Xuất phát từ những vấn đề được nêu ra trong phần trên, trong mục này trình bày một số đề xuất trong việc sử dụng ontology và siêu dữ liệu nhằm nâng cao khả năng quản lý các đối tượng học trong hệ thống E-learning.
2.1. Web ngữ nghĩa cho E-learning
Truyền thống một tài nguyên Web có thể được xây dựng và truy xuất trên Web, chúng thường được cập nhật bởi các nhà cung cấp. Tuy nhiên việc sử dụng Web ngữ nghĩa cho E-learnng cho phép chúng ta có thể thực hiện các điều sau đối với tài nguyên:
Mô tả tài nguyên học : Bởi vì tài nguyên có thể được sử dụng bên ngoài phạm vi của người cung cấp, bất kỳ mô tả dùng siêu dữ liệu bổ sung vào tài nguyên đều không hoàn chỉnh. Do đó với việc sử dụng Web ngữ nghĩa với cấu trúc phân tán của RDF, một mô tả về một tài nguyên có thể được mở rộng hay một mô tả mới theo định dạng mới có thể được thêm vào. Điều này cho phép tạo ra các cấu trúc mô tả tài nguyên mới và không được nhìn thấy trước. Bởi vậy một trong những đặc trưng quan trọng của công nghệ
SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 51 Web hiện nay là mọi người có thể liên kết mọi thứ với nhau. Điều này có thể thực hiên qua Web ngữ nghĩa.
Chú thích về tài nguyên học: Tài nguyên học được chú thích ngữ nghĩa, vì thế khi có những yêu cầu học mới tài nguyên học cũ có thể được kết hợp dễ dàng với các môn học mới, người học ứng với từng sở thích của mình có thể tìm được các tài nguyên học hữu ích một cách dễ dàng . Qúa trình xử lý được dựa trên truy vấn theo ngữ nghĩa và di chuyển qua các tài nguyên học, dựa trên ontology.
Mở rộng tài nguyên: Cấu trúc nội dung – thông thường trong dạng XML – trở nên rất phổ biến. Sử dụng Web ngữ nghĩa tài nguyên có thể được mở rộng theo một cấu trúc cây bất kỳ.
Sử dụng bất kỳ đâu: RDF độc lập với ứng dụng vì vậy các siêu dữ liệu được nhấn mạnh trong định dạng chuẩn, nó hoàn toàn độc lập với lược đồ bên dưới, thậm chí các ứng dụng đơn giản có thể hiểu được các phần của một đồ thị RDF phức tạp. Nếu công cụ trong ứng dụng của chúng ta không hổ trợ các lược đồ RDF tương ứng của chúng có thể hiển thị chúng trong đồ thị dạng thô, bảng hay bất kỳ dạng chuẩn nào mà chúng có hổ trợ mô tả tài nguyên và thuộc tính của chúng.
Ngoài ra chúng ta có thể tạo ra nhiều lược đồ mới cho việc mô tả các tổ chức, cá nhân, kết quả từ việc quan sát và theo dõi, xử lý để làm giàu môi trường học theo nhiều cách khác nhau. Ngữ nghĩa có thể giúp các nhà xây dựng môn học theo một cấu trúc và ngữ nghĩa này thích hợp với công việc phát triển nó cho phép tác giả thể hiện suy nghĩ của họ.
2.2. Thiết kế ontology cho tài nguyên học
Hình 9 trình bày phân cấp phân loại tài nguyên học trong hệ thống E- learning. Trong đó một tài liệu có thể tổ chức gồm nhiều chương và mỗi tài liệu sẽ có tham khảo đến nhiều tài nguyên khác nhau theo từng ngữ cảnh khác nhau của người học. Dựa trên việc sử dụng Ontology cho phép chúng ta định nghĩa được mối quan hệ giữa tài liệu với các đối tượng học khác trong hệ thống E-learning, điều này giúp cho chúng ta thực hiện các thao tác hay tìm kiếm dựa trên mối quan hệ ngữ nghĩa giữa các thành phần này. Các tài liệu của tài nguyên học được phân chia thành 3 loại:
Lớp khái niệm: Hệ thống cho phép mô tả các khái niệm liên quan đến tái liệu học, đồng thời cũng cho phép mô tả mối quan hệ giữa các khái niệm.
