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1、 基于学习资源管理的数字化学习环境研究基于学习资源管理的数字化学习环境研究Internet 技术的迅速发展使得网络成为人们获取知识的主要途径之一。近年来，E 一learning 的应用和研究领域飞速发展，为用户提供了前所未有的丰富的学习资源和灵活的学习方式，同时使不同时间、不同地点的人们可以方便地进行网上学习。但目前存在的大多数 E 一 learning 系统在对知识库管理时都是对知识信息、知识信息之间的关联进行孤立的管理，很少考虑到对他们进行统一的管理，因而会影响到系统的个性化程度和性能，同时大多数系统在实现个性化学习时还是采用基于文本挖掘、web 挖掘等方法，根本没有很好地利用 E 一 l
2、earning 知识库中的知识信息。本文针对目前 E 一learning 系统存在的上述缺陷，摒弃以往系统中普遍采用的将知识之间的相互关系进行单独存储或管理的方式，而将本体的概念引入系统中，使知识之间的相互关联不再孤立存在，而是与知识信息同时被管理，这样在实现个性化学习时，就可以充分发挥 E 一 learning 系统中知识网状结构的优势，使个性化能够方便的实现，且实现的效率也很高。1.引言 当前随着网络技术的迅速发展，World Wide Web 上的网页数量正在呈指数增长， Google 搜索引擎标示可以搜索到超过十亿的网页。面对如此庞大的网页数目，一方面，使 用者在搜索相关信息的过程中，
3、得到的有用信息相对于网络上巨大的信息而言还是微乎其 微的，并且使用者查找的效率也不高;另一方面，据中国互联网中心(CNNIC)最新的统计数 字显示，我国上网的用户中已超过 1205 万用户将获取学习资料作为他们上网的主要目的。 鉴于此，为了满足使用者的需求，建立适合不同人群的学习资源管理系统已经成为 Internet 发展的一个大趋势。 自 JayCross 于 1997 年提出“E 一 learning”这个词汇，经过十年的迅速发展，E 一 learning 已经作为一种新的、具有全面个性化特征的教学系统正越来越显示出其重要性和必 要性，在为网络学习者提供丰富的学习资源和灵活的学习方式的同时
4、，极大地提高了学习 者对资源的查找和使用效率。 2.相关技术研究 2.1 本体技术 本体(Ontofogy)的概念最初起源于哲学领域，可以追溯到公元前古希腊哲学家亚里士多 德(384 一犯 2B.C.)。它在哲学中的定义为“对世界上客观存在物的系统地描述，即存在论”， 是客观存在的一个系统的解释或说明，关心的是客观现实的抽象本质 I8。随着计算机科学 和人工智能的发展，本体又有了新的定义。在人工智能界，最早给出本体(Ontology)定义的 是 NecheS 等人，他们将本体定义为“给出构成相关领域词汇的基本术语和关系，以及利用 这些术语和关系构成的规定这些词汇外延的规则的定义”。Neches
5、 认为:“本体定义了组成主 题领域的词汇表的基本术语及其关系，以及结合这些术语和关系来定义词汇表外延的规则”。后来在信息系统、知识系统等领域，越来越多的人研究本体，并给出了许多不同的定义。 其中最著名并被引用得最为广泛的定义是由 uber 提出的， “本体是概念化的明确的规范说明” 。和这个定义类似的有 Guarino“本体是概念化的明确的部分的说明/一种逻辑语言的模型”。Borst 对该定义也进行了引申“本体是共享的概念模型的形式化的规范说明”，Studer 认为本 体的概念包括四个主要方面：概念化、明确、形式化和共享。 “概念化”指通过抽象出客观世 界中一些现象的相关概念而得到的，它所表现
6、的含义独立于具体的环境状态。 “明确”指所使 用的概念及使用这些概念的约束都有明确的定义。 “形式化”之本体是计算机可读的(即能被 计算机处理)。 “共享”指本体中体现的是共同认可的知识，反映的是相关领域中公认的概念 集，即本体针对的是团体而非个体的共识。从本体的上述定义可以看到，本体通过对概念、 术语及其相互关系的规范化描述，勾画出某一领域的知识体系，为领域知识的描述提供了 术语。 2.2 个性化服务技术 随着互联网的不断发展与普及，Intemet 渗透到了人们工作、生活的各个领域，其上的 信息资源数量呈“爆炸性”的增长，通过网络人们能够不受时空、地域限制的得到快捷、便 利、高效的信息服务。
7、网络真正地将人类带入了信息时代。然而，就在人们享受着互联网 带来的便利的同时， “信息过载”、 “资源迷向”问题也日益严重。所谓“信息过载”是指用户面 对主动送上门或己下载的信息难以及时地消化、吸收;所谓“资源迷向”是指用户不知道如何 确切地表达对网上资源的需求，也不知道如何准确有效地寻找资源。 产生“信息过载”、 “资源迷向”问题的原因有很多，但最主要的原因是计算机技术和网络 技术的发展使得信息的发布与共享不再受时间、空间的限制，致使网上信息以超乎人们想 象的速度向上增长。面对这样的问题，个性化服务是 Intemet 信息增长的必然结果，因为 个性化的实质是针对用户的不同需求采取不同的服务措
8、施，提供不同的服务内容。 1995 年至 1997 年，美国人工智能协会春季会议(AAAI)、国际人工智能联合大会， ACM 智能用户接口会议和国际 WWW 大会等重要会议发表了多篇个性化服务原型系统的 论文，标志着个性化服务研究的开始。1997 年 3 月， ACM组织了个性化推荐系统的专 题报道，个性化服务己经受到相当的重视。2000 年 8 月， Communications of the ACM 再次组织了个性化服务的专刊，个性化服务的研究己经进入快速发展阶段。此外， (IEEE Intelligent System ， IEEECo 哪 uter ， (User Modeling a
