二、教学知识本体库的构建

常用的本体构建方法体系有骨架法、评估法、Bernaras法和Sensus法等，冯志勇等对几种本体构建方法优势与不足进行了详细的比较和说明，本文在参考这几种方法的基础上，遵循Gruber提出的5条原则，提出保障知识本体的构建步骤。

(一)教学领域知识描述

本文以教学知识作为研究对象，该领域本体覆盖范围包括教学内容的知识点、课件、例题、实验、习题练习、相关学习资源和常见问题解答等，昊煌煌对教学领域知识的描述，形成了教学领域知识内概念的体系结构划分。

根据课程进行分类，分成小学综合课程、初中分科与综合相结合课程、高中分科课程、本科课程等具体的学习阶段，不同阶段中包含具体的课程实例，如高中阶段有语文、数学、政治、英语、地理等课程。知识点是教学知识组成的基本粒子。在课程标准的指导下，具体分析学生的学情，选择合适的教学策略，包括教学活动程序、教学方法、教学组织形式和教学媒体等。知识点与课程可以按照教学策略组合成为新的课程。

通过对教学领域的分析和描述，参考已有的三种本体形式化定义，我们提出了教学知识本体的形式化定义:

教学知识本体，其中表示基本概念的集合，包括基本术语和原理等教学领域的概念集合，其中有表示教学领域中的概念;表示基本概念属性的集合，例如学时的数量、知识点难易程度等等;表示基本概念之间以及不同层次的概念之间存在的关系集合，表示多个基本概念通过规则合并后而产生的较大粒度的概念，而表示基本概念与概念之间存在的关系，如因果关系、伴随关系等等;表示关系的属性集合，如关系的类型、对象和运算性质等;表示公理集，即教学内容中课程之间的关系，以及科目内部知识点之间的关系。

(二)教学知识本体的实现

按照前面分析的本体构建方法分别使用Protege3.3.1的各相关控件完成五元组的编辑。概念和关系是本体的基本结构，其中概念是核心。因为关系是用来描述领域概念间的关系，它本身也可以作为概念来实现;属性、公理和实例是依赖于某一概念的，所本体的构建应以概念为中心，从教学领域中的顶层概念开始，通过添加子类将概念逐一细化，一直到应用所需要的粒度。

三、系统结构设计

(一)系统结构框架

知识库系统建模框架是指从建模的角度研究知识库系统开发方法。在研究者提出的各种各样的知识库建模框架中，KADS方法最具代表性。该方法把求解特定任务的知识划分成三个不同的层次:领域层、推理层和任务层，分别对应着知识库系统的静态视图、功能视图和动态视图。其中，领域层包含了求解问题所需要的特定领域内的知识和对领域概念的描述(即领域本体一Domain Ontology，它包含特定领域的相关知识)。推理层指明了求解问题采用的方法，包含了推理步骤和领域知识在其中所起的作用(roles)。任务层则把所需要求解的问题分解成若干个子任务，并为每一个子任务确定目标，同时明确对子任务的控制。

按照KADS知识库建模框架，文本将教学本体知识库系统分为推理层、领域层和任务层，系统结构框架，其中:

1.任务层。包括查询请求输人接口、查询控制器、查询结果输出接口3个功能模块，负责分析查询请求，并对本体知识库进行查询，然后将查询结果返回给用户。

2.领域层。包括本体编辑模块和本体存储模块2个功能模块。教学领域专家和开发人员通过本体编辑模块建立保障本体知识库，并对其更新和扩充;本体存储模块主要实现本体知识库的持久化。

3.推理层。包括规则转换模块、本体推理模块和本体检验模块3个功能模块。负责本体规则的转换，本体的推理以及本体一致性检验。

(二)系统功能模块实现

教学本体知识库系统的实现框架，其中Protege3.3.1可以提供可视化的本体编辑界面，可以方便地实现本体中的类、属性、关系以及实例的编辑;使用Racer推理机和Protege结合，实现了本体的推理、转换和一致性检验。

本文使用了语义开发工具Jena2实现了查询控制器和本体存储模块。Jena2是一个Java开发工具包，它被广泛地应用于开发语义网的应用系统。Jena由HP公司开发，Jena本体解析器包括三个部分，即对RDF的解析、对RDQL的查询支撑以及对OWL的解析。从2004年2月起，Jena2.1版本开始支持OWL文档的处理，为应用开发者提供多种灵活地表现RDF图的方案，这种方式允许用户可以使用更高层接口或使用底层接口的不同方式访问处理RDF图数据。同时提供了一种RDF图的最简单的视图方式—三元组方式，主要方便了系统级程序开发人员处理数据，对基于RDFS和OWL推理是非常有用的。

Jena还提供了将RDF数据存人MySQL, HSQLDB,PostgreSQ , Oracle和Microsoft SQL Server等关系数据库的接口，Model , Resource ,Query等接口可以用于访问和维护数据库里的RDF数据，采用Jena2提供的数据存储接口和MySQL数据库，实现了本体存储模块。

四、结束语