（计算机软件与理论专业论文）基于语义的学习资源管理及利用.pdf

摘要 随着网络学习( e - l e a r n i n g ) 的普及，开放式分布网络环境下有效的学习资源管理 成为研究热点。作为一个重要组成部分，网络学习资源突破传统学习资源在人员、地域、 时空上的多重限制，而提供大量、全面，开放的资料，为e - l e a r n i n g 提供了必要保障。 但是，目前的网络学习资源良莠不齐、异构无序、重复建设，而且多停留在低水平的自 治共享上，众多学习资源成为离散、孤立的“信息孤岛”，不能进行大范围、高效度的 交换共享网络学习。另外，对于海量级增长的网络学习资源，现有的搜索引擎没有考虑 语义信息和用户的个性化特征，主要基于关键字匹配来查找并返回大量的超链信息，不 能为用户提供准确、个性化的学习资源，这些现象造成了学习资源和人力的严重浪费 语义w e b 的基本思想是用机器可处理的语义元数据描述w e b 资源，使得机器能对 w e b 资源进行自动化处理，并智能地提供语义w e b 服务本文基于语义w e b 的思想，研 究学习资源的语义表示和组织管理模型，提高学习资源的可重用性，建立异构数据源之 间的语义互联，实现动态环境下学习资源的准确查找和动态聚合，为学习者提供个性化 的学习服务。主要研究工作包括以下四个部分： 提出一个基于语义的学习资源组织模型，其基本思想是利用领域本体和语义链网 络实现无序异构资源统一、规范、有效的组织，明确体现学习资源问的语义结构。 定义了一个两层的资源空间，即知识空间和信息空间。知识空间是对信息空间内的 异构资源的抽象，资源所处的位置、格式等细节是透明的，这样，知识空问可以视 作对信息空间的单一语义映像基于描述逻辑，本文给出了形式化的模型定义，该 模型包括知识模式和事实库。知识模式用于描述领域概念知识，事实库是对领域资 源的抽象。该资源组织模型的一个特点就是采用语义链网络来显示表示同种类型个 体之问的语义关系，并给出了语义链阿络设计准则和约束，推理规则和演变操作。 提出一种新的学习对象的分类方法，从学习对象用途和聚合度方面划分了四种学 习对象，有利于学习对象的设计和共享，实现学习资源的高度重用和动态聚合。用 软设备来封装主动学习对象，向用户主动推送个性化学习服务。另外，建立一个教 育中继器来实现多个数据源之问的语义互连，其核心思想是通过各个学习数据源之 间的语义关系，建立了一个超语义链网络，来支持学习资源的快速查找和共享。本 文给出了发现语义链网络之间语义关系的算法。 提出了一种基于语义关系的用户兴趣模型表示方法，更准确地描述用户的兴趣 同时，给出了一个基于概念共现度来计算概念关联权值的方法，从而半自动构建用 户兴趣模型。另外，本文对用户兴趣漂移问题进行了研究，采用不同方法对用户的 i 长期兴趣和短期兴趣进行处理。当用户兴趣改变时，利用概念之间的语义关联将 用户新的兴趣和当前的兴趣进行合并，同时预测用户潜在的兴趣。 提出了一种语义搜索算法来查找事实或语义相关的资源。同现有的基于关键字匹 配的查询机制不同，我们利用学习对象的语义信息对用户请求进行自动语义标注来 确定用户的搜索目标，再采用基于语义关联路径的启发式规则来指导搜索基于这 种搜索机制的主题搜索模式旨在给用户提供丰富的语义互连的学习资源，让用户对 某个主题有个全面的了解和学习同时，我们还提出一种问题导向搜索模式，基本 思想是对于用户提出的问题根据模板匹配来确定具体的学习目标，然后在资源库中 查询是否有直接明确的答案，如果存在就直接返回给用户，否则就根据一定的教学 规则进行推理，动态选取和聚合相关学习对象生成个性化的学习内容辅助用户学 习。 基于上述研究，本文最后论述了语义链网络的构建工具以及协同学习环境的实现。 实验和相关工作比较验证了方法的有效性。 关键词：语义w e b ，学习资源管理。模块化学习对象，本体，e - l e a r n i n g ，元数据，用户 模型，语义链网络，互操作性，语义关联，语义搜索，动态聚合 u s e m a n t i c - b a s e dl e a r n i n gr e s o u r c e m a n a g e m e n t a n d e x p l o i t a t i o n a b s t r a c t y a n y a nl i ( c o m p u t e rs o f t w a r ea n dt h e o r y ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rh a iz h u g e w i t ht h ep o p u l a r i t yo ft h ee - l e a r n i n g ，l e a r n i n gc o n t e n tm a n a g e m e n ts y s t e m ( l c m s ) b e c o m e sap r o m i s i n gr e s e a r c ha r e a i te x p e c t st op r o v i d es t a n d a r d b a s e dc o n t e n tr e p o s i t o r i e s t h a ta l l o wl e a r n e r st oc a p t u r e ，s t o r e ，d e l i v e r , a n dm a n a g el e a r n i n gr e s o u r c e s b u tt h e s u b s t a n t i a li m p e d i m e n tt ot h ed e s t i n a t i o ni st h ef a c tt h a tt h er e s o u r c e sa r ed i s o r d