（教育技术学专业论文）教学领域本体构建研究——以“c程序设计”课程为例.pdf

摘要 当前，互联网为学习者提供了丰富的教学资源，在降低教育成本、扩大教育规模和实 现终身教育方面起了不可替代的作用。由于不同资源开发者使用不同的方式标记资源，使 得不同系统的信息难以共享和重用，造成了资源的重复性建设，很容易导致信息孤岛、网 络迷航等问题。如何建设可重用性高、支持语义的网络教学资源，成为近年来教育技术领 域的研究热点。作为新一代网络语义网的主要技术基础，本体是目前最流行的可用来 解决信息的语义标注的新技术。 本文首先分析了教学资源建设中存在的难题和解决策略，概述了领域本体的发展现 状，并对领域本体构建的基本理论做了详细介绍，包括本体的基本理论、本体构建工具、 构建方法、与语义网之间的关系，以及其他与教学领域本体构建相关的理论等。现有的本 体构建方法通常适用于某一具体领域，并在方法论、评价和共享等方面存在着缺陷，对于 教学领域并不适合。为弥补这些不足，本文尝试将教学系统化设计思想和学科教学的基本 规律等，融合于本体构建方法中。主要研究内容和成果如下： ( 1 ) 论述了构建本体的必要性和可行性。针对网络教学资源的共享性差、重用率低、 缺乏语义等缺点，以及我国对教学领域本体的研究刚刚起步、缺少适用于教学领域的构建 方法的现状，本文首次对教学领域本体的构建进行了研究。 ( 2 ) 提出了一种适用于教学领域的本体构建方法基于i s d 的本体构建方法。该 方法融合了学科教学的基本规律以及知识概念间的基本关系，遵循教学系统设计的思想， 并强调本体的评价和进化，具有一定的专业性和先进性。 ( 3 ) 利用本体开发工具p r o t 6 9 6 ，使用本文提出的方法，成功构建了“c h 程序设计 教学领域本体，证明了该方法的实用性，同时为建设具有语义信息的教学资源指明了方向， 为下一步构建基于语义的教学资源管理系统做好了准备。 本文围绕本体在教学资源建设中的作用，提出了基于i s d 的教学领域本体构建方法， 并在“c + + 程序设计 课程领域本体构建中进行了检验，且所建本体库已发布于互联网。 同时，该本体库作为基于领域本体的“c + + 程序设计 双语课程语义检索系统的数据库， 最终得到了实际应用。如何使本文的方法和所建本体库更加完善，并实现语义的自动标注， 是下一步的研究方向。 关键词：教学资源；本体；本体构建；构建方法 a b s t r a c t m o d e mi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yp r o v i d i n gl e a r n e r sw i t haw e a l t ho fo n l i n e t e a c h i n g r e s o u r c e s ，h a sp l a y e da ni r r e p l a c e a b l er o l ei nr e d u c i n gt h ec o s t ，e x p a n d i n gt h es c a l e ，a n d a c h i e v i n gl i f e l o n ge d u c a t i o n s i n c ed i f f e r e n td e v e l o p e r si nd i f f e r e n ts y s t e m sm a r kr e s o u r c e si n d i f f e r e n tw a y s ，i n f o r m a t i o ni sd i f f i c u l tt os h a r ea n dr e u s e ，a n de v e nr e s u l t si nr e p e t i t i v e c o n s t r u c t i o n ，l e a d i n gt oi n f o r m a t i o ns i l o s ，w e bt r e ka n do t h e ri s s u e s h o wt ob u i l dw e bt e a c h i n g r e s o u r c e s 谢ml l i g i lr e u s a b i l i t ya n ds e m a n t i c sh a sb e c o m ear e s e a r c hf o c u si nt h ef i e l do f e d u c a