基于本体的高校学科资源平台建设模式研究

杨之音 王翠萍 陈文勇

〔摘 要〕“探究式学习”、“基于资源的学习”等理论越来越得到教育工作者的广泛认可，因此创建支撑这些理论的学科资源平台具有重要意义。面向高校的学科资源平台应能够高质量整合学科资源、科学组织学科资源、智能检索学科资源、优化学科知识地图、提供师生交流渠道。在这些原则的指导下，本文提出基于本体的高校学科资源平台建设模式。首先对平台的需求进行用例分析，在分析的基础上对平台的结构进行设计，最后给出适应学科资源平台的本体构建模式。

〔关键词〕本体；高校；学科；资源平台；模式

〔中图分类号〕G250.7 〔文献标识码〕A 〔文章编号〕1008-0821（2016）06-0103-05

〔Abstract〕Theories such as inquiry learning and resource-based learning has been more and more widely recognized by educators.In this context，creating a platform for subject resources was important.Resource platform for university should be able to integrate high-quality subject resources，organize subject resources scientifically，retrieval subject resources intelligently，optimize knowledge map and provide communication channel for teachers and students.Under the guidance of these principles，the model of university subject resources platform based on ontology has been designed.First，this paper used case analysis to analyze the needs of the platform.Then，the structure of the platform has been designed on the basis of the analysis.Finally，the model of resource ontology has been constructed according to the platform.

〔Key words〕ontology；university；subject；resource platform；model

与初、中等教育相比，高校学生的学习方式更加多元化和自主化，除课堂学习之外，高校教学课程较多，每门课程的教学时数有限，因此需要学生自己利用课后时间查阅资料，补充课堂所学，在这一过程中，由于学科资源比较分散，同一学科的资源往往需要浏览不同网站或检索多次才能够获得，为学科资源的利用带来很大不便。如何将网络上的学科资源整合在一起，方便师生使用，将是开发利用网络学科资源的首要问题。此外，新的教学理念如“探究式学习”[1]、“基于资源的学习”[2]等越来越得到教育工作者的广泛接受和认可，因此创建支撑这些理论的高质量学科资源平台具有重要意义。为此，本文提出将本体融入学科资源平台的建设中，通过本体实现平台资源的优化组织和智能搜索，为教师和学生提供便利的教学条件。

本体论的概念来源于哲学领域，用于描述事物的本质，后来逐渐融入计算机等其他领域，并用“本体”（Ontology）一词来区分哲学中的本体论。关于本体的概念学者们给出了不同观点，其中Gruber的定义得了较多学者的认可，他认为本体是概念模型的明确规范的描述，是面向特定领域，描述特定领域的概念模型，即关于该领域的一个公认的概念集，其中的概念有公认的语义，通过概念之间的关联来体现[3]。近年来计算机、图书情报、教育等领域对本体展开了较为广泛而深入的研究。在计算机领域，学者们较多关注在基于本体的语义搜索的各种相关算法的优化，以及本体应用于人工智能、语义网、专家系统等方面的关键技术的研究；在图书情报领域，本体被看作是分类法、主题法之外一种新的信息和知识组织方式，因此对于本体的研究主要集中于资源整合、信息检索、知识管理等方面；为了更好地组织教学资源，教育领域的研究多关注于各种具体学科领域本体的构建，如语文[4]、数学[5]、物理[6]等，学科资源平台的建设具有重要性，将本体与学科资源平台的构建相融合的研究并不多。

1 高校学科资源平台的建设原则

1.1 高质量整合学科资源

高校学生的自主学习往往需要查阅大量相关资料，但是近年来随着知识更新速度的加快以及互联网技术在教育领域的迅猛发展，网上学习资源增长迅速，大大增加了学生查找资源的时间，甚至用来搜集资源的时间超过了利用资源的时长，容易使学生产生倦怠情绪，影响学习效果。学科资源平台应能够将关于某一学科的资源整合在一起，形成学科资源门户，以降低资源获取时间，提高学习效率。同时，为了保证平台的资源质量，可由教师按章、节上传关于某一学科的课件、视频、音频、论文等资源，方便学生获取。

1.2 科学组织学科资源

信息组织是依据某种情报检索语言或信息组织规则，对信息内容的重组与序化[7]。传统的资源组织往往利用专题或综合的主题法和分类法进行，组织工具往往追求大而全，更新周期较长，组织方式比较单一且多面向纸质资源。近些年来许多学科呈现交叉化、综合化趋势，新的概念、研究领域层出不穷，这些交叉领域在传统的组织工具中难以体现。因此学科资源平台需要一种新的信息组织方式，以适应当前网络化、数字化学习资源组织的需要。本体可明确表达相关概念，灵活展现概念与概念之间的关系，形成概念之间的多向链接，同时本体的构建比较灵活，可以根据学科特点设计概念网络，根据需要增加或减少概念层级，从而科学有效的组织学科资源，更好的体现学科的前沿内容，满足学科飞速发展的需要。

