（计算机应用技术专业论文）基于本体论的elearning环境中学习情形分析及学习服务.pdf

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容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 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密 学位论文作者签名：辞牟指剥币签名多趣 i , o1 1 年月1 2 日矽1 1 年占月tz , - 日 独创性声明 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。除文中已注明引用 的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或 撰写过的作品成果。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。本人完全意识到本声明的 法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：本年 w ( f 年6 月p 日 江苏大学硕士学位论文 摘要 息技术的飞速发展，e - l e a r n i n g 学习成为人们在日常生活中经常使用 之一。由于近年来个性化教学的需求，在e - l e a r n i n g 的研究领域中， 基于学习者的学习服务已逐渐成为该领域内一个活跃的研究方向。它的目的是要 通过描述学习者的个人学习情形信息，进一步分析学习者的个人需求，提供更加 高效、更有针对性的学习服务，以满足学习者个人的学习需求，提高学习效率。 本文首先介绍了课题的研究背景，包括e l e a r n i n g 及其学习服务的发展、研 究现状及其存在的问题等。同时引入本体论概念，简述了本体在e l e a r n i n g 环境 中的应用。在此基础上，本文提出了基于本体的学习情形分析和学习服务功能的 e l e a r n i n g 环境构建方法。具体内容如下： 1 ) 提出了e l e a r n i n g 环境中的学习情形本体模型。该模型通过对学习者学习情 形信息的描述，得到了学习情形信息十五元组，接着用本体建模，得到与学 习情形十五元组对应的概念以及概念之间的关系，从而将各种学习情形信息 有机的结合在一起，清楚地描述出概念、逻辑之间的内部关系以及它们之间 的依赖关系。 2 ) 提出了e l e a r n i n g 环境中的学习情形本体推理规则。根据学习情形本体模型 中定义的相关概念及关系，对学习者在e l e a r n i n g 环境中的各种学习行为进 行分析，建立了学习情形本体推理规则，从而判定出学习者的精力花费和认 知能力，为后续的学习服务的实施提供了依据。 3 ) 提出了e l e a r n i n g 环境中的组建虚拟学习社区和知识导航的学习服务的实现 方法。该方法可随时根据学习者的学习情形信息的变化，对服务的内容做出 相应的调整，以便更加符合学习者的个人需求，从而提高其学习效果和效率。 4 ) 实现了一个基于本体的具有学习情形分析和学习服务功能的e l e a r n i n g 原型 系统。利用提出的学习情形本体模型、学习情形本体推理规则以及组建虚拟 学习社区和知识导航的服务，借助于p r o t 6 9 6 、j e n a 和j s p 技术，实现了一个 基于本体的具有学习情形分析和学习服务功能的e l e a r n i n g 原型系统，从实 验角度验证了所提出的模型和方法的合理性、有效性。 关键词：e l e a r n i n g 环境，本体论，知识组织，学习情形信息，本体推理规则， 虚拟学习社区，知识导航 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , e l e a r n i n gh a sb e e n f r e q u e n t l yu s e di n o u rd a i l yl i f e i nr e c e n ty e a r s ，a st h ed e m a n df o rp e r s o n a l i z e d e d u c a t i o n ，t h el e a r n i n gs e r v i c e sb a s e do nl e a r n e r s l e a r n i n gs i t u a t i o nh a v ag r a d u a l l y b e c o m eav e r ya c t i v er e s e a r c hd i r e c t i o n i ta i m st od e s c r i b el e a r n e r s p e r s o n a ln e e d s b ya n a l