（计算机软件与理论专业论文）基于知识树的自适应翻译与推荐学习辅助平台研究.pdf

四川师范大学硕上论文 基于知识树的自适应翻译与推荐辅助学习平台研究 专业计算机软件与理论 研究生：关瑞指导教师：严余松 摘要 计算机在教育中的研究和应用可以追溯到2 0 世纪5 0 年代。随着学习理论、 网络技术、人工智能技术的发展，当前基于网络的智能学习系统逐步的改变传 统教育方式中交互性差，教学方式单一，不能适应所有学生的认知能力等状况， 使得计算机辅助教育在智能化、个性化方面发生了质的飞跃。 随着对网络教育的技术观和学习观的深入认识，不同学科领域知识的多样 性和异构性使知识的组织和共享成为难点，我们不但要实现学习课程的网络 化，还要实现学科资源的语义化，这样知识的搜索和获得才变得更加有效和方 便，而基于语义网构建的远程教育平台克服了传统网络无法理解语言逻辑意义 的缺点。本文针对目前网络学习系统对于同一个英文知识点不能在具体专业 领域进行中文语义的自适应翻译和根据语义推荐相关学习辅助知识点，提出一 种远程学习辅助平台加以解决。 文章分析了目前网络教学系统的特点、要求和支持该学习平台的资源组织 方式知识地图、语义网本体和语义链网络的相关技术，提出一种高效实用 的资源组织方式通过知识地图转化的基于语义链网络的学科领域本体知 识树，探讨了自适应翻译推荐辅助学习平台( k t r p ) 的框架模型和实现流程， 对学科领域知识树的构建原则和方法，基于学科领域知识树的知识点语义推理 引擎的推理规则和个性化推荐相关知识点的方法、知识点相似匹配机的原理和 技术进行了较深入的研究，最后以计算机专业课程数据结构中图论章节和 四川师范大学硕上论文 物理学两个领域知识树的构建为实践，运用j s p 和数据库技术，设计实现了当 读者学习英文专业领域的文章，查询文章中的知识点，特别是该英文知识点在 这两个专业领域存在多中文释义的时候，能在两个领域自适应地翻译成当前文 章领域的中文解释并推荐的相关知识点供读者学习的原型系统，并对该平台与 已有的学习辅助平台作出了比较和评价，最后总结了本文工作并提出实现学生 模块、多维度推理以及知识点动态标注推荐多维度知识点和文章的进一步工 作。 关键词：语义网学科领域知识树知识点相似匹配机推理引擎 多领域映射翻译库自适应翻译和推荐 1 1 四川师范大学硕士论文 t h e s t u d yo fa u t o - - a d ju s t i n g t r a n s l a t i o na n d r e c o m m e n d e dl e a r n i n gp l a t f o r mo nt h eb a s i so f k n o w l e d g et r e e m a j o r ：c o m p u t e rs o f t w a r ea n dt h e o r y g r a d u a t e ：g u a n m i s u p e r v i s o r ：y a n y u s o n g a b s t r a c t t h es t u d ya n da p p l i c a t i o no fc o m p u t e rs c i e n c ei ne d u c a t i o nd a t e sb a c ka s e a r l ya s 19 5 0 s a st h es t u d yt h e o r y , n e t w o r kt e c h n i q u e ，a n da r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e f u r t h e rd e v e l o p ，n o w a d a y st h ei n t e l l i g e n ts t u d ys y s t e mb a s e do nn e t w o r kg r a d u a l l y i m p r o v et h e w e a k n e s so ft r a d i t i o n a lw a y so fe d u c a t i o n ，s u c ha si n e f f i c i e n t i n t e r a c t i o n ，f e w e rw a y so fe d u c a t i o n ，f a i l u r et oa c c o m m o d a t et os t u d e n t s c o g n i t i v e c a p a c i t y , e t c ，a l lo f w h i c hl e a d st ot h et r e m e n d o u sd e v e l o p m e n tf o rc o m p u t e r - a i d e d e d u c a t i o ni nt h ea s p e c t so fi n t e l l e c t u a l i z a t i o na n di n d i v i d u a l i z a t i o n w i t ht h ef u r t h