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民族教育资源本体的构建

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1民族教育资源本体构建方法

民族教育资源本体知识库是基于本体技术的领域知识规范化与系统化的表示、组织与存储,提供了机器可理解的形式化表示方法,实现了资源的语义描述。具体来讲,本体知识库首先应包含民族领域教育资源的重要概念,且这些概念需要涵盖民族领域知识的方方面面;然后是定义层次结构、描述属性及其关系、声明知识领域的公理,便可以让计算机在一定程度上理解民族领域知识,实现推理与判断。民族教育信息资源领域知识库与一般领域知识库相比应具有一定的教学性,是为了有效支持学习者了解、学习民族文化而存在的,应能根据学生模型推送出具有语义的知识,辅助学生学习少数民族知识。基于此,在相关书籍与领域专家的支持下对民族教育信息资源提取知识点构建知识本体是必要的。目前已有的本体建模方法都不是特别完善,也没有统一的标准。借鉴软件工程方法学思想,民族教育资源本体知识库的构建可以如下规划:(1)本体规划阶段此阶段需要明确构建此知识库的意义,包括需求分析与总体设计两大部分。(2)本体框架建立阶段通过对各种建模方法与IEEE1074-1995标准的比较,采用“七步法”来建立本体框架。(3)本体形式化阶段要使计算机能理解构建的本体,需要采用计算机所能理解的语言将本体表达出来,这就是本体的形式化,也可以理解为本体编码的过程。(4)本体评价阶段此阶段主要是研究所构建的本体是否满足正确性、一致性、可扩展性和有效性原则;本体中的概念类是否被清晰的定义;本体中的概念类、相关关系是否完整等,若不符合上述要求,则需进行修改。(5)本体进化阶段本体构建是一个反复积累的过程,进化阶段体现了本体构建的迭代本质,每迭代一次,本体就进化一次,得到一个更完善的版本。如上所述,可得出本体知识库的构建方法如图1所示。本着建模的通用性原则,考虑具体构建对象的特点,这为民族领域本体知识库的构建提供了一种可借鉴的思路与方法。

2民族教育资源本体构建及其实现———以傣族教育资源为例

基于目前所能搜集到资源的丰富性、广泛性、典型性特征,构建少数民族教育信息资源知识库中择优选取傣族为特定的研究实例。根据图1详细阐述傣族领域知识点本体构建过程。在傣族教育资源知识点本体的构建中,分析本体的领域范围:以傣族领域范围内的教育信息资源为研究对象,试图建立傣族的领域本体知识库;明确构建此本体的目的:获取傣族教育信息资源中为大家所认可的共同知识点,建立相关关系,形成层次清晰的知识体系,为后续的应用提供底层数据和资源;明确本体的目标用户:一是使用者,包括学生、教师、大众;二是开发者,包括领域专家、本体开发人员、维护人员等。在描述语言方面,本文采用W3C推荐的OWL语言作为描述语言,Protege3.4.6作为开发工具。

2.1傣族教育资源概念的获取在对知识概念搜集之前,需要先了解知识的基本类型。不同的教育学者根据不同的维度对知识的分类是不同的,基于“ACT-R理论[5]”,本文将知识分为关于事实的陈述性知识(declarativeknowledge)和关于如何完成各种认知活动的程序性知识(proceduralknowledge)两种。在傣族领域的知识中,有哪些宗教、人口数是多少、聚集地等属于陈述性知识;孔雀舞的学习需要先掌握基本舞步,然后根据音乐将舞步串联,并加入个人情感,属于程序性知识;这两种知识之间是相互联系的,陈述性知识是基础,同时程序性知识的获得有助于学习新的程序性知识。确定本体的目的、范围后,便可从资源库中提取关键词汇,这类词汇是傣族知识本体中用来表达知识的术语,可能成为概念类、属性类或实例。通过相关专家的知识和书籍的参考,研究可得到部分词汇:傣族概括、人口、人种特征、分布地、聚居地、散居地、发祥地、组成、分支、傣族历史、傣族物质文化、工艺、建筑、寺塔建筑、民用建筑、服饰、男子服饰、女子服饰、头饰、手饰、饮食、日常饮食、礼仪饮食、傣族精神文化、历法、宗教、文字、艺术、文学、美术、舞蹈、音乐、宗教音乐、民间音乐、碧波孔雀、民间戏曲、民间歌曲、民间歌舞、孔雀舞、民间说唱、语言、风俗、婚俗、殡仪、礼仪、节日等。这些词汇集合中可能会存在语义上的重叠或属性无法确定,我们根据实际情况在类的确定及属性设置的过程中进行严格控制,对原有词汇进行添加、删除、修改等。在实现过程中发现傣族领域中陈述性知识多于过程性知识这一特性。