y z i n gt h e i rl e a r n i n gs i t u d a t i o ni n f o r m a t i o na n dp r o v i d ee f f e c t i v ea n dt a r g e t e d l e a r n i n gs e r v i c e s i tc a nm e e tt h el e a r n i n gn e e d so fl e a r n e ri n d i v i d u a la n dr a i s e t h e i r l e a r n i n ge f f i c i e n c y f i r s t ，w ei n t r o d u c e t h er e s e a r c hb a c k g r o u n do ft h es u b j e c t ，s u c ha s t h e d e v e l o p m e n to fe l e a m i n ga n di t sl e a r n i n gs e r v i c e s ，t h e s t a t eo ft h ea r to ft h i s r e s e a r c h t h e nw ea n a l y z et h eb o t t l e n e c kp r o b l e m so ft h ed e v e l o p m e n to fl e a r n i n g s e r v i c e si ne l e a r n i n ga n dg i v et h ec o n c e p to fo n t o l o g ya n di n t r o d u c ei t sa p p l i c a t i o n i ne l e a r n i n gf i e l d o nb a s eo ft h e s e ，t h ec o n s t r u c t i n gm e t h o d so fo n t o l o g yb a s e d l e a r n i n gs i t u a t i o na n a l y s i sa n dl e a r n i n g s e r v i c e si ne l e a r n i n ge n v i r o n m e n ta r e p r e s e n t e d c o n c r e t ec o n t e n t sa r ea sf o l l o w s 1 ) al e a r n i n gs i t u a t i o no n t o l o g ym o d e li nt h ee l e a r n i n ge n v i r o n m e n ti sp r e s e n t e d i nt h i sp a p e r f i r s t ，t h ef i f t e e nt u p l eo fl e a r n e r sl e a r n i n gi n f o r m a t i o ni sa n a l y z e d a n dd e f i n e d t h e ni ti sd e s c r i b e db yo n t o l o g ya n dt h ec o r r e s p o n d i n gc o n c e p t sa n d t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e ma r ed e r i v e d t h u sa l lk i n d so fl e a r n i n gs i t u a t i o n i n f o r m a t i o nc a nb ec o m b i n e do r g a n i c a l l y ；m o r e o v e r , t h ec o n c e p t sa n dt h e r e l a t i o n s h i pa r ee m e r g e dc l e a r l ya n da c c u r a t e l y 2 ) l e a r n i n gs i t u a t i o no n t o l o g yr e a s o n i n gr u l e si nt h ee l e a r n i n ge n v i r o n m e n ta r e p r e s e n t e d a c c o r d i n gt o t h ec o n c e p t sa n dr e l a t i o n s h i pd e f i n e di nt h el e a r n i n g s i t u a t i o no n t o l o g ym o d