پایان نامه غنی سازی محتوای آموزش الکترونیکی مبتنی بر وب معنایی

پایان نامه غنی سازی محتوای آموزش الکترونیکی  مبتنی بر وب معنایی

این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد.

چکیده:
  در دنیای امروز به منظور کاهش هزینه یادگیری از طرفی و هزینه وقت از طرف دیگر که نمی توان از آن چشم پوشی کرد، بهره گیری از سیستمهای جدید یادگیری همچون یادگیری الکترونیکی جایگاه خود را نمایان ساخته است. محققان تلاش می کنند برای پایین آوردن هزینه آموزش مستقل از زمان با تکیه بر فناوری های جدید بتواند علاوه بر آموزش موثر هزینه تولید را با بهره گیری از دانش اشتراکی در محیط وب کاهش داده و با تنوع بخشی محتوای آموزش الکترونیکی به کمک سیستم های انطباقی مبتنی بر شبکه وب معنایی به اطلاعات و داده های مرتبط برای یادگیرنده دست یایند.
در این تحقیق آنچه مورد نظر ماست شامل، بهره گیری از وب معنایی به منظور غنی سازی محتوای آموزش الکترونیکی برای افزایش اثر بخشی و ارتقاء کیفیت آموزش در سیستم های آموزش الکترونیکی و ارائه بهترین شیوه بکارگیری فناوری های وب معنایی در تنوع بخشی و غنی سازی محتوای آموزش الکترونیکی با تکیه بر آمار و کاربردها است. بدین منظور در این تحقیق تلاش شده با ارائه و طراحی یک معماری توزیع شده در حوزه های مختلف وب معنایی مانند مدل سازی محتوایی مبتنی بر کلید واژه با بهره گیری از داده کاوی،  تولید محتوا  به روش های مشارکتی و اجتماعی، تولید محتوا به روش تفسیر متن بر اساس هستان شناسی و ارائه محتوای آموزش الکترونیکی مبتنی بر هستان شناسی به تقویت و تنوع بخشی محتوای آموزشی اثر بخش دست یافت.
 ارزیابی عملکرد سیستم آموزش الکترونیکی با محتوای غنی شده مبتنی بر وب معنایی حاکی از افزایش اثر بخشی آموزش بر روی یادگیرندگان داشته است، که این مهم با محتوای معمول در سیستم های مدیریت یادگیری بر روی تعدادی از یادگیرندگان نمونه امتحان، و نتیجه میزان یادگیری بررسی شده است، به طوری که با بهره گیری از این سیستم می توان حداقل به افزایش توانمندی یادگیرندگان به میزان 20% و علاقه مندی استفاده از سیستم به میزان 40% برای آنان دست یافت.    
کلمات کلیدی:
آموزش الکترونیکی مبتنی بر وب، وب معنایی، آنتولوژی، داده های پیوندی، داده کاوی، متن کاوی، سیستم های آموزش الکترونیکی

