基于本体的软件工程课程知识库的研究与应用

  本体作为一种能在语义和知识层次上描述信息系统的概念模型,自提出以来就引起了国内外众多科研人员的关注,并在计算机的许多领域得到了广泛应用。课程本体是领域本体构建的一个重要方面,为教师的教学和学生的学习以及人工智能的发展都提供了基础。

  1.1 国内外相关领域的研究现状

  本体从哲学领域被引入到领域以来,国内外对其作了大量的研究,各种本体相关的应用研究也开展的如火如茶,主要集中在计算机科学、医学、农学和图书情报学等领域李景,。课程本体是领域本体的一种,属于专业性的本体,描述一门课程中的概念以及概念之间的关系或者该课程的重要理论和基本原理。课程本体知识库一方面可以改变学生从前对知识点的孤立记忆、增强理解、使学生更好的学习,另一方面可以给教师提供该课程领域内共同认可的规范的概念及其关系,有利于教学内容的统一,也为辅助教学的各种智能教学系统的开发提供符合教学需求的技术基础。课程知识本体可以被定义为“课程中一套得到认同的、关于概念体系明确、正式的规范说明”。课程知识本体主要由课程中的概念、概念间的关系以及计算机可以识别的形式化描述语言组成。构建课程知识本体的目标是要形成对于该课程知识组织结构的共同理解与认识刘光蓉,。国外对本体的研究开展的比较早,目前主要有。是由美国普林斯顿大学五认知科学实验室理的教授负责开发研制的,是迄今为止计算语义学、文本分析等相关领域研究者可获取的最为重要的资源。国内,中国人民大学信息学院提出了一套指导一系统中课程知识本体构建的模型,以课程知识点为基础建立本体概念模型,按照教学步骤和教学规律将课程知识点中的核心概念提取出来,建立概念之间的关系,采用标准的本体语言对概念进行定义和描述,形成课程知识本体模型崔旭,。北京大学现代教育技术中心崔光佐等人设计了一种新型的教学支持平台,称为。这个平台以教学本体为核心,具有可扩充、自组装和可定制等性能,还可随着用户的使用不断深化其知识库,从而进一步扩充教学支撑平台。该平台对教学本体中的概念以及概念之间的关系描述得比较全面、精确。但是由于基本素材数量巨大,课程本体的扩充和规范需要进一步研究崔光佐,。台湾研究院中英双语知识本体三类领域知识本体,即唐诗三百首知识本体、苏轼诗知识本体、鱼类知识本体,虽然构建了本体但未用于实际应用当中。一些硕士论文也对基于本体的课程本体知识库进行了研究,比如《数据结构》、《程序设计》、《计算机网络》、《离散数学》、《经济学》、《英汉翻译》等等多门课程都有了初步的研究,为更多课程本体知识库的构建提供了很好的借鉴。软件工程领域的本体知识库,目前国外正在研究的过程中,有很著名的网站,方便软件工程相关领域的本体知识库的研究和构建,而国内只有北京航空航天大学对软件测试的部分内容做过相应的理论研究,针对软件工程课程领域的本体知识库暂时还属于空白。国内外题库系统研究现状题库是“按照一定的教育测量理论,在计算机系统中实现的某个学科题目的集合”,是严格遵循教育测量理论,在精确的数学模型基础上建立起来的教育测量工具。目前国内外有许多的网上考试都广泛采用了题库系统,例如,美国组织的“计算机文化考试”、“高级就业计算机科学考试”、“专业领域考试”、“”、“”英国计算机学会和分别组织了计算机考试,并普及到英联邦国家日本于年开始设立“信息技术人员考试”,成为仅次于高考的第二大考试国内的网上考试有人事部和信息产业部组织的“中国计算机软件专业技术资格和水平考试”,教育部组织的“全国计算机等级考试”,全国电大网上考试,教育部从剑桥引进的“剑桥信息技术证书考试”,以及认证考试、微软认证考试、认证考试、认证考试等等秦哲,。题库系统的研制一直是一个非常活跃的课题,产生了巨大的经济与社会效益。特别是随着教考分离等教学改革的开展,对各门学科建立题库系统,显得尤为重要,也是精品课程建设的重要内容。一套具有较强实用性、功能性、方便易用的题库管理系统,可以切实减少教师在考评方面的工作量、提高工作效率,是学校教育教学改革的重要部分,具有很好的现实意义。但是现有的题库在出题的准确性、合理性和全面性方面普遍存在一些问题,试题很难兼顾知识点的前后关联性和覆盖面,使题目相似程度较高、知识点涵盖不全。本文介绍的网上试题库系统,采用无限级考纲树结构来管理考纲知识点,可以随学科内容的变化适时更新使用试题拆分方案存储试题,使试题的检索更加方便,物理存储更加高效并支持图片、声音、图像等多种格式多媒体试题。在开发过程中,采用目前流行的体系结构,部署上方便、移植灵活、易于维护和具有可伸缩性可以使试题库系统更具开放性和扩展性。目前,软件工程相关的题库系统的建设有待规范和提高,大多都是上传几套已经手工组成的试卷,形式和内容都比较单一,无法满足学生练习和老师出卷的多种形式的要求。题库系统建设的滞后成为了软件工程精品课程建设的薄弱环节,严重影响了精品课程建设的质量。