e l ，l e a r n i n gs i t u a t i o no n t o l o g yr e a s o n i n gr u l e sa r ed e f i n e d t oa n a l y z ea l lk i n d so fl e a r n e r sl e a m i n m ga c t i v e t h u st h el e a r n e r sl e a r n i n g s i t u a t i o ni n c l u d i n ge n e r g ys p e n d i n ga n dc o g n i t i v ea b i l i t yc a nb ec o n c l u d e dt i m e l y a n da c c u r a t e l y , w h i c hp r o v i d e sb a s i sf o rt h ef o l l o w i n gl e a r n i n gs e r v i c e s 3 ) l e a r n i n gs e r v i c e sp r o c e s s i n gm e t h o di n t h ee - l e a r n i n ge n v i r o n m e n ti sa l s o p r e s e n t e d i nt h em e t h o d ，v i r t u a ll e a r n i n gc o m m u n i t y a n dk n o w l e d g en a v i g a t i o n a r ed e s i g n e dt ol e a m e r s m e a n w h i l e ，t h ea d a p t i v er e c o n d i t i o n i n go fs e r v i c e c o n t e n ti se m p l o y e da c c o r d i n gt ot h el e a r n e r si m p l i c i tl e a r n i n gs i t u a t i o n i n f o r m a t i o ns oa st op r o v i d i n gm o r ea c c u r a t es e r v i c ea n di m p r o v i n gt h el e a r n e r s l e a r n i n ge f f e c ta n de f f i c i e n c y l e a r n i n gs i t u a t i o na n a l y s e sa n dl e a r n i n gs e r v i c e si sd e v e l o p e db yu s i n gp r o t 6 9 6 ， j e n aa n dj s ei tc a nb eu s e dt op r o v et h er e a s o n a b l e n e s sa n de f f e c t i v e n e s so ft h e m o d e la n dm e t h o dp r e s e n t e d k e y w o r d s ：e l e a r n i n ge n v i r o n m e n t ，o n t o l o g y , k n o w l e d g eo r g a n i z a t i o n ，l e a r n i n g s i t u a t i o n i n f o r m a t i o n ，o n t o l o g yr e a s o n i n gr u l e ，v i r t u a ll e a r n i n g c o m m u n i t y , k n o w l e d g en a v i g a t i o n 江苏大学硕士学位论文 目录 第一章绪论1 1 1 课题背景1 1 2e - l e a r n i n g 简介及其现状与发展1 1 2 】e - l e a r n i n g 简介1 1 2 2e l e a r n i n g 的现状与发展2 1 2 3 现有的e i 。