陶宇煒，謝愛娟，熊長江

(1．常州大學信息化建設與管理中心，江蘇常州 213164;2．常州大學 石油化工學院，江蘇常州 213164;3．常州大學周有光語言文化學院，江蘇常州 213164)

隨著高等教育體制改革和教育模式的轉變，網絡教育資源建設越來越受到重視。網絡教育作為高等教育的重要組成部分，如何發揮海量網絡教育資源的獨特優勢，成為高校教育信息化發展進程中亟待解決的問題。

語義Web的相關理論和技術為分布、異構網絡教育資源的建設與共享提供了技術支撐。利用語義Web相關理論和技術開展高校網絡教育資源建設與共享研究，提出基于語義Web的高校網絡教育資源共建與共享平臺架構，對推動高校教育信息化建設具有重要的現實意義。

一、網絡教育資源建設現狀

當前，高校網絡教育資源建設中存在著自成體系的資源孤島現象，主要原因在于資源的建設、使用、管理等方面缺乏統一標準和可行的解決方案。具體表現為:資源建設初期，在未充分了解學科特點和教師、學生的真實需求情況下，引進網絡教學平臺和教學資源庫，教師和學生獲取不到所期望的有效資源;資源建設過程中，沒有按照資源建設標準和規范對網絡教育資源的描述采用統一的語法格式，沒有形成統一的數據標準和元數據方案，使網絡教育資源存在語法和語義上的異構現象，阻礙了資源的共享和有效利用;網絡教育資源建設和應用的保障措施不完善，缺乏相應的評價激勵機制，導致資源得不到積極推廣和使用。

以胡俊杰等人對3582門本科類和高職類國家精品課程的網絡資源使用調查情況為例［1］，本科類精品課程資源平均可訪問率為57.9%，能正常觀看的課程視頻資源平均訪問率為41.4%，而能正常使用的課程交互模塊平均使用率只有25.2%;高職類精品課程資源平均可訪問率為55.3%，能正常觀看的課程視頻資源平均訪問率為47.3%，而能正常使用的課程交互模塊平均使用率也只有25.8%。精品課程資源本身質量普遍較低，使用方法較為繁鎖，缺乏互動環節，導致資源閑置和使用率較低。

二、語義Web與網絡資源

語義Web倡導者TimBerners－Lee等人［2］認為“語義網是當前萬維網的擴展。語義網中的信息被賦予了恰當的語義，使得計算機和人之間能夠更好地協同工作。”語義網的目標是建立數據Web，以提供跨越應用、企業、社區等界限的數據共享和重用的公共框架［3］。語義網分層標準中的XML(ExtensibleMarkupLanguage，可擴展標記語言)、RDF(ResourceDescriptionFramework，資源描述框架)、Ontology(本體)定義了計算機能夠理解的類及屬性等，并且用唯一的通用資源標志符進行資源標注，為在更高層次根據內容進行異構系統交互、資源互聯和共享、提升網絡資源發現、傳遞質量提供了新的途徑［4］。

(一)可擴展標記語言XML

XML能夠定義任意結構的數據，提供語法的互操作能力，是一種定義標記的通用、結構化描述語言，解決異構網絡之間和異構數據之間的信息交換和傳遞。XML包括XML聲明、定義語言語法的DTD(documenttypedefinition，文檔類型定義)、描述標記的詳細說明及文檔本身。DTD定義XML文件中的元素、元素的屬性以及元素和元素屬性間的關系。

描述網絡資源的DTD文檔結構(部分)如下:

對于語義Web，除了用XML提供網絡資源所具有的結構信息和對資源內容的表述外，還需要提供描述XML資源的元數據，RDF是W3C制定的描述和處理元數據的資源語義描述規范。

(二)資源描述框架RDF

元數據被稱為“表示數據的數據”，它提供了一組公共標記，可用于任何網絡資源，經過元數據標記的網絡資源，可以跨平臺實現互操作和重用。

RDF通過建立通用元數據標準框架表示任意類型的數據，解決如何使用XML標準語法無二義性地描述資源對象的問題，使描述資源的元數據信息成為計算機可理解的信息。RDF通過基于XML語法明確定義的結構化約定建立起語義協議和語法編碼之間的橋梁，促進元數據的互操作能力，滿足網絡資源互操作需要［5］。

XML與RDF相結合，較好地解決了計算機的知識表述問題，但要解決XML和RDF在處理語義上存在的同一概念有多種詞匯表示和同一詞匯有多種概念(含義)的問題，還需要引入本體。