e r e d i s o l a t e x l ， a n dh e t e r o g e n e o u s a n dt h e r ei sn oc o n l n l o no v e r a r c h i n gc o n t e x tf o rt h ea v a i l a b l er e s o u r c e s a d d i t i o n a l l y , f i n d i n gt h ep r e c i s ei n f o r m a t i o ni sv e r yd i f f i c u l tb e c a u s eo f t h el a c ko f s e m a n t i c d e s c r i p t i o no fl e a r n i n gr e s o u r c e s t h u s ，n a v i g a t i o nt h r o u g hal a r g es e to fi n d e p e n d e n t r e s o u r c e so f t e nl e a d st ou s e r s b e i n gl o s t t h ec h a l l e n g en o w a d a y si st ob u i l das c a l a b l e l e a r n i n gr e s o u r c em a n a g e m e n tf r a m e w o r ke n a b l i n gt h ee f f e c t i v e ，a c c u r a t e ，s e m a n t i c b a s e d r e t r i e v a lo fl e a r n i n gr e s o u r c e s ，i na w a yt h a ta d a p t s t ot h ec h a r a c t e r i s t i c sa n di n t e r e s t so ft h e u s e r s t h es e m a n t i cw e bi sa ne x t e n s i o no f t h ec u r r e n tw e bi nw h i c hi n f o r m a t i o ni sw e l l - d e f i n e d a n dl i n k e di naw a yf o rm o r ee f f e c t i v ed i s c o v e r y , a u t o m a t i o n , i n t e g r a t i o n , a n dr e u s ea c r o s s v a r i o u sa p p l i c a t i o n s b yi n c o r p o r a t i n gt h es e m a n t i cw 如i d e a , t h i sw o r kf o c u s e so nt h e s e m a n t i co r g a n i z i n go fh e t e r o g e n e o u sl e a r n i n gr e s o u r c e si nac o h e r e n ta n dm e a n i n g f u l s c h e m e ，a i m i n gt oa c h i e v es e m a n t i ci n t e r o p e r a b i l i t yo fd i s t r i b u t e dl e a r n i n gs o u r c e sa n dt h u s p r o v i d e n s c r sw i t l lt h ei n d i v i d u a l i z e dl e a r n i n gc o n t e n tt oa d d r e s st h e i rv a r i o u sl e a r n i n gn e e d s t h em a i nr e s u l t so f t h i sw o r ka r e ： p r o p o s ear e s o u r c em a n a g e m e n tf r a m e w o r kt h a te n a b l e st h es e m a n t i co r g a n i z a t i o no f h e t e r o g e n e o u sl e a r n i n gr e s o u r c e st oi m p r o v ee x p r e s s i v e n e s s ，s c a l a b i l i t ya n d c o h e s i v e n e s s ad i s t i n c t i v ef e a t u r eo f t h i sf r a m e w o r ki st h ec o n s t i t u t i o no f ah y p e r - l a y e r o fk n o w l e d g es p a c ea b o v et h ei n f o r m a t i o ns p a c e ，i nw h i c ht h es e m a n t i cs c h e m ao ft h e r e s o u r c e si s e x p l i c i t l yd e f i n e da n ds e p a r a t e df r o mt h ei n s t a n c e s b a s e do nt h e d e s c r i p t i o