1.3 智能检索学科资源

高校学生实施自主化学习时需要形成关于某个学科的系统化认知，了解某个单一知识点与其他知识点的联系，以及此知识点在整体课程体系中的地位，这种对课程知识整体把握的需要促使资源平台能够实现智能搜索、语义搜索，在搜索的同时给出相关联知识点的资源。目前的信息检索大部分是基于关键词的检索。由于语言有一词多义现象的存在，这种检索方式经常检索出很多无关信息，给学习者造成困扰。同时传统的检索只能“就词查词”，不能检索到与检索词相关、同义、近义等词语，查全率较低。学科资源平台建设的根本目的是为了促进高校学生的学习，学生在学习某个知识点时，既需要以往学习的知识作为基础，也需要通过相关知识的扩充才能构建出对于这一知识点的完整认知。本体构建面向某一特定学科领域，相比传统的基于关键词匹配的信息检索，检索出无用资源的机率大大降低，其相关度和查准率都比较高。同时，本体能够反映概念之间的关系，因此基于本体的检索可以查找到所有与检索词有关的词语，包括同位类、上下位类等，提高查全率。基于本体构建学科资源平台可以帮助学生在检索某一知识点时建立相关联系和推荐，帮助学生回忆、巩固、拓展学习内容，提高学习效率。

1.4 优化学科知识地图

知识地图是对知识存在位置和知识状态的导航，是知识管理的有效工具，类似于数据结构中的指针的作用，它能够根据人们的需要迅速定位知识，实现知识的快速查找，提高知识利用率[8]。学科资源平台应提供知识地图，帮助学生了解学科结构，快速定位学习资源。知识地图的种类很多，既有概念型的知识地图，也有仿真型的知识地图等。学科资源平台可以通过对本体的简化、可视化构建概念型知识地图。同时，基于本体的知识地图因为有了资源的支撑，不再只是一种平面的指引而是一种立体的呈现，完成资源从导航到获得的一站式应用，实现学科知识地图的优化。

1.5 提供师生交流渠道

学科资源平台的构建是为满足学生自主学习的需要，无论是探究式学习还是基于资源的学习，都离不开教师的组织和引导。学生在利用资源学习时，会产生关于知识点的各种疑问，这些都需要学科资源平台能够提供便利的师生交流渠道。因此学科资源平台应具备实时交流模块，学生可以和教师或其他学生进行交流，及时解决问题。此外，答疑是教学中的重要环节，可以帮助学生巩固所学知识，提高学习效果。学科资源平台应开辟专门的答疑版块，系统收集和整理答疑信息，建立答疑知识库，并能够将答疑知识库与本体库相关联，学生搜索资源的败絮其中时也能将答疑知识库的相关内容检索出来，提高答疑知识的利用效率。

2 基于本体的高校学科资源平台建设模式分析

2.1 基于本体的高校学科资源平台的用例分析

用例图是用以图示化系统的主事件流程以及描述用户需求的一种模型图，由参与者（Actor）、用例（Use Case）以及它们之间的关系构成[9]。使用用例图可以清晰地描述平台的使用需求和各模块之间的调用关系。图1给出了基于本体的学科资源平台的用例图。

如图1所示，该用例图的3个参与者分别为教师、管理员和学生。由上传资源、资源解析、相关度匹配、检索资源、语义转换、分类导航、文档索引、解答、交流、提问、审核与控制等用例构成。其中，教师能够根据课程属性利用平台上传学科资源，平台对不同类型的资源进行解析，通过标题、关键词、内容简介等信息提取出具有检索意义的文本信息，形成索引文档。学生能够利用平台检索学科资源，输入检索词后，平台利用本体实现语义扩充与转换，通过索引文档与平台已有资源依据相关度进行匹配，从而全面搜索出与检索词相关的资源。此外，学科资源按照课程属性进行分类，学生可以利用分类导航获得某一类目下的所有相关资源。在平台中，学生可以就课程中的相关知识点向教师提问，教师予以解答，形成答疑知识库，利用本体进行语言转换并归档检索，作为学科资源的有效补充。同时，平台嵌入即时通讯模块和答疑模块，满足师生日常交流的需要。管理员负责资源审核与权限控制，对资源上传、答疑、交流等环节进行全面监督，保证平台的正常运行。