e rd e e p e n i n gt h et e c h n o l o g i c a la n ds t u d yk n o w l e d g eo fo n - l i n e e d u c a t i o n ，a n dt h ei n c r e a s i n gd i f f i c u l t i e so fo r g a n i z i n ga n ds h a r i n gk n o w l e d g e a sa r e s u l to ft h ed i v e r s i t ya n di n t r i c a c yo fi n t e r - d i s c i p l i n a r yk n o w l e d g e ，n o to n l ys h o u l d w em a t e r i a l i z et h ec y b e r i z e dc u r r i c u l u m ，b u ta l s os e m a n t i c i z ed i s c i p l i n er e s o u r c e s o n l yi nt h i sw a yt h es e a r c ho fk n o w l e d g ea n da c q u i s i t i o nc a nb em a d em o r e e f f e c t i v ea n dc o n v e n i e n t t h e r e f o r e ，t h ed i s t a n c ee d u c a t i o np l a t f o r mb u i l to n s e m a n t i cn e t w o r ko v e r c o m e st h ei n a b i l i t yt ou n d e r s t a n dt h el o g i c sa n ds i g n i f i c a n c e o fl a n g u a g e ，af l a wo ft r a d i t i o n a lw e b g i v e nt h ef a c tt h a tt h ec u r r e n to n - l i n es t u d y s y s t e mi s u n a b l et oa u t o m a t i c a l l ya d j u s tt ot r a n s l a t et h es a m ee n g l i s hl a n g u a g e p o i n t i n t oc h i n e s em e a n i n gi nas p e c i f i cf i e l d t h i sp a p e r , r e l y i n g o n i i 四川师范大学硕上论文 一 _ _ _ 。_ 一 s e m a n t i c a l l y - r e c o m m e n d e dl a n g u a g el e a r n i n gp o i n t ，s t r i v e st op u r p o s e a l la s s i s t a n t p l a t f o r mo f d i s t a n c es t u d yt oa d d r e s st h ea b o v ep r o b l e m s t h ep a p e ra n a l y z e st h ef e a t u r e sa n dr e q u i r e m e n t so ft h ec u r r e n tb a s e dl e a r n i n g s y s t e m ，t h ew a y so fr e s o u r c eo r g a n i z a t i o nt h a ts u p p o r t ss t u d yp l a t f o r m ，n a m e l y k n o w l e d g em a p ，o n t o l o g yo fs e m a n t i cw e b ，a n dt h e r e l e v a n tt e c h n o l o g i e so f s e m a n t i cl i n k sn e ta n dp u t sf o r w a r da l la p p l i e da n de f f i c i e n tw a y so fr e s o u r c e o r g a n i z a t i o n , i e t h es u b j e c tk n o w l e d g e t r e eb u i l db ys e m a n t i cl i n k sn e tc o n v e r t e d b yk n o w l e d g em a p i na d d i t i o n ，t h ep a p e rh a sa l s o r e s e a r c h e di n t ot h es y s t