基于本体的教育资源探究

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摘要：目前教育资源面临着资源涣散、冗余大、交互性差的现状，为了能更好的开发、管理和使用教育资源，本文进行了基于本体的教育资源的探究。首先利用本体编辑器工具Protégé3.2对教育资源进行分类、定义、描述、限定条件、建立关系等，构建一个基于OWL语言的本体；然后对建立好的教育资源本体的进行存储和检索；最后根据搜索结果，得出结论，即构建教育资源本体，改进了机器对Web内容的解释能力，大大提高了信息检索的精确性、降低了数据冗余。

摘要：本体；OWL；教育资源；Protégé3.2本体编辑器

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)05-11425-02

1 引言

目前互联网上的教育资源虽多但涣散，查询效率和精确性都很低。因此随着语义网（Semantic Web）研究的不断深入和实践的不断发展，特别是XML和RDF技术的日趋成熟，以及W3C认定OWL语言后，基于语义网的本体论为有效地开发、管理和使用教育资源提供了解决方法。

2 本体的定义

本体（Ontology）最早是一个哲学的范畴，是指客观存在的一个系统的解释和说明，客观现实的一个抽象本质。后来随着人们对本体理解的逐步加深，本体的使用范畴也越来越广。目前，一般Web上的本体包括分类和一套推理规则。分类用于定义对象的类别及其之间的关系，推理规则提供进一步的功能，完成语义Web的关键目标即“机器可理解”。本体的最终目标是“精确地表示那些隐含（或不明确的）信息。

3 系统框架

本文构建的基于本体的教育资源系统框架如图1所示。系统有四大模块构成，分别是：用户界面、资源查询工具、本体服务器、资源知识库。它们之间的逻辑关系是：资源知识库里存放教育资源领域内的符合CELTS-41（教育资源建设技术规范）标准的资源；本体服务器利用推理机推测资源知识库中各个知识点的相关性；资源查询工具根据用户输入的内容，到本体服务器中获取该内容的本体类或实例；用户界面就像资源查询工具的外套，方便用户查询各种教育资源。

4 前提准备

4.1 教育资源的分类标准

本文在本体中对教育资源分类遵循的标准是CELTS-41（教育资源建设技术规范）。

4.2 本体描述语言

本文选择OWL语言来描述教育资源本体，因为：

(1)OWL可以清楚地表达每一个知识点的语义信息以及各个知识点的联系。在表达网页中的机器可理解的语义信息时，OWL比起XML、RDF、RDF-S有着更多的优势，因为它是以描述逻辑为基础的，能够表达更丰富的语义。

图1 基本本体的教育资源系统框架

(2)OWL是语义网语言栈中最为重要的组成部分，也可以把它引申到其它知识系统的领域概念及其语义关系的描述中去。

目前编辑本体的工具有：斯坦福大学开发的Protégé、卡尔斯鲁厄ATFB开发的OntoEdit和KAON、曼彻斯特开发的OilEd等等。在这些工具中， Protégé应用最为广泛，且其版本已更新到Protégé3.2，它有如下几点优点：

(1)采用图形化界面。风格与普通Windows应用程序风格一致，用户比较容易使用。

(2)可视化的OWL（Web Ontology Language）编写工具。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，使用户不需要了解具体的本体表示语言，达到了事半功倍的效果。

(4)具有很强的可扩展性。如它以OWL插件的形式支持OWL格式的的本体，OWL插件以Java开发，用Jena开发包支持OWL文档的读取。总之，可根据需要添加所需要的功能模块。

(5)可支持多种格式的本体文件的输入编辑和输出编辑。

因此本文采用Protégé3.2作为编辑本体的工具。

5 构建基于本体的教育资源

5.1 利用Protégé3.2构建教育资源的本体

图2是利用Protégé3.2建立教育资源本体的界面。其中左边是教育资源本体中的概念（即类）的名称，右边是对类的详细描述。例如类的名称、注释、相似的类等，并且在此可以进一步对类的某些属性的取值范围加以规定。

图2 利用Protégé3.2构建教育资源的本体

5.2 教育资源本体类之间的层次关系图

Protégé3.2中的很多插件可以用来显示本体类之间的关系，如JamebalayaTab插件可以用来描述本体类之间的逻辑关系；OWLvizTal插件可以用来显示各子类之间的层次关系， Quires插件可以检索本体等等。本文用OWLvizTal插件，来显示图2构建的教育资源本体的内部各子类层次关系图，其余插件就不一一描述了。由于在此本体中创建了很多子类，为了显示清晰，这里只给出了前两层的子类层次图，如图3所示。

图3 教育资源本体层次图

图3中，椭圆代表了本体中的各个类，箭头表示所属关系。如education_resouorce（教育资源）类包含了三个子类，分别是aplication_object（适用对象）、material_style（素材）和subject（科目）。这三个子类又包含了各自的子类。

6 基于本体的教育资源的存储与检索

经过图2的本体构建后，下面对教育资源进行存储和检索。

6.1 本体存储方法

目前本体的存储方式主要有两种：

(1)用OWL格式的文件保存

在Protégé3.2保存本体时，一般就直接保存为OWL格式，但每次从OWL文件里读取OWL的图结构信息是非常费时间的过程。

(2)用MySQL存储本体

本体也可以存储在关系数据库中，但数据库中的数据是基于关系模型的，难以推理，还没有成熟的语言和工具来针对关系数据库的推理。

综合上述，再加上本体的初衷就是基于XML文件格式的，而OWL文件其实就是一种XML/RDF文件格式，因此本文采用OWL文件格式存储本体。

6.2 教育资源的本体检索

(1)利用Protégé3.2插件“Quires”进行本体检索，但功能比较简单。

(2)利用Java Jena API进行本体检索。Jena开发包为RDF、RDFS和OWL提供了可编程环境，它包含了一个基于规则的推理引擎和方便的外部推理机接口。

本文采用方法(2)进行本体检索。通过对Java Jena API接口进行编程，连接到教育资源本体库（代码略）。用户检索时，在用户界面（如图4）输入要检索的内容后，系统会自动利用Jena包来读取教育资源本体库中的内容，然后在用户界面显示搜索结果。如在图4中输入素材名称“English listen”进行搜索，出现相关本体资源，如图5所示：

图4 用户搜索引擎界面

图5 相关本体资源界面

根据搜索结果可以看出，构建教育资源本体后，改进了机器对Web内容的解释能力，提高了信息检索的精确性，降低了数据冗余。

7 结束语

本文还只是初步构建了一个简单的教育资源本体，因此本体类还不够齐全和完善，同时在本体推理机方面还有待进一步探究和改进。相信在不久的将来，随着本体的不断健全，教育资源会逐渐变得整体化、规范化，不再涣散无章。

参考文献：

[1] 教育部教育信息化技术标准委员会. 教育资源建设技术规范[S]. CELTS-41.1.

[2] 宋炜, 张铭（著）. 语义网简明教程[M]. 高等教育出版社,2004.6.

[3] 何向武. 基于语义web技术和本体论的网络教育资源建设研究[D]. 华东师范大学,2006.5.

[4] Semantic Web. /2001/sw/.

[5] MATTHEW HORRIDGE, HOLGER KNUBLAUCH, ALAN RECTOR STEVEN, CHRIS WROE. A Practice Guide to Buildeing OWL Ontologies Using The Protégé-OWL Plugin and CO-ODE Tools Editon 1.0 [M]. The University of Manchester. August 27,2004.

[6] /.

[7] W3C.CC/PP Information Page. /Mobile/CCPP/,2004.

[8] FIPA.FIPA Specifications. /specs/fipa00091/,2002.

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