2.2 基于本体的高校学科资源平台的总体架构

图2给出了基于本体构建学科资源平台的总体架构图，根据用例分析，平台应具备语义搜索、导航、可视化、交流、答疑、上传、下载、安全管理与控制等功能。为了实现这些功能，需要建立相应的学科资源库、交流信息库、答疑知识库、人员资料库等数据库。其中，学科资源库和答疑知识库是学科资源平台的建设重点，为了保证资源质量，由教师按课程属性上传课件、视频、音频、论文、文本等资源，形成学科资源库。学生可以就课程的某个知识点向教师提问，管理人员定期对问题和答案汇总，形成答疑知识库，从而使课程资源更具完整性。为了实现对学科资源的语义检索和扩展检索，利用本体构建工具设计该学科资源的领域本体，将领域本体与学科资源库和答疑知识库相关联，用以描述资源以及资源间的关系，从而提高资源发现的效率。此外，平台嵌入即时通讯模块，供教师发布通知、师生讨论、问题解答之用，满足师生之间日常交流的需要，利用交流信息库保存即时通讯模块中的数据。人员资料库用于存储平台的教师、学生的相关资料，由管理人员负责对人员资料库的数据进行添加、修改、和监督，有效管理平台权限，进行安全控制。

2.3 基于本体的高校学科资源平台的本体设计

2.3.1 构建工具

目前本体的构建工具有很多，比较主流的构建工具有protégé、JOE、WebODE、Ontolingua、OntoEdit[10]等。其中protégé具有开放性、友好性等特点，成为国内外很多学者和机构建构本体的首选工具，因此本文以protégé为基础对学科资源平台进行本体构建。protégé主要包括Classes（类），Object Properties（对象属性），Data Properties（数据属性），Individuals（个体）等栏目，同时利用OWLViz、DLQuery、OntoGraf等辅助工具构建本体。

2.3.2 模式设计

本文中学科资源平台的建设以促进学生学习为主要目的，教师大多按章节进行授课，一门课程的章节内容也体现了该门课程的整体知识结构。为此，领域本体按照课程属性设计，首先以课程名进行划分，每个课程名下列出该课程的相关概念，该概念为每门课程章节内容的提炼，每个概念设置论文、视频、音频、文本、课件等个体并取值，用以体现资源的类型。学生按章节检索资源可以系统了解有关知识点的全面内容，了解某个知识点的前后相关联系，从而增强学生对于课程体系的总体认知，有利于在学生脑中形成关于该门课程的知识地图。按照上述原则构建的本体结构模式图如图3。

由于本文主要探讨基于本体的学科资源平台建设模式，并未针对特定学科，因此本体设计中没有列举具体的课程名称以及相关概念，而是用Coursename1、Coursename2、Coursename3、……等代表不同学科的课程名，用concept1、concept2、concept3、……等代表不同课程下的相关概念，在结构模式图中额外加入“……”，用以代表未列举出来的课程名以及概念名。

此外在每个concept下设置paper、vedio、audio、ppt、doc等个体（即protégé中的Individuals），针对每个个体赋以相应的数据属性（即protégé中的Data property assertions）。其中个体paper的数据属性data的值为“YYYY-MM-KKHH∶MM∶SS”，数据属性title的值为“titlename”，数据属性journal的值为“journalname”，数据属性author的值为“authorname”。个体audio、doc、ppt、video的数据属性均为title，其值都定为“titlename”。以concept1为例展现具体的设计结果，设置过程见图4。

图4是protégé中的Individuals界面，以concept1为例展现其所涵盖的个体，并以paper为例体现其数据属性。图4中，左边部分是类的层次关系图，中间部分是个体列表，右上部分的Usage体现当前个体的使用情况。此外，各个学科可以根据自己学科的特点对个体和概念间的关系进行设定。

3 结 语

本体对于学科资源平台的优化具有重要作用，本文从宏观角度设计了扩展性良好且能够反应学科资源特点的本体构建模式，从而使学科资源平台更好地为高校师生服务。本文认为基于本体的高校学科资源平台可以高质量整合学科资源、科学组织学科资源、智能检索学科资源、优化学科知识地图、提供师生交流渠道。在这些原则的指导下，对平台的需求进行用例分析，在分析的基础上对平台的结构进行设计，使资源平台具备语义搜索、导航、可视化、交流、答疑、上传、下载、安全管理与控制等功能，最后给出适应学科资源平台的本体构建模式。本文仅从设计角度分析学科资源平台的建设模式，对于该模式的构建和实施效果还需后续研究进行检验。

参考文献

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[2]赵呈领，黄志芳，万力勇，等.基于初中物理课程的学科领域本体库构建研究[J].电化教育研究，2014，（8）：64-70，94.

[3]陈金华，邓祖明.网络环境下探究式学习模式研究[J].当代教育论坛：教学版，2010，（3）：40.

[4]张毅强.LBL—CBL—PBL—RBL四轨模式在管理教学实践中的整合与运用[J].产业与科技论坛，2011，（7）：139.

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[10]马捷，刘小乐，黄岚，等.教育领域本体构建研究[J].情报理论与实践，2012，（7）：104.