t i o n a lt e c h n o l o g y a st h em a i nt e c h n i c a lb a s i sf o rt h es e m a n t i cw e b ，o n t o l o g yi st h em o s t p o p u l a rt e c h n o l o g yu s e d t os o l v et h es e m a n t i ca n n o t a t i o no fi n f o r m a t i o n t i l i sp a p e rf i r s ta n a l y z e st h ee x i s t i n gp r o b l e m sa n ds t r a t e g i e si nd e v e l o p m e n to ft e a c h i n g r e s o u r c e s ，t h e ni to v e r v i e w st h ed e v e l o p m e n ts t a t u so fd o m a i no n t o l o g y , a n di n t r o d u c e st h eb a s i c t h e o r i e so fd o m a i no n t o l o g yc o n s t r u c t i o ni nd e t a i l ，i n c l u d i n gt h eb a s i ct h e o r yo fo n t o l o g y , o n t o l o g yc o n s t r u c t i o nt o o l s ，c o n s t r u c t i o nm e t h o d s ，a n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e na n t h o l o g i e sa n d t h es e m a n t i cw e b ，a sw e l la so t h e rr e l a t e dt e a c h i n gt h e o r i e s t h ee x i s t i n go n t o l o g yc o n s t r u c t i o n m e t h o d sa r eu s u a l l ya p p l i e dt oas p e c i f i ca r e aa n dd e f e c t i n gi nm e t h o d o l o g y , e v a l u a t i o na n d s h a r i n go fc o n s t r u c t i o n , n o ts u i t a b l ef o rt e a c h i n gf i e l d t oc o m p e n s a t ef o rt h e s es h o r t c o m i n g s ， t h i sp a p e ra t t e m p t st om e r g et h et h e o r yo fi n s t r u c t i o n a l s y s t e m a t i z ed e s i g n , a n dt h eb a s i c t e a c h i n gr u l e st o g e t h e rw i t ho n t o l o g yc o n s t r u c t i o n 1 1 1 em a i nc o n t e n t sa n dr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： f i r s t l y , t h en e c e s s i t ya n df e a s i b i l i t yo fo n t o l o g yb u i l d i n gi sd i s c u s s e d f o rp o o rs h a r i n go f o n l i n et e a c h i n gr e s o u r c e s ，l o wr e u s e ，l a c ko fs e m a n t i c s ，a sw e l la st h er e c e n tr e s e a r c hs