基于語義本體及半邊圖的軟件教學方法的實例

2010-01-01 00:00:00張居曉

電腦知識與技術(shù) 2010年1期

摘要:計算機應用越來越廣泛，學習使用計算機關(guān)鍵是學習計算機軟件。軟件具有種類多、更新快等特點，使得教學困難。本體能夠描述概念及其之間的關(guān)系，能深入而簡潔條理地表示復雜的知識，能在知識層提供知識共享和重用。本文是基于語義本體，并采用多層次知識學習模型的半邊圖模型，詳細闡述了使用該技術(shù)構(gòu)造一種全新的計算機軟件教學方法的具體過程，使學生掌握自學計算機軟件的方法，使學生學習知識速度如同滾雪球一樣，成冪次增長。

關(guān)鍵詞:語義;本體;半邊圖模型;知識表示;教學方法

中圖分類號:TP393文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)01-166-02

1 語義、本體、半邊圖來構(gòu)建新的計算機軟件教學方法

1.1 計算機軟件教學中本體的構(gòu)建

知識共享和重用的關(guān)鍵在于共享者對所共享的信息的含義要有一個共同一致的理解，才能在語義層次實現(xiàn)信息的互操作，進而實現(xiàn)更高層的、基于知識的智能應用。語義Web采用了本體的思想;本體是一種能有效表現(xiàn)概念層次結(jié)構(gòu)和語義的模型，提供對領(lǐng)域知識的共同理解，確定領(lǐng)域內(nèi)共同認可的詞匯，從而無論是人還是應用系統(tǒng)之間都能夠有效地進行語義上的理解和通訊。也就是說，本體使得不同軟件的知識之間能夠通信、共享和重用，新的知識系統(tǒng)可以有效地利用現(xiàn)有的知識系統(tǒng)，而不必“從頭學習”，從而提高學習效率。

計算機軟件本體的構(gòu)建實質(zhì)就是研究單個知識點對象的屬性特征和各知識點之間的相互關(guān)系，使用本體技術(shù)將這些知識點及其相互關(guān)系形式化地表示并存儲于計算機中。分成3層，底層是所有軟件最基本操作，高層是軟件功能學習模型，復雜的是中間層，包含操作的描述以及各種操作之間分析、類比。

1.1.1 定義知識點類和類的層次結(jié)構(gòu)

在本體中，類的定義為共有某些屬性而同屬一組的一些個體的集合。類是本體中最主要的知識單元。多個類可以用“子類”關(guān)系組織為一個特定的層次結(jié)構(gòu)。最高層的類代表著最抽象的實體概念，子類繼承了其父類的抽象特性，比其父類更具體或范圍更小的實體概念。在軟件學習模型中，首先直接使用該系統(tǒng)或通過培訓，當掌握這些知識點后，構(gòu)建出上一層，如學習了Word中的字體、字號等，掌握后就是掌握了Word的字的設(shè)置。Word也就是一個知識點類。

1.1.2 定義知識點的相關(guān)屬性

在本體中，屬性能用來表述個體之間或者從個體到數(shù)值的關(guān)系。將個體關(guān)聯(lián)到個體的屬性稱為對象屬性，將個體關(guān)聯(lián)到數(shù)據(jù)類型的屬性稱為數(shù)據(jù)類型屬性。

如“操作步驟”和“操作效果”是數(shù)據(jù)類型的屬性，值域為String。設(shè)定“Word”類具有“操作步驟”和“操作效果”屬性，這樣就可以對Word類的個體“字號”等定義這兩個屬性。在軟件學習模型中，經(jīng)過上一步的構(gòu)建后，這一步是構(gòu)建知識點的屬性。如字號的設(shè)置，包含的屬性有“操作步驟”和“操作效果”。

1.1.3 構(gòu)造軟件類

在軟件學習模型下，掌握了知識點、知識點的屬性后，成功構(gòu)建上層子類。再通過子類構(gòu)建軟件學習的高層，以已有的知識、經(jīng)驗為基礎(chǔ)，如何通過類比、分析來學習新知識點。這就需要找出不同軟件之間的公共點，也就是找出半邊圖的可結(jié)合半邊。

1.2 半邊圖的構(gòu)建實例

1.2.1 同一軟件的不同版本學習方法

以Word軟件為例。Word軟件從Word97一直到Word2007，軟件不斷升級。

每個簡單粒都含有可結(jié)合原子標識，不同簡單粒通過相同的可結(jié)合原子標識，形成聚合粒，不同聚合粒通過相同的可結(jié)合歸約標識，形成歸約粒。如圖1。

在Word軟件，字體顏色、字形、字號等都是簡單粒，這些概念在很大程度上都是相似的，它們都是對字體的外觀設(shè)置，所以進行聚合，形成“字體”這個組合概念。字體就是聚合粒。

段前距、段后距、首行縮進等也是簡單粒，聚合，形成“段落”，就是聚合粒。

這兩個聚合粒都是很常用的操作和概念，它們之間有共同點(圖中陰影圈表示)，如都出現(xiàn)在快捷方式中(點擊鼠標右鍵，有字體和段落)，前一個聚合是對字體格式操作，后一個聚合是對段落格式操作，形成歸約標識，通過對格式歸約，形成“格式”，這是第一層的歸約粒，也為第二層的簡單粒。

同樣“插入”、表格等操作也是第一層的歸約粒，形成第二層的多個簡單粒，然后再聚合和歸約，形成菜單系統(tǒng)。

對于同一種軟件的不同版本，大多數(shù)基本概念相同，可能增加了一些新概念和改變了一些操作步驟，如在PPT2000中掌握了“自定義動畫”的操作方式是通過“菜單”→“幻燈片放映”→“自定義動畫”或者通過右鍵快捷菜單→“自定義動畫”，打開一個對話框，在2003中操作步驟一樣，打開的是一個操作面板。設(shè)置效果大多數(shù)一樣，增加了“動作路徑”，動作路徑就可以聚合到“自定義動畫”，可以說熟練操作PPT2000，通過1-2小時就能熟練操作PPT2003。

1.2.2 不同軟件常規(guī)操作的教與學

我們在學習了Word之后，怎么自學PPT呢?