e m s 缸u c t l l r eo fk t r pa n dt h er e a l i z a t i o no f s u c hs t r u c t u r e ，a sw e l la st h ep r i n c i p l e s a n dm e t h o d so fb u i l d i n gk n o w l e d g et r e ei nt h i sd i s c i p l i n e b a s e do l lt h ee x t e n s i v e r e s e a r c ho nt h er u l e so fe n g i n eg o v e r n i n gt h es e m a n t i ci n f e r e n c ef o rt h ek n o w l e d g e p o i n t o nt h i sk n o w l e d g et r e e ，a n dm e t h o d s o fi n d i v i d u a l l y - r e c o m m e n d e d k n o w l e d g ep o i n t ，a n d t h e p r i n c i p l e a n dt e c h n o l o g yo fs i m i l a r i t y - i d e n t i f y i n g r n a c h i n co fk n o w l e d g ep o i n t s ，t h ep a p e rp r a c t i s e di nb u i l d i n gk n o w l e d g et r e e o f g r a p h i c st h e o r yo fd a t a b a s es t r u c t u r ec o u r s eo fc o m p u t e rs p e c i a l t ya n dp h y s i c s c o u r s ea n da p p l yj p sa n dd a t a b a s et e c h n o l o g yt od e s i g na n dm a t e r i a l i z e t h e a r c h e t y p es y s t e mf o r l e a r n e r st h a tc o u l dp r o v i d et h e mw i t har e c o m m e n d e d k n o w l e d g ep o i n ta n da u t o m a t i c a l l yt r a n s l a t et h ec h i n e s em e a n i n g sn e e d e di nt h i s a r t i c l ef i e l dw h e nt h e yr e a de n g l i s ht e x t sa n dl o o k sf o rt h ek n o w l e d g ep o i n t s ， e s p e c i a l l ym u l t i p l yc h i n e s e t r a n s l a t i o n sc a nb ef o u n di nt w od i f f e r e n tf i e l d s b e s i d e s ，ac o m p a r i s o na n de v a l u a t i o na r ea l s om a d eb e t w e e ns u c hn e wl e a r n i n g p l a t f o r ma n dp a s to n e s a tl e n g t h , ac o n c l u s i o ni s r e a c h e da n dd i s c u s s e sh o wt o a c h i e v em o d u l eo fl e a r n e r s a n dm u t l i d i m e n s i o n a li n f e r e n c e a n dd y n a m i c k n o w l e d g ep o i n t sm a r k i n ga n dr e c o m m e n d e dm u l t i d i m e n s i o n a ll a n g u a g ep o i n t s a n dt e x t s k e y w o r d s ：s e m a n t i cw e b ，k n o w l e d g et r e eo fs u b j e c tf i e l d ，i n f e r e n c ee n g i n e ， s i m i l a r i t y - i d e n t i f y i n gm a c h i n eo fk n o w l e d g ep o i n t s ，t r a n s l a t i o n d a t a b a s e o f v a r i o u sf i e l d s ，a u t o a d j u s t i n gt r a n s l a t i o na n dr e c o m m e n d a t i o n i i i 四川师范大学学位论文独创性及 使用授权声明 本人声明：所呈交学位论文，是本人在导师芒金拴耋遂指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承 担。 