t a t u so f l a c k i n go fs u i t a b l em e t h o di nc o n s t r u c t i n gt e a c h i n gd o m a i no n t o l o g yi nc h i n a , t h i sp a p e rs t u d i e s t h ec o n s t r u c t i o no ft e a c h i n gd o m a i no n t o l o g yf o rt h ef i r s tt i m ei nc h i n a s e c o n d l y , as u i t a b l e m e t h o di nc o n s t r u c t i o no ft e a c h i n gd o m a i no n t o l o g y , b u i l d i n g o n t o l o g ym e t h o db a s e do ni n s t r u c t i o n a ls y s t e m i c a l l yd e s i g n ，i sp r o p o s e d n em e t h o di ss o f t i e p r o f e s s i o n a la n da d v a n c e d ，c o m b i n i n gt h eb a s i cr u l e so ft h ed i s c i p l i n ea n dt h eb a s i cr e l a t i o n s h i p b e t w e e nc o n c e p t s ，f o l l o w i n gt h et h e o r yo fi n s t r u c t i o n a ls y s t e m i c a l l yd e s i g n , a n ds t r e s s i n gt h e e v a l u a t i o na n de v o l u t i o n t h i r d l y , i tu s e st h ep r o t 6 9 6t o o la n dt h en e wm e t h o dt oc o n s t r u c tac + + p r o g r a m m i n g t e a c h i n gr e s o u r c e so n t o l o g ys u c c e s s f u l l yw h i c h s h o w st h a tt h em e t h o di ss y s t e m a t i c a l ，a n di tc a n s o l v et h ep r o b l e mo fc h a n g i n gt h er e a lk n o w l e d g et of o r m a lc o d et h a ta c o m p u t e rc a nu n d e r s t a n d ， s ot h a tt h er e u s eo fo n t o l o g yi sr e a l i z e d i ta l s op r o v i d e sp r e p a r a t i o n sa n dd i r e c t i o n sf o rt h en e x t s t e po fb u i l d i n gs e m a n t i c b a s e dr e s o u r c em a n a g e m e n ts y s t e m k e y w o r d s ：t e a c h i n gr e s o u r c e s ；o n t o l o g y ；o n t o l o g yc o n s t r u c t i o n ；c o n s t r u c t i o nm e t h o d s 目录 摘要i a b s t r a c t i i 图表目录v 第l 章绪论l 1 1 研究背景1 1 1 1 教学资源建设中存在问题1 1 1 2 本体在教学资源建设中的必要性2 1 1 3 本体在教学资源建设和管理中的可行性2 1 2 教学领域本体的研究现状3 1 2 1 教学领域本体研究现状3 1 2 2 构建方法研究现状5 1 3 本文主要工作及论文组织结构6 第2 章本体构建理论8 2 1 本体理论8 2 1 1 本体的定义8 2 1 2 本体的特点9 2 1 3 本体的分类9 2 2 本体构建1 0 2 2 1 建模工具l o 2 2 2 构建方法10 2 3 本体与语义网的关系。