n t o l o g y 描述语言的起点，而且 成为标准。目前，O W L ( W e bO n t o l o g yL a n g u a g e ) 是W 3 C 最新推荐的O n t o l o g y 描述语言的标 准。它有三种子语言，O W LL i t e 、O W LD L 和O W LF u l l ，其目的是提供一种可以面向各种 应用的语言，为下一代的W e b 服务提供适用案例和方案。 2 3 2 知识管理 1 知识管理概念
15、随着知识经济时代的到来，知识成为企业与组织实现创新和保持竞争优势的最主要因素， 知识管理已越来越引起人们的重视。当前，学术界与产业界对知识管理展开了广泛的研究， 但对于知识管理的定义，并没有形成共识。对于知识管理的定义，主要有广义与狭义两种。 广义的知识管理，包括与知识有关的各种资源和无形资产的管理，涉及知识组织、知识设篪、 知识资产、知识活动、知识人员的全方位和全过程的管理m 1 。而狭义的“知识管理”，主要 是对知识本身的管理，包括对知识的创造、获取、加工、存储、传播和应用的管理。以 下就国内外学者及组织的典型定义进行介绍： 国际知识管理联盟( K M C I ) 的M a r kM c
16、E l r o y 将知识管理分作两段时期：第一代的知识管 理是把知识传递、知识共享等行为简单组合起来产生知识，第二代的知识管理不仅重视知识 的分享，更重视知识的运作过程1 。 英国学者R o w l e y 认为，知识管理关注的是在促进实现组织目标观念指导下，如何对 组织知识资产进行挖掘与开发。知识管理的对象，既包括显性的、文档化的知识，也包 括隐性的、主观化的知识。知识管理的过程包括知识的识别、共享和创造等过程，它要 求创建和共享知识体系，培养和促进组织学习。成功开展知识管理的组织，一般都乐于 把知识作为资产来管理，发展支持知识创造与共享的组织理念与价值观H 。 Y o g e s hM a t h o t r a 博士为知识管理下的定义是：“知识管理是日益加剧的不连续的环境变 化情况下，服务于组织适应生存和提高能力等关键问题的活动。其实质在于，它具体包含了 信息技术处理数据与信息的能力以及人们创造和创新的能力有机结合的组织过程1 。 上海师范大学教育技术学专家黎加厚教授认为：知识管理是研究人类获取、传播、共享、 利用和创新知识的活动规律，
