基于信息元的教學(xué)資源組織系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

基于信息元的教學(xué)資源組織系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)資料內(nèi)容僅供參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系本人改正或者刪除。基于信息元的教學(xué)資源組織系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)摘要:本文以文本類型教學(xué)資源為研究對象,在領(lǐng)域知識可拓信息網(wǎng)模型和CELTS-3的基礎(chǔ)上,闡述了基于信息元的教學(xué)資源組織系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)過程,包括:信息特征元數(shù)據(jù)描述框架、特征詞獲取、信息元距離度量、信息元匹配規(guī)則以及匹配算法等。該系統(tǒng)經(jīng)過有限的信息元描述無限的資源,實現(xiàn)了教學(xué)資源的高效組織,支持學(xué)習(xí)過程中資源自動重組。關(guān)鍵詞:教學(xué)資源;信息元;特征詞;元數(shù)據(jù)描述框架;匹配規(guī)則;匹配算法DesignandImplementationofTeachingResourcesOrganizingSystemBasedonInformationUnitsOnthebasisofextensioninformationnetofafieldofknowledgeandCELTS-3,thispapertargetsattext-typedteachingresources,andelaboratestheprocessofdesignandimplementationofteachingresourcesorganizingsystembasedoninformationunits,includingaframedescribingbasicdataofinformationcharacteristic,obtainmentofcharacteristicwords,distancebetweeninformationunits,aswellasmatchingrulesandalgorithmofinformationunit,etc.Thesystemorganizesinfiniteteachingresourcesbyfiniteinformationunits,implementsefficientorganizationoftheteachingresources,andthussupportstheresourcesautomaticregroupingintheprocessoflearning.TeachingResourceInformationUnitCharacteristicWordFrameDescribingBasicDataMatchingRuleMatchingAlgorithm隨著網(wǎng)絡(luò)教育和教育信息化建設(shè)的發(fā)展,教育資源的質(zhì)量對現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)教育起著決定性作用[1],教師的意圖、觀點和思路只有經(jīng)過教育資源的形式才能得以體現(xiàn)。當(dāng)前在教育資源建設(shè)中存在的問題主要有[1-4]:資源庫之間的互操作缺乏相應(yīng)規(guī)范;資源獨占系統(tǒng)導(dǎo)致了資源開發(fā)的低水平重復(fù)和可共享范圍小;資源可重用性差,不能根據(jù)個性化學(xué)習(xí)的需要自動重組等。普遍認為上述問題存在的原因主要包括[1-4]:(1)教學(xué)資源不規(guī)范。資源開發(fā)缺乏統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)描述標(biāo)準(zhǔn),有著各自的開發(fā)目的,使用不同的開發(fā)系統(tǒng)。(2)教學(xué)資源不獨立。長期以來教學(xué)軟件的開發(fā),教學(xué)資源都依附于教學(xué)管理系統(tǒng)。(3)教學(xué)資源的管理技術(shù)落后。由于大部分教學(xué)資源都不是結(jié)構(gòu)化的,即不是計算機可理解的信息,導(dǎo)致這些資源在序列化存儲、檢索、重組等信息處理方面存在較大的難度。本文以文本類型教學(xué)資源為研究對象,在領(lǐng)域知識可拓信息網(wǎng)模型和CELTS-3(教育信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一學(xué)習(xí)對象元數(shù)據(jù))的基礎(chǔ)上,闡述了基于信息元的教學(xué)資源組織系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)過程。