فهرست مطالب
فصل اول:« مقدمه» ……………………………………………………………………………………………………………………………….    1
1-1- تاریخچه آموزش الکترونیکی …………………………………………………………………………………………………………    2
1-2- تعاریف و مفاهیم کلی ……………………………………………………………………………………………………………………..    2
1-3- ساختار و ترتیب محتوا …………………………………………………………………………………………………………………..    6
1-4- تعامل آموزشی ……………………………………………………………………………………………………………………………….    8
1-5- پورتال یادگیری الکترونیکی  …………………………………………………………………………………………………………    8
1-6- تحقیق انجام شده در این پایان نامه  …………………………………………………………………………..     9
1-7- ساختار پایان نامه  …………………………………………………………………………………………………..     11
فصل دوم:« پیش زمینه و بررسی کارهای مشابه» ………………………………………………………………………….    13
2- 1- وب معنایی  …………………………………………………………………………………………………………………………………..    14
2-2- RDF …………………………………………………………………………………………………………………………………………….    16
2-3- هستی شناسی…………………………………………………………………………………………………………….    19
2- 4- استفاده از تکنولوژی معنایی برای استخراج و یکپارچه سازی محتوا ………………………………………    20
2- 5- متدولوژي هاي متداول ساخت هستی شناسی ……………………………………………………………………………    23
2-5-1- متدولوژي SENSUS-Based  …………………………………………………………………………….    23
2-5-2- متدولوژي  METHODOLOGY………………………………………………………………………    23
2-5-3- متدولوژي Uschold and King …………………………………………………………………………    24
2-5-4- متدولوژي Gruninger and Fox ……………………………………………………………………….    24
2-5-5- متدولوژي Amaya Berneras  …………………………………………………………………………..    25
2-6- معرفي نرم افزار PROTÉGÉ در ساخت هستی شناسی ………………………………………………………….    26
2-6-1- مراحل ساخت هستی شناسی …………………………………………………………………………………..    26
2-6-2- براي ساخت هستی شناسی مراحل زير را دنبال مي کنيم ……………………………………..     26
2-6-2-1- مشخص کردن دامنه و محدوده هستی شناسی ………………………………….    26
2-6-2-2- بررسي استفاده از هستی شناسی هاي موجود ……………………………………    27
2-6-2-3- مشخص کردن واژه هاي مورد استفاده در دامنه …………………………………    27
2-6-2-4- تشخيص کلاس ها و ساختار آنها ………………………………………………………..    27
2-6-2-5- تعريف مشخصه کلاس …………………………………………………………………………    28
2-6-2-6- تعريف محدوديت ها …………………………………………………………………………….    28
2-7- داده های پیوندی …………………………………………………………………………………………………………………………..    29
2-7-1- تعریف داده های پیوندی  …………………………………………………………………………………………    29
2-7-2- تکنولوژی در داده های پیوندی ………………………………………………………………………………..    29
2-7-3- :LOD پروژه داده های باز و پیوندی ………………………………………………………………………..    31
2-7-4- انتخاب واژگان URIS و RDF ………………………………………………………………………………….    32
2-7-5- ایجاد لینک ……………………………………………………………………………………………………………….    32
2-7-6- ابزار انتشار …………………………………………………………………………………………………………………    33
2-7-7- Revyu ………………………………………………………………………………………………………………….    33
2-7-8- APIS شبکه ………………………………………………………………………………………………………………    33
2-7-9- بکارگیری تکنیک در داده های پیوندی ……………………………………………………………………    33
2-8- پایگاه دانش DBpedia و کاربرد آن در دسترسی به محتوای موجود ………………………………………..    34
2-8-1- شبکه ترکیب و ادغام داده ………………………………………………………………………………………..    35
2-8-2- شبکه تفسیر محتوا ……………………………………………………………………………………………………    35
2-8-3- استفهام و بررسی و جستجو ……………………………………………………………………………………..    35
2-8-4- تفسیر محتوا ……………………………………………………………………………………………………………..    36
2-9- مرور تحقیقات انجام شده در حوزه آموزش الکترونیکی مبتنی بر وب معنایی……………………………..    36
2-9-1- پروژه GRAPPLE …………………………………………………………………………………………………………..    36
2-9-2- توسعه نرم برای یادگیری تطبیقی با همکاری مشارکتی ……………………………………………….    38
    2-9-3- استخراج رفتار یادگیری دانشجو و خود ارزیابی برای تطبیق سیستم مدیریت آموزشی    39
2-9-4- مدل یادگیرنده مبتنی بر هستی شناسی برای پشتیبانی از شخصی سازی آموزش الکترونیکی    40
2-9-5- آنتولوژی مدلسازی یادگیرنده …………………………………………………………………………………………    41
2-9-6- جنبه های معنایی در یادگیری الکترونیکی:  با استفاده از چرخه حیات دانش برای مدیریت معناشناسی جهت شبکه و سیستم های سرویس گرا    43
2-9-7- شخصی و غنی سازی منابع یادگیری با استفاده از فن آوری های وب معنایی …………….    44