l l 2 3 1 语义网的概念1l 2 3 2 本体与语义网1 2 2 4 其他相关理论1 3 2 4 1 结构主义教学理论l3 2 4 2 系统化教学设计思想1 3 2 4 3 软件工程理论1 4 第3 章基于i s d 的领域本体构建方法1 5 3 1 教学本体构建原则15 3 2 教学领域本体构建方法1 6 3 3i s d 本体构建方法1 7 3 3 1 本体需求分析18 3 3 2 建立核心本体库l8 3 3 3 本体描述2 2 3 3 4 调试2 5 3 4 教学领域本体评价方法2 7 3 5 教学领域本体进化方法2 8 第4 章“c + + 程序设计”领域本体构建实例2 9 4 1 需求分析2 9 4 2 概念获取3 0 4 2 1 确定本体概念集3 0 4 2 3 属性和关系的确定3 4 4 3 本体描述3 6 4 4 本体评价与进化。3 7 4 5 本章小结3 7 第5 章总结与展望3 8 5 1 本文结论3 8 5 2 本文创新点3 8 5 3 不足与工作展望3 9 5 3 1 研究中的不足3 9 5 3 2 工作展望3 9 参考文献4 0 附j i 乏z i ：! 附录l 部分核心代码4 2 附录2 领域本体评价量表。“ 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目4 6 致i 射4 7 图表目录 图1 1 本体建模研究的学术关注度图5 图1 2 有关本体建模研究的用户关注指数5 图1 3 本文的研究路线图6 图2 1 互联网发展整体观l l 图2 2 万维网信息表示方式1 1 图2 3 语义网的信息表示方式1 1 图2 - 4 语义网结构1 2 图2 5 迪克与凯利系统化教学设计模型1 4 图2 6 瀑布模型图1 4 图3 1 本体构建的基本流程图1 6 图3 2 基于i s d 的领域本体构建方法流程图18 图3 3 属性创建图。2 0 图3 4i n v e r s ep r o p e r t i e s 使用举例21 图3 5o w l p r o p e r t i e 的其中性质2 l 图3 - 6 函数关系2 2 图3 7 反函数关系2 2 图3 8 本体与本体描述工具的关系。2 3 图3 - 9 本体标记语言演变过程图2 3 图3 1 0 类公理图2 6 图3 1 l 教学领域本体进化图。2 8 图4 1c + + 程序设计双语课程章节层次结构图3 0 图4 2c - h - 程序设计双语课程资源领域本体项层概念的层次结构图3 l 图4 3p r o t e g 杰4 0 运行界面一31 图4 4 创建本体u r i 地址3 l 图4 5 核心本体树3 2 图4 6 “学习资源”的下级概念3 2 图禾7 “学习资源”的下级概念3 2 图4 8c + + 课程本体的全图( 部分) 3 3 图4 9c + + 课程本体结构全图3 3 图4 1 0 属性创建过程图3 4 图4 1 l 关系创建实例图3 4 图4 1 2 实例创建举例图3 5 图4 1 3c + + 课程本体实例全图3 5 图4 1 4 推理结果图3 5 表1 1 教育技术领域核心期刊中有关本体的研究4 表1 2 本体构建研究的主要内容6 表2 1 本体的代表性定义8 表2 2 语义网结构描述1 2 表2 3 本体和语义网的区别13 表3 - l 五种本体构建方法的比较1 7 表4 - l 教学领域本体评价结果3 7 v 教学领域本体构建研究 第1 章绪论 本章首先概述教学资源管理中存在的主要问题，在此基础上，分析了引入领域本体到 教学资源管理中的必要性和可行性，并综述了领域本体在教学资源管理中的应用现状，包 括目前研究存在的不足。最后给出了本论文的组织结构。 1 1 研究背景 在当今信息时代，网络教学已经成为国内外教育发展的新趋势。它以不受时空限制、 资源可共享的优势，成为人们学习生活的首选方式。网络教学资源的建设是实施网络教学 的关键，缺少了学习资源，网络教学很难满足人们的需要，甚至为正常的生活带来不便。 虽然众多的教育局域网遵从i n t e m e t 的有关协议，具有数据交换的能力，但在教育应用层 面，因缺乏统一的技术标准，不同教育资源开发者各行其是，自行设计教育资源和管理信 息的格式，使系统与系统之间缺少共通之处，难以进行有效的信息交换和资源共享。