（计算机软件与理论专业论文）基于语义相关技术的教学资源管理的研究.pdf

摘要 摘要 基于语义相关技术的教学资源管理的研究 专业名称：计算机软件与理论 申请者姓名：李丽 导师姓名：李吉桂 随着网络的普及，各地各类学校对数字化校园的建设有增无减。此前数字化 校园一直处于现建现用的初级阶段。由于网络规模的扩大，信息量剧增、开放性 日益增强，网络资源缺乏高效统一管理的问题，不仅导致许多不健康甚至恶意的 内容潜入到数字化校园中，还容易出现“资源迷向 的状况，使得教育资源不能 得到充分利用。所以，数字化校园的资源管理在较多方面还处在一个比较低的层 次。目前，数字化校园的升级、合理管理、高效使用等问题已经成为各级教育行 政部门和学校关注的热点。 本体原本是一个哲学概念，被引用到计算机科学中后，本体成为了领域概念 模型的显式表示。它能很好地表达对象之间的复杂关系，因而本体在计算语言学、 信息检索和集成等方面得到广泛应用。本课题以某中小学数字化校园为平台，在 基于s o a 框架整合教育资源的基础上，通过构建资源管理中心，研究如何基于 语义相关技术实现合理、高效的教育资源管理，过滤教育资源，遏止敏感信息在 数字化校园中传播和发布，更好地服务数字化校园的用户。本文的主要工作有如 下几方面： 1 在数字化校园中构建教育资源管理中心，实现对教育资源的分类存储和搜 索的智能化； 2 应用p r o t 6 9 6 构建敏感信息本体词库，拟定过滤规则，利用j e n a 推理机， 实现推理，提高教育资源的规范性和安全性； 3 拟定教育资源的本体模型，并用该本体模型定义教育资源及用户的搜索请 求，为教育资源管理中心向用户提供服务奠定基础。 i 摘要 4 以w e bs e r v i c e 形式对在教育资源库进行注册，方便资源管理中心以u d d i 模式进行管理，同时，体现了s o a 框架的优势； 5 尝试设计学生a g e n t ，并规范其动作和行为，结合上述拟定的教育资源本体 模型，分析学生学习情况，根据学生的具体情况在教育资源管理中心中搜索相应 的教育资源； 6 以w e b 服务的形式将搜索到的资源提供给学生。 在上述研究研究工作的基础上，实现高效管理数字化校园中教育资源，搭建 起一个能有效地发挥数字化校园教育资源作用的资源管理中心的实验环境。 本文的主要创新点：1 基于本体进行资源过滤，提高了资源管理中心的安全 性和资源的“健康性。2 在资源管理中心针对不同的学生用户在不同的学段推 送不同的资源，体现了数字化校园的智能化。 关键词：本体；过滤；智能化 a b s t r a c t r e s e a r c ho nt e a c hin gr e s o u r c em a n a g e m e n t a b s t r a c t b a s e do ns e m a n tlct e c h n o l o g y m a j o r ：c o m p u t e rs o r w a r ea n dt h e o r y n a m e ：l i l i s u p e r v i s o r ：l i g i g u i w i t ht h ep r e v a l e n c eo fn e t w o r k s ，t h ed i g i t i z e dc a m p u s e sh a v eb e e ni n c r e a s i n g l y c o n s t r u c t e db yv a r i o u s s c h o o l sa l lo v e rc h i n a h o w e v e r , n o w a d a y st h ec o n s t r u c t i o no f d i g i t i z e dc a m p u si ss t i l li ni t sp r e l i m i n a r yp h a s ef e a t u r e db yt h ei m p r o v i s e d c o n s t r u c t i o nf o ru r g e n tu s e t h ee x p a n s i o no fn e t w o r ks c a l e ，t h es h a r pi m p r o v e m e n t o ft h ea m o u n to fi n f o r m a t i o na n dt h ei n c r e a s i n go p e n n e s sr e s u l ti nt h ec a s et h a tt h e n e t w o r kr e s o u r c e sa r ed e v o ，i do fu n i f i e da n de f f i c i e n ta d m i n i s t r a t i o n , w h i c hl e a d st o t h es i t u a t i o nt h a tl a r g em o u n t so fu n h e a l t h y , e v e nm a l i c ec o n t e n t ss n e a ki n t ot h e d i g i t