教育资源云服务本体与技术规范研究.doc

教育资源云服务本体与技术规范研究【摘要】：当前,数字化教育资源正在以前所未有的速度急剧增长,以中央电教馆的基础教育资源云、高等教育出版社的国家精品课程资源网、中国教育电视台的果实网、清华同方的知好乐教育云等为代表的教育资源云的不断涌现和发展,使得基于云服务的资源整合、云服务管理与数据中心建设成为当前教育信息化发展的热点问题。教育资源逐渐以云服务的形式运行在智能手机、Pad、电子书包等云端个人学习环境与设备当中。同时,教育资源云服务所呈现出的海量、动态、自主、协同、演化等特性是云环境下教育资源服务的应用生态所必须面对的问题。合理有效的云服务信息的描述、组织和管理,是云环境下一切数字化教育活动的基础。现有的教育资源描述模型扩展性不足,难以满足教育资源云服务的语义描述的需求,更难以实现云服务的自动管理和搜索,严重影响了云服务在系统之间的共享和互操作。本体(Ontology)作为语义Web的核心技术,是描述概念层次结构和语义模型的最佳方法,是解决知识交互、共享和重用的一个有效手段。标准化和形式化的领域本体为信息系统之间的互操作提供很好的解决方案。本研究把本体用在教育资源云的描述,以及资源云服务的描述、整合、管理和检索上面,既实现了教育资源云之间的交流和互操作,也为构建具体的教育资源云实例提供了工程化的借鉴与重用,同时也可利用本体的推理和匹配技术来发现最适合用户的教育资源云服务,从而实现根据语义进行资源云服务的发现与选择,满足云端用户随时随地“应需而变”的资源云服务需求。据此,本研究不仅具有现实意义,也具有一定的理论价值。本研究的主要工作体现在以下三个方面：(1)在基于领域特征分析的服务工程方法的指导下,构建了教育资源云的概念模型,实现了教育资源云的领域本体,接着提出了教育资源云服务的概念模型,以服务的方式描述了所有数据和应用服务,清晰地描述了教育资源云服务的用例,分析了教育资源云服务的流程,然后采用面向对象的本体创建方法开发了教育资源云服务应用本体,有效地解决了云服务描述的一致性问题,通过云服务类与对象的继承与多态,解决了云服务描述的可扩展性问题,实现了教育资源云服务的自治与共享。(2)为了实现本体的正确性,本研究采用了基于应用的本体评价方法,对本研究提出的教育资源云服务的概念模型进行了一定的技术实践与应用。利用基于本体的概念匹配技术和Racer本体推理机,在教育资源云的实例平台中实现了基于本体的教育资源云服务的智能检索,建立了资源云服务导航体系结构。(3)为了推动本体的实践与应用,本研究根据现有国内外标准组织和研究机构发布的云计算与Web服务相关标准,结合本团队的实际项目以及电子书包系统应用的核心问题,构建了电子书包资源服务技术规范(草案),制定了云环境下电子书包资源服务的分类、描述、元数据和原子服务接口等规范,并参与设计与开发了两个基于此技术规范的实践范例,实施了规范草案的适用性评价,进一步推进了教育资源云服务的实践与应用。本研究在教育资源云服务描述、管理与整合方面的成果已经在华师京城教育云、华东师范大学电子书包资源服务云、上海云未科技的电子书包桌面云等环境中得到实际应用；本研究的电子书包资源服务技术规范(草案)已经被教育部CELTSC标准组织接纳,进入试用标准论证审批程序。本研究得到了如下科研课题(项目)的资助：2010年上海重点科技攻关专项“上海数字化教育装备工程技术研究中心建设”(项目编号：10DZ2253000)；2011年上海重点科技攻关专项“跨平台智能数字化教育服务平台”(课题编号：11dz1504400)；全国教育信息技术研究“十二五”规划重点课题“电子书包的环境设计与教育应用创新研究”(课题编号：116220155);2011年度国家社科基金重点项目“电子课本出版与生态发展的研究”(课题编号：11AXW001)；国家青年基金课题“多媒体互动电子书包系统研制及教学成效研究”(课题编号：CCA100119)；国家发展改革委项目“国家信息化试点工程基础教育公共服务平台试点示范工程(首席科学家单位)”(发改办高技2009735号) 【关键词】：教育资源云 云服务 本体 电子书包 技术规范 【学位授予单位】：华东师范大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2012【分类号】：TP393.09【目录】： 摘要6-8ABSTRACT8-11目录11-15图目录15-18表目录18-20第1章 绪论20-331.1 研究的背景20-221.2 研究的问题22-241.3 研究现状分析24-271.4 研究的目的27-281.5 研究的方法28-291.6 本研究的创新点29-301.7 论文组织结构30-31本章主要参考文献31-33第2章 相关概念与理论33-482.1 基本概念的界定33-432.1.1 教育资源33-342.1.2 云服务34-352.1.3 教育云35-372.1.4 教育资源云37-402.1.5 教育资源云服务402.1.6 本体40-432.2 理论基础43-462.2.1 