本人承诺：已提交的学位论文电子版与论文纸本的内容一致。如因不符而 引起的学术声誉上的损失由本人自负。 本人同意所撰写学位论文的使用授权遵照学校的管理规定： 学校作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在大学拥 有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生必须按学校规定提交印 刷版和电子版学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库供 检索；2 ) 为教学、科研和学术交流目的，学校可以将公开的学位论文或解密 后的学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所或在有关网络上供阅读、浏览。 本人授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文 全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 签字日期：2 , o i o 年 关哳 6 月之日 导师签名 签字日期：2 四川师范人学硕 ：论文 第一章绪论 1 1 引言 教育的突破和进展每一次都与科学技术的革命性进步息息相关。计算机在 教育中的研究和应用可以追溯到2 0 世纪5 0 年代i b m 公司成功开发的世界上第 一个计算机教学系统，系统把所教知识点预先划分成一系列线性程序，学生通 过程序掌握不断可以掌握新的知识点。从2 0 世纪6 0 年代到7 0 年代，计算机辅 助教学( c a i ) 得到了迅速发展，出现了基于行为主义学习理论的教学系统，教学 系统能够根据学生学习进度和掌握知识情况有选择的决定学生学习的途径，这 就向着因材施教迈进了一步。2 0 世纪8 0 年代是c a i 发展的第二阶段，这个阶 段认知主义成为重要理论基础，进入2 0 世纪9 0 年代后，学习理论、网络技术、 人工智能技术有了重大的发展，计算机辅助教学的发展也发生了质的飞跃。 随着i n t e r n e t 和人工智能技术的迅速发展，基于网络的智能教学系统正在逐 步的改变传统教育方式中交互性差，教学方式单一，不能适应所有学生的认知 能力的状况。 1 2 智能教学系统 所谓智能教学系统( i t s ) 心 ，就是以现代学习认知理论即以学习者为主体 思想，利用人工智能技术和网络技术实现最佳教学的系统。智能教学系统要求 计算机系统能够提供智能化、个性化的教学手段，理解学习者的内在认知特征、 心理特征、学习能力、知识状况和反应，并根据不同学生这些特点动态变化地 为监控和提供个性化的资源和学习策略，并接受学习者的反馈和自我评估口1 ， 实现学习计划的自我制订，自我组织和实施。按照以上分析，将i t s 系统分为 五个参考模块：专业知识库、专家模块、学生模型、教学与控制模块和用户接 口模块h ，如图i - i 所示： 四川师范大学硕士论文 印晕睁 l 用户接口模块 l 图1 - 1 智能教学系统参考模型 领域知识库模块：专业知识库为智能教学系统提供某教学领域的专业知 识，它能反映学科的知识体系和推理机制。 专家模块：系统中的专家模块能在一定的教学策略的指导下，选择适当的 教学内容，以适当的表达形式在适当的时刻展示给学生，解答学生提问的能力， 并反馈和更新学生模块。 学生模块：学生模型描述学生对教学知识掌握的程度，包括他的知识状态、 认知特点和个性特点。i t s 可以根据学生模型的具体情况调整教学策略并提供 适当的反馈。 教学与控制模块：这个模块包括教学策略的选择，学习资源的选择、学生 状态和问题的选择、系统反馈与帮助功能。 人机接口模块：用户接口模块以图形用户界面( g u i ) 或者自然语言交流界 面接受用户的输入，把教学内容呈现给用户，并向用户提供反馈。智能教学系 统的主要特点哺1 ： ( 一) 学科资源组织性。自适应学习系统可以对现有教学资源全面的整合， 包括文本、音频、视频和应用软件，根据学习者的认知程度和需要，对知识提 供合理的表达方式以呈现给学习者相适应的学科资源，帮助学习者迅速找到他 的需要。 ( 二) 适应性。系统根据学习者与系统的交互，发现学习者的学习特征、兴 趣、行为，自适应地提供帮助和反馈给学习者。 ( 三) 主动性。学习者可以根据自身学习的方法和特点作出选择，而系统可 以主动为学习者呈现知识结构和隐秘、潜在的知识。 2 四川师范大学硕七论文 当今的智能教学系统发展趋势是多媒体化和网络化，是基于协作和分布式 学习模式的远程教育平台如1 。