nl o g i c ，ak n o w l e d g ef o r m a ls y s t e mi sd e f i n e df o rt h er e s o u r c em o d e l i n ga n d o r g a n i z i n gw i t hb e t t e re x p r e s s i v e n e s sa n dr e a s o n i n ga b i l i t y a n o t h e rf e a t u r eo ft h e r e s o u r c eo r g a n i z a t i o nm o d e li st h a tt h es e m a n t i cl i n kn e t w o r km o d e li su s e dt o i i l e x p l i c i t l yr e p r e s e n tt h es e m a n t i cr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ee n t i t i e so ft h es a m et y p e ， w h i c he n a b l e ss e m a n t i c - b a s e dr e a s o n i n ga n dr e s o l l r c er e t r i e v a l 1 1 1 ed e s i g nc f t e f i aa n d c o n s t r a i n t sf o rs l n 。i n f e r e n c er u l e s ，a n dt h eo p e r a t i o n sf o rs l ne v o l u t i o na r ea l s o p r e s e n t e df o rb e t t e rs l nd e s i g na n da p p l i c a t i o n p r e s e n tan o v e ls c h e m et od i s t i n g u i s hf o u rk i n d so fl e a r n i n go b j e c t si nt e r m so fu s a g e p u r p o s ea n da g g r e g a t i o nl e v e l ，w h i c he m p o w e r sb e t t e rr e u s a b i l i t ya n di m e r o p e r a b i l i t y o fl e a r n i n gr e s o u r c e s e s p e c i a l l y , a l la c t i v el e a r n i n go b j e c ti sd y n a m i c a l l ye n c a p s u l a t e d a sas o d e v i c et h a tc o m p r i s e st h ec o m p o s i t i v eo b j e c t sw i t hm e t a d a t ad e s c r i p t i o na n d t h ep o s s i b l eo p e r a t i o n st h a tm a yb ep e r f o r m e do nt h e m t a k e nt h el e a r n i n go b j e c t sa s t h ef u n d a m e n t a lc o m p o n e n t s 缸e d u c a t i o n a lm e d i a t o ri sa l s op r e s e n t e dt oi n t e r c o n n e c t t h ed i s t r i b u t e dl e a r n i n gs o u r c e sf o rs e m a n t i ci n t e r o p e r a b i l i t y b yd i s c o v e r i n gt h e s e m a n t i cr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h es e m a n t i cl i n kn e t w o r k so fe a c hs o u r c e ，t h e e d u c a t i o n a lm e d i a t o rp r o v i d e sag l o b a lv i e wo f t h eu n d e r l y i n gs o u r c e sw h i c hf a c i l i t a t e s t h ei n t e g r a t i n go f a n da c c e s s i n gt ot h el e a r n i n gr e s o u r c e s an o v e lu s e rm o d e li sp r o p o s e dt o r e p r e s e n ti s e r sp e r s o n a lp r o f i l ew i t l le x p l i c i t s e m a n t i c s b yc o m p u t i n gt h ea s s o c i a t i o nw e i g h t sb e t w e e nc o n c e p t s ，aw e i g h t e d k n o w l e d g em a pi sb u i l tt or ! p