教育语义网中基于本体的自适应学习系统建模

论文摘要

随着信息爆炸式的不断增长,不同学科领域知识的多样性和异构性使知识的表达和共享成为难点。同时,自主学习模式受到越来越多学习者的青睐,如何在复杂的知识库中获取到所需的知识并构成自己的知识系统成为研究的热点。教育语义网通过将语义网技术与网络教育技术相结合,为现代教育提供了新的发展契机,旨在为学习者提供更加高效高质量的智能服务。本文以教育语义网为背景,用本体技术对领域知识和用户模型进行语义化描述,提出基于本体的自适应学习系统构架（OntoAES,Ontology-based Adaptive E-learning System）,提供知识的获取和共享平台,为学习者提供基于个人知识空间和偏好的学习服务。本文首先研究了教学和学习过程中的各种理论模型,分析理论模型中对学习行为的定义和特征描述,基于各种学习行为的特征,研究自适应学习过程的特点和需求,为设计自适应学习系统提供理论框架和行为模型。研究了知识空间的表达方法,构建了OntoAES领域知识模型和用户知识空间模型。其次,研究了教育领域知识的特点,针对领域知识的复杂性和多样性以及领域知识专家对本体工程技术的缺乏造成的本体开发难度加大的问题,提出了基于知识工程的OntoAES本体构建方法,提出了领域知识概念的提取、层次结构的定义以及关系模型的建立过程与方法,简化了学科领域本体建模过程。再次,基于领域知识空间模型,以计算机学科领域为研究对象提出了计算机学科领域的知识分类体系和概念集合,提出了OntoAES计算机学科领域知识本体的构建方法。在学习资源标准的基础上建立了学习资源描述本体,赋予了学习资源描述模型更加丰富的语义和更大的可扩展空间。其四,研究了用户信息模型与用户知识空间模型,建立了OntoAES用户模型本体,分别构建了描述用户基本信息的用户信息子本体,描述用户偏好信息的用户偏好子本体,描述用户绩效信息的用户绩效子本体,构建了描述学习技能的学习能力本体。分析了用户模型本体与领域知识本体和学习资源本体间的语义关联,为自适应系统的构建建立了良好的模型基础。最后,提出了基于本体的自适应学习系统OntoAES的功能模块与系统构架,研究了各个功能模块与本体间的关联和应用模式,研究了基于本体的自适应学习过程,详细分析了OntoAES系统中自适应学习的步骤和系统流程。通过对用户学习行为的研究,基于用户使用日志对潜在的学习资源关系模式进行了详细的分析和定义,基于信息提取和数据挖掘技术,建立资源的关系模型和用户偏好模型,使得在自适应学习系统中可以自动的更新领域知识学习路径信息和用户偏好信息,验证了本文所提出的模型和方法。本文的创新点主要体现在:1)提出了知识空间的关系模型,提出了基于知识工程的领域知识本体构建方法;2)研究了计算机科学领域本体和用户模型本体,提出了基于本体的自适应学习系统框架;3)定义了基于本体的自适应学习规则,建立了用户偏好本体与学习资源描述本体的匹配模型和基于使用数据的学习资源关系模型和偏好模型。本文的研究工作为教育语义网中的本体构建和自适应学习系统的设计和构建提供了研究基础和指导,今后的研究方向包括本体的补充和完善及自适应学习系统功能的完善,研究本体间的匹配模型以及基于本体的自适应学习规则,为学习者提供智能高效的学习系统等。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 图目录
• 表目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 教育语义网简介
• 1.2.2 知识表示方法
• 1.2.3 学习资源的描述
• 1.2.4 知识本体简介和研究现状
• 1.2.5 自适应学习系统
• 1.3 论文研究内容
• 1.3.1 论文的研究内容
• 1.3.2 本文的创新点
• 1.3.3 本文的组织结构
• 第2章 学习理论与OntoAES知识空间建模
• 2.1 学习理论
• 2.1.1 人本主义学习理论
• 2.1.2 认知灵活理论
• 2.1.3 构建主义学习理论
• 2.1.4 学习风格
• 2.2 知识空间理论
• 2.2.1 能力与绩效
• 2.3 领域知识空间建模
• 2.3.1 知识和知识空间定义
• 2.3.2 知识点关系建模
• 2.3.3 关系的性质
• 2.4 用户知识空间模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 OntoAES本体构建方法
• 3.1 本体构建方法概述
• 3.2 面向语义Web的本体语言和构建工具
• 3.2.1 本体描述语言
• 3.2.2 OWL DL描述逻辑
• 3.2.3 本体构建工具
• 3.3 OntoAES本体构建方法
• 3.3.1 本体构建原则
• 3.3.2 OntoAES本体构建原则定义
• 3.3.3 方法描述
• 3.3.4 OntoAES本体一致性分析
• 3.3.5 UML课程本体开发示例
• 3.4 本章小结
• 第4章 OntoAES知识本体建模
• 4.1 OntoAES本体简介
• 4.2 知识领域本体
• 4.2.1 学习路径本体
• 4.3 学习资源相关本体
• 4.3.1 学习资源描述本体
• 4.3.2 LODO本体与其他本体的关联
• 4.4 本章小结
• 第5章 OntoAES用户本体建模
• 5.1 引言
• 5.2 学习者相关标准
• 5.2.1 IEEE PAPI
• 5.2.2 IMS LIP学习者信息包
• 5.2.3 CELTS-11学习者模型规范
• 5.2.4 FOAF
• 5.3 OntoAES用户本体
• 5.3.1 UserInfo本体
• 5.3.2 Preference子本体
• 5.3.3 Competency本体
• 5.3.4 Performance子本体
• 5.4 用户模型的建立
• 5.5 本章小结
• 第6章 OntoAES的自适应学习控制模型和体系构架
• 6.1 OntoAES系统设计
• 6.1.1 OntoAES功能模块
• 6.1.2 用户偏好匹配模型
• 6.2 学习资源LO关系模式与挖掘
• 6.2.1 学习资源关系模式
• 6.2.2 关系模式定义
• 6.2.3 模式挖掘和分析
• 6.3 模拟实验与结果分析
• 6.3.1 知识点关系挖掘
• 6.4 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 论文主要工作
• 7.2 未来工作展望
• 7.2.1 OntoAES的本体的扩展和优化
• 7.2.2 自适应学习系统框架和功能扩展
• 参考文献
• 作者简历