Lớp chương: Mô tả đơn vị học, một tài liệu có thể có nhiều chương. Hế thống cho phép mối quan hệ giữa chương và tài liệu, cũng như quan hệ giữa chương và các tài nguyên khác trong hệ thống.
Lớp tài nguyên: Chứa các tài nguên học liên quan đến tài liệu. Các tài nguyên này có thể là tập tin văn bản, trang Web. Hệ thống cho phép mô tả bất kỳ tài nguyên nào trên mạng thông qua URI.
SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 52
2.2.1. Dùng siêu dữ liệu mô tả nội dung tài nguyên học
Vấn đề chia sẻ hiểu biết trong E- Learning xuất hiện khi có một người cố gắng định nghĩa nội dung của một tài liệu học trong quá trình cung cấp hay truy xuất các tài nguyên học. Trong môi trường E – Learning khả năng hai tác giả cùng nhấn mạnh một chủ đề theo nhiều cách khác nhau rất cao. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách tích hợp các thuộc tính vào trong ontology và định nghĩa ánh xạ từ thuật ngữ thuộc tính sang ngữ nghĩa của chúng được định nghĩa trong khái niệm của ontology. Điều này nâng cao khả năng tìm kiếm cũng như di chuyển qua tài nguyên học.
2.2.2. Dùng siêu dữ liệu mô tả cấu trúc của tài nguyên học
Trong hệ thống e-Learning nhu cầu huấn luyện thường được chia thành các mẫu thông tin nhỏ hơn nhằm đáp ứng được nhiều nhu cầu khác nhau. Do đó những chuỗi tri thức này nên được nối kết lại với nhau theo một thứ tự nào đó nhằm xây dựng một môn học hoàn chỉnh. Để biểu diễn các quan hệ giữa các thành phần này chúng ta có thể sử dụng các thuộc tính để mô tả mối quan hệ này : Chúng tôi đề xuất các thuộc tính chuẩn (đã được xây dựng sẵn) và các thuộc tính bổ sung(định nghĩa mới) nhằm biểu diễn các mối quan hệ giữa các tài nguyên học.
3. Các thuộc tính chuẩn :
Các thuôc tính sau đây được dùng trong tập siêu dữ liệu Dublin Core và LOM để mô tả mối quan hệ giữa các tài nguyên .
dcq:hasFormat, dcq:isFormatOf: Trong trường hợp hai tài nguyên xác định chung một nội dung nhưng có các phiên bản công nghệ khác nhau như là một tập trình diễn và một trang Web, chúng ta sử dụng thuộc tính này để biểu diễn quan hệ này. Do đó khi thực hiện tìm kiếm trên thuộc tính này chúng ta có thể tìm kiếm được tài nguyên tương đương nhau.
dcq:hasPart, dcq:IsPartOf: thí dụ trong ontology mô tả môn học một môn học có thể có nhiều chương trình khác nhau, chúng ta có thể dùng hai thuộc tính này để biểu diễn cấu trúc của môn học. Trong trường hợp này dcq:IsPartOf là thuộc tính nghịch đảo của dcq:hasPart.
dcq:hasVersion, dcq:hasVersionOf: Nếu tài nguyên có hai phiên bản khác nhau. Ví dụ một tiếng Anh một tiếng Việt chúng ta có thể sử dụng thuộc tính trên để mô tả. Hay một tài nguyên lớn được chia thành các tài nguyên nhỏ hơn có thể dùng thuộc tính dcq:IsVersionOf.
dcq:requires, dcq:isRequiredBy: Sử dụng thuộc tính này nếu nội dung từ một tài nguyên không thể được hiểu với các kiến thức từ những tài nguyên khác. Tài nguyên cung cấp các thông tin kiến thức được mô tả dùng thuộc tính dcq:isRequiredBy.
SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 53
3.1. Thuộc tính định nghĩa thêm
chuongke: chỉ đến chương tiếp theo của chương hiện tại.
chuongtruoc: chỉ đến chương trước của chương hiện tại.
baike: chỉ đến bài kế tiếp của bài hiện tại
baitruoc: chỉ đến bài trước của bài hiện tại
kieubh: mô tả kiểu định dạng của bài học
3.2. Các thuộc tính dùng để mô tả tài nguyên
Các thuộc tính sau đây được dùng trong tập siêu dữ liệu Dublin Core và LOM để mô tả tài nguyên học:
dc:title: Dùng để mô tả tựa đề của tài nguyên.
dc:language: Ngôn ngữ được sử dụng bởi tài nguyên.
dc:description: Mô tả thêm thông tin về tài nguyên.
dc:creator: Tác giả tạo ra tài nguyên, thuộc tính này kết hợp với một lom:entity và tên tác giả được mô tả theo chuẩn vCard.
dc:rights: Mô tả quyền được sử dụng tài nguyên.
dc:subject: Chủ đề của tài nguyên, chủ đề này dựa theo phân loại của ACM.
4. Sử dụng phân loại ACM CCS (Computer Classification System)
ACM đã xuất bản phân loại tài liệu trong lĩnh vực khoa học máy tính, sử dụng phân lớp này trong thuộc tính chủ đề của tài nguyên học cho phép nâng cao khả năng tìm kiếm cũng như khả năng tương thích của hệ thống học với các hệ thống khác. Kiến thức phân lớp của ACM CSS ở mức 0 như sau:
A. General Literature B. Hardware
C. Computer Systems Organization D. Software E. Data F. Theory of Computation G. Mathematics of Computing H. Information Systems I. Computing Methodologies J. ComputerApplications K. Computing Milieux
Trong hệ thống e-Learning, chúng tôi sử dụng phân loại của ACM để mô tả chủ đề của một tài nguyên học.
Ví dụ : phân loại ACM về“tổ chức hệ thống máy tính“trong định dạng RDF/XML như sau:
<ACM:ACMClassification rdf:about=“&ACM;C“> <rdf:value>C</rdf:value>
SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 54
<dc:title xml:lang=“en“> Computer Systems Organization</dc:title> <lom_cls:taxon> <ACM:ACMClassification rdf:about=“&ACM;C.0.0“> <rdf:value>C.0</rdf:value> <dc title xml:lang=”en”>GENERAL</dc:title> <lom_cls:taxon> <ACM:ACMClassification rdf:about=“&ACM;C.0.0“> <rdf:value>C.0</rdf:value> <dc title xml :lang=”en”> Hardware and software interfaces </dc:title> </ACM:ACMClassification> </lom_cls:taxon> <lom_cls:taxon> <ACM:ACMClassification rdf:about=”&ACM;C.0.1”> <rdf:value>C.0.1</rdf:value> <dc:title xml:lang=”en”>
Instruction set design (e.g. , RISC, CISC, VLIW) </dc:title> </ACM:ACMClassification> </lom_cls:taxon> ………. </lom_cls:taxon> </ACM:ACMClassification>
SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 55
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG MINH HỌA
1. Mô tả bài toán :
Ứng dụng elearning này là một ứng dụng hỗ trợ cho việc đào tạo trực tuyến dạng web. Với ứng dụng này :
Giáo viên :
Upload bài giảng lên server
Tạo ra bài giảng mới đồng thời mô tả ngữ nghĩa cho bài giảng vừa tạo
Xem chi tiết các bài giảng có trong hệ thống đồng thời có thể cập nhật lại thông tin bài giảng nếu bài giảng đó do mình tạo.
Sinh viên :
Xem danh sách các bài học và mô tả chi tiết của bài học có trên server
Tham gia vào khóa học và ghi nhận lại thông tin thao tác
Quản trị :
Quản lý dữ liệu trên server
Quản lý bài học
Quản lý các tài khoản người dùng
2. Bảng chú giải :
Các định nghĩa :
KhaiNiem : Đây là các khái niệm liên quan đến chương nếu có nhằm hỗ trợ cho quá trình tìm kiếm của sinh viên được dễ dàng hơn, các khái niệm liên kết với chương qua thuộc tính khainiemlq ( khái niệm liên quan).
