基于语义的教学网格门户研究

论文摘要

网络教学已成为世界各国教育改革和发展的重要趋势。网络教学将网络的“教”与“学”的环境集成在一起,教师可以在系统上开设网络课程,组织教学活动;学生可以在网络上在线学习课程内容、提交作业、参加在线测试、协作学习和交流等。网络教学已成为教学领域内的一场新的革命。目前的网络教学存在诸多问题,关键问题有二:1)基础设施方面的问题,如计算机普及率偏低,网络传输速度太慢,宽带多媒体电信网等远程教学信息传输的质量和稳定性有待提高,严重地制约了网络教学的发展;2)网络教学资源共享共建存在极大的困难,重复建设、资源分散、资源异构;缺乏标准化、规范化和兼容性,导致资源难以共享和重用。所以,网络教学需要一种技术来实现计算资源、教学资源、软件资源等各种信息化资源的透明共享,以及大规模并发用户的在线协同教学互动。网格(Grid)是继万维网之后出现的一种新型网络计算平台,其目的是为了在分布、异构、自治的网络资源环境上构造动态的虚拟组织,并在其内部实现跨区域的资源共享与资源协作。近几年出现的语义网格是网格在语义能力上的扩展,对信息和服务进行了很好的定义,可以更好地让计算机和人们协同工作。将网格技术引入网络教学,建立基于网格的网络教学系统(教学网格),可以实现教学资源的透明共享,以及大规模并发用户的在线协同教学互动。因此研究如何通过目前的网格技术、web服务,提供个性化的、协作的、主动的学习环境,具有重要的意义。把网格技术应用于网络教学中,可以提高网络教学的各种性能,具体表现在:①教学资源存储在多个不同的网格节点上,可实现教学资源的透明性、分布式管理,使用教学网格中的教学资源时不需指明资源所在的位置;②构造动态的虚拟学习环境,实现跨区域的资源共享和协作,更好地实现学生之间的协同工作,提供更好的学习服务。例如学生之间可以互相共享教学资源、互相交流学习经验、互相反馈信息等。③每个单独的网格节点都能够执行局部的应用请求。因此研究如何通过目前的网格技术、web服务,提供个性化的、协作的、主动的网络教学,是目前最新提出的研究课题。本文依据学生的认知规律,在基于语义的教学网格门户研究方面做了一系列的研究工作,取得了较好的效果。论文的主要研究工作和创造性表现在以下几个方面:1)针对目前教学网格门户存在的问题,构建了一个较完善的教学网格门户,并为其增加语义支持(SEGP)。SEGP的顶层是教学网格门户,而门户是网格的重要组成部分,是网格对外的接口,建立教学网格门户可以整合教学网格体系结构。2)深入分析教学资源语义存在的问题,提出了一种基于属性和领域知识进行语义建模的新方法,并通过对课程知识结构分析,建立了教学资源的本体映射规则,完成了教学资源的领域知识语义建模;建立了一个trMDS模型,运用该模型和特别设计的教学资源信息服务者,完成教学资源在网格中的注册、共享和重用。3)在系统研究教学资源语义检索的基础上,提出了一种SEGP的教学资源语义检索模型,建立了SEGP中教学资源的发现算法,解决了分布的、异构的教学资源在教学网格中的透明共享问题;本文还提出一种混合的教学资源语义检索模型,提高了教学资源语义检索的效率。4)在SEGP的学习服务方面,本文提出学习服务概念,采用SOA框架建立一个新型的网络教学模型。将基于网格的网络教学系统分解为若干学习服务,这些学习服务可以分布在网格的各个节点,通过在网格服务器注册,实现客户端的网格服务调用,并实现了分布式的网络教学。5)建立了一个基于本体的学生模型框架,给出各本体的具体结构,领域本体和覆盖本体的映射过程和算法。将学习风格(learning styles)、认知特征(cognitive traits)和认知能力(cognitive abilities)整合起来,构造出认知本体,较好地反映了学生个体认知差异,促进学生学习。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图目录
• 表目录
• 第1章 前言
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.3 研究目的和意义
• 1.4 主要研究内容
• 1.5 论文结构
• 第2章 相关理论和技术
• 2.1 语义网与本体
• 2.1.1 语义网
• 2.1.2 本体
• 2.2 网格与语义网格
• 2.2.1 网格的定义
• 2.2.2 网格体系结构
• 2.2.3 语义网格
• 2.3 门户与语义门户
• 2.3.1 语义门户
• 2.3.2 网格门户
• 2.3.3 语义网格门户
• 2.4 认知心理学
• 2.4.1 感觉与知觉理论
• 2.4.2 注意
• 2.4.3 记忆
• 2.4.4 学习
• 2.5 学生模型
• 第3章 基于语义的教学网格门户（SEGP）
• 3.1 问题的提出
• 3.2 基于语义的教学网格门户
• 3.2.1 教学网格的特点分析
• 3.2.2 教学网格与门户
• 3.2.3 基于语义的教学网格门户体系结构
• 3.2.4 教学网格门户的研究点
• 3.3 软件环境与开发工具
• 3.4 本文的工作重点
• 3.5 本章小结
• 第4章 SEGP中教学资源的语义建模
• 4.1 教学资源分类
• 4.2 教学资源属性语义模型
• 4.3 教学资源领域知识结构语义模型
• 4.3.1 传统课程领域知识表示存在的不足
• 4.3.2 课程知识结构分析
• 4.3.3 基于本体的语义建摸
• 4.3.4 教学资源的本体映射规则
• 4.3.5 实例
• 4.3.6 实验分析
• 4.4 教学资源在教学网格中的语义注册
• 4.4.1 MDS简介
• 4.4.2 教学网格的教学资源MDS（trMDS）模型
• 4.4.3 创建教学资源信息提供者
• 4.5 本章小结
• 第5章 SEGP中的教学资源的语义检索
• 5.1 引入
• 5.2 SEGP中的教学资源语义检索框架
• 5.3 教学资源发现算法
• 5.4 教学资源语义匹配模型（trSM）
• 5.4.1 传统信息检索模型
• 5.4.2 tsSM基本思想
• 5.4.3 tsSM的建模
• 5.5 实验
• 5.6 本章小结
• 第6章 SEGP中的学习服务
• 6.1 远程教学系统的基本框架和存在的问题
• 6.2 学习服务的提出
• 6.3 学习服务的类型
• 6.4 学习服务的形式化描述
• 6.5 学习服务的功能实现
• 6.5.1 语义定位
• 6.5.2 推理定位
• 6.6 学习服务的组合
• 6.6.1 总体思想
• 6.6.2 相关定义
• 6.6.3 CBT的自动生成及OVGP的选取
• 6.6.4 仿真实验与评估
• 6.7 本章小结
• 第7章 SEGP中的学生模型
• 7.1 引入
• 7.1.1 基于本体的学生模型
• 7.1.2 认知学生模型
• 7.2 总体设计
• 7.3 基本本体
• 7.4 领域本体
• 7.5 覆盖本体
• 7.5.1 相关定义
• 7.5.2 本体映射过程
• 7.5.3 本体概念相似度计算
• 7.5.4 映射算法
• 7.6 认知本体
• 7.7 参考本体
• 7.8 本章小结
• 第8章 论文总结与进一步工作
• 8.1 本文工作总结
• 8.2 未来工作及展望
• 参考文献
• 作者在攻读博士学位期间发表的论文目录
• 作者在攻读博士学位期间参加的科研活动
• 附录A 程序代码
• 致谢