由此 可见，构建可重复使用的教学资源可有效地缓解资源建设在数量和难度上存在的难题。 1 1 1 教学资源建设中存在问题 目前，互联网上积累了大量的学习资源。这些资源为人们的日常生活和学习提供了很 多便利。然而，这些结构简单、缺乏语义的资源很难在异构系统之间进行共享和互操作， 可重用的资源却不是很多，因此造成了资源的堆积和人力物力的浪费。这个问题是当前网 络教育的一个重要遗憾，制约了网络教学的发展，成为现代教育信息化发展进程中人们关 注的焦点之一。分析现有的教学资源开发问题，发现存在以下问题： ( 1 ) “信息孤岛 问题。互联网呈现给人们无限丰富的信息资源的同时，也为教学资 源的建设提供了广阔的来源。由于它们的封闭性和孤立性，这些资源在为人们带来便利的 同时，因为计算机无法理解网络资源的实际语义信息，阻碍了人们获取真正所需信息的途 径，造成互联网上的“数字信息垃圾 过多。 ( 2 ) 大量教学资源的无法重复性建设。由于不同网络教学系统各有不同领域和部门 的封闭平台，与其他系统资源不能进行相互共享和协同操作，以致同一学科资源在不同系 统之间难以共享，各部门需要重新建设自己的教学资源库，难以在语义方面实现交互，在 很大程度上造成了资源的重复性建设，浪费了时间、人力和物力。 ( 3 ) 个性化缺失。由于各网络教学系统的封闭性，很多系统都偏向于内容和形式， 使得人们从网络中查找有用的信息较为困难，使用搜索引擎得到大量结果的同时，也包含 了许多无关的垃圾信息。教学系统缺乏灵活性，不能针对用户不同需要而提供个性化的内 容，无法支持语义查询和搜索。 教学领域本体构建研究 以上问题表明，在网络教学资源建设的问题上，不同组织在构建教学资源管理系统时， 缺乏有效沟通和共享的思想。目前，各个系统使用的网络资源开发标准尚不统一，开发出 来的教学资源只能满足于特定的系统，通用性不强，难以在异构系统间实现互操作，造成 了资源的抽取和查询比较困难。 为降低资源的重复建设带来的资源浪费，构建出更符合人们需要的教学资源，就需要 统一信息资源的形式，形成知识的共享和重用机制，以有助于实现资源在更大范围内的共 享和重用，并使用户能快速准确地查找资源。知识共享和重用的关键在于使计算机能够对 知识的含义有统一的理解，在语义层次上实现对同一知识的共同认识。这就需要本体。 1 1 2 本体在教学资源建设中的必要性 本体是知识概念的规范化说明，能够以一种明确的、形式化的方式来表示某一领域内 的知识，促进知识间的共享和重用。使用领域本体来描述网络教学资源，能够在人机之间 达成对知识含义的共同理解，有助于实现资源的语义互换，避免对同一知识由于表述不同 带来的不同理解。将本体技术应用于教学资源建设中，可以发挥以下重要作用： ( 1 ) 解决资源间的共享问题。本体是某领域对同一知识概念形成统一的共同的理解， 能够支持知识共享。建立教学资源本体，能够为不同系统的相互沟通和互操作提供统一的 标识码，可以使异构系统之间相互“认识 和“沟通 ，进而能够理解彼此之间的语义信 息，从而实现系统间资源的共享和相互利用。 ( 2 ) 解决异构教学系统间的互操作问题，避免资源的重复性建设。建立教学资源本 体，可以为不同教学系统之间的交流提供统一的接口，实现资源之间的共享，使教学系统 之间能够相互理解和共享所有的教学资源，异构系统之间可以共用同一领域的本体，避免 了资源本体的重复性建设。 ( 3 ) 解决个性化学习问题。本体为人机提供了共同理解的词汇。由于本体直接对文 档内容本身进行标记，并提供了语义查询机制。因此，基于教学领域本体而构建的教学系 统，支持语义查询，支持智能搜索，可以准确快速地查找教学资源，提高教学资源利用的 高效性，满足了人们个性化学习的需要。 1 1 3 本体在教学资源建设和管理中的可行性 之所以将本体技术引入教学资源构建中，主要是由于领域本体可以实现三个方面的共 享，即：在概念上，确保在知识领域中，不同知识对象共享相同的概念，实现语义上的互 理解；在内容上，按照教学领域内的资源类型、组织结构等，将同类的、相似的教学资源 按知识组织的层次关系整合起来，增加资源的语义信息，为实现语义查询和提取提供可能： 在技术方面，使用同一标准、相同的资源表示方式和资源属性标记方法构建的多个资源系 统之间可以共享同一接口，实现语义上的互操作。资源系统问可以相互提供资源，同时每 2 教学领域本体构建研究 一方都可以从另一方获取自己所缺少的资源，这就在系统之间实现了对资源利用的互操作 和共享。 