基於語義網的數字圖書館與網絡教育中的個性化服務研究

　　中國人民大學繼續教育學院顧宗連教授主持完成的國家社會科學基金項目《基於語義網的遠程教學資源管理及個性化知識服務模型研究》（項目批准號為06BTQ016），最終成果為研究報告、軟件：基於語義網的遠程教學資源管理及個性化知識服務模型研究報告﹔基於web的本體構建和管理平台﹔社會化本體構建系統平台﹔語義網本體的遠程教育個性化教學系統。課題組成員有：宋繼華、繆代文、馮霞、孫新、張媛等

　　一、研究價值和研究背景

　　廣義上，語義網可以認為是能將當前的網絡信息理解為一種帶有語法、句法的網。狹義上，語義網更接近本體含義，理論上被認為是一種能對知識進行描述的網，因而能最完善地解決計算機信息，特別是知識類信息智能化問題的方法。因此，語義網研究的蓬勃發展為我國知識資源服務系統，特別是數字化圖書館知識整合、智能化服務和知識共享等的發展帶來了新的機遇。這項成果研究目的就是探索網絡信息時代知識型數字圖書館的語義網知識資源服務體系的構成和創建模式，以及如何為網絡教育提供個性化知識傳遞和個性化教學服務。成果屬於語義網研究領域中的數字圖書館與網絡教育教學領域結合的基礎性與應用性研究課題，也可看作是網絡時代數字化圖書館知識整合與知識共享中的一個分支問題。對這種屬於不同學科領域的交叉研究，無論是國內還是國外均很少見到。

　　業內人士公認，目前，語義網本體開發和建設面臨兩個非常巨大的困難，一個是隨著系統規則變化越來越多，語義完成所需要的推論時間急劇增加，給搜索帶來困難。解決這個問題需要計算機硬件和軟件專家的相互配合，這項成果對該問題未做深入討論。此外，語義本體的創建工作量巨大，計算機專家、學科領域專家和相關研究領域專家都一直在研究本體構建自動和半自動的方法，成果對此進行了嘗試性技術研究。

　　二、主要研究內容和研究結論

　　成果首先對以本體語義網為知識結構的數字圖書館不同知識資源的關系、構成與建設模式進行了分析﹔之后，對語義網知識資源與網絡教育資源建設和教學活動的關系進行了梳理，建立了網絡信息時代學習者需要的智能型數字資源之間的關系模型。在此基礎上，又從網絡教育實踐者的角度，比較系統地開展了語義網本體資源構建的研究和基於語義網的知識資源和學習活動資源對網絡教育個性化服務的研究。

　　成果在技術方法上重點關注了提高語義網本體工程建設效率的兩種構建方法——自然語言處理技術自動化本體構建和社會化本體構建﹔在網絡教育個性化服務中，主要研究了本體語義資源的檢索技術和個性化學習內容推送技術等。

　　（一）學科知識的結構、本體語義網與語義網知識型數字圖書館的關系

　　通過對學科知識結構和本體層次關系進行對比研究后認為：第一，學科知識，其表現為學科現象、學科假說、學科理論和學科方法論與本體的四個層次，即應用本體、任務本體、領域本體、頂級本體間存在著對應關系，這種對應關系是我們建立不同類型、不同層次知識本體的基礎。第二，學科方法論是本體論本身難以歸納描述的一類知識，因此在本體類知識型數字圖書館知識構建中，對這類知識進行本體化描述，其准確度將會受到影響。第三，知識型數字圖書館的學科知識是那些具有概括性的、規律性知識，並不包含偶然的現象和信息。如果使用本體描述這類信息和現象，則准確度將大大下降。

　　在深入理解語義網、本體和知識等概念關系的基礎上，通過文獻調研，成果對信息時代語義網知識型數字圖書館的理論構想、技術途徑、服務模式以及需要解決的問題進行了梳理后，得出三個主要結論：第一，雖然語義網本體的建設工程非常巨大，但我國已經成熟的圖書分類法為構建語義網格奠定了重要的理論基礎，因此，數字圖書館具備採用網格、本體語義網，逐步構建、形成以本體內容表達為主要形式的知識語義網的條件。第二，基於語義網的知識型數字圖書館不但能更廣泛地發揮傳統圖書館的作用，而且還可在更廣、更深的層次上發揮數字資源特有的知識服務、特別是遠程服務的功能。在遠程教育及逐步發展而來的社會化學習、終身學習社會中，具有語義的知識型數字圖書館將發揮出不可替代的重要作用。第三，從語義網知識型數字圖書館的理論模型我們可以看出，無論從技術到人力，創建語義網知識型數字圖書館都是一項巨大的工程，需要各個領域、各個不同知識背景的專家們共同規劃、統一協調，克服技術和管理的難關，才能使這一理想從理論走向現實。

