本体驱动的网络智能教学系统研究

论文摘要

随着网络技术的日益进步和完善,因特网作为一种媒体、途径以及协助力量,在智能教学系统开发领域所扮演的角色与地位也日趋显著。将传统的智能教学系统与E-Learning系统相结合并加以充分应用,以适应基于Web的智能教学系统开发的需要,是我们应予以充分重视的发展趋势之一。本体作为一种知识表示方式,在基于Web的智能教学系统开发中起着举足轻重的作用,本文提出了采用本体驱动的方法对网络智能教学系统进行著作的设想并尝试加以设计。使用该方法对教学系统进行著作,既能充分满足著作系统元模型角色的需要,又可促进智能教学系统在语义Web下的进一步发展。文中以本体技术的合理运用为核心,以充分促进网络智能教学系统的著作与开发为目的,对本体与智能教学系统进行了较深入的研究,其中分析探讨了使用本体对学习者信息、知识点、学习对象元数据、教学知识进行形式化表示等多方面内容。论文首先对智能教学系统的发展历程进行了回顾,对智能教学系统的模块和功能进行了深入的剖析,并对智能教学系统著作工具研究的成果与现状进行了分析与总结。在技术方面,作者对语义Web和本体技术进行了较全方面的介绍与阐述。在分析研究现有科研成果与技术发展趋势的基础上,进一步论述了Web以及语义Web环境下智能教学系统发展的趋势和挑战,并提出采用本体驱动的方法来对网络智能教学系统进行著作。接下来,作者针对智能教学系统中的各个模块,在参考不同学习技术标准的基础上,构建了适合于智能教学系统开发的学习者本体、知识点本体、学习对象元数据本体以及教学本体。其中学习者本体是在PAPI和IMS LIP等学习者建模标准的基础上,对用十描述学习者特征以及学习状态的属性进行了归纳和总结并给出了具体定义。领域知识点本体和学习对象元数据本体则用于系统领域模块的构建。领域知识点本体是对知识点的本体构建,其中包含了对知识点本身的信息以及对知识点间关系的描述,可使著作者能有效构建领域知识点结构图,进而使系统能够根据知识点的特征以及知识点间的关系来对教学知识点进行排序。学习对象元数据本体是在都柏林核心元数据、ARIADNE标准和LOM的研究基础上,对学习对象描述属性的本体构建,这些属性对教学过程中进行资源选择有着重要作用。通过对知识点和学习对象之间进行关联,可构成智能教学系统中完整的领域模块。就智能教学系统的教学模块而言,作者借鉴了IMS-LD的设计思想,提出并详细论述了一个教学规划的四层模型,包括目标层、事件层、行为层以及资源层。该模型对教学理论和教学实践进行了结合,将教育理论知识转换为以学习对象为基础的教学行为构架,为智能教学系统中教学策略设计提供了理论基础,有助于著作者对智能教学系统的教学模块进行开发。针对模型中的不同层次,文中详细定义了教学本体,其中包含了教学目标本体、教学事件本体、教学行为本体以及教学计划本体。教学目标本体是对教学目标类别的显性描述,教学事件本体是对基于某种教学设计理论的教学步骤进行描述,教学行为本体是对具体教学行为的描述,教学计划本体则是对教学计划组成部分的形式化表示。通过该模型,系统可对教学策略进行制定,主要包含两大类的规则:由教学目标到教学事件的宏观规划规则和由教学事件到教学行为的微观实施规则。文中尝试使用基于SWRL的方法对教学策略进行表示。这种基于SWRL的程序性知识表示方法,在教学知识的积累、重用和共享等方面,可起到显著的促进作用。最后,作者对几种现有的本体表示语言和开发工具进行了说明,重点对本体驱动的网络智能教学系统著作工具进行了原型设计,并使用Prot（?）g（?）对文中设计的本体以及教学规则进行了实际开发,对原型系统的部分功能进行了具体设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图目录
• 表目录
• 第1章 引言
• 1.1 研究问题的提出
• 1.2 研究现状分析
• 1.3 研究的内容和方法
• 1.4 研究的目的和意义
• 1.5 论文结构
• 第2章 智能教学系统及其著作工具
• 2.1 传统的智能教学系统
• 2.2 ITS著作工具
• 第3章 语义Web和本体
• 3.1 语义Web
• 3.2 本体
• 第4章 本体驱动的网络智能教学系统
• 4.1 语义Web、本体和教育
• 4.2 基于Web的智能教学系统
• 4.3 语义Web下的智能教学系统
• 4.4 本体驱动的网络智能教学系统著作工具
• 4.5 本体设计的基础—学习技术标准
• 第5章 系统的本体设计
• 5.1 学习者本体设计
• 5.2 领域模块中本体的设计
• 5.3 教学本体的设计
• 第6章 系统的技术与原型设计
• 6.1 本体表示语言和开发工具介绍
• 6.2 原型系统设计
• 第7章 总结与展望
• 7.1 本文总结
• 7.2 研究的创新之处
• 7.3 今后工作的展望
• 参考文献
• 后记