2.2傣族教育知识概念的层次结构本体概念是广义上的概念,它既可以是一般意义上的概念,也可以是任务、功能、行为、推理过程等,这些概念通常会构成一个分类层次。其中高层的类,代表着最抽象的实体概念。由于类具有继承性,故子类继承了其父类的抽象特征。知识间的继承性,能使知识库中的知识具有较小的冗余度,并使知识具有良好的重用性、共享性。比如,在OWL中所有的个体都是类OWL:Thing的成员,用户自定义的类都是OWL:Thing的一个子类,比如“傣族”是“中国民族”的子类,并且会继承“中国民族”的属性与规则。本文在选择类时是基于三个方面加以考虑的:一是基础要求,从最初的词汇集合中,根据该词汇是否可以描述抽象的实体概念,是否代表着一类具有共性的实例的对象来判断;二是学习理论要求,基于建构主义学习理论和层次网络模型的信息加工理论,我们需要考虑知识点本身的概念性质和联系,形成层次网络的体系结构;三是权威性要求,参考《民族文化传承与民族基础教育课程改革》一书对民族文化的划分(物质文化、精神文化、制度与习俗的具体定义)。应用到傣族的领域知识,整理出顶级概念类4个:“傣族概况”、“傣族精神文化”、“傣族物质文化”、“傣族制度与习俗”;二级概念类15个:“傣族人口”、“傣族人种特征”、“傣族分布地”、“傣族组成”、“傣族历史”、“傣族宗教”、“傣族文字”、“傣族艺术”、“傣族语言”、“傣族工艺”、“傣族建筑”、“傣族服饰”、“傣族饮食”、“傣族风俗”、“傣族历法”;三级概念类12个:“傣族文学”、“傣族美术”、“傣族舞蹈”、“傣族音乐”、“傣族寺塔建筑”、“傣族民用建筑”、“傣族日常饮食”、“傣族礼仪饮食”、“傣族婚俗”、“傣族殡仪”、“傣族礼仪”、“傣族节日”;四级概念类几十个,这些基本的概念类可以完全覆盖傣族的所有知识点。依据类的层次划分的基本原则,对傣族领域知识点概念类进行层次结构划分,形成本体类的树状结构,如图2所示。