2-9-8- پایان نامه های مرتبط که در ایران انجام و یا در حال انجام می باشد …………………………..    44
2-10- خلاصه فصل ………………………………………………………………………………………………………………………………..    44
فصل سوم :« روش پیشنهادی»  ………………………………………………………………………………………………………..      46
3- 1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………………………    47
3-2- مسئله غنی سازی محتوا ……………………………………………………………………………………………………………….    48
3-3- مسئله غنی سازی محتوای پیکره باز در زمینه آموزش الکترونیکی …………………………………………….    50
3-4- رویکردهای موجود در مسئله غنی سازی آموزش الکترونیکی ……………………………………………………..    51
3-4-1- محتوای انطباقی قابل توسعه …………………………………………………………………………………….    51
3-4-2- روش های مشارکتی و اجتماعی ………………………………………………………………………………    52
3-4-3- تفسیر متن براساس هستی شناسی ………………………………………………………………………….    53
3-5- رویکردهای پیشنهادی …………………………………………………………………………………………………………………..    54
3-5-1- غنی سازی محتوا بر اساس موضوع ………………………………………………………………………….    54
3-5-2- غنی سازی محتوا بر اساس هستی شناسی ………………………………………………………………    56
3-6- پتانسیل های سیستم پیشنهادی: پشتیبانی از هدایت انطباقی یادگیرنده مبتنی بر موضوع برای آموزش الکترونیکی    57
3-7- جمع¬آوري داده¬هاي يک منبع داده از وب …………………………………………………………………………………….    58
3-7-1- تبديل محتوای موجود گردآوری شده در پايگاه داده بصورت داده¬هاي پيوندي ……..    58
3-8- محتوای ورودي سیستم …………………………………………………………………………………………………………………    59
3-9- معماری پيشنهادی ………………………………………………………………………………………………………………………..    59
3-10- الگوریتم غني سازي محتوا ………………………………………………………………………………………………………….    61
3-10-1- مرحله اول ……………………………………………………………………………………………………………….    62
3-10-2- مرحله دوم برای غنی سازی محتوا ………………………………………………………………………..    63
3-11- جهت دهی مبتنی بر مفهوم ………………………………………………………………………………………………………..    64
3- 12- غنی سازی محتوای آموزشی به روش( تقریباً) خودکار …………………………………………………………….    64
3-13- خلاصه فصل ………………………………………………………………………………………………………………………………..    65
فصل چهارم: « پیاده سازی و ارزیابی » . ………………………………………………………………………………………….    66
4-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………………………….    67
4-2- پیاده سازی سیستم پیشنهادی ……………………………………………………………………………………………………..    67
4-2-1- بررسی چالشهاي موجود در ايجاد ارتباط بين منابع داده و راه حل هاي ممكن………     67
4-3- ساخت آنتولوژی های مورد نیاز در سیستم آموزش الکترونیکی با محتوای غنی شده پیشنهادی    69
4-3-1- ساخت آنتولوژی در دامنه یادگیری الکترونیکی و  سرفصل موضوعی محتوای مورد نظر    69
4-3-1-1- مرحله اول : شناسایی دامنه آنتولوژی مدلسازی در یادگیری …………………………….    69
4-3-1-2- تشخیص کلاس ها و ساختار آنها …………………………………………………………………………    70
4-3-3-3- تعریف slotها ………………………………………………………………………………………………………    70
4-3-3-4- امتحان آنتولوژی …………………………………………………………………………………………………..    71
4-4- روش ارزیابی در این تحقیق …………………………………………………………………………………………………………..    72
4-4-1- محاسبه بازده دانش  ……………………………………………………………………………………………………….    72
4-4-2- ارزیابی میزان فعالیت خود جوش یادگیرنده …………………………………………………………………..    73
4-4-3- مرحله نهایی ارزیابی ………………………………………………………………………………………………………..    73
4-5- ارزیابی مبتنی بر موضوع و مدل سازی کاربری …………………………………………………………………………….    73
4-6- تأثیر سازگاری مبتنی بر موضوع بر یادگیری یا آموزش ……………………………………………………………….    75
4-7- ارزیابی کمی و کیفی سیستم از دید یادگیرندگان ………………………………………………………………………..    75
4-8- خلاصه فصل …………………………………………………………………………………………………………………………………..    79
فصل پنجم:« نتیجه گیری و کارهای آتی» ………………………………………………………………………    80
5- نتیجه‌گیری و کارهای آتی  ………………………………………………………………………………………………………………..    81
5-1- نتیجه‌گیری…………………………………………………………………………………………………………………………………….    81
5-2- کارهای آتی  …………………………………………………………………………………………………………………………………..    82
منابع …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………    83
ضمائم ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….    87
    

