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Institute for Program Structures and Data Organization Universität Karlsruhe Germany

Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt. Jordi Navas Betreuer: Kaldoun Ateyeh. Institute for Program Structures and Data Organization Universität Karlsruhe Germany. www.ipd.uni-karlsruhe.de/SCORE. Überblick. SCORE DIPLOMARBEIT

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Presentation Transcript

  1. Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt Jordi Navas Betreuer: Kaldoun Ateyeh Institute for Program Structures and Data Organization Universität Karlsruhe Germany www.ipd.uni-karlsruhe.de/SCORE

  2. Überblick • SCORE • DIPLOMARBEIT • Problemstellung und Ziele • Lösungsansatz • Implementierung • ZUSAMMENFASSUNG • AUSBLICK Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  3. SCORE: Motivation • Die Entwicklung von multimedialen Lernmaterialien ist sehr zeit und kostenintensiv  Wiederverwendung • Verschiedene Zielgruppen mit verschiedenen Bedürfnissen  Anpassungsfähigkeit SCORE Motivation Ziele Lösungsansatzt Knonzepte Repository Metadaten Entwicklung eines Kurses PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  4. SCORE: Ziele • Die Erhebung der Qualität und das Reduzieren der Kosten der Entwicklung der Lernmaterialien. • Die Entwicklung von anpassungsfähigen Lernmaterialien, um die Anforderungen von verschiedenen Autoren, Dozenten und Studenten zu unterstützen. • Unterstützung der kooperativen Entwicklung und Austausch der Lernmaterialien. SCORE Motivation Ziele Lösungsansatzt Knonzepte Repository Metadaten Entwicklung eines Kurses PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  5. SCORE: Lösungsansatz • Aufteilung der Kursunterlagen in semantisch abgeschlossene Lernmodule • Trennung Verschiedener Aspekte: Inhalt, Struktur und Präsentation • Verwendung von standardisierten Metadaten • Entwicklung und Verwendung von Gruppen- und domainspezifische Ontologien SCORE Motivation Ziele Lösungsansatzt Knonzepte Repository Metadaten Entwicklung eines Kurses PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  6. Group of authors Views of single authors Presentational module Presentational module Presentational module Presentational module Print view Distance learning view Print view Face-to-face view SCORE: Modularisierungskonzept Learning Subject SCORE Motivation Learning unit Learning unit Learning unit Ziele Lösungsansatzt Knonzepte Atome Repository Atome Integration Module Metadaten Atome Entwicklung eines Kurses PROBLEM/LÖSUNG Structural module Structural module Structural module ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  7. SCORE: Learning Repository Atome: Lerninhalt SCORE • Module: • Integration Module • Structural Module • Presentation Module TAMINO Motivation Ziele Atome Lösungsansatzt Knonzepte Module Repository Metadaten Kurse: Zusammenstellung von Präsentation Module Entwicklung eines Kurses Kurse PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG Metadaten Metadaten: Beschreibt die verschiedene Aspeke der Lernobjekte AUSBLICK Ontologie Ontologie:Eine Menge von Konzeptdefinitionen und ihre Beziehungen Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  8. Allgemeine Merkmale SCORE: Metadaten Lifecycle des Lernobjekten SCORE Motivation Technische Aspekte Ziele Pädagogische Aspekte Lösungsansatzt Knonzepte Repository Metadaten Beziehungen mit anderen Lehr-/Lernmaterialien Entwicklung eines Kurses PROBLEM/LÖSUNG Kommentierungen ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Klassifizierung in der Ontologie Art der Module Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  9. SCORE: Entwicklung eines Kurses Definierung der Struktur des Kurses Suche der Module Aufbau des Kurses Release des Kurses Gespeicherte Module Passende Module Kurs mit Metadaten Ontology Browser Module Builder Metadata Editor Export Structuring Tool Search Presentation Generator Uploader SCORE.Export SCORE.ModuleBuilder SCORE.Search SCORE.CourseBuilder Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  10. MOTIVATION DER DIPLOMARBEIT • Um passende Inhalte in einer Lernmaterialsammlung zu finden, müssen dem Benutzer effektive Zugriffs- und Suchmechanismen zur Verfügung gestellt werden • Student: Moderne Lerntheorien „Konstruktivismus“ - Exploratives Lernen. SCORE PROBLEM/LÖSUNG Motivation Lösungansatzt Suche in Metadaten Ontologie Browsing Entwicklung der Ontologie Implementierung ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  11. LÖSUNGANSATZT • Suche über SCORE-Metadaten • Verschiedne Aspekte des Lernobjekts sind spezifizierbar • Unterscheidung zwischen einfache und Komplexe Suche • Ontologien • Domainspezifische Ontologien stellen eine gemeinsame Basis für die Kooperation und Austausch von Lerninhalten • Ontologie-Browser SCORE PROBLEM/LÖSUNG Motivation Lösungansatzt Suche in Metadaten Ontologie Browsing Entwicklung der Ontologie Implementierung ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  12. LÖSUNGSANSATZ: Globale Aspekte Suche in Metadaten Ontologie Browsing SCORE Datenbankzugriff infoAsset PROBLEM/LÖSUNG Motivation Lösungansatzt Suche in Metadaten XML Server Ontologie Browsing Tamino Entwicklung der Ontologie Ontologie Browsing API Implementierung ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Kurse Module Atome Metadaten Ontologie Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  13. SUCHE: Term/Document frequencies Anfrage: Terms der Anfrage (Natural language) SCORE Term Term Term Term PROBLEM/LÖSUNG Term Term Term Term Motivation Lösungansatzt Term Term Term Term Anzahl von Dokumenten die den Term beinhalten Suche in Metadaten Information retrieval index Ontologie Browsing Entwicklung der Ontologie Implementierung Document frequency ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Metadaten Term frequency Anzahl der Vorkommnisse des Terms in den Metadaten Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  14. RANKING(1/2): VECTOR SPACE MODEL • Jeder Term der Anfrage ist eine Dimension • Die Anfrage ist für das System auch ein Dokument • Die Dokumentenvektoren mit dem kleinsten Kosinus sind für das System relevanter/wichtiger SCORE PROBLEM/LÖSUNG Motivation Lösungansatzt Suche in Metadaten Ontologie Browsing Entwicklung der Ontologie Dokument Anfrage Implementierung ZUSAMMENFASSUNG D1 Vektordimension: log(tf) x log(idf) tf: term frequency idf: inverse document frequency (1/df) AUSBLICK D2 COS(Q,D) = (D x Q) / (|D|)(|Q|) Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  15. RANKING(2/2): Struktur der Metadaten • Die Metadaten sind strukturierte Dokumenten • Einige Felder werden „Term Frequency“ höher bewertet SCORE PROBLEM/LÖSUNG Motivation Lösungansatzt Suche in Metadaten Ontologie Browsing Feld Bewertung Entwicklung der Ontologie • Keywords Implementierung • Title ZUSAMMENFASSUNG • Description AUSBLICK Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  16. Ontologie Browsing Der Benutzer sucht in der Ontologie SCORE PROBLEM/LÖSUNG Präsentationsebene Motivation Lösungansatzt infoAsset Event Suche in Metadaten Ontologie Browsing infoAsset Entwicklung der Ontologie Information Refresh Implementierung ZUSAMMENFASSUNG Ontologie AUSBLICK Ontologie Browsing Tamino Metadaten Datenbankzugriff Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  17. ONTOLOGY: Entwicklung SCORE PROBLEM/LÖSUNG Motivation Lösungansatzt “Kick Off” Phase Kenntnis-erfassung und Kodierung Auswertung Wartung Suche in Metadaten Ontologie Browsing Entwicklung der Ontologie Implementierung ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  18. ONTOLOGIE: Prozess der Entwicklung • Das Prozess ist iterativ • Eine Folge von Prototypen SCORE PROBLEM/LÖSUNG Motivation Lösungansatzt Suche in Metadaten Glossary of terms Classification trees Binary relations diagrams Ontologie Browsing Entwicklung der Ontologie Implementierung ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  19. ONTOLOGY: Akquisition der Kenntnisse • Vorhanden Lernmaterialien • VerwandteBücher • Technische Wörterbücher SCORE PROBLEM/LÖSUNG Motivation Lösungansatzt Suche in Metadaten Ontologie Browsing Entwicklung der Ontologie Implementierung ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  20. ONTOLOGIE: Glossary of Terms • Glossary of Terms: • Unstrukturierte Liste der Konzepten • Kurze Beschreibung SCORE PROBLEM/LÖSUNG Motivation Lösungansatzt Suche in Metadaten Ontologie Browsing Quellen der Kenntnisse Entwicklung der Ontologie Hash Index bei Wert zugegriffen Implementierung Platte Zufällige Zugrifft und permanente Speicherung ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  21. ONTOLOGIE: Classification trees • Classification trees: • Verbinden von Termen in Form von Klassen und Unterklassen • Erzielen einer Taxonomie Hash Dynamic hash Static hash Linear hash Extensible hash Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  22. ONTOLOGIE: Beziehungen • Die “Binary Relations Diagrams” beinhalten die notwendige Beziehungen zwischen Konzepten der Ontologie • Die Beziehung für die Strukturierung der Konzepte sind nicht in den “Binary Relations Diagrams”. Sie sind in den “Classification trees” • Ziele der Beziehungen der Ontologie: • Verbesserung der Semantik der Ontologie • Diversifizierung der Aufgaben, in der die Ontologie benutzt werden kann SCORE PROBLEM/LÖSUNG Motivation Lösungansatzt Suche in Metadaten Ontologie Browsing Entwicklung der Ontologie Implementierung ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  23. ONTOLOGIE:Beziehungen der Ontologie: is_a • Ermöglicht die Entwicklung der Taxonomien • Strukturiert die Kenntnisse in Klassen und Unterklassen SCORE PROBLEM/LÖSUNG Hash Motivation Lösungansatzt Suche in Metadaten Dynamic Hash Static Hash Ontologie Browsing Entwicklung der Ontologie Implementierung ZUSAMMENFASSUNG Linear Hash Extensible Hash AUSBLICK Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  24. Entwickelte Ontologie Index structure SCORE PROBLEM/LÖSUNG Motivation One-dimensional index Lösungansatzt Multidimensional index Suche in Metadaten Ontologie Browsing Hash Entwicklung der Ontologie Dynamic hash Static hash Tree Hash-like multidimensional index Tree-like multidimensional index Implementierung ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK B Tree B* Tree B+ Tree Linear hash Extensible hash Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  25. ONTOLOGIE: Beziungen der Ontologie: is_prerequisite_of • Manche Konzepten basieren auf anderen Konzepte • Diese Beziehung stellt eine Ordnung zwischen Lernmaterialien auf • Hilfreich bei der Entwicklung von Structural Moduls SCORE PROBLEM/LÖSUNG Motivation Static Hash Dynamic Hash Lösungansatzt Suche in Metadaten Multi-dimensional index One-dimensional index Ontologie Browsing Entwicklung der Ontologie Implementierung ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  26. ONTOLOGIE:Beziungen der Ontologie: are_related • Manche Konzepte tendieren früher oder später zusammen vorgestellt zu werden • Es ist oft interessant zu wissen, welche Lernmaterialien verwandt sind: • In Kurse werden oft verwandte Lernmaterialien vorgestellt • Integration Module sind eine Zusammenstellung von verwandte Lernmaterialien SCORE PROBLEM/LÖSUNG Motivation Lösungansatzt Buffer Management Recovery Suche in Metadaten Ontologie Browsing Entwicklung der Ontologie Implementierung ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  27. ONTOLOGY: BINARY RELATION DIAGRAMS Ziel: • Festlegung aller notwendigen Beziehungen außer der „is_a“ SCORE PROBLEM/LÖSUNG Motivation Static Hash Dynamic Hash Lösungansatzt Suche in Metadaten Multi-dimensional index One-dimensional index Ontologie Browsing Entwicklung der Ontologie Implementierung Buffer Management Recovery ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Is_prerequisite_of are_related Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  28. ONTOLOGY:ITERATIVE DEVELOPMENT PROCESS • Das Prozess ist iterativ • Eine Folge von Prototypen SCORE PROBLEM/LÖSUNG Motivation Lösungansatzt Suche in Metadaten Glossary of terms Classification trees Binary relations diagrams Ontologie Browsing Entwicklung der Ontologie Implementierung ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Unstrukturierte Konzepte Taxonomien: Klasses/Unterklasses Unstrukturierte Konzepte Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  29. IMPLEMENTIERUNG SCORE PROBLEM/LÖSUNG Motivation Lösungansatzt Suche in Metadaten Ontologie Browsing Entwicklung der Ontologie Implementierung ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  30. In Arbeit: Raffinierung der Suche mit der Ontologie • Implementierung der Ontologie mit InfoAsset • Raffinierung der Suche • Dokumente, die in der der Ontologie zu einem Konzept gehören werden in der Anfrage berücksichtigt SCORE PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Anfrage Ähnliche Dokumenten Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  31. ZUSAMMENFASSUNG Motivation: Effektive Suchmechanismen sind wichtig für die Wiederverwendung und Austausch von Lerh-/Lerninhalten aber auch für effektives Lernen Lösungsansatz: • Suche über Metadaten • Ontologien Implementierung eines Suchdienstes SCORE PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  32. AUSBLICK: Ranking Feedback • Manueller Feedback: • Sind die Benutzer eines Dokumentes damit zufrieden? • Automatische Feedback: • Welche Lernobjekte werden am meisten verwendet? • Berücksichtigung des Feedbacks in das globale Ranking SCORE PROBLEM/LÖSUNG ZUSAMMENFASSUNG AUSBLICK Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

  33. Vielen Dank! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Weitere Informationen vom SCORE: http://www.ipd.uni-karlsruhe.de/SCORE Entwicklung eines Suchsystems und einer Ontologie für Lernmaterialien im SCORE-Projekt

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