其中包括可提供给学习者探讨、互助方式的网络 社区( c o m m u n i t y ) 、博客、网络自由百科全书以及e - l e a r n i n g 。 1 3e ie a r nin g 简介 e l e a r n i n g 是以建构主义教学理论为指导的学习方式，它是教学结构和 和学习方法的革命。e - l e a r n i n g 的概念是由j a yc r o s s 在1 9 9 6 年的一篇论文 提出的，从此教育技术界开始了有关e - l e a r n i n g 的研究。根据2 0 0 0 年度美国 教育部“教育技术白皮书”的论述，e - l e a r n i n g 的概念有以下几种说法口1 ： 1 它是一种利用互联网、多媒体、搜索引擎、电子图书馆等实现人与人沟 通、交互的新机制。 2 e - l e a r n i n g 是通过网络提供学习服务。它提供随时随地、终身学习的全 新方式。 3 e - l e a r n i n g 能够提高学生批判性思维和分析能力。 5 e l e a r n i n g 能很好地改变当前教学结构，但不能代替传统的课堂教学。 目前学术界普遍认同e l e a r n i n g 是指通过计算机网络技术、通信技术、 多媒体和虚拟现实技术等数字化内容和形式进行的学习和教学活动盯1 。它具有 丰富的教育资源，不受时间、地域限制的学习环境，灵活的共享的学习方式。 基于语义网构建的e - 吨e a r n i n g 克服了传统网络无法理解语言逻辑意义的缺 点，使得远程网络教育系统在智能性、个性化上有了很大的改进，为学习 者的学习提供了更强的交互性和更大的灵活性_ 3 。 1 4 语义网概述 我们知道机器不像人类一样具有智能化的理解力，而现在网络上的文件几 乎都是以h t m l 的形式来存储和传输的，这种w e b 形式仅注重文本的表现形式， 如字体颜色，大小，类型等，而不考虑文本的具体内容与含义，因此网络上的页 1 7 4 i l l 师范大学研l 地文 面不具备机器所能“读懂”的语义这一特性。语义网是对万维网本质的变革， 语义网的概念由万维网的发明者，现任万维网联盟( 即w 3 c ，是w o r dw i d ew e b c o n s o r t i u m 的简称) 主任提姆- 伯纳丝李( t i mb e r n e r s l e e ) 于1 9 9 8 年首次 提出：语义网是第三代w e b ，能实现机器自动处理信息，满足智能a g e n t 对w 唧 上异构和分布式信息的有效访问和搜索，它提供诸如信息代理、搜索代理、信 息过滤等智能服务”。语义网最终目标是突破的现有网络异构平台和数据 的限制，消除信息孤岛的存在，整合现有资源成无缝的整体，以达到知 识的共享和重用。 语义网有这样一些基本特征“： ( 1 ) 语义网是现有万维网的扩展与延伸，信息的语义能够在语义网环 境下得以很好的定义，使得计算机和人能很好的协同工作。 ( 2 ) 语义网是面向文档所表示的数据，机器能够根据明确定义的数据 来操作。 ( 3 ) 语义网将有利于计算机处理、集成和重用不同平台的数据，实现 对信息的判断和推理。 1 5 语义网的体系结构 b e r n e r s - l e ei x 2 0 0 0 年提出了语义网的体系结构3 ，见图卜2 所示，该体 系结构是个具有七层的层次化的结构。 图1 2 语义网体系结构 其体系结构自下而上分别是编码定位层( u n i c o d e + u r i ) ，) ( m l 结构层( x m l 四川i 师范人学硕士论文 + n s + x m l s c h e m a ) ，资源框架层( r d f + r d f s c h e m a ) ，本体层( o n t o l o g y v o c a b u l a r y ) ，逻辑( l o g i c ) ，证明( p r o o f ) 和信任层( t r u s t ) 它们之间相互依靠， 通过自下而上的逐层提供支撑，形成了一个功能增强的体系。 1 6 智能教学系统在国内外研究现状 c a r b o n e l l 8 在1 9 7 0 年就研制了s c h o l a r | = 1 3 1 智能教学平台，该平台的知识 库采用了由事实、概念和过程组成的语义网络形式，通过推理机产生问题让学 习者应答并作出评价，系统中具备诊断学习者的错误和纠正错误的功能。在当 前国外适应性学习理论基本建立，基于语义网支持的教学系统己相继问世。 o n t o a i m s 网络教学系统n 提供了组织和构造学习资源的平台，定义了课程领域 资源模型，通过本体描述和建模提供灵活、利用率高的推理。文献 1 5 描述了 一个采用语义网技术的决策系统通过建立用户本体、学科课程资源本体、学 习平台本体提高系统的检索和定位功能。w e b w a t c h e rn 6 ：是一个具有白适应功 能的学习器，它能够获取用户的学习方式、学习行为的偏好，并通过与用户的 交互帮助定位到用户希望的资源。文献 1 7 中描述了一个在线课程平台，它能 够通过知识点的语义描述和相关关系来提供给学习者提供自适应的学习路径。 k n o w l e d g e s e a 一1 8 j 是一个可以通过知识地图的辅助学习平台，知识地图上分为 若干个关键知识点，通过这些节点可以链接到与知识点相关的学习内容上。 