本体技术在多媒体教学的运用探索

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论文关键字:本体多媒体教学资源管理

论文摘要:目前多媒体教学资源的应用给教学领域带来新变革的同时，也带来了资源繁杂、分散、查询不便等一系列繁琐问题。本文利用本体方法论和本体软件protege3.3.1对多媒体教学资源进行分析、分类、定义属性、注释、限定条件和建立关系等来构建一个基于OWL语言的本体，实现对多媒体教学资源的高效管理。

一、引言

教学环境的信息化是教育现代化的前提，教学资源的数字化则是教学环境信息化的重要内容之一。目前，由于教学资源分散和结构性匾乏，教师需要付出大量时间和精力去收集整理教学所需资源，直接导致教师备课时间大幅增多，使教师产生抵触情绪，影响教学信息化进程。因此，组织和管理好多媒体教学资源是教学信息化和教学改革逐步深入的重心，也是现代教育技术不断发展的重点。面对现有的天量无序资源，只有充分应用信息处理、知识管理等现代化技术才可能使教师能在较少时间内找到合适资源，为其带来实实在在的方便。基于此，本文主要阐述了本体方法论和本体软件protege3.3.1对多媒体教学资源进行分析、分类、定义属性、注释、限定条件和建立关系等方面的应用，初步构建了一个基于OWL语言的本体，旨在为实现多媒体教学资源高效管理做出有益探索。

二、本体定义和相关构建工具

(一)本体的概念

“本体”最早出现于哲学领域，是哲学上的一个概念，描述事物存在的规律和本质。后来引入计算机界，人们便赋予它新的含义。从1991年Neches等提出的“一个本体定义了组成主题领域词汇的基本术语和关系，以及用于组合术语和关系，以定义词汇外延的规则”。此后，本体的概念逐渐深入知识工程界，并且和早先有着完全不同的含义。在众多定义中，被广大学者接受，在界内影响力最大的是Gruber于1993年提出的:“本体是概念化的一个明确的规格说明”。

(二)本体的描述语言和构建工具

关于本体的描述语言有很多种，目前开发的本体语言主要是基于一阶逻辑和描述逻辑语言，以一阶逻辑语言为主，主要有以下几类:斯坦福大学知识系统研究室开发的Ontolingua;Cyc系统的描述语言CycL;基于一阶谓词的高级编程语言Loom等。另外，基于Web的本体描述语言有马里兰大学开发的简单HTML本体扩展语言SHOE，美国SAR国际人工智能中心开发的XOL，欧洲IST项目On-To-Knowledge开发的OIL}DARPA定义的本体描述语言DAML+OIL}W3C公布的Web本体语言推荐标准OWL等。

目前常用的本体创建和开发工具有以下几种:斯坦福大学知识系统实验室开发的Ontoligua;美国南加州大学信息科学学院设计的Ontosaurus;西班牙马德里理工大学计算机学院开发的WebODE;美国斯坦福大学研制的Protege;德国卡尔斯鲁尔大学的应用信息学和形式化描述方法研究所开发的KAON等。其中protege使用最为简便，且其源代码开放，模块划分清晰，提供API接口，扩展性强，方便用户学习和使用。用户可以在其工具站点—protege.stanford.edu/，免费下载最新版本、插件和相关文档资料，所以本文创建本体采用了Protege3.3.1。

三、多媒体教学资源本体的建构

(一)多媒体教学资源分类标准

针对目前教育资源的复杂多样性，为避免出现教育资源层次分类不清和属性标注混乱，教育部制定了《教育资源建设技术规范》(CELTS-41.1)，其中对教育资源的媒体素材进行了分类。媒体素材是传播教学信息的基本材料单元，根据规范现分五大类:文本类、图形(图像)类、音频类、视频类、动画类。因此，其后的多媒体教学资源本体构建中基本以上述五类为依据。

(二)多媒体教学资源本体构建过程

1.概念及关系的确定

笔者从媒体类型、学科、适用对象、媒体格式、使用语言和存放位置将多媒体教学资源类划为六大类。①媒体类型被《教育资源建设技术规范》分为五类，笔者在这五类下又划分出多个子类，如“文本”包含子类“人物说明”“教材文本”“教案”“历史资料”“习题”等。②学科类的划分参照2004年颁布的全国普通高等学校本科专业目录。③适用对象类依据年级划分，包含“本科阶段”“硕士阶段”“博士阶段”“其他”。④媒体格式按照媒体类型具体编排，包括“文本格式”“图形图像”“音频”“视频”“动画”。⑤语言类指多媒体教学资源使用的语言，如英语、汉语等。⑥存放位置:考虑到添加多媒体资源各个属性后，资源所在的具体位置于之后也是重要的概念，因此位置类也作为重要概念列入。