e a r n i n g 系统存在的问题和不足3 1 3 研究内容及关键问题4 1 4 本文所做的工作和论文安排4 第二章虚拟学习社区、知识导航与本体概述7 2 1 虚拟学习社区7 2 1 1 虚拟学习社区的概念7 2 1 2 虚拟学习社区的类型8 2 1 3 虚拟学习社区与e - l e a r n i n g 环境8 2 2 知识导航9 2 2 1 知识导航的作用9 2 2 2 现有的e - l e a r n i n g 系统的导航方法9 2 3 本体概述1 0 2 3 1 本体的概念和分类1 0 2 3 2 本体建模及其描述语言1 2 2 3 3 本体在e - l e a r n i n g 环境中的应用1 4 2 4 本章小结1 5 第三章学习情形本体模型及推理规则1 6 3 1 问题引出1 6 3 2 学习者的学习情形描述1 6 3 3 学习者的学习情形本体模型1 7 3 3 1 知识组织的概念和相关关系1 8 3 3 2 学习情形的概念及其相关关系1 9 3 3 3 获取学习者的个人特征信息2 3 i v 江苏大学硕士学位论文 3 4 学习情形的本体推理规则2 5 3 4 1 本体推理简介2 5 3 4 2 学习者精力花费的推理规则2 6 3 4 3 学习者认知能力的推理规则2 9 3 5 学习情形实例3 0 3 6 本章小结3 1 第四章基于学习情形的学习服务3 2 4 1 问题引出3 2 4 2 组建基于学习情形的虚拟学习社区3 3 4 2 1 学习情形信息的信息转换3 3 4 2 2 基于学习者精力花费的聚类分析3 4 4 3 基于学习情形的知识导航服务3 5 4 3 1 后续型导航3 5 4 3 2 回溯型导航3 8 4 4 本章小结3 8 第五章原型系统的设计与实现4 0 5 1 相关技术及开发工具介绍4 0 5 1 1j s p 技术4 0 5 1 2f i l t e r 过滤器4 l 5 1 3s t r u t s 框架4 1 5 1 4p r o t 6 9 6 本体建模工具4 3 5 1 5j e n a 工具包4 4 5 2 系统功能分析4 4 5 2 1 教师管理功能分析4 5 5 2 2 学生功能分析4 6 5 2 3 系统管理员功能分析4 7 5 3 原型系统的本体设计与实现4 8 5 3 1 本体设计4 8 5 3 2 学习情形本体实现5 0 5 3 3 本体推理实现5 1 5 3 4 教师管理功能实现5 2 v 江苏大学硕士学位论文 5 3 5 学生功能实现5 3 5 3 6 学习服务功能实现5 4 5 4 系统运行分析5 6 5 5 本章小节5 6 第六章结束语5 8 6 1 论文工作总结5 8 6 2 进一步工作展望5 9 参考文献6 0 致谢6 4 发表文章6 5 学位论文 绪论 随着信息技术的飞速发展，人们工作和生活的方式发生了巨大的变化。在知 识爆炸的今天，人们对知识的渴望程度日益增加，传统的课堂模式的学习方式已 经不能满足人们的需求。鉴于此，教育部在上世纪末拟定的面向2 1 世纪教育 振兴行动l lj 中提出了“形成开放式教育网络，构建终身学习体系”，并根据我 国的具体情况，统一规划，逐步推进我国的信息化教育。随着个人电脑终端的普 及以及i n t e m e t 网络的延伸，e l e a r n i n g 逐渐被人们接受并渐渐成为一种重要的 学习手段。但是，在e l e a r n i n g 学习中，以传统的教师为中心的学习方式不能很 好的发挥网络学习的作用。从教育的发展来看，以教师为中心，课堂式的教学模 式必将会被以学生为中心，实践式的教学模式所取代。所以，越来越多的学习者 开始关注如何让e l e a r n i n g 环境可以更好地为学习者服务。 1 2e - l e a r nin g 简介及其现状与发展 1 2 1e - l e a r n i n g 简介 e l e a r n i n g 是一个广泛使用的概念，但是至今对它的界定尚未形成一个统一 的看法。目前具有代表性的e l e a r n i n g 定义有以下几个： 美国教育部2 0 0 0 年的教育部白皮书中曾经对e l e a r n i n g 做出过概括： e l e a r n i n g 是一种受教育的方式，包括新的沟通机制和人与人之间的沟通交互作 用；它是通过互联网进行的教育及其相关服务；它可以提高学生的批判性思维和 分析能力；它是一种全新的学习方式；它改变了教师的作用以及师生之间的关系； 它是一种学习工具，能提供学习的随时随地性，从而为终身学习提供可能；它能 很好的实现某些教育目标，但是不能代替课堂；它不会代替学校教育，但会极大 地改变课堂教学的目的和功能1 2 1 。 邹景平认为e l e a r n i n g 是指利用电子资讯的特性来协助学习的教育科技，自 从网络兴起之后，逐渐演变成以网络技术为重心【3 1 。 北京师范大学的教授何克抗( 2 0 0 3 ) 提出了他对e l e a r n i n g 的理解： “e l e a r n i n g 是指通过因特网或者其他数字化内容进行教学与学习的活动，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，实现 了一种全新的学习方式【4 】。 江苏大学硕士学位论文 从上面的几种观点，我们可以得出：e l e a r n i n g 打破了传统的教学方式在时 间和空间上的物理限制，具有丰富的教学资源和全新的沟通方式，为学习者带来 了一种全新的学习方式。 