語義Wiki構(gòu)建E-Learning平臺

文/李嘉駿

E-Learning，即“數(shù)字（化）學(xué)習(xí)”、“電子（化）學(xué)習(xí)”、“網(wǎng)絡(luò)（化）學(xué)習(xí)”，強調(diào)電子化、基于因特網(wǎng)學(xué)習(xí)、數(shù)字內(nèi)容與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合。其實質(zhì)是一種通過共享知識的方式讓用戶自主在線學(xué)習(xí)的平臺，讓用戶能夠?qū)崿F(xiàn)任何時候、任何地點的靈活式學(xué)習(xí)，不受地理位置和時間上的限制，只需登入平臺，即可以享受上面的資源，因此，它是一種新型的學(xué)習(xí)手段和方式。這種學(xué)習(xí)方式將改變傳統(tǒng)教學(xué)中教師的作用和師生之間的關(guān)系, 從而根本改變了教學(xué)結(jié)構(gòu)和教育本質(zhì)。如今，也出現(xiàn)了許多優(yōu)秀E-Learning平臺如：Moodle、Sakai等，這些平臺自身已經(jīng)有十分完善的基礎(chǔ)功能，還可以根據(jù)實際的需求對其進行二次開發(fā)，以此來進一步完善。然而，隨著人類社會進入大數(shù)據(jù)時代后，資源的更新速度呈現(xiàn)出一種指數(shù)式的增長狀態(tài)，同時，其數(shù)據(jù)量也十分巨大，因此，在大數(shù)據(jù)時代下，E-Learning面臨著兩個方面的問題：

表1：開發(fā)環(huán)境

表2：JSPWiki語法

圖1：內(nèi)容顯示

（1）知識庫中的資源彼此缺少關(guān)聯(lián)性，導(dǎo)致搜索結(jié)果的準確性不高、時間開銷大；

（2）平臺中對知識更新的速度缺乏實時性。對于前者，利用語義技術(shù)的方式進行解決，對于后者，利用Wiki技術(shù)去解決。最后，給出相關(guān)的平臺構(gòu)建步驟、實際效果來說明本文所提出方案的有效性和可行性。

圖2：本體知識庫結(jié)構(gòu)圖

圖3：平臺首頁

1 語義與E-Learning

所謂的語義，即一個字、詞、句子或者是一段話中所蘊含的意思，我們?nèi)祟愓峭ㄟ^讀取當(dāng)中的語義來明白其含義，然后做出相應(yīng)的判斷或者行為動作。然而，對于計算機而言，則無法去理解信息中的意義，只看作是由“0”和“1”組成的代碼段。因為，為了讓計算機也可以像我們?nèi)祟愐粯幽軌蚶斫庑畔⒅械暮x，于是便把語義的思想嘗試引入到計算機中。最早提出這一想法的是美國人Tim Berners-Le-e，在他發(fā)布的《Semantic Web Roadma》一文中指出：語義網(wǎng)，即：是一個信息的集散地，在當(dāng)中，除了人與人之間交流外，計算機也可以參與在其中，幫助人來一起完成相應(yīng)的事情。因此，當(dāng)計算機加入語義技術(shù)后，讓計算機也具備像人一樣讀懂信息語義的能力，實質(zhì)就是為計算機構(gòu)建相應(yīng)的本體庫文件，其中，本體，指的是共享概念模型明確的形式化規(guī)范說明。

因此，語義化的E-Learning平臺與傳統(tǒng)E-Learning平臺的區(qū)別在于資源的關(guān)聯(lián)性高，具備理解用戶提交信息的能力并通過語義搜索的方式返回準確的結(jié)果，而語義化E-Learning平臺的核心則在于為平臺構(gòu)建相應(yīng)的本體知識庫文件。

2 Wiki與E-Learning

Wiki，即一種允許一群用戶利用簡單的描述來創(chuàng)建和連接一組網(wǎng)頁的社會計算系統(tǒng)，其實質(zhì)是一種在線協(xié)同寫作平臺，所以對于Wiki上的用戶來說，可以為利用Wiki的特有語法為平臺創(chuàng)建一個新頁面，或者對已經(jīng)存在的頁面進行內(nèi)容上的修改與補充。目前，全球最大的維基百科網(wǎng)站就是利用這一技術(shù)，通過不同國家和地區(qū)的用戶來一起共同維護和構(gòu)建維基百科網(wǎng)站。

