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《武汉大学》 2010年
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基于本体和Web服务的教学资源集成管理研究

李晓锋  
【摘要】:本文针对目前互联网上存在的海量教学资源急需进行集成管理的需求,研究了本体和Web服务技术在教学资源集成管理中的应用。教学资源集成管理涉及的3个主要问题,分别是教学资源描述,教学资源组织以及教学资源管理系统互操作。利用本体对教学资源进行语义描述和组织,从知识语义层面增强教学资源的互操作性和可重用性,同时发挥用户本身参与资源组织的作用形成一种面向领域本体和用户的混合资源组织方式,实现对海量教学资源所覆盖显性知识和隐性知识的统一管理。利用Web服务构建SOA的信息系统,将各种不同的系统功能或者资源封装成服务,然后即可基于服务实现具有分布式、可扩展、易整合的教学资源集成管理系统。两者的目的都是要对海量分散的教学资源进行集成管理,以最大程度地共享利用教学资源。为使教学资源集成管理系统符合教育教学规律,本文首先对现代教育教学理论以及知识管理理论技术进行了学习研究,以形成教学资源集成管理的理论基础。在理论实践方面上,本文结合计算机硬件系统课程群教学资源建设,设计了面向领域本体和用户的资源组织和课程开发系统,对本文的部分研究内容进行了实践。全文的主要研究内容如下。 (1)探究了教学资源集成管理的理论基础,主张吸收认知主义和建构主义两种教学理论的观点,对显性知识资源和隐性知识资源进行统一管理。 认知主义教学理论侧重于以学科为中心进行学科知识结构的构建和传授,而建构主义教学理论更强调以学习者为中心主动进行有意义的知识建构。教学资源集成管理需要吸收两者的观点,将学科知识结构与用户关系网络结合起来。知识分为显性知识和隐性知识,知识管理不但要对显性知识进行管理,即信息管理;还要对人所隐含的隐性知识进行管理,即人的管理。教学资源作为一种知识载体,其集成管理有必要上升到知识管理层次,从知识层面来组织教学资源,对显性知识和隐性知识进行统一管理。 (2)研究了基于本体和元数据的教学资源描述方法,设计了描述教学资源的的语义学习对象模型并给出了本体元数据表示。 叙述了语义Web体系并着重描述了本体技术,介绍了学习对象技术及相关元数据标准,指出将本体和元数据结合起来建立学习对象的本体元数据描述能揭示教学资源的语义和结构信息,从而增强教学资源的互操作性和可重用性。在分析学习对象的教学语义模型基础上,设计了语义学习对象(SLO)模型,它使用SLOM本体元数据进行具体表示,给出了基于OWL的SLOM本体元数据示例。 (3)分别研究了面向领域和面向用户的资源组织方式和关键技术,主张二者结合形成混合资源组织方式。 面向领域资源组织技术包括分类法、主题词表以及知识本体等,其核心是构建显性的领域知识体系。重点研究了知识本体组织技术。面向用户资源组织技术以各种Web2.0技术为代表,其核心是建立“虚拟”用户信息模型,形成用户群体网络。重点研究了用户兴趣表示与隐式挖掘技术。两种资源组织方式是互相补充的。知识地图即是面向领域和用户混合资源组织方式,论述了知识地图的概念模型和构建过程。 (4)基于Web服务设计了教学资源集成管理框架,重点分析了领域知识服务、用户信息服务和学习对象服务等3大服务组件。 教学资源集成管理的核心是互操作问题,分为元数据互操作、本体语义互操作和服务互操作等3个层面;教学资源集成方案按照对教学资源信息源加工处理程度的不同分为表现层、应用层和元数据层等3个层次。Web服务是实现服务互操作和应用层资源集成的重要技术,基于Web服务设计了教学资源集成管理框架和领域知识服务、用户信息服务和学习对象服务等3类核心服务,并研究了基于UDDI的教学资源注册和查询机制。 (5)构建了一个教学资源管理系统,即OWS-LOMS系统,设计了4类本体和系统功能结构,实现了领域知识本体的可视化。 在进行理论研究的基础上,以计算机硬件系统课程群教学资源建设为内容,构建了一个教学资源管理系统,即OWS-LOMS系统。根据需要设计了领域知识本体、课程本体、用户本体、学习对象本体,按照SOA体系结构设计了系统的功能结构,采用OWL本体语言和Java技术开发了知识本体可视化等功能组件。 本文的主要创新点如下。 一是建立了语义学习对象模型,用于封装和描述教学资源。语义学习对象SLO为基于某一学科领域知识,有一定学习前提、学习目标和教学角色,具有一定结构的数字化教学资源;它使用SLOM本体元数据进行具体表示。 二是采用了面向领域和用户的混合资源组织方式,为用户提供基于学科知识体系和用户群体网络的资源检索使用方式。重点研究了知识本体自动标注、用户兴趣表示与隐式挖掘等关键技术。 三是设计了面向服务的教学资源集成管理核心服务,分别为领域知识服务、用户信息服务和学习对象服务;构建了教学资源集成管理系统的功能参考模型。 总之,本文对本体和Web服务技术在教学资源描述、教学资源组织以及教学资源管理系统互操作等资源集成管理中的应用进行了初步研究。接下来,需要对教学资源的知识语义抽取、用户的个性化学习服务以及Web服务自动发现、组合等关键技术进行更深入的探索。
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP393.09

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