基于本体的数字化课程知识构建研究

摘  要：大疫三年對高校教育发展产生了极大的影响，无形中推动了电子商务教育与网络课程数字化的发展。随着移动通信技术和网络技术的快速发展，教学知识资源呈爆炸式增长，容易造成资源冗余无序的增长，而使用课程知识本体和数据关联技术对课程语义资源进行结构化组织，终将成为实现课程资源共享的有力保障。文章在确定电子商务安全领域本体概念的基础上采用Java程序语言与Protégé程序工具进行语义关联，建立电子商务安全课程知识中类、属性与实例之间的联系，有利于此课程知识库的构建，推动了课程知识的使用与延伸，也为专业学生的学习提供助力。

关键词：数字化课程；电子商务安全；本体；知识库

中图分类号：TP39；G434    文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2023）20-0194-05

Research on Knowledge Construction of Digital Courses Based on Ontology

—Taking E-commerce Security Course as an Example

WANG Xuefei

（Huainan Normal University， Huainan  232038， China）

Abstract： The three years of the pandemic have had a great impact on the development of higher education， invisibly promoting the digitization of E-commerce education and online courses. With the rapid development of mobile communication technology and network technology， teaching concept knowledge resources are exploding， which can easily lead to redundant and disorderly growth of resources. However， using course knowledge ontology and data association technology to make structured organization on course semantic resources will eventually become a powerful guarantee for achieving course resource sharing. On the basis of determining the ontology concept in the field of“E-commerce security”， this paper uses Java programming language and Protégé programming tools to semantically associate and establish the connection among classes， attributes， and instances of“E-commerce security”course knowledge. This is conducive to the construction of the course knowledge base， promotes the use and extension of course knowledge， and also provides assistance for professional students' learning.

Keywords： digital course; E-commerce security; ontology; knowledge base

0  引  言

本体[1]概念原是哲学领域用以研究世界本原的学说，现如今被援引到人工智能、知识工程等领域[2]。近年来，随着数字化技术的快速发展，学者们对本体的研究又逐步扩展到教育领域[3]，为电子商务专业教育的发展注入新的活力。高等教育的数字化转型[4]需要数字化技术的支撑，由此创新优化教育资源组织方式，提高教育的综合竞争力。而这种教育资源包括日常的课程资源，本体技术的引入有助于课程资源的收集、整理、构建与发展，对本体的构建有助于实现所需资源的合理组织和精确利用。本文以电子商务安全课程为例构建电子商务课程，构建电子商务专业课程知识体系，推动电子商务专业课程教育资源数字化的使用、发展与创新。

在国内外，有众多学者对其进行了研究，马苗苗、陈春辉[5]为了提高交通领域地理信息检索的效率和准确率，通过引入语义检索技术构建交通地理本体，实现地理信息的检索。李言则[6]在课程本体“Python核心编程”中引入用户模型和用户感兴趣模型，并在语义相似度算法、用户兴趣度更新算法的支持下实现知识推荐和学习路径推荐。从以上国内外有关本体在教育领域应用的研究现状可以看出，本体在教育领域有着广阔的应用前景。何春雨、滕春娥[7]以赫哲族非遗资源为例，研究非物质文化遗产知识本体构建，采用语义网技术创建所研究资源之间的联系，完成本体库的构建与使用。肖明明、苏利敏、江静[8]通过知识图谱的方式构建了C++程序设计课程知识体系，对课程知识图谱研究中的本体构建、图谱应用及构建方式等进行了理论说明。

从以上关于本体在教育领域应用情况的国内外研究现状中可以看出，本体在教育领域有着广阔的应用前景。随着本体技术的不断成熟，学者们从不同方面对其进行了深入研究，作为知识管理可以从规范性和共享性方面发挥正向作用，资源的规范性描述是知识管理的重点，但是本体在教育领域的应用大多尚处于研究阶段，还没有成熟地应用于实践，有很多不够完善的地方，国内外对电子商务专业课程领域本体的研究尚浅。本文主要是以高校电子商务安全课程为基石扩展到其他电子商务专业课程，形成完整的专业课程体系。对此课程知识体系的构建，需要收集整理语料知识库所需的知识语料，紧接着是对此课程的类进行确认，继而以点带面地探索电子商务安全课程知识间的联系，按需求对课程知识实例整理归档搭建层次结构，最后利用Protégé软件构建高校电子商务安全课程领域本体。

1  专业课程本体知识库构建技术框架

电子商务领域网站中专业课程本体知识框架，包含课程知识源和课程知识概念集，并以此作为框架搭建的基础，然后进行数字化课程的知识表示，最后进行形式化编码，实现专业课程本体知识库的框架构建[9]，其框架如图1所示。