因此，Wiki化的E-Learning平臺與傳統(tǒng)平臺相比，最大的特點在于對平臺的頁面開發(fā)模式上，前者具備了協(xié)同編輯的功能，后者則只能對頁面進行瀏覽的操作。

3 構(gòu)建方案的實現(xiàn)

本文所提出的語義Wiki E-Learning平臺是把語義技術(shù)與Wiki技術(shù)兩者結(jié)合在一起，其開發(fā)的步驟分為Wiki引擎的選擇、本體知識庫的構(gòu)建以及搜索機制的實現(xiàn)、Wiki語法創(chuàng)建頁面。開發(fā)環(huán)境如表1。

3.1 Wiki的選擇

本次平臺在Wiki引擎的選擇上選用了一款輕量級的開源Wiki--JSPWiki2.10.0（https://jspwiki-wiki.apache.org/）作為平臺的核心框架，并在此基礎(chǔ)上對其進行二次的開發(fā)來豐富當(dāng)中的功能和服務(wù)。其開發(fā)與運行的環(huán)境采用Eclipse+Tomcat的模式，因此，只需把源碼導(dǎo)入Eclipse中即可完成對JSPWiki的二次開發(fā)和部署，操作簡單方便。

3.2 頁面創(chuàng)建

平臺的界面在設(shè)計上充分運用JSPWiki特有的語法進行，如表2所示。

以構(gòu)建教材庫頁面為例，這里選用Anderw S.Tanenbaum所編寫的《COMPUTER NETWORKS》（第五版）作為素材，通過運用Wiki語法即可設(shè)計出其相應(yīng)的教材內(nèi)容顯示界面，同時還可以點擊頁面當(dāng)中“編輯”的選項對內(nèi)容進行在線修改以及標(biāo)注，如圖1所示。

當(dāng)對頁面教材上的某個知識點存在疑問的時候，還可以立即為這個問題建立鏈接并創(chuàng)建出新的頁面，讓其他的用戶在新頁面中共同探討和解決，只需要在疑惑的地方加上[ ]即可完成這一操作。甚至還可以相關(guān)的資源文件，讓用戶可以及時獲取到相關(guān)的資源。

3.3 本體知識庫及語義搜索

要對JSPWiKi進行語義化以及實現(xiàn)語義搜索的效果，其實質(zhì)就是為JSPWiKi構(gòu)建相應(yīng)的本體知識庫文件以及添加對本體文件進行處理的Jena推理機和現(xiàn)有的語義開源詞庫WordNet。其中，構(gòu)建本體的工具采用目前十分流行的本體軟件Protege4.3。這里構(gòu)建三個領(lǐng)域的本體知識庫，分別是：Math（數(shù)學(xué)）、Computer（計算機）和English（英語），然后每個領(lǐng)域再分不同的課程，如：Computer下有Computer Networks（計算機網(wǎng)絡(luò)）、Data Structure（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）等等。其完整的本體知識庫結(jié)構(gòu)如圖2所示。

本體知識庫構(gòu)建完畢后，利用Jena推理機和WordNet實現(xiàn)語義搜索，其實現(xiàn)的偽代碼如下：

FileManager.get().loadModel(file path),定義rule；

ModelFactory.createInfModel(rule,file path);b[]=WordNetSearch(value); //WordNet處理后，返回結(jié)果存放在數(shù)組b中For k → b.length

value=b[k] //把數(shù)組b的內(nèi)容存放在變量中，用于查找

t=search(item,value) //在本體中查找資源record[i++]=removeurl(t) //去除資源前面的URL地址，然后存放數(shù)組

同時還要添加以下一條規(guī)則：

owl:inverseOf:(?paowl:inverseOf ?pb)(?a?pa ?b)->(?b ?pb ?a)