国内目前很多大学和研究机构也在网络化学习平台的研究取得了不少的 进展。比如文献 1 9 提出了一个协同运行的本体模型系统，通过动态感知本体 概念与概念之间关系来协同提高学习效率。中科院张景中院士等人研制了z + z 智能教育平台瑚：，系统能够跟踪记录用户在该平台坐标系动态制做图形的几 何坐标和相关信息，为用户生成问题的等功能。中科院计算技术研究所研制的 k m s p h e r e l 罐知识管理系统能够提供面向语义级的知识服务，帮助用户创建和 管理领域本体，并提供通用的知识查询语言。而知网是一个在因特网上发布的 汉英双语资源的常识知识库，它描述了概念与概念之间以及概念所有的特性之 间的关系。义原是概念中最基本的、意义难于分割的最小单位，它是从所有汉 语词中提炼出可以用来描述词汇的不可再分的基本元素 2 2 5 。知网是通过义原 对概念进行定义，义原通过一定的关系组织成一个树状义原层次体系，通过“义 p n q 川师范大学硕士论文 原 的相似度来得到词语概念的相似度。但是知网描述的概念与概念之间如 上下位关系、同义关系、反义关系、部分一整体关系只是用描述语言来表述， 还处于一种隐含的状态。 1 7 目前网络学习系统的特点和存在的问题 当前，开放协作性、动态更新性、互操作性成为基于网络的学习系统的发 展的新特点，随着对网络教育的技术观和学习观的深入认识，不同学科领域知 识的多样性和异构性使知识的组织和共享成为难点，我们不但要实现学习课程 的网络化，还要实现学科资源的语义化，这样知识的搜索和获得才变得更加有 效和方便，然而目前网络学习系统中存在着下列问题晗3 3 ： ( 1 ) 学习资源不具有领域知识含义，学习环境不能将分散的学习资源方便、 快速地自动提取和融合后呈现给用户，导致基于关键词的搜索出大量无关的学 习材料。 ( 2 ) 不能通过捕捉用户的需求内容和上下文语义信息，快速准确地实现知 识与服务的个性化的资源推送。 ( 3 ) 当前的学习环境不能根据学习者的认知进度为之提供知识对象的丰富 语义推理和联想。 如何在现代教学认知理论的指导下利用网络技术、人工智能技术建立能够 根据学习者不同学习需要，提供相关学习内容的智能性、个性化的远程网络教 学平台是本文研究的出发点。 1 8 本文的研究意义 目前基于语义网的远程自适应学习辅助平台研究虽然取得了很多成果，但 仍然有很多地方不能满足学习者的学习需要，对于同一个英文专业词汇在不同 专业领域对应的中文解释，现有的知识搜索推荐系统如知网( c n k i ) ) 和金山词 霸等学习辅助系统都不能在具体领域进行中文语义的自适应翻译和根据语义 推荐相关概念的知识点，本文提出了种对于学科知识点自适应翻译和推荐的 系统解决上述问题。 6 四川师范大学硕士论文 1 9 本文的研究目标 在分析已有知识组织方法优缺点的基础上，提出一种高效实用的语义知识 组织模型语义链网络的学科领域知识树，系统以现有的学科知识图和语义 网本体技术为背景，构建的所有学科领域知识树来进行知识点语义的推理翻译 和推荐相关知识点，实现当读者阅读一篇英文专业领域的文章，查询文章中的 知识点，特别是该英文知识点在多专业领域存在多中文释义的时候，系统能对 给出的查询词自适应地翻译成当前文章领域的中文解释并推荐的相关知识点 供读者学习。 1 10 本文的研究内容 本文研究了支持e - l e a r n i n g 系统智能性的语义技术，现有知识组织模型： 学科知识图、语义网本体技术和语义链网络的相关技术和特点。研究了基于学 科领域知识树的自适应学习辅助平台的架构和各个模块的实现原理和技术，对 语义链网络的学科领域知识树的构建方法和流程，基于知识树的语义推理引擎 的原理和技术、知识点相似匹配库的原理和技术进行了深入的探讨和设计。最 后以计算机课程数据结构中图论章节和物理学两个领域知识树的构建为实 践，运用j s p 、m y s q l 数据库技术，设计实现了一个能在两个领域的对一词多 义的知识点自适应翻译和推荐相关知识点的原型系统。 1 11 论文的组织结构 论文总共分为五章。 第一章绪论 首先概述了支持网络智能学习系统智能性的语义网技术，分析了的国内外 网络学习系统研究现状，阐述了本文的研究意义，研究目标和研究内容以及对 论文的组织结构进行了介绍。 第二章介绍了本文研究的相关技术背景，即有关认知的学习理论，知识 地图、语义网本体技术和语义链网络的相关技术和特点。 四川师范大学硕士论文 第三章本章是论文的核心部分。提出了基于领域知识树的自适应翻译推 荐系统的设计思想、体系结构和各个模块实现原理、技术，给出了实例进行模 型流程的实现。 第四章在上一章的基础上，详细阐述了实验的原型系统的设计思想。以 计算机课程数据结构中图论章节和物理学两个领域知识树的构建为实践， 运用j s p 、s q l s e r v e r 数据库技术，实现了一个在两个领域的对一词多义的知 识点自适应翻译和推荐相关知识点的原型系统，给出了的实验结果，并于与已 有学习平台的作比较。 第五章总结与展望本章对当前工作进行总结，并提出不足的地方和以后 的需要做的工作。 