i z e dc a m p u sa n dg e t t i n gl o s t i nv a s tw e b - r e s o u r c ew o r l d ，t h u st h ee d u c a t i o n a l r e s o u r c e se o u l d n tb eu t i l i z e df i l l l y i nt h i sw a y , t h ea d m i n i s t r a t i o no ft h ed i g i t i z e d c a m p u sr e s o u r c ei si nac o m p a r a t i v e l yl o wl e v e li nm a n ya s p e c t s p r e s e n t l y t h e u p g r a d i n g ，a p p r o p r i a t ea d m i n i s t r a t i o na n de f f i c i e n tu t i l i z a t i o no ft h ed i g i t i z e dc a m p u s h a v eb e c o m et h eh o tt o p i ct oa l ll e v e l so fe d u c a t i o n a la d m i n i s t r a t i v ed e p a r t m e n ta n d s c h o o l s o n t o l o g yi so r i g i n a l l yap h i l o s o p h i c a lc o n c e p ta n di ti su s e dt od e f m et h ee x p l i c i t r e f e r e n c et ot h ec o n c e p t u a lm o d e li nc o m p u t e rs c i e n c ea r e a i th a sb e e nw i d e l yu s e di n t h ea s p e c t so fc o m p u t a t i o n a ll i n g u i s t i c s ，i n f o r m a t i o nr e t r i e v a la n di n t e g r a t i o nf o ri t s h o w sw e l lt h ec o m p l e xr e l a t i o n s h i p sb e t w e e no b j e c t s t a k i n gt h ep l a t f o r mo fo n e p r i m a r ys c h o o l sd i g i t i z e dc a m p u s , b a s e do ne d u c a t i o n a lr e s o u r c e sf l a m e db ys o a a n dt h ec o n s t r u c t i o no fr e s o u r c e sa d m i n i s t r a t i v ec e n t e r , t h es u b j e c t s t u d ya i m st o e x p l o r et h ew a y so fa c h i e v i n gt h er e a l i z a t i o no fp r o p e r , e f f i c i e n ta d m i n i s t r a t i o no f e d u c a t i o n a lr e s o u r c e ss u p p o r t e db yr e l e v a n ts e m a n t i ct e c h n i q u e s ；t h ep e r c o l a t i o no f t t t a b s t r a c t e d u c a t i o n a lr e s o u r c e sa n dt h ep r o h i b i t i o no ft h er e l e a s ea n ds p r e a do fm a l i c e i n f o r m a t i o n , t h u sb e t t e rs e r v i n gt h eu s e r so fd i g i t i z e dc a m p u s 1 c o n s t r u c t i n ge d u c a t i o n a lr e s o u r c e sa d m i n i s t r a t i v ec e n t e ri nd i g i t i z e dc a m p u s ； r e a l i z i n gt h ec l a s s i f i e ds t o r a g eo fe d u c a t i o n a lr e s o u r c e sa n dt h e i n t e l l e c t u a l i z e d i n f o