(三)本體

本體是共享概念模型的明確的和形式化的規范說明［6］。本體通過對客觀世界某個應用領域的概念的嚴格定義和概念之間的關系來明確概念的含義，形成應用領域共享的領域概念和概念之間的關系，實現應用領域內不同主體(人、計算機、軟件、系統等)之間的交互(互操作、共享等)。

在語義Web中，通過本體提供語義Web標注資源的元數據，使網絡資源表達一定的語義信息，支持搜索引擎、智能代理等應用程序;應用程序通過對本體的解析、本體的推理能力理解資源語義信息，提供基于語義的智能服務。

(四)網絡教育資源規范化描述

依據國家教育信息化技術標準委員會(CELTSC)制定的學習對象元數據標準(CELTS－3)，按照前文定義的DTD文檔的約定，用XML語言對網絡教育資源進行規范化描述，包括9個必需的數據元素和7個可選的數據元素，如表1。為網絡教育資源的查找、使用提供支持，便于資源的共享和重用。

表1 網絡教育資源規范化描述

網絡教育資源規范化描述XML文檔如下:

＜resource＞

三、Web服務

Web服務通過定義一組標準網絡協議，用于接口定義、方法調用、組件注冊及實現各種應用系統之間的交互，使分布式異構網絡資源之間的共享成為可能。Web服務的體系結構如圖1所示［7］。

圖1 Web服務體系結構

服務提供者(ServiceProvider)發布Web服務，響應使用Web服務的請求;服務代理(UDDI Registries)注冊已經發布的服務提供者(Service Provider)，并進行分類，提供查找的Web服務;服務請求者(ServiceRequester)通過服務代理(UDDIRegistries)查找并使用所需的Web服務。

服務發布(Publish)是指服務提供者對Web服務進行描述并向服務代理注冊功能和訪問接口;服務查找(Find)是指服務請求者通過服務代理提供的訪問接口查找所需的Web服務;服務使用(Bind)是指服務請求者通過訪問服務代理查找到所需Web服務后，應用系統調用并解釋WSDL(WebServiceDescriptionLanguage，Web 服務描述語言)描述文本，綁定調用參數，執行調用。

Web服務中的 SOAP(SimpleObjectAccess Protocol，簡單對象訪問協議)用于應用系統之間的Web服務發送與接收XML消息。UDDI(UniversalDescription，DiscoveryandIntegration)是服務注冊(發布)和發現的規范，用于Web服務的發布和動態查找。WSDL使用XML語言描述UDDI注冊的Web服務和SOAP所要發送的消息。

四、基于語義Web的網絡教育資源共建與共享平臺框架設計

利用語義Web將分布在不同地域、組織或系統中的網絡教育資源統一標注，建立資源共享平臺，提供統一的數據訪問、處理接口，滿足網絡教育資源的共享和互操作需求。基于語義Web的網絡教育資源共建與共享平臺框架結構如圖2所示。

圖2 基于語義Web的網絡教育資源共建共享平臺框架

資源層包括構成網絡教育資源的基本元素，如文本、圖片、音頻、視頻、課件等基本素材，基本素材以無序狀態和分布式存放在各個資源服務器中，資源數據可以是結構化或非結構化形式。

元數據層包括資源描述的各種元數據集，使用規范的通用教育學詞匯表中的術語標識資源內容和相關說明信息，如以RDF文檔形式給出資源的存儲路徑、名稱、作者、內容等。元數據層中包含元數據收集和元數據映射兩個過程，元數據收集從資源層抽取元數據得到不同的元數據集，元數據映射是將不同的元數據集映射到預先定義的統一的元數據通用框架。

本體層的教育資源本體通過定義資源建設領域概念和關系的術語表，將資源概念映射到領域本體術語表，形成對資源語義的一致性描述，實現對資源的概念一致化操作;本體層將本體提供給服務層，并接收服務層傳送的檢索信息。

服務層接收教育資源的元數據信息和本體信息，并接收和傳送訪問層的查詢請求，利用本體查詢語言SPARQL得出查詢的概念描述，將查詢結果反饋給訪問層。

服務層包括映射服務、本體服務、Web服務模塊。映射服務建立教育資源數據和共享平臺教育資源元數據之間的映射關系。本體服務利用讀取和解析本體技術Jean及本體查詢語言SPARQL實現。

Jean［8］提供了操作 RDF/RDFSchema 和OWL(Web本體語言)的應用程序接口，采用RDF/XML、三元組形式讀寫 RDF，把 RDFSchema、OWL等形式的資源本體中的公理、定理和規則綁定到推理機，將推理機導入Jean，推理機與RDF模型關聯，根據已有的類、屬性、實例數據推理派生RDF模型所有隱含語義匹配的三元組。

