基于本体的教育领域学科知识建模方法研究

论文摘要

知识组织是智能教学系统的核心和基础。合理的知识组织方法,可将领域知识有效地组织在一起,有利于课程内容的检索,帮助学习者建立良好的认知结构,提高学习者的问题求解能力,同时有利于系统内部处理和决策推理。从知识工程的角度研究知识的组织与表示,利用本体构建知识库已经成为当前的研究热点。本体作为源于哲学的一个概念,因具有良好的概念层次结构和对逻辑推理的支撑,自20世纪后期人工智能领域的研究者开始了利用本体思想描述知识领域的对象、属性及相互关系的研究。本体作为一种能在语义和知识层次上描述知识系统的概念模型和建模工具,自被提出以来就引起了国内外众多科研人员的关注,并在计算机的许多领域得到了广泛的应用。然而,在教育领域学科知识的本体建模中,对学科知识的组织建构多数是依据教材所表现的知识的内在逻辑结构以及建构者的经验和对知识的理解,缺少系统的教育理论、学习科学的指导。所建的学科知识模型缺少促进学习者知识内化,优化认知结构的功能,较少体现先进的教育理念及教学系统设计的思想。然而这些功能、理念和思想正是区别于其他本体应用领域的重要体现。本文首先概要地论述和分析了本体概念的源起,本体与语义的关系,本体的定义、类型、功能、特点、作用以及本体研究的意义。然后简要论述了知识建模理论、本体的形式化模型、本体建模元语、本体建模语言、本体模型的特性、本体建模原则、以及本体建模工具,并着重论述了本体建模的几种方法。接着,论述了基于本体的教育领域学科知识建模的理论基础,主要涉及知识组织理论,学习科学理论。其中知识组织理论包括知识组织的实质,知识组织的原理等,学习科学理论包括布鲁纳的认知-结构主义学习论、奥苏贝尔的认知结构同化学习理论、建构主义学习理论、认知科学的信息加工理论等。本文研究的重点部分是基于知识组织,学习科学的理论、方法及相关实践经验,以及对教育领域本体应用现状的分析和研究,从优化认知结构,发展学习能力的视角对教育领域学科知识的本体建模方法进行探索性研究,提出了具体的本体建模的要求、原则、方法及建模过程,从而强化学科知识本体模型的教育功能。并从学科知识的组织程度,教育本体的共享程度分别对学科知识本体及教育本体进行分类研究,从而对本体的教育应用进行了系统的梳理,为本体的教育应用研究提供参考,以促进本体在教育领域有更广泛深入的应用。最后,通过构建一个学科知识本体,具体实践了所提出的建模方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 基于本体知识建模的教育应用研究现状综述
• 1.3 研究目的和意义
• 1.4 研究内容
• 2 本体概述
• 2.1 本体与语义的关系
• 2.2 本体的定义
• 2.3 本体的类型
• 2.4 本体的功能、特点、作用
• 2.4.1 本体的功能
• 2.4.2 本体的特点
• 2.4.3 本体的作用
• 2.5 本体研究的意义
• 2.6 本章小结
• 3 基于本体的知识建模
• 3.1 知识建模理论
• 3.1.1 知识建模的含义
• 3.1.2 知识建模方法
• 3.1.3 本体与知识建模
• 3.2 本体的形式化模型
• 3.3 本体建模元语
• 3.4 本体建模语言
• 3.5 本体模型的基本特性
• 3.6 本体构建原则
• 3.7 本体建模工具
• 3.8 本体建模方法
• 3.8.1 IDEF5 方法
• 3.8.2 骨架法（Skeletal Methodology）
• 3.8.3 TOVE 法
• 3.8.4 Methontology 方法
• 3.8.5 KACTUS 工程法
• 3.8.6 循环获取法
• 3.8.7 SENSUS 法
• 3.8.8 七步法
• 3.9 本章小结
• 4 基于本体的教育领域学科知识建模的理论基础
• 4.1 知识组织
• 4.1.1 基本概念
• 4.1.2 知识组织的实质、原理
• 4.1.3 知识表示的学科性
• 4.1.4 知识组织的发展
• 4.2 学习科学
• 4.2.1 布鲁纳的认知－结构主义学习理论
• 4.2.2 奥苏贝尔的认知结构同化学习理论
• 4.2.3 建构主义学习理论
• 4.2.4 认知科学的信息加工理论——知觉记忆的整体性和内在结构
• 4.2.5 专家与新手在认知与学习上的差异
• 4.2.6 知识的分类及其学习
• 4.2.7 元认知
• 4.2.8 基于主题学习的教学系统设计
• 4.3 本章小结
• 5 教育领域学科知识本体建模方法探究
• 5.1 教育领域学科知识本体建模的功能要求
• 5.1.1 一般要求
• 5.1.2 特殊要求
• 5.2 教育领域学科知识本体建模的理论依据
• 5.3 教育领域学科知识本体建模——基于知识、元知识构建知识空间
• 5.3.1 建模原则和方法
• 5.3.2 建模过程
• 5.4 本体教育应用的分类
• 5.4.1 根据领域本体的知识组织程度划分
• 5.4.2 根据本体模型的共享程度划分
• 5.5 教育领域学科知识的本体建模实践
• 5.5.1 构建本体的技术方法
• 5.5.2 本体的构建步骤
• 5.6 本章小结
• 6 结束语
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录