r m a t i o ns e a r c h i n g 2 c o n s t r u c t i n gs e n s i t i v ei n f o r m a t i o no n t o l o g yw o r d s t o c kb yp r o t 6 9 6 ；d r a w i n gu p p e r c o l a t i o nr u l e s ；r e a l i z i n gi n f e r e n c eb yu t i l i z i n gj e n ai n f e r e n c ee n g i n e ；i m p r o v i n gt h e r e g u l a r i t ya n ds a f e t yo f e d u c a t i o n a lr e s o u r c e s 3 d e s i g nt h eo n t o l o g ym o d e lo fe d u c a t i o n a lr e s o u r c e sa n dd e f i n ee d u c a t i o n a l r e s o u r c e sa n dt h eu s e r s s e a r c h i n gr e q u e s tv i at h i sm o d e lt h u sl a y i n gt h ef o u n d a t i o n f o rt h er e a l i z a t i o no fp r o v i d i n gs e r v i c ef o ru s e r sb ye d u c a t i o n a lr e s o u r c e s a d m i n i s t r a t i v ec e n t e r 4 g e t t i n gr e g i s t r a t i o ni nt h ef o r mo fw e bs e r v i c ef a c i l i t a t e st h ea d m i n i s t r a t i o nb y u d d ia n dr e f l e c t st h ea d v a n t a g e so fs o af r a m e w o r k 5 t r y i n gt od e s i g ns t u d e n t s a g e n ta n dg e t t i n g t h e i rc o n d u c t s r e g u l a t e d ； a n a l y z i n gs t u d e n t s s t u d yc o n d i t i o nb a s e do nt h ea b o v ed e s i g n e do n t o l o g ym o d e l ； s e a r c h i n gc o r r e s p o n d i n ge d u c a t i o n a lr e s o u r c e sf o rs t u d e n t si ne d u c a t i o n a lr e s o u r c e s a d m i n i s t r a t i v ec e n t e r 6 p r o v i d i n gt h es e a r c h e dr e s o u r c e st os t u d e m sv i aw e b s e r v i c e w r i t ht h ef u l f i l l m e n to ft h et a s k sl i s t e da b o v e ，t h ee f f i c i e n ta d m i n i s t r a t i o no ft h e e d u c a t i o n a lr e s o u r c e si n d i g i t i z e dc a m p u sw i l l b ea c h i e v e d t h e e x p e r i m e n t e n v i r o n m e n tf o rt h ee d u c a t i o n a lr e s o u r c e sa d m i n i s t r a t i v ec e n t e rw i l lb ec r e a t e da n d t h ed i g i t i z e dc a m p u se d u c a t i o n a lr e s o u r c e sw i l lb eu t i l i z e dm o r ee f f e c t i v e l y t h eo r i n a l i t yo ft h i st h e s i s a r e ：1 i m p r o v i n gt h es a f e t y o fr e s o u r c e s a d m i n i s t r a t i v ec e n t e ra n dt h e h e a l t h yc o n d i t i o f f o fe d u c a t i o n a