1 2 2e - l e a r n i n g 的现状与发展 e l e a r n i n g 在国外发展较早，在英国、美国等发达国家得到迅速发展，目前 已有数十个网络教育平台得以应用( 如c l a r o l i n e 、i l i a s 、m o o d l e 等) 。在我国， e l e a r n i n g 也处在迅速发展的阶段，目前也出现了很多网络学习的系统，各个大 学基本上都在网络上推出了自己的在线课程。这些系统大多数是将教学环节，如 上课、作业、答疑、考试等学习活动通过i n t e r n e t 来呈现。学习者只要能够登录 这些学习系统的站点或者使用系统的客户端连接到学习系统的服务器上，就可以 进行在线学习。 目前e l e a r n i n g 学习大体分为以下三种模式： 基于课件的传统的教学模式。这种学习模式类似于早期的函授教学，与之不 同的是，除了邮寄给学生教材之外，还包含一些教学经验非常丰富的教师上课的 课堂录像和上课所使用的课件。学生可以通过教师留下的电子信箱来与教师进行 课下交流。本来这种教学模式已经很少使用了，但是随着掌上学习机的发展，目 前的发展前景不错。通过将课件与录像等存储于专门的掌上学习机中，学生可以 随时随地的进行学习。国内已经有好几家公司的产品使用了这种教学模式。 基于互联网的远程教育模式。这种学习模式一般是将学习材料存储在远程的 服务器上，供学生们进行学习。学生只要使用一台可以上网的电脑就可以进行学 习。对于不同的实现方式，进行学习的方式稍微有所区别。对于b s 模式的学习 环境来说，学习者只要在浏览器中输入学习网站的地址就可以进行学习了。对于 c s 模式的学习环境来说，学习者要安装对应的学习软件，然后使用该学习软件 进行学习。 基于网络的个性化协作式的教育模式。这种模式充分利用互联网技术、多媒 体等技术，将研究重点放在当前非常流行的个性化学习上。这种教育模式以学习 者为中心，根据每个学习者的能力、性格、兴趣等具体情况采用不同的学习方式、 教授不同的知识、提供适合其特点的学习服务。这种教育模式是当前研究的重点。 随着人们对e l e a r n i n g 的研究不断的深入，大家已经不只局限于将海量的学 习资源放到网络中让学习者进行浏览，更是试图研究一些新的技术用于改善 e l e a r n i n g 系统，使得学习者在网络学习中能得到更好的学习效果。对于目前的 学习系统，有以下几个发展趋势： 2 江苏大学硕士学位论文 ( 1 ) 网络学习的开放化和虚拟化 由于使用了互联网，使得局域网络中的学习资源可以突破资源、规模以及距 离上的限制。学习者可以在不同的时间、不同的地点参与到学习当中，使得学习 更加的方便和自由。 ( 2 ) 网络学习的智能化 智能化的e l e a r n i n g 系统是未来发展的主要趋势。智能化可以使学习者在 e l e a r n i n g 学习中得到适合学习者学习情况的学习服务，学习者在其中会有该环 境是专门为自己搭建的感觉，这样可以很好地提高学习者的学习成绩和调动学习 者的学习兴趣。 ( 3 ) 以学生为中心，满足学生的个性化需求的学习 由于e 。l e a r n i n g 系统的特点，教师的参与并不会像学校教育中那样占据很大 的比重，而是学生主动使用e l e a r n i n g 系统进行自主学习，这就要求我们的 e l e a r n i n g 系统要转变方向，不能使用传统的以教师为中心的学习方式，而应该 向以学生为中心的学习方式进行转变。教师在e l e a r n i n g 系统变成一个协作者的 姿态来协助学习者进行学习。 ( 4 ) 多种先进技术融合 随着科技的发展，越来越多的技术可以应用到e l e a r n i n g 当中。例如多媒体 技术、仿真技术等。这些技术的使用可以使网络教学的内容从以前表面的文字表 述变得更加的生动形象，从而加深学习者对所学知识的理解。 1 2 3 现有的e _ l e a r n i n g 系统存在的问题和不足 虽然现有的e l e a r n i n g 系统能够向学习者提供课程学习的资源和学习服务， 可是在实际的使用当中还是能够发现一些问题和不足【5 】： 1 ) 单方面强调网络能够有效地传递常规形式的教学内容，只是将课堂由教 室搬到了网上，反而拉远了教师与学生的距离，缺乏对学生学习状况的 了解，缺失了课堂教学方式中师生可以交互的优点。 2 ) 缺乏必要的导航服务。由于在e l e a m i n g 环境中，学习者都是自主学习， 所以对于不同的学习者，应该对其进行不同的知识导航，避免学习者在 学习过程中产生迷航现象而影响其学习进度和学习兴趣。 本课题可解决e l e a r n i n g 系统中对学习者的学习状况了解不足的问题，为不 同的学习者建立他们自己的虚拟学习社区，用以保证学习者之间交流更加顺畅， 减少无效交流的产生。另外根据学习者的学习状况，对学习者的学习进行实时性 导航。