基于领域本体的课程资源管理模型研究

摘 要：目前网络课程资源存在涣散、冗余大、交互性差的现状，为了对课程资源进行有效开发和管理，本文以数据结构课程为例，对基于本体的课程管理资源模型进行了研究。

关键词：本体；资源管理；推理；查询

中图分类号：TP3-4

网络教育是一个庞大的课程资源库，但由于缺乏一个统一的构建课程资源的模板和规范的课程资源本体的构建方法。本体作为一种概念模型建模工具，能够实现知识的共享和重用。本文对领域本体课程资源管理模型进行了研究，对该模型的系统功能以及原理机制进行了说明。

1 本体的定义

本体（Ontology）这个词来源于哲学，在哲学中被定义为“对世界上客观存在物的系统地描述，即存在论”。Studer等人认为本体是共享概念模型的明确的形式化说明。这包括四层含义：概念模型、明确、形式化和共享。

2 系统框架模型

目前，网络上已经存在大量课程资源，但它们普遍存在一些明显的不足，例如：课程资源的共享和重用性差，没有一个统一的构建课程资源的标准，不能实现个性化教学等。针对以上问题，该系统具有以下优势：

（1）使用本体技术构建领域知识库。本体能够以一种明确的，形式化的方式表示领域知识库，提高系统的共享性、重用性以及异构系统的互操作性。

（2）实现个性化学习。用户可以根据自己的兴趣、学习基础，制定学习策略，满足个性化学习。

（3）具备推理查询功能，根据用户的查询条件去匹配语义相似或相同的课程资源，返回用户所需要的信息，调高系统的查全率和查准率。该系统的框架模型如图1所示：

图1 系统框架模型

3 领域本体的构建

3.1 确定本体的核心概念集合

本文主要通过以下几个方面抽取核心概念集：（1）数据结构课程的关键知识点，（2）与知识点相关的内容，例如学习目标、学习的重点。（3）前后知识点或概念。课程的学习往往有前后性，在学习一些知识点之前必须先学习另外的知识点。（4）举例概念。我们往往用一些例子来说明概念，有助于对概念的理解。

3.2 建立概念的层次结构

以上建立的概念集合没有任何层次结构。由于建立类的层次结构是一个很复制的过程，因此如何规范的提取类与类之间的层次关系是我们需要重点研究的课题。本文主要是使用约束条件和类之间的一些特殊关系来建立类的层次结构。建立类之间的层次关系主要有“isPartOf”，“isRelyOn”，“isParallel”，“hasFunction”，“hasSubType”。以数据结构课程为例如图2：

图2 部分类的层次结构

3.3 属性及属性关系

仅用类来表示各个知识点是远远不够的，还要用属性表示类的特性和实例。通过对类的关系的扩展，完善和充实课程本体。

在确定属性及属性关系后，还要对属性所对应的值类型进行定义，所谓值类型指的是用何种数据类型的值来对应属性及属性的关系。

4 本体的推理模块

本文的语义推理部分主要使用Racer推理机实现。RACER是一个基于描述逻辑SHIQ的推理机，亦可以用作基于本体语义网络的本体编辑器。本文用到的主要是RacerPro的TBox和ABox两个功能模块。

TBox为术语（Terminology）集合，其主要功能为检测类与类之间的包含关系，通过创建类与类的层次结构，对类进行规范和科学的分类，TBox模块可以用来检测类与类的层次结构能否符合正常规范的逻辑结构。

ABox（assertion）为断言集合，其功能主要是用于推理和检测本体的一致性，使用ABox功能模块对文本的语义进行推理后，还可以返回语义中隐含的信息。

5 本体的查询模块

首先，我们可以通过设置Protégé中的Querytab标签或Sparql查询语句对本体进行查询。其次，还可以使用Jena的API中包含一个ModelFactory的功能模块实现本体的查询。其查询的主要步骤是：首先利用该功能模块创建一个本体模型，然后将本体的OWL文件用OntModel.read（）函数输入，最后可以使用listClasses（）、list Individuals（）等函数对本体中的信息进行查询。

6 结束语

本文将本体与网络课程资源管理相结合，通过建立课程本体，并使用RacerPro推理机实现课程本体的推理，Jena推理机实现课程本体的查询。使该系统不但能实现课程的学习，还可以实现语义的推理和知识的查询。

参考文献：

[1]曹乐静，基于本体的e-Learning个性化学习与资源共享研究[D].东华大学，2005.

[2]惠长江.基于本体论的E-Learning系统研究[D].西北大学，2007.

[3]李善平，奇华，玉杰.本体论研究综述[J].计算机研究与发展，2004（07）：1041-1052.

[4]NeehesR，FikesRE，GurberTR，Senator T，SwartoutWR.Enabling Technology for Knowledge Sharing.AlMagazine.1991（03）：36-56.

[5]Gruber T R.A Translation Approach to Portable Ontology Specifications[J].Knowledge Acquisition，1993（02）：199-200.

作者单位：江西航空职业技术学院，南昌 330024