Chương : Đây là các chương của một bài học trong chương có thể có chứa khái niệm, các chương liên kết với nhau qua các thuộc tính : chuongtruoc (chương trước), chuongke (chương kế), và một chương là một tập tin
BaiHoc : Đây là bài học chứa các chương, các bài học liên kết với nhau qua các thuộc tính : baitruoc ( bài trước), baike (bài kế), và bài học là một thư mục
BaiTap : Đây là bài tập của môn học và là một thư mục chứa các tập tin bài tập của một môn học, bài tập có thể có dạng viết hay là dạng trắc nghiệm
MonHoc : Đây là môn học chứa nhiều bài học và bài học là một thư mục
KieuBaiHoc : Một bài học có thể có một trong các định dạng sau : word, flash, power point, pdf....
SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 56
3. Xác định yêu cầu
3.1. Yêu cầu chức năng
3.1.1. Lưu trữ
Khái niệm, chương, bài học, bài tập, môn học : lưu thông tin mô tả ngữ nghĩa cho các thực thể trên trong file elearning.xml, và mô tả từng và mối quan hệ giữa các thực thể trong file elearning.owl
Tài khoản, tài nguyên, thao tác : lưu thông tin tài khoản của người sử dụng, lưu thông tin về tài nguyên do giáo viên tạo ra, lưu thông tin về thao tác của sinh viên lên tài nguyên trong SQL Server 2000 với tên database là elearning.
3.1.2. Tìm kiếm
Tìm kiếm tài nguyên dựa trên việc mô tả ngữ nghĩa của tài nguyên thông qua loại tài nguyên là : khái niệm, chương, bài học, bài tập, môn học, các đặc tả của title ( tựa đề ), description ( mô tả ), creator ( tác giả ), language ( ngôn ngữ )
3.2. Yêu cầu phi chức năng
3.2.1. Yêu cầu chất lượng
Tính tiến hóa :
Hệ thống có thể mở rộng thêm các chức năng khác có thể tạo forum để sinh viên có thể trao đổi những kiến thức đã học với nhau, đồng thời để cho sinh viên đánh giá các bài giảng của giáo viên.
Tính hiệu quả :
Cho phép sinh viên tìm kiếm bài học của mình theo nhiểu cách.
Sinh viên có thể xem một cách tổng quát môn học trước khi chọn học.
Tính tiện dụng :
Sinh viên có thể học các môn nào mình thích bất cứ lúc nào
Giáo viên có thể cập nhật bài giảng của mình bất cứ khi nào
SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 57
4. Ontology cho elearning 4.1. Mô tả ontology 4.1. Mô tả ontology
Hình 9 : Ontology mô tả các tài nguyên học tập
4.2. Sử dụng Protégé thiết kế ontology
SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 58 Hình 10 :
SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 59 Hìn h 11 :
SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 60 dc: title
dc:descriptio n
LILO
LILO is the boot loader Linux uses to load the operating system kernel el:khainiemlq http://Linux/Bai2/LSG01.html dc: title dc:descriptio n dcq:ispartof
Chapter 1 : What is LILO? Chương 1: Giới thiệu về LILO
http://Linux/Bai2 el:chuongke
http://Linux/Bai2/LSG02.html Hình 12 :
4.2.3. Mô tả tài nguyên học ở dạng triple
KhaiNiem : ID="#"
Chuong :
about=http://Linux/Bai2/ LSG01.html
SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 61 dc:descriptio n system Bài học hệ điều hành Linux dc:creator Tim Parker dc:subject http://…./ACM_CCS.xml#D. 4 dc:created 1/1/2005 dcq:haspart - Seq li http://Linux/Bai1 http://Linux/Bai2 li dc:language English el:thamkhao http://www.ibg.uu.se/maclinux/ el:kieubh http://…/elearning.owl#Webpage