9、nd User-Adapted Interaction也发表了有关个性化服务的重要成果。2000 年，美国 NSF 基金开始支持有关 个性化服务的研究。同年 4 月，以美国为主的多国个性化研究机构和网络公司成立了个性 化协会，旨在推动个性化服务的发展，同时保护个性化服务中涉及的用户隐私。目前，国 外已经推出了多个实现初步个性化服务一一一一的原型系统，如 Syskill 部分大型网站也推出了个性化服务，如 Yahoo!，CNN 等。 2.3 E 一 1earn1ng 的技术标准 E 一 leaming 是以计算机网络、卫星数字通信技术为支撑，具有时空自由、资源共享、 系统开放、便于写作等优点。世
10、界各国在发展网络教育时都深刻认识到，学习资源的可共 享性和系统的互操作性对于网络教育资源的实用性和经济性起着决定性作用。虽然目前的 网络技术己经能够实现资源在低水平上的自治与共享(如通过 Hl、TP 和 HTML)、学习活动 的合作(如通过各种通信工具)，但是允许教育资源在课程只是和教学管理的水平上进行交 换的标准却没有很好地认定，因此妨碍了教学资源在大范围内的共享与交流。解决此问题 的关键在于标准化，因此，国际上许多企业和学术团体都开展了关于网络教育技术标准的 研制工作，并且产生了许多标准化成果。 3 基于本体的学习资源模型 系统中的本体主要包含课程本体、课程内容本体和学习对象本体三种本体，
11、其中前两 个与课程信息有关，归为一类称为“课程信息本体” ，后一个为一类称为“学习对象本体” ， 同时这两类本体之间存在多对多的函数映射关系。采用本体建模方法，详细介绍一下这四 种本体的构造和描述以及其中的函数映射关系。3.1 课程信息本体的构建 3.1.1 课程本体的构建其中共定义了四个概念，分别是:课程类型(CourseKind)、课程(Course)、课程的创建者 (CourseCreator)、课程内容(CourseContent)。 3.1.2 课程内容本体的构建 课程内容本体用来描述教学资源以及这些概念之间的相互关系。例如，节，其中章由 节组成，节由小节组成，象成一个整体一部分关系
12、图，大学计算机基础这门课程包含章、 节、小形成一层层的包含关系。 3.2 学习对象本体的构建 学习对象是在结合面向对象的计算机科学思想以及有关教学理论的基础上而产生的一 种计算机辅助教学构件。面向对象的计算机科学思想使一个构件能够在多种情况下重复有 效的使用，学习对象则基于这种思想，即教学设计者可以建立各种粒度大小的、能在不同 学习情境下多次重复使用的数字化教学构件。本文该部分的目的是在逐步增加与教学有关 信息的基础上建立一个比较全面的学习对象数据库，供不同的课程信息引用、查看。 3.3 个性化服务模型 根据传统的 E 一 leaming 系统模型，我们设计了基于知识点的个性化服务模型，如图
13、所示。基于知识点的个性化服务模型其功能主要包含三个: (l)收集学习者的学习数据。学习者浏览服务器信息时，会留下大量的历史信息，同时 我们设计的“书签”(下一节将会详细介绍)可以帮助学习者存储大量的学习信息，我们将 这些信息收集起来并采用与访问页面有关的知识点表示，然后存入到“用户数据库”中。 (2)匹配用户数据和教育资源。采用匹配算法，匹配存入到“用户数据库”中的数据与 教育资源，寻找符合要求的教育资源，等待推荐。 (3)实现个性化推荐。根据学习者每次访问的不同页面和知识点，根据需要向用户推荐 学习者需要或者感兴趣的学习资源，并生成合适的场触 b 页面。 与传统的 E 一 learyung
14、模型相比:基于知识点的个性化服务模型能够以学生为中心，根 据学生的起点、学习进度和能力水平，提供难易不同的教学内容，并能够进行动态的调整， 建立一种合理的自适应学习机制。 4. E 一 learning 平台体系结构 E 一 learning 平台是在 web 环境下开发的教学环境，在研发过程中根据 E 一 leaming 技术的发展和教学实践的需要不断发展和完善。本系统在分析和研究了国内外的网络教育 平台体系结构的基础上，结合自身的特点，提出了如下的 E 一 leaming 平台的个性化学习 系统(EpLS，E 一 learning personalized Learning System)
15、体系结构，如图。5.总结与展望 首先，在阅读了大量 E 一 leammg 相关的文献后，阐述了 E 一 leaming 的优点和受欢 迎的原因，同时提出了目前 E 一 leaming 系统存在的普遍不足，并给出了相应的解决方法; 其次，本文研究了相关的本体技术理论和应用，学习了个性化服务的相关技术，了解 了与 E 一 leaming 相关的标准。 然后，在上述基础上本文提出了基于 E 一 leaming 平台的个性化学习系统(EPLS)，并 对该系统中涉及到的关键技术:课程信息本体、学习对象本体、基于本体知识库的个性化学 习进行了重点的研究和实践。参考文献1http:/ 2http:/ 3吴强，刘宗田、强宇.基于本体的知识库推理研究.计算机应用研究.2005:5052 4何克抗.信息技术与课程深层次整合的理论方法.中国大学教学，2005，5:4748 5何克抗.E 一 learning 的本质.电化教育研究，2002，105(1):36 6杨宗凯，吴砒，刘清堂.网络教育标准与技术.清华大学出版社，北京，2003 7杨其清.网络化训练课程评价之讨论.咨询与教育杂志，2003，3(5):108 113 8邓志鸿，唐世谓，张铭.ontology 研究综述.北京大学学报(自然科学版).2002，38(5): 730 一 738