首先，本体作为一种能有效表现概念层次结构和语义模型的工具，提供了对教学领域 知识的共同理解，使得人与应用系统之间能够有效地进行语义上的理解和沟通。因此，本 体使不同的开发工具和应用平台之间能够通信、共享和重用，新的资源系统可以有效利用 现有系统，而不必再次设计，进而节省了大量的资源。所以，使用本体技术来解决当前教 学资源建设问题，是可行的。 其次，将本体应用于教学资源管理系统中，教学平台以本体库作为中间数据处理层， 应用层对推理后的本体库进行检索操作。由于采用本体的方式比采用数据库的方式对上层 知识的表示更方便，可重用性更强，同时具有基于描述逻辑的推理能力，所以很适合在它 的基础上开发智能应用。首先，在知识检索方面，可以利用本体内在的推理机制来完成对 知识的关联检索。其次，由于本体可以定义与概念相关的外部资源，在给出概念定义的同 时，概念关联的外部资源也可以提供给学习者。这些资源可以是分布在本地的文件，也可 以是分布在其他机器上的网络资源。最后，推理机制除了要分析知识点内在的前后序关系 外，用户当前的选择也可以作为推理部分需要考虑的因素。 因此，构建基于本体的教学资源管理系统是可行的。 1 2 教学领域本体的研究现状 从2 l 世纪开始，本体的应用研究从人工智能和语义网技术领域逐步向知识工程、数 字图书馆、网络教育、信息检索等领域渗透，取得了丰富的研究成果。关于本体的研究， 近年来主要集中在建立本体的方法、本体设计过程、本体评估、本体进化、本体的应用研 究等方面。基于w e b 的本体构造工具得到了一定成都的应用，本体在知识工程领域的运用 也取得了优秀的结果。本体的设计、评估和进化等方法也有了初步的探索，出现了一些支 持互操作的本体语义转换工具。 1 2 1 教学领域本体研究现状 在国外，将本体技术应用于教育领域的研究起步于二十一世纪初德国的k a r l s r u h e 大学 将语义万维网和e l e a r n i n g 结合，构造了一个知识本体构建工具k a o n 。美国斯坦福大学 分析比较了传统网络教学和基于语义w e b 的网络教学的不同，并提出基于本体构建描述学 习资源的元数据，构建了一个基于本体的课件资源编辑器。 在国内，本体研究从2 0 0 2 年开始逐渐起步。虽然起步较晚，各大高校中有越来越多 的学者从事将本体理论应用到教学领域的研究，以促进教学资源管理水平的提高。比较出 名的是武汉大学董慧教授的本体构建在数字图书馆中的应用研究和南京大学宋峻峰、张维 明等人的基于本体的信息检索模型研究等。 3 教学领域奉体构建研究 本体在教育教学方面的应用研究中，主要是中国科学院计算所的重点项目“国家知识 基础设施( n a t i o n a lk n o w l e d g ei n f r a s t r u c t u r e ，n k i ) 的三大研究内容之一的知识的形式化本 体理论研究。从2 0 0 3 年以来，各大高校逐步开始研究本体在教育领域的应用，如山东大 学郝兴伟的“基于知识本体的e - l e a r n i n g 系统研究 、湖南大学杨建学的“领域本体构建 在学习资源管理中的应用 等。 表1 - 1 教育技术领域核心期刊中有关本体的研究 题名作者发表时间文献来源 1 智能授导系统中的学习者本体构建 王晓琳；高丹丹； 2 0 0 9 0 4 0l电化教育 张际平研究 2 面向语义的课程知识本体的构建潘颖；欧启忠；肖 2 0 0 7 0 2 ol ( 共4 篇) 耿毅 3 “c 程序设计”课程内容本体构建刘光蓉 2 0 0 8 1 2 0 l 4 基于o n t o l o g y 疑难问题答疑系统的设计与实现 王晓东；高宏卿； 2 0 0 4 - 0 9 - 3 0 张际平 5 论课程本体赵兴龙；杨开城 2 0 0 6 1 2 1 0 中国电化 6 基于o n t o l o g y 及s e m a n t i c w e b 技术的教育资源 陈伯栋；贾积有： 2 0 0 7 - 1 2 - 1 0 教育 库应用框架干爱华 ( 共2 篇) 7 基丁：文本挖掘的领域本体半自动构建方法研究魏顺平；何克抗 2 0 0 8 1 0 0 5 开放教育 以教学设计学科领域本体建设为例 研究 8 学习对象内容本体描述框架研究胡瑛：贾积有2 0 0 9 - 0 4 - 0 5( 共3 篇) 9 基于本体论的i t s 领域知识建模陈刚 2 0 0 4 12 0 5 l o 基于本体的c s c l 角色研究c s c l 