1.1  课程知识源

众所周知，课程是教育者实施教学的产物，可以依靠爬虫等数据采集软件来构建电子商务专业课程知识源，使之成为教学网页知识库构建的基础。电子商务专业课程知识库所包含的数据知识以专业基础课程、专业必修课程、运营方向课程、技术方向课程以及专业选修课程为主，其中专业必修课程又包含电子商务概论、网页设计基础、网络营销、电子商务安全和网络技术等课程，并以单元粗粒度知识点的形式保存课程知识的记录，以不同数字化课程知识构建电子商务专业所需的数据源。

1.2  课程知识概念集

计算机技术和人工智能的发展实现了网页中大量数据概念的识别，也给知识库的构建带来了诸多便利，但是，网站中专业课程所涉及的内容知识面较宽且涵盖内容较为复杂，仅靠网络技术无法精准识别所需课程知识，且仅凭借人的力量会大大降低知识获取和分析的效率。为此，可以将不同课程知识的获取方式结合起来，推动一种以网络计算机知识获取技术为主并辅之以人工识别的建设，形成相关的规则库并对这些概念进行规则匹配，提取满足规则的概念，最终获取知识形成电子商务专业数字化课程本体的概念集合。

1.3  知识表示

知识表示有主客观两种表示形式并以此为前提构筑知识组织形式。也就是说，将电子商务专业课程领域所需的概念、属性等知识表示为可以与人工智能设备交互的内容，以此推动课程领域组织结构的构建。

领域本体的构建方法种类繁多，主要有骨架法、TOVE建模法、Methodolody法及七步法等，七步法可以很好地表达本体建模的优势[10]，故本文特以七步法为基础构建电子商务网站中专业课程领域本体，由此形成构建本体的基本思路。首先，了解领域内构建课程知识库的概况，明确課程知识库的领域边界、内容、实际需求、实际用途以及课程知识的查复率。其次，对课程库中的知识进行精准覆盖，明确专业领域课程的核心概念及其层次关系以及其中的相关属性，在确定层次中类和类之间的关系之后找到网站专业课程中不同属性、类之间的交叉关系。再次，向网站中的课程知识本体加入对应的知识类，其后增加各类的属性值，创建相关的实例。最后，利用切实有效的工具和方法生成领域专业课程知识本体。

1.4  形式化编码

本文采用简单实用的本体操作软件Protégé进行编辑，该软件是一款基于Java语言的软件程序，使用者只需掌握领域本体概念知识，即可完成电子商务专业数字化课程库的构建。

2  电子商务安全课程本体知识的构建

2.1  电子商务安全课程领域和范围

电子商务专业课程知识种类繁多，主要类别有技术类、管理类和营销类，而这往往就会形成交叉学科。电子商务安全就是一门交叉学科，也就是说，在专业必修课程领域，它既包含诸如电子商务管理和电子商务营销写作实务之类的管理营销学科，又涵盖诸如网页设计基础和Photoshop平面设计之类的技术学科，此外，还包含电子商务安全和网络信息检索与利用等交叉学科。本文主要对课程领域的基本、重点知识进行梳理，最终构建了电子商务安全课程本体。

2.2  课程领域核心概念及概念分层

电子商务安全课程授课的主要目的是使学生对电子商务安全的网络体系和架构进行学习，促使学生提高商业信息网络安全的意识。课程中的核心概念需经过领域专家严格审核后最终选定，对知识概念进行筛选和归纳，并经过人工验证获得一份课程相关概念词汇列表，其中包括电子商务安全的现状、安全协议、密码学、古典密码学、对称加密、非对称加密、数字签名、数字证书、CA认证机、身份认证、访问控制、防火墙、计算机病毒和风险管理等。

本文主要以自上而下的方式构建课程本体，对领域知识进行分析归纳后构建了概念层次结构。首先确定课程领域的核心概念，如图2所示，其次按照粒度的大小对研究的概念层层向下细分，最终获得所需的层级概念。以“数字签名技术与应用”的核心概念为例，将其细分为数字签名基本原理、数字签名常用方法、数字签名特殊方法、数字签名常用标准、数字证书技术，以及电子签名法律这几个二级类目，由此对数字证书技术又可下分为数字证书简介、数字证书对信息安全的保障、数字证书格式、数字证书的申请发放与分发、公钥基础设施PKI以及CA的结构等子类，接着利用Protégé软件对核心知识进行层层细分，最终获得电子商务安全课程本体的层次结构，如图3所示。

2.3  电子商务安全课程知识概念属性

在定义好电子商务安全课程领域的核心类层次结构之后，仍需研究定义此课程类之间的关系，而这种关系即为属性，包括对象属性和数据属性两种属性，而两者之间的不同主要体现在对象属性研究类与类或是实例与实例之间的关系，数据属性则以研究实例与数据之间的关系为主。

对于对象属性关系，此课程知识之间的关系主要有等级关系、同级关系、等同关系、构成关系以及相关关系，映射到的具体属性名称与对应的关系如表1所示，其中，等级关系中的类属关系常用subClassOf表示，就比如用subClassOf将“公钥基础设施PKI的体系与功能”和“PKI体系结构及各实体的功能”“PKI体系结构的组织方式”“PKI服务”等分别连接起来，意味着“公钥基础设施PKI的体系与功能”的层次较高，即“PKI体系结构及各实体的功能”等从属于“公钥基础设施PKI的体系与功能”的子类。从另一方面来看，处于同级关系中的兄弟属性可用Parallel来表示映射关系，比如说，“PKI体系结构及各实体的功能”“PKI体系结构的组织方式”与“PKI服务”三者存在兄弟关系。