    
    
    
فهرست جداول
جدول 4-1 جدول ارزیابی سیستم قدیم ……………………………………………………………………………………………………………..    78
جدول 4-2 جدول ارزیابی سیستم جدید …………………………………………………………………………………………………………….    79
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

 

 

فهرست شکل ها
شکل2-1-  بیان مفاهیم در قالب عبارات سه قسمتی RDF  ………………………………………………………    17
شکل2-2- یک شبکه مفهومی ……………………………………………………………………………………………………..    18
شکل2-3- رویکردهای مختلف برای استفاده آنتولوژی در تشریح مفاهیم   ……………………………….    22
شکل2-4-  ابر LOD  ……………………………………………………………………………………………………………………    32
شکل2-5- زیر ساختهای کلی در پروژه  grapple  ……………………………………………………………………    37
شکل2-6- معماری ALE   گروه Grapple   ……………………………………………………………………………    37
شکل2-7- پیشنهاد چرخه حیات تالیف مشارکتی ……………………………………………………………………….    38
شکل2-8- بخش نمونه ای از ارائه دانش ………………………………………………………………………………………    39
شکل2-9- معماری سیستم پیشنهادی …………………………………………………………………………………………    39
شکل2-10- نمایش گرافیکی از مدل کاربر …………………………………………………………………………………..    40
شکل2-11- دو نمونه از کلاس توانایی مدل کاربر در OWL/XML syntax   ……………………….    41
شکل2- 12-   ویژگی های فردی یادگیرنده ارائه شده ……………………………………………………………….    42
شکل2- 13- کارشناسان تعیین تگ روی محتویات  ……………………………………………………………………    42
شکل2-14-   استفاده از هستی شناسی استاندارد و کشف محتوای، محتویات هدف یادگیرنده     42
شکل2- 15  معماری پیشنهاد شده …………………………………………………………………………………………….    43
شکل3-1- اقلام محتوایی در یک سیستم سنتی با متن بسته  ……………………………………………………    49
شکل3-2- مسئله غنی سازی محتوا با متن باز  …………………………………………………………………………..    49
شکل3-3- غنی سازی محتوا همراه با شخصی سازی محتوای آموزشی در آموزش الکترونیکی …    51
شکل 3-4 -معماری سیستم پیشنهادی ……………………………………………………………………………………….    57
شکل3-5- معماری پیشنهادی  …………………………………………………………………………………………………….    60
شکل3-6- برچسب زدن محتوا کشف شده توسط یادگیرنده از فضای وب …………………………………    62
شکل 3-7- شمای تبدیل محتوای کشف شده توسط یادگیرندگان منتخب ………………………………..    63
شکل 3-10- گراف عملکرد معماری غنی سازی در سیستم خودکار …………………………………………..    ضمیمه

ضمائم
گراف عملکرد معماری غنی سازی در سیستم خودکار…………………………………………………………………………………………    87
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
 

فصل اول
مقدمه

 

 

