基于本體的計算機網絡課程群的開發研究

文章編號：1672-5913(2008)18-0093-02

摘要：本文介紹了一個基于本體的計算機網絡課程群開發模型的設計與實現，并就其中的知識結構和功能作了描述，為解決計算機網絡課程群各門課程的知識點之間的信息融合溝通、相互銜接提供了可行性論據。

關鍵詞：本體；計算機網絡；課程群

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

1引言

計算機網絡技術是信息類專業一個重要的知識模塊，本科教學計劃中包含“計算機網絡原理”、“網絡安全技術”和“網絡編程”等課程。近年來，網絡技術有了較大的發展，尤其下一代網絡技術的不斷成熟和應用，迫切需要更新教學內容，組織構建新的教學體系[1]，在原有教學內容的基礎上，新的計算機網絡技術課程群增加了無線網絡技術、現代通信技術等，如圖1所示。為了更科學地統籌安排其教學內容，需要找到一種方法，實現計算機網絡技術新教學體系的連續性和統一性。

本體機制提供了豐富原語描述領域的概念模型，能夠對領域知識進行推理和驗證。[2]本文根據計算機網絡課程群建設及教學科研的需求，整合了計算機網絡課程群的核心知識本體，通過對計算機網絡課程群數字資源的搜集、整序、分解、重組，按知識體系的關聯性和整體性組成相互聯系的計算機網絡課程群知識資源系統。

2問題分析

(1) 同課異構問題。選擇的教材不同，不同教師采用的教學方法不同，甚至相同教師在不同學期上同一門課程都會出現同課異構現象。如圖2所示，對同一門課程的教材選擇不同，導致課程異構。“計算機網絡1”由局域網、廣域網、城域網組成，它們是按照地域不同而劃分，知識點也按照這個思路組織；“計算機網絡2”的知識點是按照軟硬件及體系結構劃分。大多數教材是按照這兩種思路之一去組織章節學習的。可以說，課程異構問題是在組織教學過程中不可避免的，解決好這個問題就能大大提高備課效率。

(2) 課程資源共享問題。課程群的知識點包括講解、課件演示、例題、實驗、習題練習、試題庫等為群內課程所共享。例如對知識點“傳輸層”的學習過程中能夠自動加入“運輸層”的資源，因為它們本身是相同知識點，只不過在異構系統里而且有不同的表述。

3設計思路

(1) 通過采用基于語義相關的相似度算法來估算概念之間的相似度，產生映射對，實施本體映射，以實現知識的共享。

(2) 課程管理引入知識本體概念。知識本體是教學展示的基本粒子，如計算機網絡的基本概念、協議參考模型等都是網絡課程群中的知識點。若干知識本體按照教學要求組合為教學策略，實現既定的教學計劃。通過構筑基于本體的教學資源庫，提供可重用的教學資源庫設計及開發部件，通過對教學資源庫結構、概念、關系的分析和描述，使得對教學資源庫的框架描述上升到知識級，有利于對教學資源庫的語義查詢、使用及與教學策略的結合應用。教學策略的具體表現形式為：學時—教學大綱—課件。知識點下的知識按其內容來分，分為介紹講解、課件演示、實驗、習題練習、試題庫等。

(3) 教學資源隸屬于知識本體而不屬于課程，知識本體可以按照教學策略組合成為課程。知識本體、教學策略、關系及規則之間在管理層面是平級的，其中關系及規則包含了課程與其他課程的關系及科目內知識本體之間的關系。

4系統實現(計算機網絡)

使用RDF/RDFS本體描述語言建立計算機網絡學科的本體，在一定程度上支持語義搜索。目標用戶有兩類：一類是學習者；一類是管理者。例如表1所示的FTP的概念。

(1) 根據課程內容，把本課程分解成若干個知識本體，然后對每個知識本體概念用7元屬性來描述。教學領域中的所有概念的Part-of關系形成了一個樹狀結構。而相關概念關系、相似詞匯關系、廣義概念關系則形成了一個復雜的網狀結構。網狀結構與樹狀結構相結合使的整個教學領域知識庫本體成為一個語義復雜、完整但又清晰的、便于學生理解的語義網結構模型。

(2) 采用XML語言來實現本體描述，實現網絡教育信息文件格式數據結構的標準化。XML是一種數據描述語言，可以描述數據成分記錄包括復雜的數據結構。使用XML可以方便地創建出共享的自定義數據結構，生成網絡課程群的結構化信息，這些信息可以在網上進行交換。下面的代碼片斷是用XML語言描述的一個信息片斷，通過網絡或者應用程序實現數據共享。

傳輸層

計算機進行數據通信時，負責總體的數據傳輸和數據控制的一層，是OSI中最重要最關鍵的一層。屬于重點掌握知識。

網絡協議

OSI

傳輸層協議

傳輸層服務

運輸層

(3) 計算機網絡學科重點概念和關系的確定。參考《計算機網絡(第四版)》中的有關計算機網絡的知識體系結構，以及中華人民共和國國家標準《中華人民共和國學科編碼》構建計算機網絡課程本體。[3]

群內課程知識點之間會出現重復關系、順序關系、可選關系等。為了清楚地表明重復元素之間的關系，如無序關系、順序關系、可選關系，引入RDF的3種結構來描述這些關系[4]。rdf:Bag表示無序列表，rdf:Seq表示有序列表，rdf:Alt表示可選擇列表。因為大綱計劃提前確定，必修課程核心知識點之間，大多選擇順序關系；而雖然納入教學計劃但開課時間會有所調整的選修課核心知識點之間，選擇無序。基于本體的計算機網絡課程群知識共享系統如圖3所示。

5結束語

本文研究了計算機網絡課程群領域本體的構建。通過建立可重用的學習對象完成計算機網絡課程群的構建，為更為合理的安排教學內容，提高教學效率打下了基礎，學生在對某個知識點學習時也能夠思路清晰，綜合比較，加深印象，從而增強學習效果。

參 考 文 獻

[1] 陸為群. 高師院校課程群建設的原則和策略[j]. 黑龍江高教研究，2007，(11).

[2] 王昊，蘇新寧. 基于模式匹配的中文通用本體概念抽取模型[J]. 情報理論與實踐，2008，(2).

[3] 朱欣娟，張文宇，李顯峰. 基于本體的教學資源庫及課件開發系統設計[J]. 計算機工程與設計，2007，(3).

[4] 徐珍泉，鄭鯤. 教育資源語義集成原型系統設計與實現[J]. 科技創新導報，2007，(34).