中的角色 沈映珊2 0 0 9 - 0 l - 0 l现代教育 及其国外相关研究综述技术 l l 基丁本体的c s c l 学习资源管理研究沈映珊 2 0 0 8 - 0 6 0l( 共3 篇) 1 2 本体在智能授导系统( i t s ) 著作工具中的应用王晓琳；张际平 2 0 0 8 - 1 0 - 0 l 1 3 语义网、课程领域知识与教育资源网站从课袁昱明：李海涛 2 0 0 9 0 1 0 6 中国远程 程资源本体到基于本体的资源网站教育 1 4 本体在网络学习主客体构建和交互中的应用袁昱明；施建华； 2 0 0 8 12 0 6( 共6 篇) 陶培根 1 5 e d u p a g e ：基于本体的基础教育网站搜索引擎 曹卓文：杨晓江2 0 0 8 - 0 5 0 6 1 6 | c d e 国际质量评审的本体意义及其学术推论徐皓 2 0 0 8 1 l 一0 6 1 7 基于本体论的知识表达模式及其必要性 谭寨璐：朱礼 2 0 0 2 - 1 0 - 2 l 1 8 基丁二本体论的远程教学系统领域知识建模陈刚 2 0 0 4 0 2 - 2 3 1 9 基于本体的协作学习系统研究史春秀：杨威 2 0 0 7 - 0 7 4 ) 8 中国教育 2 0 基丁本体的教学资源检索、导航平台的设计与实朱毅华：郭卫兵 2 0 0 8 0 6 0 8 信息化 ( 共2 篇) 现 近年来，教育技术领域越来越关注网络教学资源建设中存在的诸多问题。解决资源的 重复性建设的问题，以及在海量资源中进行准确的搜索，解决机器理解与人机交互等问题， 4 教学领域奉体构建研究 是提高网络教学和远程教学中资源利用效率的有效途径。因此，教育技术人员开始尝试利 用本体及语义网技术来解决网络教学中存在的这些问题。本体和语义网技术也越来越成为 教育技术领域关注的技术问题。 本文于2 0 1 0 年3 月1 0 日，在教育技术学领域的六个核心期刊( 分别是：电化教育研 究、中国电化教育、开放教育研究、现代教育技术、中国远程教育、中国教育信息化) 范 围内，以“本体 为“题名 进行了模糊搜索，共搜索到2 0 篇学术论文。同时，以“本 体 为关键字再次进行模糊搜索，共得到3 6 篇研究论文。详细查询结果见表1 1 。 从数量上看，自2 0 0 2 年开始，本体技术被引入到教育技术领域，研究论文数量开始 逐年增加。2 0 0 6 年以后，教学领域本体的研究逐渐受到该领域学者的重视，开始注重本体 在教育系统中的应用研究。从内容上看，本体的相关研究主要集中于本体在教学资源管理 系统中的应用方面的初步探讨，对于本体的构建方法、本体的具体应用等方面的研究还处 于其比阶段。 目前，在生物、医学、数字图书馆等领域已成功建立了标准的领域本体，许多可重用 的本体资源库也已被共享。然而，在教育教学领域的本体研究和应用还刚开始，能够实现 共享和重用的学科本体库更是捉襟见肘，还远远达不到当前教学资源实现语义共享的需 求。从基于本体的应用研究来看，领域本体在e l e a r n i n g 学习系统、学习者模型、网络教 学支撑平台、智能答疑系统、资源库建设等很多方面发挥着重要作用。遗憾的是，这些研 究成果大多只是一个个本体的框架，至于过程如何实现和获得，论述的不够详细。所以， 快速而高质量地构建各学科领域本体亟待解决。 1 2 2 构建方法研究现状 本体的构建方法决定了本体对知识的描述和推理能力。本体的建设与本体构建方法息 息相关。好的方法是本体构建的保证。图1 1 和图1 2 是本文于3 0 1 0 年2 月2 8 日在c n k i 知识搜索网站以“本体建模”为关键字进行“学术趋势的搜索结果( 结果包括学术关注 度和用户关注指数，网址：h t t p ：t r e n d c n k i n e t t r e n d s h o w p h p ) 。 从图1 1 和图1 2 中可以看到，关于本体建模的研究始于2 0 0 3 年，近几年来用户对本 体构建的关注度越来越高，说明关于本体构建的研究已经越来越多，主要集中在构建方法、 教学领域本体构建研究 构建原则、本体构建评价等方面。表1 2 是目前本体构建方面的主要研究内容。 