1-1- تاریخچه  آموزش الکترونیکی
تفکر استفاده از رایانه ها و شبکه های رایانه ای برای کارهای مدرسه ای و عملی به قرن بیستم و اوائل دهه 1960 برمی گردد. از اوایل دهه 70 با به ثمر نشستن طرح آرپانت ،تبادل اطلاعات و داده های علمی نیز بین مراکز مدرسه های آمریکا شروع شده است. البته آموزش الکترونیکی به شکل امروزی و در این گستره کاربرد در اوایل دهه 1990با ظهور شبکه جهانی اینترنت شکل گرفت و با توجه به قابلیت های بسیار زیاد وب ، آموزش الکترونیکی به سرعت رشد کرد و امروزه جایگاه خود را در ساختار آموزشی بسیاری از کشورها تثبیت کرده است. ایده آموزش الكترونيكي، به طرح دانشگاه باز که از سوی كشور انگلیس مطرح شد، ارتباط پیدا می کند. طبق این طرح، علاقه مندان با استفاده از برنامه‌های تلویزیونی، آموزش‌های علمی لازم را پشت سر می گذاشتند و مدرك دریافت می‌كردند. همچنین با ابداع مفهوم ”كلینیك آزاد“ در ایالات متحده آمریكا (در دهه 1960) ، گام مهم و بزرگی در این زمینه برداشته شد. در دهه هفتاد به خاطر افزایش دسترسی گسترده و عمومی به كامپیوتر در آمریكا، تدریس غیرحضوری رایج شد و برای نخستین بار، ارائه واحدهای درسی به شیوه آنلاین در اوایل دهه 1980 به وسیله یكی از بنیانگذاران دانشگاه مجازی در ایالات متحده آمریكا ابداع شد .در سال 1988 نیز برای اولین بار یك برنامه نرم‌افزاری ، با نام “استاد دیجیتالی”كه یكی از استفاده های اولیه از كامپیوتر را در امور آموزشی پیشنهاد می‌كرد، در آمریكا استفاده شد.از آن زمان تا به امروز، آموزش الكترونيكي تغییرات و پیشرفت های بسیاری داشته است؛ مثلا در سال 1995 مراكز علمی ـ آموزشی آمریكا با ایجاد تغییراتی در سیستم خود و بهینه سازی آن، توانستند روش آموزش الكترونیكی را در همه جهان گسترش و اشاعه دهند[Kah85].

1-2-  تعاریف و مفاهیم کلی:
 آموزش الکترونیکی مجموعه ای از یک سیستم آموزشی، فرایند یادگیری انسان و طرح آموزشی(تکنولوژی آموزشی) است که بر پایه فناوری بنا نهاده شده است .
    آموزش الکترونیکی پدیده ایست که به همه کسانی که بخواهند اجازه می دهد در هر زمانی که اراده کنند آنچه را که به آن علاقه دارند فرابگیرند، بدین روش می توان یادگیری مطالب سخت را آسان و مفرح نمود.
از آنجائیکه در هر نظام و سازمانی بر اساس برنامه استراتژیک تعریف شده آموزش موثر می تواند نتایج با ارزش و دستاوردهای جدید به همراه آورد لذا رسیدن به یک شیوه آموزشی که اطمینان و اعتماد به آن وجود داشته باشد بسیار حائز اهمی است. برای رسیدن به یک آموزش موفق قطعاً باید عواملی که باعث شکست در آموزش است حذف شده و عوامل موثر در افزایش کارایی شیوه آموزش تقویت شود.
    مطمئناً یک آموزش الکترونیکی خوب می تواند هم قابل اطمینان و هم موثر در رسیدن به اهداف تعریف شده در آموزش باشد که در آن صورت کوتاه شدن زمان آموزش، تطابق با نیازهای فراگیر، مشارکت متقابل فراگیران در دوره آموزش،ایجاد نگرش مثبت در یادگیرنده، ایجاد یکنواختی کیفیت، به روز رسانی سریع، دسترسی دائم، عدالت در آموزش، قابلیت بهبود، پایین آوردن هزینه آموزش و میزان عمق بخشی در آموزش با توجه به نیاز یادگیرنده می تواند از مهمترین خصوصیت آن باشد.
   در آموزش الکترونیکی ما می توانیم هزینه طراحی، توسعه، توزیع، اثر بخشی، تهدیدات و نیازها را به دقت مورد ارزیابی قرار دهیم که از پارامترهای مثبت در این نوع آموزش است.در این نوع آموزش می توان کلیه مهارتهای ذهنی، نرم، روانی و حرکتی را آموزش داد و دانش فرد را در این حوزه ها ارتقاء داد. دستیابی به یک آموزش الکترونیکی خوب و  اثربخش متشکل از رهیافت هوشمندی است که عواملی چون؛ هدف تغییرات رفتاری فراگیران، سرمایه گذاری کافی، مشارکت سیاستگذاران آموزشی و ایجاد کنندگان آموزش الکترونیکی، مشارکت با متخصصین رشته آموزشی مورد نظر و مشارکت با فراگیران را در نظر داشته باشد.