基于领域本体的分布式学习内容互操作系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于领域本体的分布式学习内容互操作系统，可以应用于在互联网环境下、以领域本体为知识库的智能型分布式学习内容的设计与智能教学系统的开发，实现基于领域本体的学习内容在不同的智能型教学系统间的移动与共享。该互操作系统包括：基于领域本体的领域知识通用框架、基于领域本体的分布式内容对象模型、分布式内容对象查询领域本体的通信机制、实现领域本体分布式查询的通信接口原型、领域本体分布式查询的通信数据模型以及教学管理系统与分布式内容对象的分工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于计算机技术与教育技术的交叉，涉及计算机领域中的分布式处理、人 工智能，以及教育学领域中的智能教学系统、学习内容设计等多种技术，具体是基于领域本 体的分布式学习内容互操作系统，可以应用于在互联网环境下、以领域本体为知识库的智 能型分布式学习内容的设计与智能教学系统的开发，实现基于领域本体的学习内容在不同 的智能型教学系统间的移动与共享。
技术介绍
随着计算机技术的飞速发展，教育技术正面临二大挑战：1)如何综合运用人工智 能、教育学与认知心理学等多种技术，模拟人类教师教学，实现因材施教并进行有针对性指 导的开放式人机交互教学，最终实现计算机从辅助教师教学逐步过渡到代替教师教学，因 此智能教学系统是目前教育技术中的一大热点与难点；2)为适应当今互联网高度发达的信 息时代，如何避免教学课件的重复开发，实现各类教学资源的共享与各种异构型教学系统 的互操作性。为此，从1997年开始，国际上有众多组织从事研究和制定远程教育技术规范， 比较著名的有：IEEE学习技术标准委员会LTSC，ISO组织的JTC1/SC36工作组，美国联邦政府 组织ADL高级分布式学习小组等。在国内，由教育部牵头于2001年成立了教育信息化技术标 准委员会，颁布了 CELTS系列标准。随着全球最大的网络多媒体软件公司Macromedia在其 Adobe软件中对SCORM与AICC规范的全面支持，目前远程教育技术规范的推广应用显现快速 发展的趋势。 目前，最典型的智能教学系统技术规范是美国联邦政府下的高级分布式学习组织 ADL发布的SCORM规范，该规范已被纳入到ISO学习技术标准体系当中，并已获得包括Adobe 在内的众多软件平台的支持。SCORM规范打破了传统封闭式教学系统的设计方法，制定出基 于可共享内容对象SCO的内容聚集模型与基于产生式规则的学习顺序模型，将教学内容与 教学策略从其运行环境中剥离出来，由学科教师按照统一的标准进行设计，同时为教学系 统制定了标准化的运行模式，使得异构型教学系统之间能够交换各类资源，从而实现了一 个分布式Web教学系统互操作模型。但是SCORM规范目前的领域知识模式只采用了面向学生 的结构化课件，并没有引入基于领域本体的学科专家模型，其目标模型只是实现了一个可 为学习者提供个性化教学、基于结构化课件与产生式规则的自适应教学系统，其整体智能 程度并不高。 起源于哲学的本体论(ontology)近年来在信息领域得到了广泛应用，尤其本体论 在Web上的应用导致了语义Web的诞生。本体是关于共享概念的一致约定，其核心概念是知 识共享，因此本体从一开使就广泛应用于知识工程。本体的描述逻辑DL(Description Logic)是在语义网与框架的基础上发展起来的，是一阶逻辑的一个可判定的子集，具有良 好的语义、强大的知识表达能力与推理的可判定性。目前，语义Web与本体在智能教学系统 中得到了广泛的应用，包括:学习资源的语义标注与学习对象的语义检索，基于领域本体的 学习内容开发及聚集，以及基于领域本体的个性化学习、自然语言接口与定理证明等。 目前，W3C组织发布的基于描述逻辑的OWL DL作为本体描述语言，实现了本体表示 的互操作性，即领域本体可在不同的教学系统间实现共享与互操作，但基于领域本体的各 种教学内容设计依然还是封闭于不同的教学系统内部，造成大量的基于领域本体的智能型 课件的重复开发。
技术实现思路
本专利技术针对目前基于领域本体的各种教学内容设计与智能教学系统相互绑定的 现状，提出了一种基于领域本体的分布式学习内容互操作系统。这里的互操作是指该分布 式学习内容无需做任何修改即可在各种异构型的智能教学系统间移动和共享;分布式是指 学习内容的设计必须通过服务器端与客户端合作完成。在本专利技术的互操作系统支持下，可 将基于领域本体的学习内容设计从智能教学系统中分离出来，进行规范化设计，从而实现 基于领域本体的学习内容在不同的智能型教学系统间的移动与共享。 该互操作系统包括:基于领域本体的领域知识通用框架、基于领域本体的分布式 内容对象模型、分布式内容对象查询领域本体的通信机制、实现领域本体分布式查询的通 信接口原型、领域本体分布式查询的通信数据模型以及教学管理系统与分布式内容对象的 分工。 