表1 - 2 本体构建研究的主要内容 作者题目单位时间 向阳基于j e n a 的本体构建方法研究计算机工程2 0 0 7 ( 1 4 ) 汪方胜领域本体建立的方法研究情报科学2 0 0 5 ( 0 2 ) 唐爱民基于叙词表的领域本体构建研究现代图书情报技术2 0 0 5 ( 0 4 ) 杜小勇学科领域知识本体建设方法研究图书情报工作 2 0 0 5 ( 0 8 ) 黄美丽基于形式概念分析的领域本体构建方法研究计算机科学2 0 0 6 ( 0 1 ) 陈坚r d f 可信度扩展在领域本体构建中的应用计算机技术与发展2 0 0 6 ( 0 1 ) 严亚兰基于o w l 的多媒体本体构建探索计算机工程与应用 2 0 0 6 ( 2 8 ) 孙玮鸿基于知识链的本体构建方法的研究哈尔滨工程大学2 0 0 9 ( 0 3 ) 韦小丽领域本体构建及其在专利信息服务中的应用苏州大学2 0 0 9 ( 0 5 ) 本体构建方法虽说已经有了几种公认的方法，常见的本体构建方法有骨架法、评价法、 企业建模法、循环获取法、七步法等。但是，这些方法或多或少地存在着需求不充分、建 设过程缺少规范性、缺乏评价标准等不足。更重要的是，这些方法各自适合不同领域，不 能满足学科本体的具体要求。本体应用不断深入，但本体的构建仍缺乏系统的方法，不能 满足具体领域的特点。因此，探求高效的领域本体构建方法，是构建领域本体的一个重要 的基础性工作。 1 3 本文主要工作及论文组织结构 本文主要采用的研究方法是：对已有的方法理论进行分析和比较，找出不足，提出更 有效的解决方法，并将解决方法应用到实践中。主要的研究路线如图1 1 。 一一一一l 一一一 ， ：基于领域本体的“c + + w - 序设计”l ：双谮课程资源语义检索系统 l 、f 图l - 3 本文的研究路线图 本文的研究重点是学科领域本体的构建方法。提出一种适用于教学领域本体构建方 6 教学领域奉体构建研究 法，并使用该方法构建“c + + 程序设计 双语课程的学科本体。本文用统一的领域知识本 体描述教学资源，使资源在语义层可以互理解，为下一步教学资源的共享和互操作提供了 可能。论文组织结构鲜明，正文共五章，主要研究工作如下： 第l 章分析了教学资源建设的现状及存在问题，并引入本体技术。首先，通过教学实 践和文献学习，研究目前教学资源管理中存在的突出问题并分析原因。其次，给出了解决 这些问题的对策，论证了引入本体理论来构建教学资源建设的必要性和可行性。最后，分 析了本体技术在现代网络教育中的重要地位。 第2 章介绍了领域本体构建的相关理论，包括本体与语义网技术、结构主义教学理论、 系统化设计理论、软件工程理论等，并对这些理论对教学领域本体构建的启示做了分析。 第3 章根据教学系统化设计思想，提出了一种适合教学领域的本体构建方法基于 i s d 本体构建方法。首先，分析了本体基本理论、开发工具、描述语言、语义网等技术在 构建网络教学资源中的作用。其次，分析了教学领域本体与学科知识之间的关系，并从教 学系统化设计的角度审视领域本体构建方法，从而提出了构建教学领域本体的方法和原 则。最后，在已有的本体评价方法和进化方法的基础上，初步提出并设计了教学领域本体 的评价方法和教学领域本体进化的方法。 第4 章将提出的基于i s d 本体构建方法应用于实际构建中，构建了“c + + 程序设计 双语课程本体，重点阐述了该课程本体的构建过程，验证了基于i s d 的教学领域本体构建 方法的可行性，实现了用领域本体来描述学科资源，并进行推理，解决了实际知识向形式 化编码的转化等问题，使本体的重用成为可能。 第5 章对研究工作进行了总结，指出了本文的创新和不足，并对基于“c + + 程序设计 双语课程本体的语义查询系统进行了展望，衔接了后续工作“基于领域本体的c + + 程序设 计双语课程资源语义检索系统 的实现。 7 教学领域奉体构建研究 2 1 本体理论 第2 章本体构建理论 本体论，最早是哲学中的基本概念，起源于行而上学哲学分支，研究“是 之所以为 “是的理论，本体被引入信息科学领域，被赋予了新的涵义。下面从本体的定义、特点、 分类、领域本体等问题进行论述。 2 1 1 本体的定义 本体( o n t o l o g y ) 是哲学领域的概念，表示“对世界上客观存在物的系统地描述”。本 体定义了现实中存在的实体及实体之间的相互关系。本体的定义仍在发展，表2 1 是几个 比较有代表性的定义。 表1 - 1 本体的代表性定义 领域提出时间提出人定义 哲学古希腊客观存在的系统的解释和说明，客观现实的抽象本质 1 9 9 1 n e c h e s 等构成相关领域词汇的基本术语和关系，以及所构成的规则 计算机 19 9 3 g t u b e r 概念模型的明确的规范说明 19 9 7 b o r s t 共享概念模型的形式化规范说明 在计算机科学领域，本体是对概念化对象的明