lr e s o u r c e sb a s e do n t h ep e r c o l a t i o nb yo n t o l o g y ；2 p r o v i d ec o r r e s p o n d i n gr e s o u r c e st os t u d e n t so fd i f f e r e n t l e a r n i n gp e r i o d s ，r e f l e c t i n gt h ei n t e l l e c t u a l i z e dd i g i t i z e dc a m p u s k e yw o r d s ：o n t o l o g y ；p e r c o l a t i o n ；i n t e l l e c t u a l i z e d i v 华南师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，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 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。 本人完全意识到此声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名：- - 1 “1 8 抛又作有登稻： h 日期：乙。嗣年6 月f a 日 学位论文使用授权声明 本人完全了解华南师范大学有关收集、保留和使用学位论文的规 定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南师 范大学。学校有权保留并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版，允许学位论文被检索、查阅和借阅。学校可以公布学 位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印、数字化或其他 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在年后解密适用 本授权：书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权 书。 导师签名： 日期：岬年6 月f 文日 噙 搠 名 年 签 剐i 糍 妇 t廿q 刘 期 沦 日 基丁语义相关技术的教学资源管理的研究 第一章绪论 随着网络的普及，各地各类学校对数字化校园的建设有增无减。之前数字化 校园一直处于现建现用的初始阶段，由于网络规模的扩大，信息量剧增，开放 性日益增强。校园网络资源缺乏高效统一管理不仅导致许多不健康甚至恶意的内 容潜入到数字化校园中，还出现了“资源迷向 的情况，使得教育资源不能得到 充分利用。所以，数字化校园在较多方面还处在一个比较低的层次。目前，数字 化校园的升级、合理管理、高效使用等问题已经成为各级教育行政部门和学校关 注的热点。 1 1 课题的研究背景 数字化校园应用平台是指校园内的一个集公共信息交流平台、管理平台、资 源平台和教学科研平台等多种功能为一体的综合性网络应用环境，通过它可以实 现远距离的信息交流和资源共享。一个理想的数字化校园应用管理平台应该实现 以下功能【l 】：( 1 ) 有一个资源比较齐全、内容丰富的、符合新课标要求的、适合 各级学生使用的教学资源库，方便教师、学生通过数字化校园网上资源学习或温 习功课；( 2 ) 学生可以方便地浏览和查询网上教学资源，进行“个性化学习 ， 可以获取和处理网上的信息；( 3 ) 教师可以方便地浏览和查询网上资源，进行教 学设计，开展科研工作，实时地调用网上资源进行教学，可以通过网络对学生的 学习进行辅导和考查；( 4 ) 学校管理人员可以方便地对教务、行政、教学、资产 和教学资源资料等进行综合管理，各级层之间可以进行信息数据的交换；( 5 ) 家 长能方便、有效地获取所需的信息。具有了以上功能的数字化校园，宜使学校成 为社区教育的中心，实现网络意义上的家校通，学校、教师、学生、家长都为着 学生的成长和进步而努力。面对这样高要求的数字化校园标准，现建现用的数字 化校园已经不能很好地满足需求。 然而，i n t e r a c t 的发展加快了i t 技术开放的步伐。为了使i n t e m e t 发挥其威 力，更快的c p u 和更宽的网络带宽固然重要，但是建立一种更有利于交流与对 话的机制，发展一种更有利于相互理解的基础技术却更为重要。语义信息相关技 基于语义相关技术的教学资源管理的研究 术从最基本的数据表示和信息交换开始，排除一切平台、语言的分歧，以自由、 平等和开放的原则，以人类对现实世界的一致理解为基础，为全人类提供了一种 全新的高质量的信息服务。 1 2 当前数字化校园中教育教学资源库的状况 随着网络技术向高宽带、高速度、多媒体方向发展，网络以更具人性化的应 用方式推动着教育信息化的飞速前进。数字化校园中教育教学资源库的建设已成 为各级各类学校及教育工作者的关注热点。教育教学资源库，顾名思义就是各种 关于教育、教学资源的汇集。