該系統(tǒng)經(jīng)過有限的信息元描述無限的資源,實現(xiàn)了教學(xué)資源的高效組織,支持學(xué)習(xí)過程中資源自動重組。1教學(xué)資源組織模型研究1.1信息元物元理論告訴我們,物元是度量與非度量的結(jié)合,一個信息的定量部分和定性部分在物元概念下能夠很好的統(tǒng)一起來。能夠認為,信息是一種特殊的物元,將信息用n維物元表示,即R=(N,C,V),C(C1,C2,C3,...Cn),V(v1,v2,v3,...vn),我們稱之為信息元[5],其中N為信息所涉及到的事物,C為給定事物具有的某一廣義特征,V是N關(guān)于C的廣義量值。1.2領(lǐng)域知識可拓信息網(wǎng)模型信息元一個最主要的特征是可拓性,以信息元R為起點,在某限制條件下向外開拓,能夠得到很多相關(guān)和相似的信息元,稱為R的可拓信息域,其中表示R的同物信息元集,表示R的同征信息元集,表示R的同值信息元集,表示R的相關(guān)信息元集,表示R的蘊含信息元集,表示R的共軛信息元集。所有這些信息元將組成賦權(quán)網(wǎng)絡(luò),如圖1所示。RRR0R1R6R7R8R9R5R2R3R4圖1領(lǐng)域知識可拓信息網(wǎng)絡(luò)圖某領(lǐng)域知識的基本信息元采用指針形式連接起來,指針分為4類,發(fā)散類(E類指針),相關(guān)類(I類指針),蘊含類(P類指針),共軛類(F類指針)。網(wǎng)絡(luò)的連接框架采用3條總線結(jié)構(gòu):事物總線、特征總線、量值總線。每條總線分為若干域,如事物總線按照類事物分域,特征總線按照實義特征、性質(zhì)特征、功能特征分域。量值總線按照數(shù)值型和非數(shù)值型分域。這樣建立起一個關(guān)于某領(lǐng)域知識的可拓信息網(wǎng)絡(luò)。2教學(xué)資源組織系統(tǒng)設(shè)計2.1功能需求分析本系統(tǒng)針對互聯(lián)網(wǎng)上海量的教學(xué)資源進行更好的獲取、標(biāo)識、組織與管理,并提供給用戶學(xué)習(xí)。具體包括兩個功能需求:a.教學(xué)資源的收集在收集過程中對教學(xué)資源進行拆分,以信息元為單位選取、收集各類教學(xué)資源。b.有效的資源管理根據(jù)資源的信息特征對資源的內(nèi)容屬性進行元數(shù)據(jù)標(biāo)引,使資源與多個信息元相關(guān)聯(lián)。利用可拓信息網(wǎng)絡(luò)對教學(xué)資源進行有效管理和利用,實現(xiàn)教學(xué)資源在多種學(xué)習(xí)情境下被重用,而且可由掛靠在信息元上的資源自動拼接成個性化的學(xué)習(xí)頁面。2.2教學(xué)資源組織系統(tǒng)的設(shè)計方案教學(xué)資源的組織要解決兩個問題:一是如何組織教學(xué)資源數(shù)據(jù);二是如何組織各種類型的教學(xué)資源。教學(xué)資源組織分為資源描述、資源存取和資源掛靠三個過程。下面詳細介紹設(shè)計方案。a.教學(xué)資源元數(shù)據(jù)描述框架教學(xué)資源的元數(shù)據(jù)描述是教學(xué)資源組織的重要環(huán)節(jié),缺乏描述的資源不可能被有效共享和利用,同時也直接影響教學(xué)資源的查找和管理。本文把教學(xué)資源元數(shù)據(jù)分為基本元數(shù)據(jù)和信息特征元數(shù)據(jù)?；驹獢?shù)據(jù)主要用于描述教學(xué)資源的外在特征。在基本元數(shù)據(jù)描述中,采用CELTS-3標(biāo)準(zhǔn)[6-8],并對其元數(shù)據(jù)或元數(shù)據(jù)的取值進行取舍和改進。同時,為了實現(xiàn)基于信息元的教學(xué)資源組織,支持學(xué)習(xí)過程中教學(xué)資源自動重組,采用信息特征元數(shù)據(jù)描述框架來精確描述教學(xué)資源的內(nèi)容特征。如表１所示。表１信息特征元數(shù)據(jù)框架名稱作用說明描述Description教學(xué)資源的文字描述。教學(xué)資源內(nèi)容的描述。關(guān)鍵詞Keyword教學(xué)資源的關(guān)鍵詞。描述教學(xué)資源特征的關(guān)鍵詞。*構(gòu)件類型ComponentType教學(xué)資源描述的信息特征形式。如簡介、定義、說明、總結(jié)、分析、講解、練習(xí)、公式等。教學(xué)資源的描述形式。如陳述、列表、例題、過程、模型、演示等。*主題Subject教學(xué)資源盡可能準(zhǔn)確和細化的所屬信息元。文本資源由信息元分析給出列表供用戶選擇,其它類型資源在信息特征樹上選擇得到。