  本课题在本体技术相关理论的基础上,结合软件工程课程的学科特点,研究并构建了基于本体的软件工程课程本体知识库,并把该本体应用到题库系统中。一方面可以改变学生从前对知识点的孤立记忆、增强理解、使学生更好的学习,另一方面可以给教师提供该课程领域内共同认可的规范的概念及其关系,有利于教学内容的统一,也为辅助教学的各种智能教学系统的开发提供符合教学需求的底层知识库。本课题的主要研究成果如下分析了课程本体和题库系统的国内外研究现状,指出了课程本体的发展趋势简要介绍了本体的相关知识,重点介绍了本体构建的描述语言、构建方法和构建工具,并分别进行了比较。构建了一个软件工程课程以软件需求为重点的初级本体知识库。构建过程遵循科学的准则,根据软件工程课程的特点设计其建模方法,利用本体编辑工具来辅助开发,并用本体描述语言将目标本体进行形式化描述,以帮助机器理解和推理,为进一步工作做基础。开发了一个基于本体的软件工程课程题库系统。包括用户登录、用户管理自动出题和自动组卷等功能模块,系统根据本体知识库中知识点之间的关系自动生成特定结构的简单试题,同时对基于本体的组卷方法进行了探索。

  5.2 展望

  由于时间有限,本课题对软件工程课程本体仅仅是一个起点,软件工程课程本体的建设需要扩充和进化,有待进一步完善。软件工程课程本体知识库的进一步扩充和完善。本论文由于时间原因,仅仅对软件工程课程核心知识点以及软件需求部分的知识进行了总结和分析,与一个完整的软件工程课程本体还相差很远。希望在后续的工作中逐渐使软件工程课程本体变得更完整。领域本体建设评价问题。本课题没有对本体的评价进行详细的研究,国内外暂时还没有一个标准的评价和测试理论的体系和工具,使构建好的本体大部分都无法保证质量,只能通过领域专家等人工比较主观的手段做大概的评价。本文也是通过软件工程课程的老师进行评价,并且利用基于本体的题库系统作为最重要的评价指标。希望以后在本体评价的领域有所突破。本体构建自动化的实现。虽然现在已经有了一些本体自动化构建的理论和方法,但是还不太成熟,本课题为了保证本体知识库的正确性,没有采用自动化构建方法。希望在这个方面做进一步研究。试题的自动生成。基于本体的题库可以根据概念与概念之间的关系自动生成试题。本课题需要在试题的自动生成方面做进一步的工作和研究。