理论支柱：网络教学传通系统理论43-442.2.2 理念指导：开放系统理论44-452.2.3 方法论：基于领域特征分析的服务工程方法论45-46本章主要参考文献46-48第3章 教育资源云领域本体建模48-793.1 关于领域本体的构建48-513.1.1 领域本体及其构建原则48-493.1.2 领域本体的建模元语49-503.1.3 基于领域特征分析的本体构建过程50-513.2 教育资源云的领域特征分析51-633.2.1 教育资源服务系统的案例分析51-563.2.2 教育资源云的耦合性分析56-573.2.3 教育资源云的构成分析57-613.2.4 教育资源云的概念模型61-633.3 教育资源云的领域本体构建63-773.3.1 目标分析与制定计划63-643.3.2 领域知识的收集与分析64-653.3.3 核心概念和关系的确立65-683.3.4 教育资源云的概念词汇表68-703.3.5 利用Protege构建本体70-713.3.6 教育资源云领域本体的建立71-763.3.7 领域本体的演化76-77本章主要参考文献77-79第4章 教育资源云服务本体建模与应用79-1404.1 教育资源云服务本体的建模79-944.1.1 教育资源云服务的分析79-824.1.2 教育资源云服务的概念模型82-844.1.3 教育资源云服务的描述模型84-894.1.4 教育资源云服务的过程模型89-924.1.5 教育资源云服务的组合模型92-944.2 教育资源云服务的用例设计94-1034.2.1 教育资源云服务用例要素分析94-954.2.2 云端用户到云95-964.2.3 数字校园到云到云端用户96-984.2.4 数字校园到云98-994.2.5 数字校园到云到数字校园994.2.6 数字校园私有云99-1004.2.7 云服务迁移100-1024.2.8 混合云102-1034.3 教育资源云服务流程的设计103-1064.3.1 基于服务动作视图的服务流程描述方法103-1044.3.2 教育资源云服务流程的建立104-1064.4 教育资源云服务本体的构建106-1154.4.1 本体构建的步骤及准备工作106-1094.4.2 服务过程本体109-1104.4.3 服务水平本体110-1114.4.4 服务资源本体111-1154.5 教育资源云服务环境本体的构建115-1214.5.1 服务质量本体115-1174.5.2 服务计量与统计本体117-1194.5.3 云服务请求者本体1194.5.4 云服务提供者本体119-1214.6 教育资源云服务本体的评价121-1234.6.1 本体评价的阶段1214.6.2 本体评价的方法121-1224.6.3 基于应用的本体评价指标122-1234.7 本体支持下的教育资源云服务应用123-1354.7.1 基于本体的工具类资源云服务的应用123-1264.7.2 基于本体的生成类资源云服务的应用126-1294.7.3 基于本体的内容类资源云服务的应用129-1314.7.4 本体驱动的教育资源云服务关联131-1354.8 对本体的评价与分析135-1374.8.1 调查问卷及用户文档1354.8.2 评价的结果及分析135-137本章主要参考文献137-140第5章 电子书包资源服务技术规范及其应用案例140-1765.1 电子书包资源服务的现实诉求140-1495.1.1 关于电子书包140-1425.1.2 电子书包领域本体的构建142-1475.1.3 电子书包的时代需求：资源服务的技术规范147-1495.2 电子书包资源服务技术规范(草案)的制定149-1505.2.1 教育资源云服务本体到电子书包资源服务技术规范的映射1495.2.2 电子书包资源服务技术规范(草案)的制定149-1505.3 电子书包资源服务技术规范(草案)的实践范例150-1695.3.1 电子书包资源服务技术规范(草案)的应用模式150-1515.3.2 范例一：华东师大电子书包资源服务云151-1555.3.3 范例二：云未科技的电子书包桌面云155-1615.3.4 基于技术规范的云联云实践与分析161-1695.4 电子书包资源服务技术规范(草案)的评价与改进169-1755.4.1 评价的指标169-1705.4.2 评价的调查问卷1705.4.3 评价的结果及分析170-1745.4.4 基于戴明环的改进思路174-175本章主要参考文献175-176第6章 总结与展望176-1806.1 总结176-1786.2 展望178-179本章主要参考文献179-180附录180-218附录1 教育资源云的领域本体OWL描述180-183附录2 教育资源云服务的本体OWL描述183-187附录3 关于本研究中本体的调查问卷187-188附录4 电子书包资源服务技术规范(草案)188-216第1部分 电子书包资源服务技术规范(草案)总则188-190第2部分 电子书包资源服务的分类及代码规范190-194第3部分 电子书包资源服务的描述