1 12 本章小结 本章主要围绕语义网下的智能网络学习系统阐述了国内外的研究现状和 本文的研究意义，说明了现有的网络学习系统的存在的问题，并在此基础上介 绍了本论文研究的主要内容、目标和论文的组织结构。 网川师范大学硕士论文 第二章研究背景和相关技术 2 1 学习理论 学习理论是对学习的本质，人在学习中的行为和学习心智的规律和条件 研究的心理学理论 2 4 19 它与心理学、教育学、哲学等密切相关。教育技术的 发展是跟学习理论的指导分不开的，学习理论为基于网络的学习系统中领域知 识和用户状态建模提供咯实的理论墓础。只有通过学习理论建立的学习系统才 能把握学习者的心理状况和认知规律，才能在实际的教学和学习中达到更好的 效果心5 | 。当i j f 构建的学习辅助平台主要有下列三大学习理论体系汹1 ： 1 行为学习主义。行为主义理论是强调以教师为中心，强调外在环境的影响， 认为学习是反复练习而产生的比较持久的行为变化。 2 认知学习理论。认知学习理论以学生为中心，强调教学中学生积极主动的 “获得”，它关心的是学习时学习者大脑内部的认知结构和特征。 3 建构主义学习理论。建构主义是前面两种理论的综合，强调环境和个体的 相互作用下，学生通过不断的“适应来建构相关环境的知识。这是以学生为 主，教师为指导的学习方式。系统本身则是学习环境的一部分， 目前建立的网络学习系统多是以建构理论为指导，强调系统本身是学习环 境的一部分，学习者在这样的学习工具和资源环境下实现建构性的学习和问题 的解决。本文采用建构主义学习理论来构建系统的。 2 2 计算机中知识的定义 知识是经过浓缩加工、系统化、理论化的信息，是人类主观世界对客 观世界的反映与认识的结晶旧 。在计算机中，知识是指以某种结构化的 方式表示的概念、事件和过程，经编码改造的知识才能成为计算机中的 知识汹1 。知识有两类晒1 ：一种是存在于人们精神模式、经验、技能中的 难于交流的隐性知识，另一种是可以表面交流和学习的显性知识，它以规 范的模式、规则和程序存在。 2 3 知识的组织 9 四川师范大学硕士论文 众所周知，当今信息的过剩导致分散的外延知识和虚假知识与日俱 增，使知识存储状态严重无序化，可用来指导我们行动的知识越来越少， 如何高效地组织各种知识资源是一个迫切需要解决知识危机的问题。知 识组织理论( k n o w l e d g eo r g a n i z a - ti o n ) 最早是1 9 2 9 年由美国著名图书馆 学家、分类法专家布利斯在其著作知识组织和科学系统、图书馆的 知识组织中提出来的。较早提出知识组织概念的是贾同兴，他在文献中 定义为瑚1 ：所谓知识组织，是指对事物的本质及事物间的关系进行揭示的 有序结构，即知识的序化，而田书格认为口川，知识组织是关于知识的组织 与检索系统，是现代网络信息环境下获取知识与利用知识的所有手段、技 术与能力的总和。 学科知识组织在本文阐述的学习辅助系统中是一个基础和关键。学科 知识是由众多知识点相互联系构成的语义网络，知识点就是课程中的符 号、概念、语词、句群2 l 。学习辅助系统关于问题的求解需要进行知识点的 搜索、推理，而在推理过程开始之前，知识必须基于构建主义学习理论再组 织，其组织结构决定了系统问题求解的有效性。目前知识图和语义网所表达 的领域本体是知识组织的常用方法，本文研究的正是利用知识图和本体技术获 取学科资源组织的关系和结构。 2 3 1 知识地图 2 3 1 1 知识地图概念及其功能 知识地图是管理领域和情报学领域提出组织和导航知识资源的图形 化工具，又叫认识地图、认知地图。它最早由英国情报学家b c 布鲁 克斯提出，他认为人类的知识结构可以绘制成各个单元概念为节点的学 科认识图m 。后来国内外在知识工程、知识管理等领域对知识地图的概 念进行了深入地研究，其中口们从知识管理来说，知识地图是一个与知识 搜寻有关的概念，把知识按种层级方式组织起来，并且将知识与知识间 建立关联，它告诉人们知识的所在位置，让人们在搜寻时可依其层级及所 提示的关联找到所需的专业知识。 广义知识地图包括m 3 组织知识、导航知识及评价知识存量的各种视 觉隐喻技术。包括思维导图、概念图、层次树、蜘蛛网图、决策树等。 l o 四川师范大学硕i ：论文 应用在知识检索、信息集成和知识获取三个方面。知识地图的功能主要 有e 3 s ： 1 导航资源的功能，指示了知识源和知识库的位置。 2 获取和共享显性知识，并能描述和揭示隐性知识。 3 揭示领域知识节点之间的特定关系，便于实现信息集成和概念层 次的检索。 本文从学科知识组织检索的角度理解知识地图，认为学科知识地图 的内容不仅包括学科知识点，还提供存取学科知识点的线索，揭示领域 知识之间的多维度关联，通过学科知识地图的关联的多维度遍历生成可以构 建的知识点之间语义的关系，从而揭示知识点的内在联系。 2 3 1 2 学科知识地图的构建 知识地图的构建需要经历一个复杂、严格的过程，需要图书馆学、情报学 知识和知识库管理技术知识。其构建过程包括知识的识别与组织、知识分级、 建立联系和可视化展示几个步骤。 知识地图采用的是点、线( 边) 和权重的方式组织知识概念，其中权重代 表了概念之间的关联紧密的程度。