該規(guī)則定義了一個逆屬性關(guān)系，即?pa owl:inverse -Of?pb，表示對于pa的屬性外延中的每一對（a，b）中，在pb屬性外延中都有一對（b，a）與之對應(yīng)，且反之成立，并規(guī)定若a包含在b中，則可以推斷出b同樣包含在a中，從而實現(xiàn)語義搜索的效果。用戶在平臺首頁的“課程/知識點”欄中輸入“protocol（協(xié)議）”一詞后，平臺根據(jù)其意思返回包含相關(guān)意思的內(nèi)容資源，這里同樣以Anderw S.Tanenbaum所編寫的《COMPUTER NETWORKS》（第五版）為查找對象，其結(jié)果返回包含“protocol”意思的所有章節(jié)，如：part4 of computer networks（第四章）、part6 of computer networks（第六章）等等 ，有效去除無用的資源，如圖3、圖4所示。

4 結(jié)語

本文利用語義Wiki構(gòu)建 E-Learning平臺主要是為了解決資源的關(guān)聯(lián)度、搜索的精準度以及平臺資源頁面的更新速度，并通過給出相關(guān)的平臺實現(xiàn)效果來說明這方案的可行性。由于使用的WordNet為英文詞庫以及所構(gòu)建的教程為英文教程，所以目前平臺只支持對英文信息的語義理解，因此，未來對平臺的升級上將會加入對中文語義的理解。

最后，隨著時代的進一步發(fā)展，今后對于E-learning平臺的使用將會更加廣泛，其功能也更加多元化，所以，對于E-learning平臺的研究與構(gòu)建也是一項長期進行的課題。

參考文獻

[1]余勝泉,程罡,董京峰.E-Learning新解:網(wǎng)絡(luò)教學(xué)范式的轉(zhuǎn)換[J].遠程教育雜志,2009,3(05).

[2]劉衛(wèi)紅,吳江.本體在E-Learning系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].計算機應(yīng)用研究,2006,4(09):417-417.

[3]Tim Berners-Lee.Semantic Web Road Map[S].1998(10).http://www.w3.org/DesignIssues/Semantic.html.

[4]劉渝琳,劉渝妍,趙卿.應(yīng)用本體領(lǐng)域構(gòu)建FDI效應(yīng)模型[J].重慶大學(xué)學(xué)報,2013(10):75-76.

[5]陳蕾,袁藝標(biāo),馮偉艷等.基于E-Learning平臺構(gòu)建以翻轉(zhuǎn)課堂為核心的生理學(xué)實驗教學(xué)模式探索[J].教育教學(xué)論壇,2017(31):138-139.

[6]鞏利艷,孫力.本體概述及其在教育領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀[J].中國教育技術(shù)裝備,2017(18):9-13.

[7]王巍巍.語義教育應(yīng)用研究進展及發(fā)展趨勢[J].中國教育信息化,2017(05):7-11.

[8]程春雷.基于關(guān)系形式概念的教育資源語義模型研究[D].江西財經(jīng)大學(xué),2016.

[9]王以寧,袁磊.網(wǎng)絡(luò)智能在E-Learning中的應(yīng)用:教育語義網(wǎng)絡(luò)[J].現(xiàn)代遠距離教育,2007(03):12-14.

[10]黃伯平,趙蔚.基于教育語義技術(shù)的個性化E-Learning系統(tǒng)的面向服務(wù)架構(gòu)研究[J].福建廣播電視大學(xué)學(xué)報,2011(05):92-96.

[11]Issam B H,Raouf J.E-learning and entrepreneurship:Is it the perfect match?[C].Information and Communication Technologies Innovation and Application.IEEE,2017:1-6.

[12]吝春妮.基于模糊本體的個性化E-Learning應(yīng)用研究[J].中國教育信息化,2017(03):74-77.

[13]章田鑫.基于語義的學(xué)習(xí)資源難度評價和推薦[D].東華大學(xué),2015.

[14]俞婷.基于本體的教育資源組織及語義檢索的研究[D].重慶大學(xué),2015.

[15]吳鵬飛,余勝泉.語義網(wǎng)教育應(yīng)用研究新進展:關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)視角[J].電化教育研究,2015(07):66-72.

[16]楊寸月,鄭魯騰.藍牙技術(shù)的優(yōu)勢與前景[J].軟件導(dǎo)刊,2012,11(06):45-46.