2.3傣族教育知识概念的属性及关系构建本体的最大目的是为了实现资源的共享和重用,这就要求不仅能描述知识概念类,并能描述知识概念类的属性及关系,支持学生的有效学习。具体到傣族领域属性及属性关系的确定,需要解决以下几个问题:首先确定知识点所具有的通用属性,包括一般属性和教学属性;其次要确定不同知识点所具有独特的属性;再次是有效进行属性的分类与管理。为实现属性的分类与管理,文中知识点本体与学习资源本体的属性统一采用槽的描述方式。在王丽丽等对槽的定义与分类(属性槽,关系槽,属关槽,方法槽)基础上,结合本文的属性分类,我们提出了三类槽:属性槽(对应数据属性),一般为名词;关系槽(对应对象属性),一般为动词;约束槽是对属性槽和关系槽的限制,如槽值的类型、值域约束、关系的约束、公理的应用,一般包含在属性槽和关系槽中,此方法优化了属性的归类和管理。本文中对知识点本体的属性槽的确定是按上述理论分为了通用属性和特有属性。其中通用属性又细分为一般属性和教学属性,需要说明的是通用属性是所有知识点都应添加的,而教学属性能辅助学生学习,比如若知识点的教学属性难度系数较大,那么学习者可根据自身水平来决定是否学习该知识点。另外特有属性的设置是为了方便不同知识点的属性提取,从而从语义角度来实现知识点内容的描述。具体而言,所选取的通用属性为:ID(知识点序号)、Title(标题)、Key(关键字)、Describe(复合知识或元知识)、Description(描述)等一般属性;Type(知识类型)、Import(重要程度)、Ease(难度)、Sure(掌握程度)、Subject(学科)、Object(适用对象)等教学属性。因为特有属性的提取取决于具体的知识点,故节选傣族音乐举例说明。在文献中,李天成认为民族音乐可以从类型(民间音乐、文人音乐、宗教音乐、宫廷音乐)、民族、乐器、流传(包括流传地区、时期、人物、方式)四个属性对其进行完整的描述。例如,“阳关三叠”可以进行如下的本体描述。曲名:阳关三叠{类型:文人音乐———唱诵音乐民族:汉藏语系———汉语族———汉乐器:弦鸣乐器———弹拨弦鸣乐器———古琴流传:时期———隋唐人物———创作———王维}傣族音乐特有属性的确定借鉴李天成的基本思想及傣族音乐自身所携带的特色属性加以完善。在研究傣族音乐时,我们发现傣族音乐除具有通用民族音乐具有的四个类别属性之外,还具有曲调、别称两个共同特性并添加到属性类,无法提取为共同特性的内容可借用一般属性中的“Description”来实现,只提取共有属性是基于本体类的提取原则,其优势在于能实现知识点最大的共享。由于类型属性作为概念类提取的依据,并可以通过层次上下位关系、类的继承体现到具体音乐实例中,故此属性不必重复添加。综上所述,傣族音乐特有属性包括:民族、乐器、流传、曲调。傣族音乐中民间歌舞类中的“孔雀歌”进行本体描述:曲名:孔雀歌is-a民间歌舞{民族:傣族乐器:萧流传:{地区:云南德宏地区时期:近现代人物:杨丽萍方式:谱记}曲调:微调式傣语别称:喊罗永}•9•知识点间是相关联的,知识点本体的完成,还需要通过关系槽的设定使其构成完整的系统知识,同时也要对内部关系进行描述,满足建构主义学习理论的意义建构和层次网络模型的信息加工理论。依据傣族教育信息资源知识库的特色,先将关系槽定为建议前驱关系、建议后继关系、相关关系三种;其次是知识点内容本身间的关系,鉴于傣族领域知识点不同于学科知识、具有很强的逻辑链接,故将其简单的定义为父子关系、兄弟关系两种。

2.4傣族教育知识本体实例实例的创建是将获得的知识类创建一个实例,实现属性槽、关系槽、约束槽的赋值与界定,为本体框架构建的最后一步。理论上本体实例的创建可以通过三种方式实现[8]:一是利用Protégé工具的Individuals界面来创建;二是利用系统的批量导入来创建,主要是通过Jena的API将处理过的电子表格(Excel)实例数据直接导入本体库;三是利用系统创建本体实例,是通过Jena的API编程实现。本文采用第一种方式来实现实例的创建,以音乐实例“碧波孔雀”的创建进行举例说明。此过程分为两步:首先选择知识点中的音乐类创建实例“碧波孔雀”;然后填充槽及槽值,得到图3

3结论

通过借鉴前人的本体构建方法,利用软件工程思想,提出了一种民族教育资源本体构建方法,并以傣族教育资源本体构建及实现为例,详细介绍了民族资源本体的具体构建过程,包括民族资源本体体系的建立、民族资源本体属性和关系的定义、民族资源本体实例的创建,并利用Protégé3.4.6实现了该民族资源本体。将本体技术引入到少数民族教育信息资源知识库的构建,实现了少数民族教育资源的知识重用和共享,因为本体作为一种知识表示方法,能够描述少数民族教育信息资源中的知识语义关系,使计算机能加以理解,从而更有效地整合和共享少数民族知识。我们下一步的工作是不断完善民族教育资源本体系统,特别是本体评价和本体进化,来对知识库中的知识进行一致性检查和推理。

作者:孙瑜徐天伟陈娟娟单位:云南师范大学信息学院

民族文学研究杂志责任编辑:田老师    阅读:人次