教育教学资源库的建设，为实现教学现代化搭起了 有利的平台，在商品化的资源库无法为学校提供个性化教育资源的情况下，在数 字化校园中建设满足本校教育教学实际需要的教学资源库是一个行之有效的途 径。建设一个规范的、内容丰富的、开放性的和具有“本校特色”的教育教学资 源库对学校教育教学信息化的快速发展具有重要的意义【2 】。 数字化校园中，学习资源的存储和管理是影响资源使用效率的关键因素。近 年来，为了提高学习资源的可重用性、共享性与互操作性，研究者在学习资源标 准化建设方面已经取得了较大的进展。但是，目前数字化校园中学习资源的存储 和管理方面仍然存在着一些问题：学习资源难以共享、重用；在知识交流方面存 在一定的缺陷；不能支持分布式学习和协作学习。这些问题产生的原因在于w e b 上信息的无序性、数据缺乏统一语义等。解决这些问题的基本方法是变无序数据 为有序知识，让计算机理解w e b 信息，即语义w e b 。而本体作为语义w e b 的重 要组成部分，在国内外得到了许多科研人员的极大关注，并被广泛地应用到计算 机科学的众多领域，如知识表示、共享和重用、语义建模等方面。 1 3 课题的提出 对于较发达地区，教育教学系统建设已相当普遍，且其内容和技术水平已经 达到了较高的水准。然而，内容上如何有效地提高教育先觉，为学生的终生发展 服务；在技术上如何充分运用i t 新技术，使数字化校园更加高效，更加人性化， 仍是需要解决的关键问题。基础教育校园常见问题和困惑f 3 】可归纳为以下几类： 第一、各教学系统资源独立建设，难于共享，导致不同系统问教学资源重复 2 基于语义相关技术的教学资源管理的研究 建设，浪费了大量的人力物力。 第二、教育改革步伐相对较快，校内教育教学资源难于直接满足新课标的要 求，造成资源相对“短缺 的现象。 第三、网络技术在实现了世界范围开放连接的同时，也带来了其弊端校 园网络中教育意义下的资源安全机制不够完备。 第四、资源管理零乱，无法实现分类管理，资源格式各种各样，缺乏语义， 机器难于理解和自动处理。学习资源检索效率低下，检索准确率和查全率不高， 面对大量的资源，学生无从下手，难于快速找到真正需要的学习资源，降低了学 生的学习积极性和学习效率。 第五、系统的智能型不够，每个学生的学习需求不一样，即使对于同一个学 生在不同学段所需知识也是不一样的，但面对的系统界面往往都一样。无法针对 学生认知能力和学习目标，推送不同的学习内容，无法实现个性化服务，做到网 络教育模式下的“因材施教 。 针对上述问题，本课题在前人研究成果对数字化校园实现“企业资源规 划e r p 到“基础教育资源规划”b e r p 的迁移，由郑杰钊首先研究的基础上， 提出构建资源管理中心，运用语义信息模型，研究资源在教育意义下，在发布和 获取过程中的安全性，同时研究高效使用资源管理中心中的资源，为学生提供个 性化服务，实现网络教育模式下的“因材施教。 1 4 研究的理论和实际意义 教育教学资源的管理和应用是教育信息化的重要组成部分，如何加强教育资 源管理、并高效合理地服务于数字化校园用户学生、老师、管理人员以及其 他用户的问题已经提到了教育当局的日常议程中。教育教学资源库的建设将涉及 遵从现行课标的要求，鉴别资源，合理分类，高效管理，个性化服务等内容，以 适应网络高度发展、不断提高的教育信息化，实现教育跨越式发展的需求。为此， 本课题研究和设计面向基础教育数字化校园的教育教学资源管理中心，实现其主 要功能： ( 1 ) 根据内置及用户所注册的资源类别对资源进行分类描述； ( 2 ) 针对特殊资源类别用户能按需对资源进行个性化分类，实现资源类别 3 基于语义相关技术的教学资源管理的研究 的个性化管理； ( 3 ) 通过资源存储映射机制，实现用户使用资源与资源物理存储位置无关 性，方便用户搜索和使用所需的资源； ( 4 ) 基于本体对上传资源进行验证和过滤，保证资源的合理性、安全性和 实用性，同时提高资源管理中心的可靠性。 ( 5 ) 针对不同的学生，考虑其所处的学习阶段及学习情况，向其推送合适 的资源，为学生提供满足其需求的个性化服务。 1 5 课题研究的主要内容 本课题主要研究资源管理中心的两个内容：教育教学资源的管理和教育教学 资源的服务，最终实现教育教学资源管理中心的高效利用。在课题中，涉及以下 几个内容： ( 1 ) 深入分析资源管理中心需要实现的目标及任务，提出作为中小学数字 化校园中的教育教学资源管理中心应具有的功能，以及如何利用当前逐步成熟起 来的新技术实现相关功能。 ( 2 ) 拟定并描述内置于资源管理中心的资源类型及资源描述模型，分析资 源管理中心的关键业务过程。 ( 3 ) 基于( 2 ) 中的描述，解决资源管理中心的分类管理、资源的过滤、资 源的使用、资源的注册发布以及面向学生提供的服务等问题，并给出相应的逻 辑结构图及功能的说明。 ( 4 ) 分析实现教育资源管理中心的关键技术：资源管理中心的过滤层的实 现。 1 6 本章小结 本章首先分析了本课题的研究背景，分析了当前中小学数字化校园中提供教 育教学资源的现状及存在的问题，以实际应用出发分析了课题的提出、课题研究 的理论和实际意义，阐述了课题研究的主要内容。 4 基丁语义相关技术的教学资源管理的研究 第二章构建资源管理中心的相关技术 目前，“语义 这一术语频繁地出现在各种与信息技术相关的文档中。