数据属性的信息主要是对知识点编号、知识点名称、分类、内容描述、学习目标、重点、难点、讲解时间、习题题干、答案等进行定义，其数据属性如表2所示。

2.4  电子商务安全课程实例添加

对电子商务安全课程信息进行整理，实质上不仅仅局限于建立一个课程知识的存放仓库，而是要让仓库活起来，使学生掌握课程内容与知识资源之间的联系，从而更好地推动课程知识的整理、开发与使用。在对课程的类和属性进行定义之后，紧接着就要对具体的电子商务安全课程知识实例进行研究，而课程类的实例化其实就是将所获取的安全知识合理地添加到相应的类中，并且继承类中一定的属性，即本课程的8个章节中每个章节中都会对应着相应类和属性的知识实例，并使用语义关系形成电子商务安全课程实例之间的语义网络，最后利用本体知识软件Protégé搭建此课程层次关系模型。

本文主要以“PKI系统的组成部分”这个知识实例类为例进行说明。该知识实例类包括“认证机构”“证书库”和“客户端软件”等10个知识实例，此外又以“认证机构”实例为为例进行解释说明，如图4所示为Protégé“认证机构”实例界面图。首先，对这个实例以rdfs：comment的方式进行Annotations备注，主要是对“认证机构”知识的概括说明，包括其与PKI系统的关系、简称以及其被认为是数字证书的签发机构，等等。其次，此实例的属性构建，一是对象属性栏中“兄弟”关系与除自己以外每一个PKI组成部分中的知识点相关，还有“相关关系”连接着“认证机构”与“证书库”。二是在数据属性中选择“知识点编号、知识点名称、内容描述、学习目标、讲解时间、习题题干”和“答案”这几个属性，并分别为其添加“397”“认证机构”等对应的属性，这樣基本上构成了“认证机构”的实例。

本文最终利用Protégé软件和OWL本体描述语言对电子商务安全课程领域本体类和属性等进行设计构建。由于该课程体系涉及的内容较多，难以悉数展示，由此以“PKI系统的组成部分”类及其相关属性以及相关实例为例来展示整个课程知识体系，如图5所示。

3  结  论

本文基于电子商务专业课的学科特点，在收集整理大量数据并在相关专家的指导下研究获取了此领域的语料。分析电子商务专业课程的领域知识概念并确定其层次关系体系，继而利用Protégé将构建的本体数字化。对于电子商务专业课程的研究主要以电子商务安全课程为例，详细分析了此课程的层次结构类、属性关系和实例关系，最终构成电子商务安全课程领域本体知识体系。随着数字化技术的快速发展，未来的电子商务专业课程还应结合其他计算机网络技术等相关技术，对研究领域进行深入挖掘形成标准化结构。

参考文献：

[1] STUDER R，BENJAMINS V，FENSEL D. Knowledge Engineering， Principles and Methods [EB/OL].[2023-01-05].https：//wenku.baidu.com/view/63d0a3d676a20029bd642d50.html.

[2] 汗古丽·力提甫，杨勇，任鸽.智慧教育背景下的课程资源知识库平台设计 [J].信息技术，2021（9）：13-18.

[3] 祝智庭，郑浩，谢丽君，等.新基建赋能教育数字转型的需求分析与行动建议 [J].开放教育研究，2022，28（2）：22-33.

[4] 李敏辉，李铭，曾冰然，等.后疫情时代发展中国家高等教育数字化转型：内涵、困境与路径 [J].北京工业大学学报：社会科学版，2022，22（1）：35-46.

[5] 马苗苗，陈春辉.基于Jena开发包的交通本体推理机制研究 [J].河南科技，2020（13）：102-104.

[6] 李言则.基于课程本体的学习内容个性化推荐的研究与应用 [D].武汉：华中师范大学，2013.

[7] 何春雨，滕春娥.非物质文化遗产知识本体构建——以赫哲族非遗资源为例 [J].情报科学，2021，39（4）：140-147+156.

[8] 肖明明，苏利敏，江静.基于知识图谱的C++程序设计课程知识体系构建 [J].教育观察，2022，11（10）：68-71.

[9] 鲍婷婷，陈丽，郑勤华，等.“互联网+教育”领域本体可视化构建与结构分析 [J].电化教育研究，2022，43（6）：39-45.

[10] 黄新平，王洁．面向WebArchive的政府网站网页专题知识库构建研究 [J].图书馆学研究，2021（15）：64-70.

作者简介：王雪菲（1992—），女，汉族，安徽淮南人，助教，硕士研究生，研究方向：电子商务。

收稿日期：2023-03-22