r e s e n tt h ek n o w l e d g es t r u c t u r ew i t h i nad o m a i n , w h i c h p r o v i d e st h eb a s i st oc o n s t r u c tt h eu s e r sp e r s o n a lp r o f i l e b yd e a l i n gw i t hu s e r s l o n g - t e r mi n t e r e s t sa n ds h o r t - t e r mi n t e r e s t sr e s p e c t i v e l y , ah y b r i da p p r o a c hb a s e d o nt h e c o n c e p tc o r r e l a t i o ni sp r o p o s e dt ot r a c kl l s e r si n t e r e s td r i f t i n ga n da c c o r d i n g l yu p d a t e u s e r sp e r s o n a lp r o f i l e n o to n l yc a nt h i sa p p r o a c hf o l l o wu s e r si n t e r e s tc h a n g e 。i tc a n a l s op r e d i c tt h ei m p l i e di n t e r e s t s p r o p o s eas e m a n t i cs e a r c ha l g o r i t h mt od i s c o v e rt h ef a c t sa n ds e m a n t i c a l l yr e l a t e d r e s o u r c e s o u ra p p r o a c hd i f f e r sf r o mt r a d i t i o n a lc r a w l e rb a s e ds e a r c hm e c h a n i s m s b e c a u s ei tr e l i e so nc l u s t e r i n go f s e m a n t i c a l l yr e l a t e de n t i t i e s i ta u t o m a t i c a l l ya n n o t a t e s t h eq u e r yw i t hp o s s i b l es e m a n t i ci n f o r m a t i o nt oe x p e d i t et h es e a r c hf o rr e s o u r c e si na n e t w o r k i tu s e sn i la s s o c i m i o np a t hb a s e dh e u r i s t i ct og u i d et h es e a r c h b a s e do nt h e a l g o r i t h m ，at h e m a t i cs e a r c hm o d ei sp r e s e n t e dt o d e l i v e ri n d i v i d u a l i z e da n d c o m p r e h e n s i v el e a r n i n gr e s o u r c e so nat o p i cw h i l ep r o v i d i n gan a v i g a t i o ng u i d e e n a b l i n gc o n v e n i e n te x p l o r a t i o no ft h el e a r n i n gr e s o u r c e sa tl e a r n e r s o w np a c e s a sa c o m p l e m e n t , aq u e s t i o n - d r i v e ns e a r c hm o d ei sp r e s e n t e dt h a tf o c u s e so na n a l y z i n gt h e q u e s t i o n sp r o p o s e db yt h eu s e r , a n dt h e na t t e m p t st of i n dac o n c i s ea n s w e rt ot h e q u e s t i o no ras e to fl e a r n i n go b j e c t sc o n t a i n i n gt h ei n f o r m a t i o nt oa d d r e s st h eu s e r s i m m e d i a t ea n df o c u s e dl e a r n i n gn e e d s 1 1 1 el e a r n i n go b j e c t sa r ed y n a m i c a l l ys e l e c t e d a n da s s e m b l e di nac o h e r e n ta n dr e a s o n a b l es t r u c t u r ef o rt h ev a r i o u sl e a r n e r sw i t h i v d i f f e r e n tb a c k g r o u n da n dp r e f e r e n c e f u r t h e r m o r e ，a s