特征關(guān)聯(lián)Relation從教學(xué)資源中提取出的信息特征之間的關(guān)聯(lián)。文本類型教學(xué)資源根據(jù)信息元分析獲取。其它類型教學(xué)資源采取用戶輸入。b.教學(xué)資源存取方案經(jīng)過兩層架構(gòu),6種教學(xué)資源狀態(tài)(正在收錄collecting、已收錄collected、已刪除deleted、已掛靠referenced、已收錄入庫embodied、正在收錄入庫embodying)間轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)教學(xué)資源的數(shù)據(jù)庫存取。用戶對教學(xué)資源的各種操作,如添加、刪除、更新、編輯等都全部統(tǒng)一在兩層架構(gòu)的第一個操作層面進行,而所有的真正數(shù)據(jù)庫存取操作在第二個操作層面完成。c.教學(xué)資源掛靠策略為實現(xiàn)教學(xué)資源基于信息元的組織,一方面必須構(gòu)建領(lǐng)域知識可拓信息網(wǎng)模型對領(lǐng)域知識進行描述;另一方面需要將教學(xué)資源與該模型中的信息元相互關(guān)聯(lián),即資源掛靠。信息特征元數(shù)據(jù)描述框架中的構(gòu)件類型項和描述形式項描述了教學(xué)資源與所掛靠的信息元之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。2.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計教學(xué)資源組織系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要包括了教學(xué)資源庫,知識庫和掛靠庫三個部分。教學(xué)資源庫主要用于保存教學(xué)資源的信息,包括資源數(shù)據(jù)和資源描述信息;知識庫作為領(lǐng)域知識可拓信息網(wǎng)模型的實現(xiàn)[9],能夠認為是整個教學(xué)資源組織系統(tǒng)的”中心發(fā)動機”;掛靠庫可看作是教學(xué)資源庫和知識庫之間的橋梁,其中保存了教學(xué)資源的掛靠信息。另外,數(shù)據(jù)庫中還包括為實現(xiàn)文本結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計的文本結(jié)構(gòu)臨時表T_TextSplit,用于保存正在分析的文本對象的文本結(jié)構(gòu)信息。3系統(tǒng)功能實現(xiàn)3.1教學(xué)資源收集模塊教學(xué)資源的收集模塊主要包括:錄入接口、元數(shù)據(jù)描述和數(shù)據(jù)庫存取。教學(xué)資源收集的錄入接口有三種:工具欄添加、剪貼板、懸浮窗口。教學(xué)資源描述的元數(shù)據(jù)較多,系統(tǒng)將元數(shù)據(jù)分為幾類分別放在不同的選項卡上,系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)用元數(shù)據(jù)檢查函數(shù)保證元數(shù)據(jù)描述框架中的核心必選元素其值不為空。數(shù)據(jù)庫的存取主要包括:a.由知識庫中的信息經(jīng)過遞歸過程動態(tài)生成信息特征樹,而且保存信息特征到相關(guān)結(jié)構(gòu)體中。b.從正在收錄資源表中下載資源數(shù)據(jù),并更新教學(xué)資源列表和資源描述信息區(qū)。3.2教學(xué)資源掛靠模塊教學(xué)資源掛靠模塊實現(xiàn)資源和信息元之間的掛靠。對文本資源,系統(tǒng)經(jīng)過信息元的置信度計算提供資源掛靠的候選關(guān)聯(lián)信息元集。對其它類型的教學(xué)資源,用戶能夠在信息特征樹上選擇資源要掛靠的信息元,在掛靠列表中將顯示信息元在信息特征樹上的全名。3.3教學(xué)資源管理模塊教學(xué)資源管理主要是針對資源庫中已收錄的教學(xué)資源的管理,包括資源檢索和資源編輯等。資源編輯包括對教學(xué)資源、資源描述信息和掛靠信息的編輯。a.教學(xué)資源的檢索系統(tǒng)提供多種檢索方式供用戶查找教學(xué)資源庫中的教學(xué)資源。檢索方式主要包括:包含文字、資源類型、資源大小、資源收錄日期、關(guān)聯(lián)信息元、構(gòu)件類型、描述形式、難度、面向用戶等。b.檢查資源所在文件的位置系統(tǒng)提供自動檢查和更新教學(xué)資源所在文件位置的功能。c.資源編輯資源編輯包括編輯文本資源信息、編輯資源的掛靠信息、編輯資源的描述信息、刪除教學(xué)資源。4關(guān)鍵技術(shù)4.1特征詞的獲取領(lǐng)域的文本資源所包含的信息能夠用一組信息元抽象表示,而信息元具有特征詞集,可拓信息網(wǎng)中所有信息元的特征詞集構(gòu)成領(lǐng)域特征詞典。