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基于知识本体的E-learning系统研究

郝兴伟  
【摘要】: 教育的每一次突破性进展,都与科学技术的革命性进步息息相关,并以此为标志。20世纪90年代,随着现代通信技术、计算机网络技术以及多媒体技术的快速发展,使教育的发展产生了质的飞跃,一种数字化学习方式—E-learning得以产生并在全世界迅速发展。随着对E-learning技术观和学习观的重新认识,E-Learning研究进入了以学习为本位,以学生为中心的新的发展阶段。 E-learning是一个跨学科的研究领域,它涉及心理学、教育学、信息技术等众多研究内容。本文根据现代认知心理学、认知发展学习理论、知识分类等研究成果,利用知识本体的表达能力,提出了一种基于学习性特征的知识本体元数据模型,在此基础上,提出了一个面向学科领域、基于领域知识本体库的E-learning系统分层体系架构。对基于领域知识本体库的E-learning系统分层体系架构中的知识共享,学习资源内容管理,网络课程开发与管理模式,学习环境与学习行为建模,学习过程管理等方面进行了较深入的研究。基于上述研究结果,开发完成了计算机基础课程网络教学平台并进行了应用验证。 本文的创新点和主要工作有: 1.提出了一种基于学习性特征的知识本体元数据模型,在此基础上提出了一种基于知识本体库的E-learning系统分层体系架构。根据现代认知心理学、认知发展学习理论对学习的解释,基于学习性特征的知识本体元数据模型从基于知识分类的认知结构和认知顺序两个方面,全面地描述了领域知识本身、认知结构以及知识之间的认知顺序。通过基于学习性特征的知识本体元数据模型,建立了面向学科领域的领域知识本体库。基于知识本体库的E-learning体系架构可以保证E-learning系统中网络课程开发、学习资源管理的相对独立性,充分保证E-learning系统的灵活性。 2.提出了一种基于知识点的学习对象模型与网络课程模型。把知识点作为学习对象和网络课程(知识单元)的核心数据,然后分别建立了学习对象库和网络课程库。学习对象库用于存储注册学习对象描述数据,课程库存储网络课程结构和学习内容。在知识本体库、课程库和学习对象库基础上,通过知识点,可以在课程学习内容和学习对象之间建立多对多的逻辑映射关系,从而保证课程开发、课程内容更新和学习资源管理的相对独立性。 3.构建了一种新的领域知识共享与网络课程开发、内容更新模式。在基于知识点的网络课程模型基础上,提出了一种新的课程内容建模方法和一系列实现算法,形成了一套开发工具集。主要算法包括:基于AOV网拓扑的知识点编列算法、网络课程结构定义算法、基于知识点认知结构的知识单元内容制作算法、知识单元到XML文档绑定算法、基于AOV序列分段的课程编列算法等。可以更好地实现知识重用,有效的提高网络课程开发和内容更新效率。 4.提出了一个面向学习行为的学习环境设计模式。研究了E-learning中的各种学习行为,对各种学习行为进行了建模。通过学习行为模式,在学习行为、学习工具、知识单元和学习资源之间建立联系,从而实现学习行为的分析和个性化学习建模。同时对学习形式化进行了初步探讨。此外,研究了个性化的学习视图,设计完成了相应的知识单元学习页面及相应的生成算法。 5.计算机基础课程网络教学平台开发及应用。开发了计算机基础课程网络教学平台,为计算机基础教学的课程开发、课程维护、网络学习、过程管理与质量评估等提供了一个实用的网络教学环境。平台已应用于山东大学计算机基础教学,每年有60多位任课教师,7000多名学生,通过该平台完成“大学计算机基础”和“计算机文化基础”课程的网络教学和学习。该平台已经连续运行两年,通过实际运行对本文的研究结果进行了应用验证,效果良好。 在上述研究工作基础上,下一步可以在本体学习、学习形式化和学习的信息加工过程方面开展进一步研究,以提高本体库建设效率,实现E-learning中学习理论和信息技术的更好融合。


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