首先对学科领域概念即知识点进行选取，列 出关于某个主题的所有重要概念，并选择中心概念，作为整个概念图的根节点， 然后按照深度和广度的结构进行分类和分层，通过建立概念的索引连结，将的 各个概念关联起来，最后用可视化的技术( 目录等级层次、树形结构或网状结 构) 把学科领域内的概念及其相互关系可视化地表达。为了便于知识地图的开 发，出现了很多可以进行知识地图编辑的工具，如o n t o l i n g u as e r v e r 汹3 ， o n - t o e d i t ，c h i m a e r a 7 1 等辅助进行知识地图的编辑、修改、浏览和维护等工 作。 2 3 1 3 学科知识地图的不足 知识地图这种组织知识的方式是多维度的知识组织的结果，知识点之问的 四川师范人学硕士论文 关联结构存在多种类型结构，如基于知识点的前驱、后继关系的结构，也有基 于知识点概念和实例关系的结构等，节点与节点之间的关联是通过权重的概念 表达紧密程度，这样的结构复杂，且知识点概念内聚和知识点间的耦合程度低， 在应用中不具有语义能力和强推理能力，因而出现了基于领域本体的组织知识 的方式。 2 3 2 本体技术 2 3 2 1 本体的定义和功能 本体的概念最早出现在哲学学科中，在哲学领域又称为“本体论”，其定 义是对所有一切客观存在的系统的说明或描述，主要研究实体存在性和实体存 在本质等方面的通用理论瑚1 。从2 0 世纪9 0 年代开始，本体在自然语言处理、 语义w e b 等领域引起研究人员的关注，成为实现知识的共享及知识的重用一个 核心技术。 目前在知识工程领域被普遍接受的定义是s t u d e r l 9 9 8 年提出的嘲h 本体 是共享概念模型的明确的形式化规范说明”。其中包含四层含义圳：( 1 ) 概念 模型( c o n c e p t u a lm o d e l ) ，即通过抽象客观世界中现象的相关概念而得到的模 型。( 2 ) 明确的( e x p l i c i t ) ，所使用的概念及这些概念的约束条件都有明确的 定义；( 3 ) 形式化( f o r m a l ) ，是可供计算机处理的没有歧义的。( 4 ) 共享( s h a r e ) ， 本体中体现的是共同认可的知识，反映的是相关领域中公认的概念集。 综上所述，本体是关于某个领域的概念模型的一种表示。它的目标是获取 相关领域的知识，通过概括领域的概念及其关系，提供对该领域知识的共同理 解，它是某个领域内不同主体之间进行交流的一种语义基础。 2 3 2 2 本体的知识组织和应用 如何用本体来组织知识是一种艺术，领域本体的一般结构如图2 1 所 示，对于教育学科领域本体来说可蘑用p e r e z 提出分类法中类、概念、关系、 函数、公理和实例这样五个基本建模元语：将原有学科资源中的知识抽象 描述成领域知识，在领域知识中获取、定义基本概念和属性以及概念之 1 2 四川师范人学硕上论文 间的相互关系e 4 2 。目前在应用中构造的本体很多，比如知网( c n k i ) ，词 网( w o r d n e t ) 。 2 3 2 3 本体技术的不足 图2 - 1 领域模型的一般结构 本体具有较强的对概念分层次的功能，同时支持推理机制，这些都可以应 用到检索学习资源时的语义分析，但是语义网的本体是基于领域的分类法，只 能基于对象领域分类描述，不能对学科知识点基于领域分类，而且目前学科本 体的构造没有一个统一的标准，语义网的七层结构非常复杂难于实现，并且经 专家研究，基于本体的匹配不能进行大规模应用，其复杂影响了使用它的效率 和系统性能的需要。因此针对本文构建的学习平台的实际需要，提出一种语义 链网络的方法一基于知识图转化的简易学科本体知识树的方法来组织学科知 识概念。详见下面章节。 2 4 本章小结 本章对本文的研究技术背景给出了分析和介绍，对当前的两种知识组织 方式一知识地图和语义网本体技术给出了分析，说明了它们对于本文构建的学 习平台在知识组织的不足，由此引出了本文借鉴和提出的高效和实用的知识组 织方式一通过知识图转化的基于语义链网络的本体学科领域知识树。 四川师范大学硕士论文 第三章远程自适应学习辅助平台( k t r p ) 模型 3 1 问题的提出 目前基于语义网的自适应网络学习系统在用户学习中的个性化服务虽然 取得了很多成果，但仍然不能满足学习者的需要，达不到理想的效果。读者阅 读一篇英文专业文章学习时，遇到不懂的单词，特别是该单词在不同专业领域 对应的多种中文解释，知识搜索系统如知网( c n k i ) ) 的翻译助手和如金山词霸、 维基百科等学习辅助系统都不能自适应地对当前领域进行中文翻译和推荐相 关概念的知识点供读者学习，因此本文提出了一种自适应翻译和推荐平台 ( k t r p ) 解决上述问题。 本章将介绍远程自适应学习辅助平台( k t r p ) 的系统架构，并对其中包括 的各个模块之间的关系和作用，各个模块的功能，实现细节进行深入研究，包 括自适应推理引擎的推理搜索技术、学科领域知识树的构建技术、知识点相似 匹配库( 机) 的词汇匹配度计算方法和推荐相关知识点的技术。 3 2 系统的架构和实现原理 该自适应翻译和推荐学习辅助平台( k t r p ) 的系统架构由五个系统模块构 成，如图3 - 1 所示，分别是用户界面( g u i ) 模块、自适应推理引擎模块、学科 领域资源库模