m s s m e m so nl e a r n e r s l e a r n i n g p e r f o r m a n c e sa t t a c h e dw i t ha p p r o p r i a t es u g g e s t i o n sa l ea l s op r o v i d e dt og u i d el e a r n e r s i nf u r t h e rl e a r n i n g t h ep r o p o s e da p p r o a c h e sh a v eb e e ni n t e g r a t e di n t oac o o p e r a t i v el e a r n i n ge n v i r o n m e n t , e n a b l i n gt h ee f f e c t i v ec f e a t i o i l s t o r a g e ，m a n a g e m e n ta n dd e p l o y m e n to fl e a r n i n gc o n t e n tt o s e r v et h en e e d so fi n d i v i d u a l s t h er e s u l t so fa l le m p 试c a ls t u d ya n dc o m p a r i s o nw i t ho t h e r s i m i l mw o r k ss h o wt h a tt h ea p p r o a c b e sc a nh e l pe n h a n c et h ee f f e c t i v e n e s sa n de f f i c i e n c yo f l e a r n i n g k e y w o r d s ：s e m a n t i cw e b ，t e a m i n gr e s o u r c em a n a g e m e n t , m o d u l a rl e a r n i n go b j e c t , o n t o l o g y , e - l e a r n i n g , m e t a d a t a , u s e rp r o f i l e s ，s e m a n t i cl i n kn e t w o r k ( s l n ) ， i m e r o p e r a b i l i t y , s e m a n t i ca s s o c i a t i o n , s e m a n t i cs e a r c h , d y n a m i ca s s e m b l y v 图1 1 语义w e b 的层次模型 图1 2 语义w e b 的应用架构 图1 3 论文的组织结构。 图2 1l c m s 的生命周期 图2 2 语义连续统 图2 3 元数据分类 图目录 图2 4 基于语义的学习资源管理结构 图2 5 科学研究领域的知识库示例 图2 6r u l e 定义的抽象语法 图2 7 s l n 示例 图3 1 学习资源的结构化分类 图3 2 信息对象的概念视图 图3 3 评估对象的概念视图 图3 4 知识对象的概念视图。 图3 5 主动学习对象的架构。 图3 6 主动学习对象的元数据。 图3 7 主动学习对象s c h e m a 图3 8 主动学习对象的访问过程 图3 9 分散的学习资源互联的架构 图3 1 0s l ng 的s l n - m a t r i x 图4 1 用户模型中的概念关联视图 图4 2 五组专家的结果比较。 图4 3 用户最初的概念关联矩阵。 图4 4 算法精确度比较 图5 1 语义关联类型的图示解释 图5 2 数据关联的图示解释 图5 3 对象关联的图示解释 图5 4 主题搜索模式的过程流。 图5 5 查询请求对应两个标注的示意图 图5 6 两实体问语义关联的例子 图5 7 潜在语义关联发现 图5 8 问题驱动搜索方式的过程流 图5 9 提纲示例 图5 1 0 文档链构建的框架 3 7 1 4 。1 5 1 6 1 8 。2 9 3 6 4 4 4 4 4 4 4 7 4 8 4 9 5 0 5 2 5 3 7 2 7 9 8l ；8 9 1 图6 1 主动学习环境基本架构 图6 2 知识模式定义界面 图6 3 知识模式的图示 图6 4 实例定义界面 图6 5 实例管理界面 图6 6 主题搜索结果 图6 7 建立文档链的工作流。 图6 8 标签定义界面 图6 9 语义链定义界面 图6 1 0 图预览 图6 1 l 三组测试结果 图6 1 2 同组学生采用不同学习方式的测试结果 9 8 9 9 1 0 0 1 0 0 l o l 1 0 1 1 0 2 1 0 2 。1 0 3 1 0 3 1 0 6 1 0 7 表1 1 语义w e b & e - l e a r n i n g 表2 1 蕴涵语义链。 表2 2 语义链的启发式推理规则 表3 1 孵值 表4 1 扩展概念 表目录 表4 2 自动产生的模型和专家推荐模型的比较 表4 3 用户的兴趣序列及其权重变化7 i 表5 1 问厦和知识对象之问关系的示意性例子 表5 2 学习者和错误率的分布 表6 1k g t u t o r 和其他相似系统比较。1 0 4 表6 2 学生的总体学习成绩 表6 3 问卷调查结果 声明 我声明本论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：匀姚日期：劢幔6 w 论文版权使用授权书 本人授权中国科学院计算技术研究所可以保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和电子文档，允许本论文被查阅和借阅，可以将本 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编本论文。 ( 保密论文在解密后适用本授权书。) 作者签名：套参蝴师签名：潞恤日期：诹6 w 1 1 引言 第一章绪论 步入信息时代，网络学习( e - l e a r n i n g ) 作为一种能延伸拓展学习时空的教育形式 越来越受到人们的普遍关注，网络化学习的浪潮已经到来。e - l e a r n i n g 是指通过w e b 进行的学习与教学活动，它充分利用现代信息技术所提供的、具有全新沟通机制与丰富 资源的学习环境，实时推送个性化，全面，动态的学习内容，来辅助团队或个人的学习 4 0 】。在网络学习的实施过程中，网络学习资源是一个重要组成部分，它突破传统学习 资源在人员、地域、时空上的多重限制，而提供大量、全面、开放的资料，为网络学习 的成功开展提供了必要保障。然而，网络学习资源的海量级发展趋势亦产生了许多复杂 棘手的问题： ( 1 ) 网络学习资源良莠不齐、异构无序。 ( 2 ) 网络学习资源重用性低，导致大量的资源重复建设。 ( 3 ) 各个数据源多停留在低水平的自治共享上，众多学习资源成为离散、孤立的 “信息孤岛”，不能进行大范围、高效度的交换共享网络学习。 ( 4 ) 现有的搜索引擎没有考虑语义信息和用户特征，主要基于关键字匹配来查找 并返回大量的超链信息，不能为用户提供准确、个性化的学习资源。 因此，如何认识网络学习资源的特性与形态，有效地开发整合网络学习资源，沟通 存储于不同地域组织、平台格式间的教育学习数据，管理海量级的数据信息并为网络学 习所用是网络学习亟需解决的问题。 为解决当前w e b 存在的上述问题。t i m b e r n e r sl e e 提出了语义w e b ( s e m a n t i cw e b ) 的概念【1 4 】。语义w e b 是目前w e b 的一个延伸，其基本思路是为w e b 资源添加一层机器 可处理的语义元数据描述，使得w e b 信息不仅能够为人工阅读和处理，而且使得机器在 一定程度上也“理解”w e b 信息的语义，从而进行自动化处理、集成以及重用整个网络 上的信息资源。语义w e b 的一个基本技术是本体( o n t o l o g y ) ，它提供了一个通用理解 基础，这样使得以小粒度的语义标注的学习对象为核心来组织学习资源【9 9 】。 1 2e l e a r n i n g 的研究现状 e - l e a r n i n g 是当今教育培训技术的主流发展方向，它突破传统教育在时日j 、空日j 、 人员上的限制，旨在为各种类型层次的学习者提供丰富、即时、个性化的学习辅助材料。 借助于各种课件制作软件，越来越多的培训者开发设计了各种类型的多媒体学习材科来 支持网络远程学习，但由于存在地域广泛性、技术复杂性、文化多样性等特点，不断增 中 院博卜学化论史罐t - 语义的学习资源管理艘利用 长的网络学习资源却难以实现共享，不同的教育培训系统也难以互相沟通和交换学习资 源。同时也缺乏有效的机制来支持学习者快速，准确地查找和组织他所需的学习资源。 因此，对于海量级增长的网络学习资源，如何提供一个全面、聚合、权威的学习资源集 合来满足学习者的特定需要是一个巨大的挑战。迄今为止，国际上已经开发了大量的网 络远程教育系统来支持以学习者为中心，高度交互和主动学习模式。这些网络教学系统 主要分为两种：智能教学系统( i t s ) 和自适应超媒体系统( a h s ) 。 智能教学系统是基于计算机的教学系统，一般包括教学内容模型( 指定了教学的内 容) 和教学策略。它们通过对学习者的某个学习主题或任务的掌握程度进行推断来动态 调整教学的内容或方式。教学内容模型( 或知识库，专家系统) 允许学习者在学习的过 程中产生新的知识。智能教学系统提供了交互功能，支持学习者在学习过程中提问并且 能够控制他自己的学习进程。著名的智能教学系统有d c g 【1 3 4 a n de l m - a r t - i i 1 3 8 。 自适应超媒体系统旨在调整学习的内容和超媒体网页间的链接来支持个性化的学习过 程。它把多种媒体类型的学习内容有效她关联，比如文本，图形、音频、视频等。现 有的自适应超媒体系统诸如a h a 【1 8 】，i n t e r b o o k 【2 2 】，s q lt u t o r 【9 4 ，k b s h y p e r b o o k 【6 0 ，a n d h y p a d a p t e r 【6 h 。根据【2 3 】定义，自适应超媒体技术一般分为自适应显示和自适 应导航支持。自适应显示技术的目标是根据用户模型中描述的学习者的学习目标、知识 背景等来选择合适的学习内容。一个支持自适应显示技术的系统，所有的教学网页都是 为学习者动态合并生成的，而不是静止不变的。自适应导航支持技术的目标是通过改变 可视化的链接来支持学习者在超空问中的任意浏览。自适应导航支持可以认为是在一个 超媒体的上下文环境中的一般课程编序技术，帮助学习者在大量的学习素材中找到一条 优化的学习路径来提高学习效率。同时，自适应导航支持技术比传统的编序技术有更多 灵活性，它可以在学习过程中直接或间接指导学习者。在现有的w e b 环境下，超媒体 是一个基本的组织模式，因此自适应导航支持技术能够更自然、有效地得到应用。 总的说来，e - l e a r n i n g 具有以下几点优势： 个性化学习：e - l e a r n i n g 为学习者提供了丰富的学习资源，学习者可以根掘自己的 需要选择和决定所学内容和学习方式。在学习过程中，学习者可以随时随地参加 一些测试，评价自己的学习结果，对薄弱环节加强学习，巩固所学内容。 多媒体应用：e l e a r n i n g 改变了学习者的认知过程。