通過學習Word的字體設(shè)置的操作，就能很快掌握PPT中的字體設(shè)置。就是掌握簡單粒是字體，半邊是字體設(shè)置操作，都是右鍵→字體。學習這些后，再學習其他軟件的字體設(shè)置基本就能無師自通了。

教學就是教學生學會學習快捷菜單，在Word中教會學生快捷菜單，并教會其學習方法，到了PPT，還需要教字體設(shè)置嗎?如圖2所示。

1.2.3 不同編程軟件的教與學

學生工作后，很多時候都是使用在課堂上沒有學習過的軟件，如PB等。如何快速學習?

很多學校把C或C++作為計算機系的第一門程序設(shè)計課程，在這門課程教學中，在數(shù)據(jù)成分、運算成分、控制成分(順序、選擇、循環(huán))等部分的教學會化不少時間。

例如定義一個整型變量，并賦值為3。如圖3所示。

我們可以將每種語言的數(shù)據(jù)定義作為宿主頂點，半邊是功能，構(gòu)成一個頂點。這樣在學習了一門語言的數(shù)據(jù)定義后，理解數(shù)據(jù)定義的含義，就可以兩個頂點的兩個半邊從功能進行結(jié)合，在新的語言的數(shù)據(jù)定義部分就可以不講，或者是一帶而過，學生自學即可。

同樣，如循環(huán)結(jié)構(gòu)，很多語言都有for語句。功能是基本一樣。

對于這類問題教學方法:第一門編程語言課要深入，讓學生理解實質(zhì)，到第二門或第三門語言課就是講與學習過語言的區(qū)別，做實例。

學生學的時候，第一門課認真學，構(gòu)建初步的信息，也就是構(gòu)建第一層的簡單粒，到了第二門，或者工作后自學新的程序設(shè)計語言，就是找和以前學習過的相同點，不同點。將相同的進行聚合或歸約。

1.2.4 完全不同軟件之間的教與學

在學習面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的時候，對象、類、對象的三要素、類的特性、還有子類等一系列概念都是很難理解和掌握，學生學起來困難，老師教學時感覺“肚子里的東西倒不出來”。

在FLASH軟件制作動畫時，有一個很重要的概念是元件，如要畫一個樹林，可以先畫一棵樹，將其轉(zhuǎn)化為原件，然后，把這個原件拖到場景中多次，也就是多個這個元件的實例，調(diào)整樹的大小，顏色等，就成一個樹林了。

那么這個元件就好比類，拖到場景中實例就好比對象。示意圖如圖4。

2 總結(jié)

本體是一種用來描述概念以及概念之間關(guān)系的模型，可以深入而簡潔條理地表示復雜的知識，而且本體具有允許知識共享、重用的特點，因而更便于知識的查詢、驗證和維護。可以預見，本體技術(shù)應用于各種軟件的知識點建設(shè)，本體可以有效地表現(xiàn)知識層次結(jié)構(gòu)和語義，有助于高效的認知與學習，進而實現(xiàn)語義層次上的信息共享和交換。

半邊圖在計算機軟件教與學過程中，挖掘知識點之間的關(guān)聯(lián)，對一些軟件的最基本的概念、操作和功能熟練掌握，用這些構(gòu)成第一層的簡單粒(既頂點)，從操作、功能、含義等多方面找出頂點每個頂點的半邊，多個頂點通過半邊進行聚合，聚合圖作為歸約粒，從操作、功能、含義、現(xiàn)實世界的規(guī)律等找歸約粒的半邊，在進行歸約，提高計算機軟件學習自主性，提高計算機軟件教學效果。以下類推。

教學方法:就是專業(yè)基礎(chǔ)課要能夠讓學生掌握理解最基本的概念、操作、功能等，在后續(xù)課程中就是找出半邊。半邊就是不同軟件之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。

自學方法:基礎(chǔ)打牢，自己找出各軟件之間的操作、功能的半邊。這樣就能達到事半功倍的效果。

參考文獻:

[1] Bostrom R P，Olfman L，Sein M K.The importance of learning style in end-user training[J]. MIS Quarterly，1990，14:101-119.

[2] 潘穎，歐啟忠，肖耿毅.面向語義的課程知識本體的構(gòu)建[J].電話教育研究，2007(2):19-21.

[3] 劉植惠.本體(Ontology) 與語義網(wǎng)(Semantic Web) [J].重慶圖情研究，2006(3):1-4.

[4] 趙巾幗，徐德智.語義Web的技術(shù)基礎(chǔ)分析[J].鞍山師范學院學報，2007，9(4):56-60.

[5] 張蕾.語義Web本體語言及OWL研究[J].成都信息工程學院學報，2007，22(2):161-165.

[6] 王宇君，胡美深.可視能力和軟件學習[J].計算機研究與發(fā)展，1996，33(11):854-857.

[7] 孟朝暉.半邊圖模型之構(gòu)造演算[J].計算機工程與應用，2006，30(28-33):44-51.

[8] 孟朝暉.半邊圖模型之多層次認知系統(tǒng)[J].計算機工程與應用，2006(30):28-33.

[9] 孟朝暉.半邊圖模型之聚合歸約演算[J].計算機工程與應用，2006(31):71-76.