有些 是从语义学的角度应用语义，本文中的语义是信息模型角度中的语义，它是构建 在一定语法上，反映一定认知结果的数据对象，数据对象之间关系的描述与客观 存在的一种对应关系。可见，信息模型中的语义与对客观存在的概念化以及描述 认知结果的语言密切相关，其核心是在数据的相互关系中定义数据的含义。 2 1 资源管理中心的功能 在管理教育资源的过程中，主要涉及的问题是以下几个方面：( 1 ) 资源的分 类；( 2 ) 资源的存储；( 3 ) 资源的验证及过滤；( 4 ) 资源的搜索和推送。因此， 学校基础教育资源管理中心的目标是：通过个性化的资源分类和管理，使用户通 过资源管理中心能方便搜索并使用其所需的、有效且合法的教育资源。 教育资源管理中心的主要功能重在实现： ( 1 ) 针对特殊资源类别用户能按需对资源进行个性化分类，实现资源类别 的个性化管理； ( 2 ) 根据内置及用户所注册的资源类别对资源进行分类描述； ( 3 ) 通过资源存储映射机制，实现用户使用资源与资源物理存储位置无关 性； ( 4 ) 方便用户搜索和使用所需的资源； ( 5 ) 实现资源的验证和过滤。 ( 6 ) 推送资源，为学生提供适合其所需的个性化服务。 2 2o n t o l o g y ( 本体) 技术概述 本体【4 卅是一种概念模型建模工具，能在语义和知识层次上描述信息系统， 是对领域内知识统一、标准的形式化描述。它不但具备面向对象方法适合于模块 化和有纵向继承关系知识的优点，而且善于表达对象间的横向联系。本体逐渐成 为海量信息组织的最佳工具，成为许多专家学者研究的热点。 5 基丁语义相关技术的教学资源管理的研究 2 2 1o n t o l o g y ( 本体) 定义 本体最早是一个哲学的范畴，后来随着人工智能的发展，被人工智能赋予了 新的定义。最初人们对本体的理解并不完善，对它的定义也在不断的发展变化中， 目前，比较有代表性的定义如下：本体是对领域知识的概念化、形式化、明确化 的描述，是对领域知识的概念及特性和概念间关系的明确定义。本体通常可分为 4 类：领域本体，通用本体，应用本体和表示本体。 本体包含5 个基本的元语，这些元语分别为：概念、关系、函数、公理和实 例。概念是对领域中可以标识的事物描述的集合；可以形式化地描述为，使足以 确切描述一个事物的属性的集合。关系代表了在领域中概念之间的交互作用。形 式上定义为n 维笛卡尔乘积的子集，r ：c l c 2 c n 。公理指那种无需进行 证明的逻辑永真式( 重言式) ，通常都是一阶谓词逻辑的表达式。本体使用公理 来明确化概念以及概念间的关系，是本体一致性检查和推理的基础。函数是一类 特殊的关系：在这种关系中前n - 1 个元素可以为一决定第n 个元素。形式化的定 义如下：f ：c l c 2 c n 1 一c n 。例如：c r e d i t 关系就是一个函数，c r e d i t ( 墨 y ，z ，l l l ，n ) ，其中x 表示学号，y 表示科目，z 表示学段，m 表示测试时间，n 表 示成绩，显然，】【，y ，z 和m 可以唯一确定成绩n 。实例也称个体，表示某个特定 概念的具体化的值，相当于面向对象方法中类的对象【3 】。 2 2 2o n t o l o g y 在信息系统中的应用 表2 - i 目前信息检索技术的分类及其描述【7 】 分类，特点 ， 缺点 全文检索( t e x t把用户的查询请求和全文中的每虽然可以保证查全率，但是查准 r e t r i e v a l ) 一个词进行比较，不考虑查询请求率大大降低。 和文件语义上的匹配。 数据检索( d a t a查询要求和信息系统中的数据都性能取决于所使用的字段标识 r e t r i e v a l ) 遵循一定的格式，具有一定的结方法和用户对方法的理解，具有 构，允许对特定字段检索。需要有很大的局限性，支持语义匹配的 标识字段的方法。能力较差。 知识检索基于知识的、语义上的匹配，在查 ( k n o w l e d g e 准率和查全率上有更好的保证。是 r e t r i e v a l ) 信息检索的重点，特别是面向w e b 信息的知识检索的重点。 o n t o l o g y 具有良好的概念层次结构和对逻辑推理的支持，在知识检索中有广 6 基于语义相关技术的教学资源管理的研究 泛应用。基于o n t o l o g y 的信息检索的基本思想有： 在领域专家的帮助下，建立相关领域的o n t o l o g y ： 收集信息源中的数据，并参照已建立的o n t o l o g y 把收集来的数据按规定格式 存储在元数据库( i m b ，k d b 等) 中： 对用户检索界面获取的查询请求，查询转换器按照o n t o l o g y 把查询请求转换 成规定的格式，在o n t o l o g y 的帮助下从元数据库中匹配出符合条件的数据集 合； 检索的结果经过定制处理返回给用户。 2 3 智能a g e n t a g e n t 技术【8 1 1 9 1 作为软件设计和实现的一种新范例，其前景近年来已引起了 人们的广泛关注。目前i n t e r n e t 上的a g e n t 大都起着信息检索和筛选的作用， 下一代的a g e n t 技术将完成一定背景下的信息收集和通过复杂推理支持用户的 问题求解。这些能力需要a g e n t 间能互操作以及以对等交互的方式相互协作，来 扩大单个a g e n t 的问题求解范围。 