文本、图形、音频、视频等多 种媒体手段的结合，直观、丰富的教学内容，能够提高学习者主动学习的兴趣 教到学的转变：教师不再是学习的主导者不再向学生灌输学习内容，而是指导学 习者自己去学习知识，并在学习者地学习过程中提供必要地帮助。学习者不再是 被动地接受学习内容，而是主动地去学习，成为知识地主动建构者。他们可以自 由选择学习内容，选择自己适合的学习方式。 终身教育：在现代快速发展的社会，竞争同益激烈。越来越多的人离丌学校后还是 需要不断地学习各种知识和技能，提高自己的能力，人的一生就是一个不断学习 第一章绍论 的过程e - - l e a r n i n g 使学习生活化为各种层次各种需求的人提供了学习的机会， 在时问空问上没有任何要求，一切以学习者的需要为出发点 交互式协作学习：若干学习者可以构成一个虚拟的学习团队或社区，他们可以在学 习过程中相互帮助，共享学习资料和交流学习心得学习者可以从网上下载讲义、 作业和其他参考资料，可以向远在千万里之外的教师提问，可以通过同步或异步 的方式和分散在各地的其他学习者讨论问题，从分调动学习者的学习积极性，促 进学习进度和学习效率 学习内容更新快速：e - l e a r n i n g 是以w e b 为依托的，它充分利用w i e b 快捷实时的 特点，能够不断更新学习内容，从而为学习者提供最新的学习资源，让学习者能 在最短的时间内掌握最新的知识动态，提高学习者的竞争能力 1 3 语义w e b 1 3 1 语义w e b 的层次模型 语义w e b 核心技术的基础性工作和标准化工作主要是由w 3 c 语义w e b 工作组完成 ( h t t p ：w w w w 3 o r g 2 0 0 1 s w ) 。w 3 c 提出了语义w 曲的层次模型( 亦称协议栈) 。该模 型共有九个层次组成，如图1 i 所示 1 3 1 。 图1 1 语义w e b 的层次模型 中 院博i 学位论史苹十语义的学习资源管理及利用 u n i c o d e 和u i u 层 语义w e b 的最底层是u n i c o d e 和u r i 层u n i c o d e 可以定义了国际化、通用化的字 符集，以避免不同类型字符集之间由于编码不同而造成的存储、传递和使用上的混乱， 同时也可以实现多国语言的混合存储和使用。在语义w e b 中，无论是网络中的一个 w e b 页面或者网站，还是现实中的一个人或者一个地方，任何可以被描述的事物都可以 称之为资源。每一个资源都可以用u r i 唯一标识和定位 7 4 】。 x m l + n s + x m ls c h e m a 层 x m l 是语义w e b 中首要的关键技术，也是整个体系结构的基础【2 1 】。x m l 是一种 允许自定义标记的通用结构化描述语言，目前正逐步取代h t m l 成为描述w e b 文档和 数据的标准化元语言命名空间( n a m es p a c e ) 为x m l 文档中的结构化标记的定义和 使用( m a r k u p ) 提供了上下文机制【2 0 】，一方面为文档中的每一个标记都( 隐含地) 指 明了特定的含义，另一方面将不同上下文中具有相同名称的标记区分开来，以避免命名 冲突x m l s c h e m a 为x m l 文档提供了语法结构上的约束，最终确保x m l 文档的完 整性与有效性1 5 7 。 r d f i 国fs c h e m a 层 r d f ( r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf r a m e w o r k ) 资源描述框架定义了一种描述w e b 资源及 其相互联系的简单模型，是语义w e b 实现的关键技术之一，也是语义信息描述的有效 手段 t 4 5 。其基本数据模型包含三类对象：资源、属性和陈述；资源之间的关系通过属 性来描述。对特定资源特定属性的描述，构成了r d f 中的一个陈述，用三元组 表示；其中，被描述的资源称为s u b j e c t ，描述资源的属性称p r e d i c a t e ， o b j e c t 则是属性的取值。r d f 建立在x m l 和u r i 的基础上，通过属性描述了资源及资 源之间的关系，但并没有提供描述这些属性及属性间关系的机制。r d fs c h e m a 提供了 这种表达机制，它描述了r d f 属性的使用规则，可为r d f 定义领域本体，并将其组织 为类和属性的层次结构。 本体层 语义信息的交流必须以共同的理解为前提，否则双方就会产生误解。在语义w e b 中，本体是概念模型的明确的规范说明，它提供了这一“共同的理解”即为共同的语义空 间 1 3 3 】【5 4 】【1 2 5 。本体的设计和开发依赖于具体的本体描述语言和本体工具软件。目 前，本体表示语言的研究可以大致分为两类，一类是基于一阶谓词逻辑的形式化本体语 言，如o n t o l o l i n g u a 1 0 1 、l o o m 8 5 、框架逻辑( f r a m e - l o g i c ) 【1 2 1 ，这一类本体语言 的特点是不适于网络交换与互操作。对于w e b 应用而言，本体的表示需要以w e b 数据 表示和交换的标准化语言为基础。第二类基于x m l 的本体表示语言包括：s h o e ( s i m p l e h t m l o n t o l o g ye x t e n s i o n s ) 【6 0 1 、x o l ( o n t o l o g ye x c h a n g el a n g u a g e ) 【1 4 6 】、o m l ( o n t o l o g ym a r k u pl a n g u a g e ) 1 0 2 、r d f ( r e s o u r c ed e s c r i p t