通过上面的学习服务来提高学习者在e l e a r n i n g 环境中的学习效率和学习 3 江苏大学硕士学位论文 兴趣。 1 3 研究内容及关键问题 本课题的研究内容主要涉及以下几方面： 1 ) 学习情形本体模型及推理规则 通过观察学习者在学习过程中的行为、活动，得到其所代表的个人信息， 并以此制定本体推理规则。在学习者学习的过程中，随时判断该学习者 的精力花费情形和认知能力，以便为其组建合适的虚拟学习社区和提供 适合的知识导航服务。 2 ) 基于学习情形的虚拟学习社区 根据学习者的不同的学习情形，将学习者分到不同的虚拟学习社区。在 社区中，社区成员之间可以相互进行交流，来探讨学习中的疑问或者共 享学习资料。 3 ) 基于认知能力的知识导航 制定与学习者学习情形相适应的知识导航功能。依据学习者的认知能 力，提供实时的导航服务。 4 ) 构建基于本体的具有学习情形分析和学习服务功能的e l e a r n i n g 环境 原型系统。 本课题研究的关键问题有： 1 ) 学习者学习情形信息的描述和分析 依据行为学、心理学、教育学判定学习者在知识域本体学习过程中各种 行为、活动所代表的个人学习信息，从而得到学习者的学习情形和认知 能力。因此，学习者学习情形的准确描述和分析是解决为学习者提供有 效的学习服务的基础和关键问题之一。 2 ) 学习情形推理规则的制定以及学习服务的提供 怎样依据学习者的个人学习信息，推理学习者的精力花费情形和认知能 力，调整学习者的虚拟学习社区和提供给学习者的知识导航服务，使学 习者在学习过程中能够获得更好的交互效果和指导效果。 1 4 本文所做的工作和论文安排 在广泛查阅与分析国内外有关e l e a r n i n g 环境中学习服务和本体论的基础 上，本文对基于本体论的e l e a r n i n g 环境中的有关学习者学习情形和学习服务等 4 士学位论文 要包括： 述和分析 体构建 推理学习情形 创建虚拟学习社区 e l e a r n i n g 环境中基于学习情形的知识导航 具有分析学习情形的e l e a r n i n g 系统的开发框架 在此基础上，对基于本体论的e l e a m i n g 环境中学习情形分析、组建虚拟学 习社区以及实施知识导航等一系列的实现细节问题进行探讨，并利用相关的技术 和工具实现该原型系统。 在攻读硕士期间，本人的主要工作包括： 1 ) 在查阅大量国内外关于e l e a r n i n g 理论的文献和相关资料的基础上，对 e l e a r n i n g 及其学习服务的研究现状和发展趋势进行总结，指出当前 e l e a r n i n g 出现的几种缺陷。针对e l e a r n i n g 发展的难点，引入本体论 的概念，并对本体建模及其描述语言和本体应用领域进行研究，特别是 详细分析e l e a r n i n g 环境中学习情形信息与本体论结合的理论和应用。 2 ) 通过对现有e l e a r n i n g 环境进行详细的研究和分析，针对e l e a m i n g 环 境中存在的忽视学习者学习情形、学习者之间缺乏相互交流、学生容易 迷失方向的问题，结合基于知识空间的组织模型与本体论，提出 e l e a m i n g 环境中的感知学习者学习情形的本体模型，用于对系统环境 中的学习者的学习情况进行组织管理。在此模型中，学习者的学习情形 信息被有效的组织起来，为分析这些信息打下了坚实的基础。 3 ) 针对e l e a r n i n g 系统中较难处理的获取学习者学习情形的问题，结合 e l e a m i n g 环境的特点，在学习情形本体模型基础之上，提出e l e a r n i n g 环境中的学习情形本体规则推理感知学习者的精力花费情形和认知能 力，进而提供学习服务。根据学习者的学习情形为学习者建立虚拟学习 社区帮助学习者进行交流；并依据学习者的学习情形以及虚拟学习社区 中学习成员的推荐为学习者进行知识导航。 4 ) 根据上面提出的e l e a r n i n g 环境中的学习情形本体模型和学习情形本体 规则，实现一个基于本体的具有学习情形分析和学习服务功能的 e l e a m i n g 原型系统。其中实现的功能包括知识学习功能、交流功能、 教师管理功能、系统管理功能、本体管理功能等等，这些功能都和学习 情形本体中的个体紧密的结合在一起，以便为用户提供更好的学习服 s 江苏大学硕士学位论文 务。系统的目标是要很好的解决e l e a r n i n g 系统中学习者的学习情形的 分析问题，提高系统的智能性和个性化。 