2.定义属性

根据属性标注选定的内容，此次本体构建中教育资源属性标注分为两个部分:①采用LOM模型必须元数据中的内容;②另一部采用《教育资源建设技术规范》中针对各类教育资源的特点而开发的分类扩展集中的属性内容。

首先，必选元数据内容具体如下:(1)标识，指多媒体教学资源的标号，在系统中应该唯一;(2)描述，对多媒体教学资源内容的文本描述;(3)关键字，描述多媒体教学资源的关键字;(4)语种，多媒体教学资源使用的语言，具体包括“使用语言”属性，连接语言类个体和多媒体教学资源实例;(5)创建者，记录是谁创建了该资源;(6)创建时间，记录创建资源的具体时间;(7)格式，多媒体教学资源在技术上的数据类型，具体有“所用格式”属性连接格式类个体和多媒体教学资源实例;(8)大小，多媒体教学资源的字节大小，如果经过压缩，指未压缩时的大小;(9)位置，描述多媒体教学资.源的物理位置，具体有“所处位置”属性位置下的个体和多媒体教学资源实例;(10)持续时间，是指连续运行多媒体教学资源需要的时间;(I1)使用者，指使用该资源的主要用户，最重要的优先列出，具体有“适用对象”属性对象下的个体和多媒体教学资源实例;(12)难度，指学习者学习该资源的难易程度的界定，在此将难度分为非常简单、简单、中等、困难和非常困难五类;(13)评注，指对多媒体教学资源在使用方面评论的内容;(14)文献资料，对具体某个多媒体教学资源的补充，为学习者提供更多资源。

其次，分类扩展集中的属性按照素材类型分为不同又具有各自类型特色的属性，在此不再赘述。

3.添加实例

实例是本体领域中最精确、最小的概念，是实现本体最终作用中非常重要的一步。之前所有步骤，包括类的定义、属性的确立等，已经让本体初步成形;而实例的添加能使本体更充实饱满，也可以逐步建立领域知识框架。因此，在添加实例前要挑选和记录准确的个体，添加时，选择适当类别进行添加。以下简要描述如何对各类进行实例添加。

(1)媒体类型类的实例添加:按照自顶向下原则，先根据实例类型，纳入具体分类中，再根据主要内容进行更细的划分。如描述美国克林顿总统的视频，先归入“视频”类，界定出这个资源为人物描述，则再添入视频下的人物类。

(2)学科类的实例添加:学科下添加时可参考2004年颁布的全国普通高等学校本科专业目录中的专业名称，具体不再赘述。

(3)对象类的实例添加:多媒体教学资源的适用对象分类在本文中已经确定，各年级的名称作为实例归入相应类下，如本科一年级作为实例添加到本科阶段类中，其他类中先不添加实例，可在之后根据实际应用情况添加子类。

(4)媒体格式类的实例添加:媒体格式包含的五个子类具体明晰，如:video/rmvb,image/gif,audio/midi等等，仅需填入对应类中即可。

(5)语言类的实例添加:语言类的实例为资源使用的语种，如汉语、英语、法语等，直接添入对应语言类下即可。

(6)位置类的实例添加:位置类实例依据多媒体教学资料存储空间的名称添加。

添加完实例后，多媒体教学资源本体库就初步完成了。在使用这个本体过程中，使用者通过对该本体定义属性、添加实例等不断对本体进行修改、扩展、完善，这是本体构建过程中必不可少的本体优化步骤。笔者使用protege3.3.1编辑后的多媒体

教学资源本体主界面如图to

4.本体检索

本体构建完成后，利用protege3.3.1自带的插件Queries可以实现多重语义检索。在Queries插件中，可以利用类的名称、属性和属性的约束条件等对多媒体教学资源进行查询。Queries插件提供的多条件限制使资源检索更为精确:查询结果必须符合多个限定条件中的任意一个或者每一个才会呈现出来，这种检索方式给用户的使用带来很大便捷。

四、结束语

笔者构建的多媒体教学资源本体是一个初步、简单的本体，其中类和属性的定义不够完备，关系确定不够精确，实例的添加还不完整，这些有待进一步的改进和扩展。相信随着本体技术的不断发展，多媒体教学资源本体库的建立会越来越规范，会为教育教学信息化发展提供必要的条件。