　　（二）提高知識本體創建准確性和效率的方法

　　這項成果對目前本體構建方法和本體構建工具進行了較為充分的研究，發現目前這些方法均局限在專家個人創建領域本體的范圍，沒有涉及多專業集體協同工作完成本體創建的問題，並且，不同層次的本體創建均需要進行先期的技術處理，以降低工作難度，提高准確度和工作效率。基於以上認識，成果對社會化本體構建模式和社會化本體構建平台進行了一定的研究，並以此開發了包括本體創建、管理、評價和生長的軟件平台，該平台採用了更廣泛的用戶共同對初始本體進行評價和貢獻本體，比較科學地完成了社會化本體的構建、評價和自動演化生長。

　　語義網研究人員一直在努力尋找，在滿足應用需要前提下，高效創建本體的工作方法。面對這一問題，成果首先使用了自然語言處理技術，基於分詞算法的概念抽取技術，對來自於網絡課程教學內容和該課程所屬專業詞典的術語進行了初步處理，但試驗結果未能達到授課教師能夠對術語做進一步處理的要求。之后，研究人員使用全自動化方式進行了本體構建，包括本體概念、實例的自動抽取、關系的自動構建試驗研究。研究認為，使用自然語言處理技術進行計算機輔助構建本體，全自動化構建本體的出發點是正確的，但應用是否有效取決於兩個條件：一個是領域本體要求的精確度。這項研究面對的教育領域、學術研究領域是屬於對知識的精確度要求較高的領域﹔另一個是領域知識可結構化的程度。研究中參考樣例“西方經濟學”知識本體是一門偏重經驗類的應用學科，若使用先期處理方法，其結構化程度不能很好滿足教學本體建設的需要。為了保証本體能夠符合教學和科研需要，這項研究參照了《本體工程論》中論述的本體創建方法，開發了比較適合教學和教師使用的本體創建工具，由西方經濟學課程專家完成了課程知識領域初始本體的構建工作，包括100多個類、40多個屬性、700多個個體。該本體創建系統包含有：類管理、屬性管理、個體管理、查詢功能、圖形可視化功能和導出owl本體文件等功能。

　　（三）網絡學習領域本體構建和個性化學習服務

　　課題組經過文獻調研和分析認為，由於前面提到的本體語義網在知識表達方面的固有缺陷，應用於計算機網絡遠程學習的智能化資源不應該隻含有語義網，而需要多種類、多層次資源的組合。研究認為，基於語義網的個性化教學資源服務模型包括四個層次，分別是信息資源層、靜態知識層、動態知識層、智能服務層。這樣，在固化語義關聯的靜態知識基礎上，知識服務在使用過程中能不斷演化和改進，確保了知識服務的靈活性、動態性和智能性。這項研究針對非本體類學習資源，利用本體標注工具，進行了知識標注，使這些網頁具有語義性質，成為計算機可理解的知識，為智能檢索、智能答疑、個性化知識推送等智能教學打下了基礎。

　　這項成果還認為，一個完整的、以語義網為基礎的個性化智能教學系統，領域本體不能僅限於課程知識領域和相關學科知識領域本體，還需要包括教學策略領域本體、學生學習模型領域本體、學習診斷模型領域本體等。為了實施個性化學習服務，課題組對遠程教學理論和適應成人學習者的遠程學習模型進行了研究，對未來網絡學習的發展趨勢——社會化協作學習模式進行了研究。採用了北京師范大學遠程教育研究所開發的“中國遠程學習者學習風格量表”，並將該學習風格分析結果與跟蹤記錄學習者學習行為系統相結合，建立了學習者動態學習模型。在分析了學習目標和學習者學習特征基礎上，課題組採用了探究、協作和任務驅動的學習策略，對課程學習系統進行了詳細的設計，包括知識導航、交流環境、學習模塊、學習跟蹤及反饋、教師操作功能等。其中基於本體知識的圖形導航、課程Blog和學習者個人Blog相結合的交流環境、記錄學習者瀏覽資源等的電子學檔、個性化學習建議等功能可以為學習者提供較為完整的個性化學習服務，具有較好的應用價值。

　　在個性化學習服務技術研究方面，這項成果基於本體的智能檢索和個性化學習內容推送兩個方面開展了研究，實現了基於本體的智能查詢﹔實現了基於學習背景的學習建議內容推送、基於關鍵字查詢的內容推送、基於學習進度的內容推送、基於課程 Blog的內容推送、基於學習者學習評價的內容推送和基於知識結構的內容推送等。研究認為，首先，個性化智能服務是一個多學科綜合問題，另外，目前語義智能檢索系統本身也存在諸多問題，如對信息資源的自動標注問題，檢索結果的排序問題等，這些問題將直接影響到檢索的效率。因此，這些方面還需要研究者們進行更深入的探索。