SPARQL［9］通過引用 JeanAPI(Jean 應用程序接口)的開發工具包，構造和執行SPARQL查詢。在進行SPARQL查詢前，調用Jena推理機對教育資源庫中的RDF模型進行推理，產生派生RDF模型所有隱含語義匹配的三元組，然后使用SPARQL語句查詢匹配。

訪問層為資源使用者提供可視化的語義查詢，并用于教育資源的采集和管理。訪問層為資源使用者和資源管理人員提供注冊認證服務，任何需要訪問并使用平臺提供的網絡教育資源的用戶必須得到相應的訪問授權，訪問權限由平臺資源管理人員統一授權和管理。

五、基于語義Web的網絡教育資源共建與共享平臺應用

建立在語義Web基礎上的網絡教育資源共建與共享平臺能夠提高分布式異構網絡教育資源的集成和協作能力，網絡教育資源的發布和訪問通過Web服務實現。

網絡教育資源發布是資源提供者通過平臺發布或部署資源。資源提供者提交資源時，利用服務層的映射服務建立教育資源數據和共享平臺教育資源元數據之間的映射關系;并利用本體標注工具，參照教育資源領域本體，對教育資源進行語義標注，生成XML文件格式的映射和標注文檔，對教育資源庫的操作接口進行Web服務封裝后，發布到平臺的目錄服務器。

教育資源的采集和管理是通過教師、資源提供者或管理人員上傳教育資源，輸入資源的作者、內容關鍵字以及內容簡介等描述信息，平臺利用JenaAPI(Jean應用程序接口)函數把資源描述信息添加到資源描述文檔中，形成教育資源標注文檔，存放于資源標注庫供資源使用者通過資源描述信息檢索相關教育資源。

網絡教育資源使用者通過平臺提供資源查詢需求信息，利用平臺服務層提供的本體服務，應用本體推理機，根據教育資源本體中的公理、規則、實例數據查詢得到RDF模型明確聲明的信息和隱含的語義信息，獲得語義匹配、人性化的語義查詢服務，列出與查詢關鍵詞高度匹配的網絡教育資源的查詢結果，滿足資源使用者的查詢需求。

服務層使用OWL－S(OntologyWebLanguage forServices，Web服務的本體語言)把語義Web和Web服務相聯系，實現基于OWL－S的語義Web服務描述和基于WSDL的Web服務接口的互換。服務層的各種服務使用OWL－S描述，并包裝成語義Web服務，通過WSDL和SOAP相互進行訪問，資源使用者檢索到的網絡教育資源以XML文件進行傳送。

六、結束語

將語義Web應用到構建高校網絡教育資源共建共享平臺，本體結合XML和RDF能夠為網絡教育資源提供計算機可以識別和處理的教育資源語義描述信息，并利用Web服務的思想，通過UDDI查找匹配的網絡教育資源信息，使分布式異構網絡教育資源的共享和交互得以實現，促進高校師生有效利用網絡教育資源，實現網絡教育資源的可持續發展。

［1］胡俊杰，楊改學，魏江明等．國家精品課程對精品視頻公開課建設的啟示——基于對2003－2010國家精品課程的調查引發的思考［J］．中國遠程教育，2014(6):89－94．

［2］RobinD．Morris．Web3．0:ImplicationsforOnline Learning［J］．TechTrends，2011，(1):43 －44．

［3］SandroHawke．W3CSemanticWebActivity［EB/OL］．http://www．w3．org/2001/sw/，2011 －11 －07/2012 －03－20．

［4］GruberCTR．Atranslationapproachtoportableontologies［J］．KnowledgeAcquisition，1993，5(2):199 －220．

［5］WorldWideWebConsortiumResourceDescription Framework(RDF)［EB/OL］．http://www．w3c．org/rdf，2004 －12 －15．

［6］StuderR，BenjaminsVR，FenselD．Knowledgeengineering，principlesandmethods［J］．DataandKnowledgeEngineering，1998，25(1 －2):161 －197．

［7］顧寧，劉家茂，柴曉路等．WebServices原理與研發實踐［M］．北京:機械工業出版社，2006．

［8］HPLab．Jena－ASemanticWebFrameworkforJava［EB/OL］．http://jena．sourceforge．net/，2012 － 04 －12．

［9］SPARQLQueryLanguageOverview［EB/OL］http://www．w3．org/TR/rdf_sparql－query/，2012 －03 －20．