在攻读硕士学位期间，作者在国内学术期刊和国际学术会议上发表录用学 术论文如下： 1 1 h u ad e n g ，y o n g z h a oz h a n ，q i r o n gm a o ，“k n o w l e d g ep r e f e r e n c eb a s e dl e a r n i n g c o m m u n i t yc o n s t r u c t i o na n ds e r v i c es u p p o r t ”，l e c t u r en o t e si nc o m p e e r s c i e n c e ，v 0 1 6 2 4 9 ，2 0 1 0 ，p p 1 2 3 - 1 3 4 本文的其余部分安排如下： 第二章介绍虚拟学习社区和知识导航这两种学习服务，包括虚拟学习社区的 概念、类型和知识导航的研究现状；引入本体论的概念，介绍本体的分类、本体 建模方法、本体描述语言和本体在e l e a r n i n g 环境中的应用。 第三章详细介绍学习情形本体模型及推理规则。首先先介绍了学习情形模型 中所涉及的概念，并给出各个概念之间的各种关系。接着介绍了学习情形推理规 则，包括学习者精力花费和认知能力的推理规则。 第四章详细介绍e l e a r n i n g 环境下组建虚拟学习社区和知识导航这两种学 习服务的实现方法。 第五章详细介绍基于本体的具有分析学习情形和学习服务功能的 e l e a m i n g 原型系统的实现。首先介绍相关技术和开发工具，再对系统进行功能 分析，最后介绍系统的本体设计和功能实现的细节以及试运行的情况。 最后是结束语部分，对全文进行总结并对下一步工作进行展望。 6 位论文 2 1 1 虚拟学习社区的概念 识导航与本体概述 虚拟社区这个概念并不是最近提出的，早在1 9 9 3 年英国学者h o w a r d r h e i n g o l d 就提出了该概念。他认为，虚拟社区是当足够多的人们带着饱满的情 感长期进行公开讨论，以期望在赛博空间中形成个人的关系网时，在网络中出现 的社会集合体【酬。r h e i n g o l d 在对虚拟社区的概念进行描述的时候，着重强调了 人群、社会活动以及社区成员等要素。k o w c h 和s c h w i e r ( 1 9 9 7 ) 对虚拟社区给出 了一个明确的定义，他们认为虚拟社区就是由自然意愿及共同的理念和理想而结 合在一起的群体1 7 j 。 现在，虚拟社区已经非常流行了，它已经被应用到了很多领域，包括教育、 娱乐以及社会的各个领域。而虚拟学习社区就是其中一个非常重要的应用领域。 虚拟学习社区( v i r t u a ll e a m i n gc o m m u n i t i e s ) 是以学习和教育为目的的虚拟 社区，是人们分享兴趣爱好的社会集合体。由于虚拟学习社区的概念非常复杂， 涉及了教育学、哲学、社会学、通讯和计算机等领域，所以对于虚拟学习社区这 个概念，国内外学者给出了多个解释。h i l t z 和w e l l m a n ( 1 9 9 7 ) 认为虚拟学习社区 既是一个学生与教师共同完成的教学小组，又是一个学生们交流感情、信息，寻 找支持和归属感的社区【8 】。r u s s e l l ( 1 9 9 9 ) 将虚拟学习社区定义为“一个采用某些 手段来协调其成员和集体在学习方面需要的组织【9 1 。 甘永成( 2 0 0 5 ) 博士指出， 虚拟学习社区是虚拟社区和在线学习相结合的产物【1 0 】。马红亮( 2 0 0 6 ) 认为虚拟学 习社区是指在某一特定的网络空间内，由教师和学习者组成，具有持续的教师与 学生之间、学生与学生之间的互动关系的社会集合及其网络活动区域【1 1 1 。 c a r a b a j a l ，l a p o i n t 和g u n a w a r d e n a ( 2 0 0 3 ) 描述了虚拟学习社区模型中的三个维度 即技术维度、学习任务维度和社会交往维度【1 2 】。t u 和c o n y ( 2 0 0 2 ) 提出了一个三 角形理论模型：虚拟学习社区由教学的、社会交往的和技术的三个主要维度组成 1 3 1 o 在本文中采用c a r l 6 n ( 2 0 0 2 ) 对虚拟学习社区的概括：在网络环境下，通过获 取、产生、分析和合作建构知识的对话与被指导的学习过程所形成人际团体与学 习环境【l 引。对于虚拟学习社区，它首先是一种借助于网络等技术而形成的学习型 组织。社区中的成员通过网络技术这个媒介进行交流，相互进行协作，开展以学 7 江苏大学硕士学位论文 习者为中心的活动。成员在学习的过程中分享各自在学习中的心得体会，从而创 造出属于整个团体的所特有的知识。其次，虚拟学习社区是一种网络学习环境， 是一种维持学习过程的氛围和情境的支持系统【1 5 1 。虚拟学习社区的重点就是交 互。在社区当中，成员分享自己的学习经验，交换自己对某个知识点或者知识域 的理解，互相讨论某些难点，通过相互之间的讨论来提高自己对所学知识的理解。 最终，各个成员从交互当中达到各自的学习目标，完成知识的学习。 2 1 2 虚拟学习社区的类型 虚拟学习社区从不同的角度可以分为不同的类型。 从技术的角度来看，虚拟学习社区可以分为同步通信型虚拟学习社区、异步 通信型虚拟学习社区和混合型虚拟学习社区。