基于SCORM规范的学习内容参考本体

曾庆玲，朱新华，张金玲，张波

（1.厦门城市职业学院，厦门 361008；2.广西师范大学，桂林 514004；3.广西移动通信集团河池分公司，河池 547000；4.贺州学院，贺州 542800）

1 SCORM标准及存在问题

由美国国防部启动的ADL（Advanced Distribution Learning）提出的可共享内容对象参考模型SCORM（Sharable Content Object Reference Model）[1]，旨在为不同学习者的不同需求提供更有效、可靠，可共享的教学资源，SCORM标准规范在解决网络教育资源的规范化、标准化、可重用及可共享等问题上取得了巨大突破。但是，SCORM规范无法解决网络教育的智能化，即不能对信息的意义进行规定，不能与语义网络进行兼容，无法约定共享的语义。

由于不同的组织有着不同的词汇，并且信息模型缺乏形式化语义信息，而基于SCORM规范的XML同样缺乏信息模型的表示，这就引起了XML Schema无法表示词汇间的语义关系。针对目前学习对象缺乏学习活动的语义信息，以及SCORM信息模型的XML绑定无法确切表示语义信息两个方面的严重不足，本文通过本体（Ontology）[2]实现对网络资源的语义表示，使不同学习平台在基本概念上形成语义层的共享，同时给出一个参照SCORM规范内容聚集模型和排列导航模型的学习对象本体模型，通过使用本体来描绘学习对象中的学习活动编排以及学习资源组织。

2 本体的构成

本体用于说明共享概念模型的形式化规范，作用是捕获相关领域的知识，进而确定该领域内共同认可的词汇，因此本体是解决语义层上Web信息共享、交换的基础[3]。本体有5个基本构成元素，其结构如下图1。本体的构建方法有很多，如骨架法、Methontology方法、TOVE方法、Berneras方法[4]等，本文采用骨架法来对SCORM规范中关键概念间的关系进行识别，其次对概念与关系的精确文本进行定义生成，最后利用形式化语言来表达上一阶段概念化的结果。OWL（Web On⁃tology Language）是W3C用来描述本体的标准语言，便于机器理解，同时可解决不同语言间描述学习资源的转换[5]。

首先，需要定义学习内容参考本体的“类”，即元素分类，对该本体最底层的资源进行语义化，描述基于SCROM学习对象中的各元素、元素间结构；其次，定义类之间的联系，即公理表示，建立该本体的框架内容，形式化表示学习对象中元素间的约束关系。目前，本体描述语言有多种，包括RDF、RDFS、DAML+OIL以及OWL，而SCORM语义化所采用的是OWL，因OWL从语义表达机制上超越XML、RDF能够表达机器可读文档的能力[6]。

图1 本体结构图

3 基于SCORM规范的学习内容参考本体模型

3.1 本体模型建立

本文中本体模型的建立如图2所示，首先给出本体中元素分类，通过元素分类来描述SCORM模型中的元素及其分类结构。其次给出本体的公理表示，即SCORM规范的语义公理集合，表示SCORM规范中使用自然语言来描述的公理的形式化方法。SCORM模型的本体中，复杂元素是指包含子元素的元素，因此复杂元素被描述为概念（又称“类”）。元素分类结构中有具体概念、抽象概念，而抽象概念包含了数据类型属性（指类的实例与文字间的关系）和对象属性（类的实例间的关系）。SCORM公理包含用于设计学习对象，约束SCORM概念实例化规则的信息模型公理，以及描述学习管理系统执行学习对象时对学习活动的管理和跟踪的运行环境公理。

SCORM信息模型包括三部分如图3所示，一是描述学习资源的元数据模型，二是组织学习对象为内容包的内容聚集模型，三是决定内容包中如何安排学习活动的排序和导航模型，这三个模型中顶概念的元素分类分别为 Metadata、Component、Sequencing。因此，SCORM模型本体需建立元数据模型本体、内容聚集模型本体以及排序导航模型本体。

图2 本体模型

图3 SCORM信息模型

3.2 元数据模型本体的建立

（1）元数据概念的分类结构及形式化表示

SCORM规范中的元数据用于描述学习资源，来自于IMS Learning Resource Metadata Final Specification Version 1.3，此规范目的是通过定义元素的结构使查找和使用学习资源更高效[7]，根据该规范元数据包含9个具体概念如图4所示。

图4 Metadata元数据概念结构图

根据Metadata概念的分类结构，将其对应的描述逻辑语法、形式化语义、抽象语法表示如表1所示：

表1 Metadata概念的形式化表示

（2）对象属性和数据类型属性的形式化表示

我们以元数据分类结构中的technical子概念为例，将抽象概念的数据类型属性和对象属性进行形式化表示，如表2所示。technical元素具有7个子元素format、size、location、installationrequirement、otherplat⁃formrequirements、duration、requirement，其 中 require⁃ment具有自己的子元素 type、name、minmumversion、maximumversion，如表3所示。

表2 technical元素的形式化表示

表3 technical元素的子元素requirement的形式化表示

（3）元数据的OWL表示

元数据分类结构中的technical概念的部分元素结构的OWL代码如下：

4 本体的存储与访问

本文选择使用美国斯坦福大学的本体编辑工具Protégé，该工具良好地支持 XML、OWL、RDF（S）等有良好的支持和适应，同时Protégé是在具有推理能力的Je⁃na的基础上采用Java编写的开源本体编辑器，具有支持多重继承，友好的图形化界面、结构易扩展、开放源码等优点[8]。由于本体以树形结构显示，这就可以让本体工程师不需了解本体表示语言，直接通过Protégé界面点击项目进行类、属性和实例等进行编辑。使用Protégé构建的本体保存为RDFSchema格式，方便本体和系统的交互。通过菜单栏OWL标签选择Define Im⁃port Policy选项，然后通过Import Policy对话框的加号来导入本体，可将基于SCORM规范的学习内容参考本体导入后进行实例化进行本体验证。

上文介绍了元数据模型本体的建立过程，按照同样的方法建立内容聚集模型本体和排序导航模型本体，即完成了基于SCORM标准的学习内容本体的建立。然后，通过Protégé将本体导入后，使用Jena来解析本体，实际上是对OWL的解析，即对上文建立的本体中的类、属性等的解析。在使用Jean提供的Model⁃Factory创建本体模型后，通过本体文档管理器OntDoc⁃umentManager创建一个对象，然后将本体文档读入内存中，再载入到已经创建的本体模型中，这样就能实现对本体文件的增删改查操作。同时，JenaAPI提供了能将OWL数据存储到数据库的接口，因此将OWL的数据结构存入数据库中，避免了直接从OWL文件读取OWL结构信息的耗时。具体OWL语言示例如下：

5 结语

本文为了解决目前教学内容研究中缺乏学习对象的语义描述、不能形式化表示词汇之间的语义约束以及扩展语义，建立了基于SCROM规范建立学习内容参考本体模型，并通过Protégé对本体进行编辑，再通过Jena来解析本体，实现对本体的存储。后期将从一个规范的远程教育标准中选取教学对象为例，对建立的本体模型进行实例化，并选择具体课程测试在不同的内容规范下元素内容或元素属性的重复性定义指标以及机器的可理解性两个方面验证所建本体的有效性。