1、基于领域本体的领域知识通用框架:用于支持智能教学，该框架具体包括： 1)领域知识通用框架的互操作层次与BNF定义本专利技术参照语义Web的层次结构，给出基于本体的领域知识识结构的BNF定义如 下： (符号说明：：：=表示定义，O表示非终结符，""表示终结符，I表示或，（）表示一 组，[]表示可选，{}表示出现一次或多次，斜体字表示定义的描述）； 〈领域知识结构>::=(〈重量级领域本体〉； 〈重量级领域本体>::=(〈概念〉，〈概念层次〉，〈关系〉，〈TBox断言〉，〈ABox断言>); 〈概念>::=〈领域概念> I〈抽象概念〉； 〈抽象概念名> ::=〈领域概念名>+"_"+〈特征描述符〉； 〈概念层次>::=一个由所有概念组成的、通过继承关系连接而成的概念树； 〈关系>::=〈关系名>(定义域:〈概念>，值域:〈概念>|〈数据类型>); 〈关系名>::=〈意义属性> I〈继承关系> I〈从属关系> I〈包含关系> I〈领域关系〉； 〈意义属性关系>::=hasMeaning(定义域：〈领域概念>，值域：string); 〈TBox断言>::=(〈关系公理〉，〈概念公理>);〈关系公理>::"传递关系" Γ对称关系" Γ函数关系" Γ逆关系" Γ逆函数关系"； 〈概念公理>::=(〈概念定义断言〉，〈概念特化断言〉，〈关系约束断言>); 〈概念定义断言>::=一个概念意义的逻辑表达式与文字描述的联合体； 〈概念特化断言>::=指明概念的父类或特征； 〈关系约束断言> ::=指明概念关系值域的类型或值或范围； 〈ABox断言>::=({〈领域个体>}，{〈关系个体>})。（2)三位一体的概念意义表征包 括：同义概念:在TBox中定义的所有具有相同意义的概念，是一种概念意义解释与转 换的方法，可为自然语言接口与教学文本的语义标注提供同义词的支持；意义逻辑:在TBox中定义的一个基于领域概念与领域关系约束的描述逻辑表达 式，是一种面向机器推理的意义形式，主要用于问题求解中的知识推理，同时也为意义描述 中本体成分的分割与语义标注提供依据；意义描述:在TBox中给出的一个字符串属性约束值，是一种面向学生理解的概念 意义的文字描述，它是意义逻辑的语言模板，主要用于生成答案与内容。 (3)基于抽象概念的概念特化消解： 通过引入抽象概念与补足成分，将TBOX中概念特化蕴含式转化成一个抽象概念的 定义。 2、基于领域本体的分布式内容对象模型： 本专利技术通过一种基于领域本体的分布式内容对象实现基于领域本体的分布式学 习内容设计。本发将基于领域本体的分布式内容对象（〇BDCO:Ontology_Based Distributed 本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于领域本体的分布式学习内容互操作系统，包括：1)基于领域本体的领域知识通用框架：用于支持智能教学，该框架具体包括：(1)领域知识通用框架的互操作层次与BNF定义，(2)三位一体的概念意义表征，(3)基于抽象概念的概念特化消解；2)基于领域本体的分布式内容对象模型：用于实现基于领域本体的学习内容设计，该分布式内容对象至少能定位教学管理系统的API适配器，并包括与教学管理系统建立对话的初始化API调用Initialize，本体查询的API调用SetOntology、GetOntology和结束对话的终止API调用Finish，以及其他相关的应用领域本体进行教学的脚本程序与Web资源；3)分布式内容对象查询领域本体的通信机制：在一个当前本体元素通信数据结构的支持下，将一个本体查询表达式分解为已知条件与未知结果二部分，并通过查询设置与结果返回二个步骤完成一次本体查询，其中，查询设置过程用于分布式内容对象向教学管理系统传递查询的已知条件，查询返回过程用于教学管理系统向分布式内容对象传递查询的结果；4)实现领域本体分布式查询的通信接口原型：在以上通信机制的支持下，教学管理系统所提供的通信API实例封装六个通信方法：会话初始化方法：用于初始化通信会话，它允许教学管理系统处理一些特殊的初始化问题；会话终止方法：用于结束通信会话，它允许教学管理系统释放在服务器端为与分布式内容对象进行通信所提供的资源开销；查询设置方法：用于分布式内容对象将查询中已知的本体元素parameter_2传递给教学管理系统中的当前本体通信数据元素parameter_1；查询返回方法：用于触发教学管理系统结合已设置的查询条件，对parameter_1中的未知本体元素，在服务器端对共享的领域本体进行查询，并将查询结果传递到客户端的parameter_2中；获取错误代码方法：用于返回教学管理系统在通信过程中最近一次产生的错误代码；和获取错误信息方法：用于检索当前错误的文本描述信息；5)领域本体分布式查询的通信数据模型：教学管理系统为每一个与其通信的分布式内容对象创建并维持的当前本体元素通信数据结构，并通过该数据结构封装领域本体的设计细节，实现对领域本体的映射与查询；该数据结构由教学管理系统在服务器端于会话开始时创建，在会话过程中实时更新，并在会话结束时释放；当前本体元素通信数据结构包括层次、COE数据、描述和权限，其中，权限是指分布式内容对象对该数据的访问权限；6)教学管理系统与分布式内容对象的分工：实现基于领域本体的分布式内容对象在各种异构型的教学系统间移动与互操作。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱新华，郭小华，陈宏朝，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：广西;45