4.2.4. Ánh xạ dữ liệu ở dạng triple sang RDF/XML
<el:KhaiNiem rdf:ID="#20051213834"> <dc:title>LILO</dc:title>
<dc:description>
LILO is the boot loader Linux uses to load the operating system kernel </dc:description>
<el:khainiemlq rdf:resource="http://…./Linux/Bai2/LSG01.HTM" /> </el:KhaiNiem>
<el:Chuong rdf:about="http://…./Linux/Bai2/LSG01.HTM"> <dc:title>Chapter 1 : What is LILO?</dc:title>
<dc:description>Chương 1: Giới thiệu về LILO</dc:description> <el:chuongke rdf:resource="http://…./Linux/Bai2/LSG02.HTM" /> <el:khainiemlq rdf:resource="http://…./elearning.xml#20051213834" /> <dcq:isPartOf rdf:resource="http://…./Linux/Bai2" /> </el:Chuong> <el:MonHoc rdf:about="http://…./Linux">
<dc:title>Learn Linux operating system</dc:title> <dc:language>English</dc:language>
<dc:description>Bài học hệ điều hành Linux</dc:description> <dc:creator>Tim Parker</dc:creator> <el:kieubh rdf:resource="http://…./elearning.owl#WebPage" /> <el:thamkhao rdf:resource="http://www.ibg.uu.se/maclinux/" /> <dc:created>12/16/2004</dc:created> <dc:subject rdf:resource="http://…./ACM_CCS.xml#D.4" /> <dcq:hasPart> <rdf:Seq> <rdf:li rdf:resource="http://…./Linux/Bai1" /> <rdf:li rdf:resource="http://…./Linux/Bai2" /> </rdf:Seq> MonHoc : about=http://Linu x
SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 62
</dcq:hasPart> </el:MonHoc>
5. Cơ sở dữ liệu cho elearning 5.1. Mô hình quan niệm 5.1. Mô hình quan niệm
5.2. Đặc tả dữ liệu và từ điển dữ liệu
5.2.1. Danh sách các bảng
STT Tên bảng Ý nghĩa
1 TaiKhoan Lưu trữ tài khoản người dùng hệ thống 2 TaiNguyen Lưu trữ tài nguyên do giáo viên tạo ra
3 ThaoTac Lưu trữ thao tác của sinh viên lên tài nguyên TaiNguyen MaTaiNguyen TenTaiNguyen NgayTao NgaySua IDXoa Thuộc (1,1) (1,n) TaiKhoan ID TenDangNhap MatMa HoTen GioiTinh NgaySinh DienThoai Email LoaiTaiKhoan NgayDangKy ThaoTac (0,n) (1,n)
LoaiTaiKhoan = giao vien LoaiTaiKhoan = sinh vien
TongThoiGian NgayBatDau
NgayKetThuc TanSuat
SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 63
5.2.2. Đặc tả dữ liệu
TaiKhoan
Thuộc tính Kiểu dữ liệu Mô tả
ID
nvarchar(50) Mã tài khoản = TenDangNhap + MatMa
TenDangNhap nvarchar(50) Tên đăng nhập vào hệ thống MatMa nvarchar(50) Mật mã đăng nhập vào hệ thống HoTen nvarchar(50) Họ tên người đăng ký tài khoản GioiTinh bit Giới tính nam=1, nữ=0
NgaySinh datetime Ngày sinh người đăng ký (mm/dd/yyyy)
DienThoai nvarchar(50) Điện thoại liên lạc ( cho phép null ) Email nvarchar(50) Thư điện tử ( cho phép null ) LoaiTaiKhoan nvarchar(50) Loại tài khoản
NgayDangKy datetime Ngày đăng ký tài khoản TaiNguyen
Thuộc tính Kiểu dữ liệu Mô tả
MaTaiNguyen
nvarchar(100) Mã tài nguyên là một địa chỉ
ID nvarchar(50) Mã tài khoản của người tạo ra tài nguyên
TenTaiNguyen nvarchar(100) Tên của tài nguyên
NgayTao datetime Ngày tạo ra tài nguyên (mm/dd/yyyy) NgaySua datetime Ngày sửa gần nhất (mm/dd/yyyy) IDXoa Nvarchar(50) Mã tài khoản người xóa (cho phép