之所以分为这三种，是由于社区所 采用的通信方式的不同。一般来说，异步通信型虚拟学习社区采用b b s 、b l o g 等异步方式进行交流，而同步通信型虚拟学习社区采用语音聊天或者发送即时消 息等同步方式进行交流。至于混合型虚拟学习社区就是既包含同步的交流方式， 又包含异步的交流方式。 从学习的性质来看，虚拟学习社区可以分为任务型虚拟学习社区、实践型虚 拟学习社区和知识型虚拟学习社斟1 6 j 。 从社区的性质和功能来看，虚拟学习社区可以分为远程教育型虚拟学习社 区、校园教育辅助型虚拟学习社区和社会教育型虚拟学习社区。远程教育型虚拟 学习社区主要是由专门的教育机构组织的虚拟学习社区，例如我国的6 7 所现代 化远程教育试点高校远程教育的网站。这种学习社区依靠高校或者其他机构提供 的丰富的教育资源和完整健全的组织结构，为社区成员提供了一个良好的学习环 境。校园辅助型虚拟学习社区通常是作为学校课外教学的补充而存在的。社区成 员通过在社区中的学习来熟悉教师在课堂上讲解的内容，或者对不明白的知识再 次学习和探讨。社会教育型虚拟学习社区通常是以某一专业知识领域为主题，由 一些公司、企业、研究机构等创建的。在这种社区中的成员完全是由于兴趣的原 因加入该社区，并且社区没有严格的教师和学生之分。 2 1 3 虚拟学习社区与e - l e a r n i n g 环境 从前文中对e l e a r n i n g 的描述可以知道，e l e a r n i n g 主要是提供网络学习服 务的学习环境。而虚拟学习社区的主要作用是提供学习者之间进行相互交流。由 于它们两者的目的都是帮助学习者学习，所以很自然想到将虚拟学习社区应用到 e l e a r n i n g 环境当中。将两者结合起来，可以很好的解决在远程学习中的协作学 8 江苏大学硕士学位论文 习的问题。例如，在学习者学习某个知识域的时候，按照学习情形将学习者进行 分组，让学习情形相似的学习者处于同一个虚拟学习社区当中。在同一个社区中， 学习者之间互相帮助，完成这个知识域的学习。 2 2 知识导航 在e l e a r n i n g 环境中，学习者由于没有教师的指引，在知识的海洋中往往会 不知道自己所处的位置，这种现象被称为信息迷航1 7 】。信息迷航现象不仅给学习 者增加了额外的认知负担，而且使e l e a r n i n g 环境中的教学活动的效率变得低 下。因此，减少和消除学习中的信息迷航现象对网络教学起着至关重要的作用。 知识导航是解决此类问题的一个办法。 2 2 1 知识导航的作用 知识导航能为网状知识结构中的学习者提供及时有效的引导，可以避免学习 者偏离教学目标，引导学习者进行有效学习，提高学习效率。知识导航的作用体 现在：使学习者能清楚了解目前自己所处的位置；引导学习者进行下一步的学习 或者进行必要的复习；使学习者对所学知识有一个宏观的认识。 知识导航功能是影响e l e a r n i n g 系统质量的一个很重要的因素。知识导航可 以在学习者学习过程中提供有效的引导，提高学习者的学习效率，所以知识导航 服务已经是e l e a r n i n g 环境中必要的学习服务之一。 2 2 2 现有的e - l e a r nin g 系统的导航方法 目前流行的e l e a r n i n g 系统都不同程度的提供了知识导航功能。从现有的 e l e a r n i n g 系统发现，知识导航主要有以下几种形式【1 8 j ：模块导航、帮助导航、 线索导航、检索导航和图导航。这些导航策略在不同的e l e a r n i n g 系统中有不同 的应用，大多数的呈现方式是类似的，但具体的内容和依据的原则根据不同的知 识组织与导航算法的差异而有所不同。 国内外很早就提出了多种导航方法，例如鱼眼视图f 1 9 1 、导航树、历史列表【2 0 1 、 超文本学习状态空间 2 h 等。鱼眼视图采用一种“粗细”不均匀的显示方式来显示知 识，在其中将离当前节点越近的节点显示越“细”( 放大显示) ，越远的节点显示 越“粗”( 粗略显示) ，这样可以使用户了解到更多离自己接近的知识。“超文本 学习状态空间”将一系列的内容相近的“知识点”放在一起，使用内部链接相连， 组成一个网状的结构；而在“知识状态”空间则使用的是外部链接来链接知识，这 9 江苏大学硕士学位论文 样可以控制学生的学习路径。 在知识导航上，有些专家也提出了自己的想法。比如r a z e k ，m o h a m m e da 提出了基于金字塔模型的导航方式 2 2 1 ，c h i n m i n gh o n g 等人提出对学习者进行 学习前的预测试，以测试结果作为导航的依据 2 3 j ，j i n - c h e m gl i n 和k u o c h i a n g w u 提出了根据学习者的学习历史记录来提供针对学习者个人的知识导航【z 4 j 。 现有的这些导航服务都能在一定程度上为e l e a m i n g 环境中的学习者提供 学习