選擇領(lǐng)域特征詞典作為分詞詞典,采用逐詞遍歷法[10]提取文本資源中的特征詞集,集合就是能夠表示文本資源的特征詞集合。算法流程如圖２所示。圖２逐詞遍歷分詞算法流程圖圖２逐詞遍歷分詞算法流程圖4.2信息元匹配算法信息元匹配的目的就是用一個或若干個信息元來描述文本資源的內(nèi)容特征。用領(lǐng)域知識可拓信息網(wǎng)作為模板,經(jīng)過信息元的匹配,能夠用該網(wǎng)的一個子網(wǎng)來表示該領(lǐng)域教學(xué)資源的信息特征。a.信息元匹配規(guī)則[11]設(shè)表示可拓信息網(wǎng)中的信息元節(jié)點,表示信息元的屬性,表示的屬性值,表示信息元的行為,代表一個行為屬性的具體取值。設(shè)是在匹配過程中新增加的節(jié)點集,為新增加的邊集,、初始為。下面給出信息元匹配規(guī)則集的主要部分:(1)若,則設(shè),＝∪{},=∪{};(2)若,則設(shè),,=∪,=∪;(3)若,則設(shè),,=∪,=∪;(4)若,則設(shè),=∪,=∪;(5)若,如果則設(shè);如果則設(shè),=∪,=∪;(6)若,且,則設(shè),=∪,=∪;(7)若,且,則設(shè),＝∪,=∪;規(guī)則集的作用在于利用領(lǐng)域知識概念網(wǎng)中顯式描述的關(guān)系,在中尋找隱含的語義關(guān)系,并用顯式的來描述,得到子圖。b.信息元匹配的算法過程信息元匹配就是在的基礎(chǔ)上,利用領(lǐng)域知識可拓信息網(wǎng),經(jīng)過增加最少的節(jié)點和邊來擴展,得到最短路徑連通子圖的過程,其中。連通子圖稱為最短路徑子圖。信息元匹配的算法過程能夠分為以下幾個步驟:(1)經(jīng)過特征詞識別和預(yù)處理得到;(2)利用規(guī)則集,增加節(jié)點集、邊集,得到圖,其中;(3)若為連通子圖,則匹配結(jié)束;否則設(shè)圖任意兩個連通分量,其中。在和中根據(jù)尋找和之間的最短路徑,,為路徑上的節(jié)點集,為的邊集。得到新的,其中。(4)重復(fù)步驟3,直到出現(xiàn)連通子圖。c.信息元距離度量領(lǐng)域知識可拓信息網(wǎng)絡(luò)中的信息元不但有數(shù)量化的量值,也有非數(shù)量化的量值,一般意義下的距離已不可能表述其完整意義。故借助關(guān)聯(lián)函數(shù)值來建立可拓信息網(wǎng)絡(luò)中信息元間的距離。關(guān)聯(lián)函數(shù)值的大小是衡量元素與集合關(guān)系,使經(jīng)典集合中的”屬于”和”不屬于”集合的定性描述擴展為定量描述,以表征信息元間的層次關(guān)系。對一個信息元來說,給定一個特征Ci,便存在一個建立在此特征之上的關(guān)聯(lián)函數(shù)Ki(x),將R代入得關(guān)聯(lián)函數(shù)值K(Xvi)。稱這個值為特征Ci上的關(guān)聯(lián)函數(shù)值,記為Kci(Xvi)。對可拓信息網(wǎng)中兩個信息元Ra,Rb,Ra,Rb在特征Ci上的距離為:|Kci(Xvi)a-Kci(Xvi)b|,定義Ra,Rb間的距離為:其中Ca,Cb分別為物元Ra,Rb的特征集。5小結(jié)a.本文以文本類型教學(xué)資源為研究對象,在領(lǐng)域知識可拓信息網(wǎng)模型和CELTS-3的基礎(chǔ)上,闡述了基于信息元的教學(xué)資源組織系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)過程。b.本文建立了信息特征元數(shù)據(jù)框架、信息元距離度量以及信息元匹配規(guī)則,設(shè)計了特征詞的獲取算法和信息元匹配算法。詳細闡述了該系統(tǒng)的三大功能:收集模塊功能、掛靠模塊功能和管理模塊功能。c.該系統(tǒng)經(jīng)過有限的信息元描述無限的教學(xué)資源,實現(xiàn)了教學(xué)資源的高效組織,支持學(xué)習(xí)過程中資源自動重組。參考文獻:[1]胡小勇,祝智庭.學(xué)習(xí)對象——網(wǎng)絡(luò)教學(xué)技術(shù)的新理念.電化教育研究,,(4):22~28.黃曉峰,劉鍇.多媒體積件組合平臺的制作.現(xiàn)代教育技術(shù),,13(5):40~44.[3]黃紅.基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的教學(xué)資源庫構(gòu)建與管理.經(jīng)濟與社會發(fā)展,,1(9):173~175.[4]費洪曉,李平,康松林.構(gòu)建基于多媒體的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境[.長沙鐵道學(xué)院學(xué)報(社科版),,3(1):1