a g e n t 技术源于人工智能的研究，是其领域的一个分支。但a g e n t 技术又是 多门学科共同发展的产物，它结合了人工智能、面向对象程序设计和分布式计算 三门学科的知识。继承和发展了多门学科的重要思想和方法，如智能行为、推理 能力、行为能力、封装、重用、移动性、资源定位和分布性等等。a g e n t 技术已 用于语言处理、工业生产和控制、组织信息系统、空中交通控制、并发工程设计、 分布传感和解释、运输调度、监控、机器人、个人软件助手、电子商务、教育教 学甚至娱乐业等等许多行业。 a g e n t ( 代理或智能体) 是一个软件系统，其特点适应了分布式软件的需求， 很好地满足了i n t e r n e t 环境下的分布性、移动性和动态性要求。对于a g e n t 的 定义目前大多数被接受的是由w 0 0 1 d r i d g e 和j e n n i n g s 等人提出的关于a g e n t 的 建议性定义。他们列出了a g e n t 应具有的能力作为其定义【9 】： ( 1 ) 反应性：a g e n t 可感知它们的环境，并可以对环境发生的变化及时做 出反应，以满足它们的设计目标； ( 2 ) 预动性：a g e n t 通过主动发起可以表现出目标引导的行为，以满足它 7 基于语义相关技术的教学资源管理的研究 们的设计目标； ( 3 ) 社会行为能力：a g e n t 可以与其他a g e n t ( 也可能是人) 交互，以满足它 们的设计目标。” a g e n t 的体系结构例如下图2 - 1 所示，由感应器、效应器、通讯机制和处理 器等模块组成。 图2 - 1a g e n t 体系结构图 其中处理器内部结构较为复杂，由处理过程( a c t i o n ) 、局部数据、经验库和 规则库等构成。a g e n t 通过感应器感受环境，通过效应器作用于环境，通过通讯 机制与其他的a g e n t 交互，实现协作和协商或者迁移。通讯机制主要是在多a g e n t 系统中，各a g e n t 之间合作、协调等交互工作。信息处理器根据目标的要求，利 用环境信息，通过一系列的处理过程对信息和资源进行管理，达到用户的要求。 这里的信息和资源主要有局部数据、经验库和规则库等。 s y c a r a f l 0 】等学者认为：智能a g e n t 是一套计算机程序，它可协助人类使用者 执行费力的信息搜集工作，包括从网上不同信息来源进行信息的搜寻与存取、信 息不一致性的重新解答、不相关或多余信息的过滤、繁杂信息来源的信息整合以 及随时间变化来调适使用者需求等。另外，g u t t m 觚【l l 】等人指出，智能a g e n t 是 为个人使用者、商业处理或应用软件，执行特定的、重复的、以及可预期任务的 软件程序，智能a g e n t 使用现有或通过学习而来的规则知识库完成任务或代表使 用者制定相应决策。 8 基于语义相关技术的教学资源管理的研究 在多a g e n t 系统【1 2 】中，系统使用适当的体系结构把多个a g e n t 组织起来共同 承担一个任务，各a g e n t 相互通讯、彼此协调。不仅具备一般分布式系统所具有 的资源共享、易于扩张、可靠性强、灵活性强、实时性好的特点，而且各a g e n t 通过相互协调可以解决大规模的复杂问题，使系统具有很强的可靠性和自组织能 力。在基于多a g e n t 的系统中，单个a g e n t 是一个物理的或抽象的实体，能作用 于自身和环境，操纵环境的部分表示，并与其他a g e n t 通讯，具有感知、通讯、 行动及控制和推理能力等基本功能。多a g e n t 技术的这些特点，使得其在处理基 于互联网的知识问题方面，具有了广阔的应用前景。 2 4 其他相关技术及w e b 服务 s o a _ s e n ，i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，面向服务架构【1 3 1 5 1 ，它可以被看成一 种面向服务的组件模型，是为了在解决在i n t e m e t 环境下应用业务集成问题的一 种软件系统架构；w e b 服务即w e bs e r v i c e ，它使用了标准的、跨语言的基于x m l 消息传递的通信机制，是s o a 可依赖用于构建面向服务并基于部件的应用软件 体系结构的一系列标准。s o a 与w e b 服务的结合是为了消除软件系统间信息 孤岛 ，搭建异构应用软件系统之间通信及协作的横向沟通桥梁。 2 4 1 面向服务架构( s o a ) s o a 来源于早期的基于组件的分布式计算方式，在0 m g 和i o n a 的推动下， 成为一个大家所广泛认可的规范n 引。2 0 0 4 年i b mc o r p o r a t i o n 主要的电子商务 技术倡导者m a r kc o l a n 在文献【 1 中指出面向服务的体系结构s o a ( s e r v i c e - o r i e n t e da r c h i t e c t u r r s o a ) ，是一个组件模型也是一种用于构 建分布式系统的方法，是一种松散耦合、位置透明、协议独立的系统架构，它将 应用程序的不同功能单元作为服务，并将这些服务交付给终端用户，或者是构建 起其他的服务。