高校實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理知識圖譜模型構(gòu)建研究

馮健文 黃賢群 林璇

摘要：在國家對高校教育管理提出推進(jìn)教育治理方式變革的背景下，研究高校構(gòu)建基于知識管理的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理決策模型、方法和信息化實(shí)現(xiàn)方案具有重要的應(yīng)用意義。本文以教育部高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)室信息統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為核心，通過實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理過程中所涉及的關(guān)鍵流程和相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)知識圖譜構(gòu)建框架。在分析實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理領(lǐng)域的本體要素后，梳理并定義本體概念體系，進(jìn)而形成實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理知識圖譜本體模型，并通過本體編輯軟件Protege工具進(jìn)行構(gòu)建。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可借鑒為知識存儲和基于應(yīng)用的決策可視化展示的實(shí)施基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)室;教學(xué)管理;知識圖譜;本體;Protege

中圖分類號： TP18? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）23-0199-03

Abstract： Under the background that the state proposes to promote the reform of education governance mode for university education management， it is of great significance to study the decision-making model， method and information realization scheme of laboratory teaching management based on knowledge management in Colleges and universities. In this paper， based on the Ministry of education university laboratory information statistics， a knowledge mapping framework is designed through analysis of the laboratory teaching management process involved in the key processes and related data. After analyzing the ontology elements in the field of laboratory teaching management， this paper sorts out and defines the ontology concept system， and then forms the ontology model of laboratory teaching management knowledge map， which is constructed by ontology editing software Protege. The experimental results can be used as the basis of knowledge storage and application-based visualization of decision-making.

Key words： laboratory;teaching management; knowledge map; ontology; protege

1 引言

實(shí)驗(yàn)室是實(shí)現(xiàn)高校人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要基礎(chǔ)條件。實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的信息化管理可明顯提高學(xué)校教學(xué)管理的質(zhì)量和效率，對高校實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型大學(xué)轉(zhuǎn)型目標(biāo)有重要支撐作用。《教育信息化“十三五”規(guī)劃》提出“要實(shí)現(xiàn)決策支持科學(xué)化、管理過程精細(xì)化和教學(xué)分析即時化，發(fā)揮信息化在教育管理方式重構(gòu)和教育管理流程再造中的作用”。《教育現(xiàn)代化2035》提出要“加快信息化時代教育變革，推進(jìn)教育治理方式變革，加快形成現(xiàn)代化的教育管理與監(jiān)測體系，推進(jìn)管理精準(zhǔn)化和決策科學(xué)化?！睘樽尭咝８鞴芾聿块T掌握的實(shí)驗(yàn)室管理數(shù)據(jù)在高校發(fā)展中發(fā)揮更大的價值，并更深入地為管理決策工作服務(wù)，實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)需逐步向智能決策支持系統(tǒng)方向發(fā)展。因此在國家對高校教育管理提出推進(jìn)教育治理方式變革的背景下，研究高校構(gòu)建基于知識管理的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理決策模型、方法和信息化實(shí)現(xiàn)方案具有重要的應(yīng)用意義。

知識圖譜（Knowledge Map）技術(shù)由Google于2012年提出，是人工智能的最新研究成果和技術(shù)。知識圖譜是一種揭示知識實(shí)體之間關(guān)系的語義網(wǎng)絡(luò)，很適合對現(xiàn)實(shí)世界的事物及其相互關(guān)系進(jìn)行形式化地描述。[1]核心技術(shù)主要有知識抽取、知識表示、知識融合、知識推理。知識圖譜是圖數(shù)據(jù)模型的繼承和發(fā)展，可表示知識本體，有知識推理能力，能表示豐富的語義知識，并可從已有知識推導(dǎo)出隱含知識，因此是決策支持系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

綜上所述，本文探討實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理知識圖譜的構(gòu)建，并以教育部高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)室信息統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)集為例，構(gòu)筑實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理知識體系。

2 相關(guān)研究現(xiàn)狀

主流的知識圖譜數(shù)據(jù)模型有兩種：RDF 圖模型和屬性圖模型[2]。RDF圖模型基于邏輯理論構(gòu)建，有較強(qiáng)的表達(dá)力，是語義Web組織的標(biāo)準(zhǔn)，而且數(shù)據(jù)模型特性完善;而屬性圖模型產(chǎn)品成熟，在業(yè)界應(yīng)用較多。

在知識圖譜查詢語言方面，RDF圖的標(biāo)準(zhǔn)查詢語言是 SPARQL;屬性圖查詢語言主要有 Cypher、Gremlin、PGQL 和 G-CORE。在知識圖譜數(shù)據(jù)存儲方面，主流是三元組表、水平表、屬性表等基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的存儲方案。而新提出的原生知識圖譜存儲是專門為知識圖譜而設(shè)計(jì)的底層存儲管理方案，有面向?qū)傩詧D的Neo4j存儲和面向RDF圖的gStore存儲。在知識圖譜數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)方面，開源RDF三元組數(shù)據(jù)庫包括：Apache Jena、Eclipse RDF4J、gStore等;商業(yè)RDF三元組數(shù)據(jù)庫有Virtuoso、Allegro Graph、Graph DB等;原生圖數(shù)據(jù)庫有：Neo4j、Janus Graph、Orient DB 和Cayley。在知識推理方面，根據(jù)推理類型可分為單步推理和多步推理兩大類。每類又包括基于規(guī)則的推理、基于分布式表示的推理、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推理以及混合推理[3]。