简单来说，s o a 就是一种进行系统开发的新的体系架构，在基于 s o a 架构的系统中，具体应用程序的功能是由一些松耦合并且具有统一接口定义 方式的组件( f g 就是s e r v i c e ) 组合构建起来的。本质上说，s o a 体现的是一种新 的系统架构，s o a 的出现，将为软件架构的设计带来巨大的影响。 s o a 由一系列相互交互的服务组成，每种服务都能提供对该定义功能集的访 9 基于语义相关技术的教学资源管理的研究 问。s o a 整体上设计和实现为一系列彼此交互的服务，这种将业务功能实现为服 务的方法可以增强系统的灵活性，系统通过增加新的服务来实现演化。s o a 定义 了系统由哪些服务组成，描述了服务之间的交互，并将服务映射到一个或多个具 体技术的实现。总体来讲，s o a 的优势在于它的高可复用性、灵活性，以及更好 的扩展性和可用性【1 引。 s o a 具有以下几个特点：( 1 ) 业务驱动；( 2 ) 松散耦合：不同的服务通过服 务之间定义良好的接口和约定( 这些接口和约定可以独立于实现服务的硬件平 台、操作系统合程序设计语言) 联系起来，服务请求者通过统一格式的消息进行 操作( 请求响应消息) ；( 3 ) 明确定义的接口；( 4 ) 遵循开放标准和协议的远程 调用。 目前w e b 服务是实现s o a 方式构建的系统的最好方式之一，它可以将w e b 服 务的使用从简单的客户端一服务器模型扩展成任意复杂的系统，同时可以掩盖系 统底层技术的复杂性和服务组合的繁琐性。 2 4 2w e b 服务 w e b 服务是描述一些操作( 利用标准化的x m l 消息传递机制可以通过网 络访问这些操作) 的接口。w e b 服务是用标准的、规范的x m l 概念描述的，称 为w e b 服务的服务描述。这一描述囊括了与服务交互需要的全部细节，包括消 息格式( 详细描述操作) 、传输协议和位置。该接口隐藏了实现服务的细节，允 许独立于实现服务基于的硬件或软件平台和编写服务所用的编程语言使用服务。 这允许并支持基于w e b 服务的应用程序成为松散耦合、面向组件和跨技术实现。 w e b 服务履行一项特定的任务或一组任务。 1 0 基丁语义相关技术的教学资源管理的研究 如下图2 2 展示了一个概念性w e b 服务协议栈f 1 9 1 ： 图2 - 2 w e b 服务概念性协议栈 图中所示的上层均是建立在其下层提供的功能之上。右边垂直部分表示在协 议栈中所有层必须满足的需求。左边的文本表示该层所应用的标准技术。 w e b 服务模型【1 9 】：w e b 服务体系结构基于三种角色( 服务提供者、服务注册 中心和服务请求者) 之间的交互。交互涉及发布、查找和绑定操作。这些角色和 操作一起作用于w e b 服务构件：w e b 服务软件模块及其描述。 在典型情况下，服务提供者托管可通过网络访问的软件模块( w e b 服务的一 个实现) 。服务提供者定义w e b 服务的服务描述并把它发布到服务请求者或服务 注册中心。服务请求者使用查找操作来从本地或服务注册中心检索服务描述，然 后使用服务描述与服务提供者进行绑定并调用w e b 服务实现或同它交互。服务 提供者和服务请求者角色是逻辑结构，因而服务可以表现两种特性。如下图2 3 表示了这些操作、提供这些操作的组件及它们之间的交互。 图2 - 3w r e b 服务体黍譬构中角色关系图 基于语义相关技术的教学资源管理的研究 w e b 服务体系结构中的操作对于利用w e b 服务的应用程序，必须发生 以下三个行为：发布服务描述、查询查找或发现服务描述以及根据服务描述绑 定或调用服务。这些行为可以单次或反复出现。这些操作具体为： ( 1 ) 发布。为了使服务可访问，需要发布服务描述以使服务请求者可以查 找它。发布服务描述的位置可以根据应用程序的要求而变化。 ( 2 ) 发现查找。在查找操作中，服务请求者直接检索服务描述或在服务注 册中心中查询所要求的服务类型。对于服务请求者，可能会在两个不同的生命周 期阶段中牵涉到查找操作：在设计时为了程序开发而检索服务的接口描述，而在 运行时为了调用而检索服务的绑定和位置描述。 ( 3 ) 绑定。最后需要调用服务。在绑定操作中，服务请求者使用服务描述 中的绑定细节来定位、联系和调用服务，从而在运行时调用或启动与服务的交互。 2 5 本章小结 本章介绍了资源管理中心的主要功能，并介绍了用来实现这些功能的相关技 术包括：o n t o l o g y ( 本体) 的定义以及在信息系统中的应用，a g e n t ( 代理或智 能体) 、s o a ( 面向服务的体系结构) 、w e b 服务等技术。“语义 不是自然语言处 理中的语义含义，而是“机器可处理川捌，这并不意味着魔术般的人工智能使机 器可以理解人们的含糊其词，实际上其解决良好定义问题的能力是对现有良好定 义的数据执行良好定义的操作。本文准备使用o n t o l o g y 进行相关定义，给智能 a g e n t 提供有利的空间，并使用w e b 服务向用户提供服务，而本课题研究的平台 某中小学数字化，其基于s o a 的灵活的框架模式也使本研究成为可能。本章 相关技术的介绍为后面章节的研究奠